超限高层建筑结构基于性能抗震设计

超限高层建筑结构基于性能抗震设计
超限高层建筑结构基于性能抗震设计

超限高层建筑结构基于性能抗震设计的研究超限高层建筑的结构抗震设计中,采用基于性能要求的抗震设计方法,有助于提高高层建筑工程抗震设计的可靠性、避免抗震安全隐患,同时又促进高层建筑技术发展。

阐述基于性能抗震设计方法与常规抗震设计方法的比较;针对超限高层建筑结构的特点,提出结构的抗震性能目标、性能水准以及实施性能设计的主要方法,包括性能水准判别准则、性能目标的选用及结构计算和试验要求。文中还列举了应用性能设计理念和要求的部分工程实例。

基于性能的抗震设计理念和方法,自世纪年代在美国兴起,并日益得到工程界的关注。美国的ATC40(1996年)、FEMA237(1997年)提出了既有建筑评定、加固中使用多重性能目标的建议,并提供了设计方法。美国加州结构工程师协会SEAO于1995年提出了新建房屋基于性能的抗震设计。1998年和2000年,美国FEMA又发布了几个有关基于性能的抗震设计文件。2003年美国ICC(Internation-alCode Council)发布了《建筑物及设施的性能规范》,其内容广泛,涉及房屋的建筑、结构、非结构及设施的正常使用性能、遭遇各种灾害时(火、风、地震等)的性能施工过程及长期使用性能,该规范对基于性能设计方法的重要准则作了明确的规定。日本开始将抗震性能设计的思想正式列入设计和加固标准中,并已由建筑研究所(BRI)提出个性能标准。欧洲混凝土协会(CRB)于2003 年出版了“钢筋混凝土建筑结构基于位移的抗震设计”报告。澳大利亚则在基于性能设计的整体框架以及建筑防火性能设计等方面做了许多研究,提出了相应的建筑规范(BCA1996)。我国在基于性能的抗震设计方面也发表了不少论文加以研究和探讨。基于性能的抗震设计是建筑结构抗震设计的一个新的重要发展,它的特点是:使抗震设计从宏观定性的目标向具体量化的多重目标过渡,业主(设计者)可选择所需的性能目标;抗震设计中更强调实施性能目标的深入分析和论证,有利于建筑结构的创新,经过论证(包括试验)可以采用现行标准规范中还未规定的新的结构体系、新技术、新材料;有利于针对不同设防烈度、场地条件及建筑的重要性采用不同的性能目标和抗震措施。这一方法是一种发展方向。目前,这一方法在工程中还未得到广泛的应用,还有一些问题有待研究改进,诸如:地震作用的不确定性、结构分析模型和参数的选用存在不少经验因素、模型试验和震害

资料欠缺、对非结构和设施的抗震性能要求和震后灾害估计缺乏研究。但是,这一方法随着工程中的不断应用,必然会趋于成熟。

作者认为,我国的超限高层建筑工程设计比较适合采用基于性能的抗震设计方法。这些工程在房屋高度、规则性等方面都不同程度地超过现行标准规范的适用范围,如何进行抗震设计缺少明确具体的目标、依据和手段,按照建设部第111号部长令《超限高层建筑工程抗震设防管理规定》,以及《全国超限高层建筑工程抗震设防审查专家委员会抗震设防专项审查办法》和《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》等的要求,设计者需要根据具体工程实际的超限情况,进行仔细的分析、专门的研究和论证,必要时还要进行模型试验,从而确实采取比标准规范的规定更加有效的具体的抗震措施,业主也需要提供相应的资助,设计者的论证还需要经过抗震设防专项审查,以期保证结构的抗震安全性能。这个设计程序在某种意义上类似于抗震性能设计的基本步骤。

这些年来,高层建筑工程抗震设防专项审查实践表明,不少工程的设计和专项审查已经涉及到基于性能抗震设计的理念和方法。有的工程的设计者主动提出采用基于性能的设计理念和要求,有的工程在抗震审查中由专家组的专家提出某些基于性能的设计要求。

可以认为,目前在我国超限高层建筑工程中试点采用基于性能抗震设计的时机已经成熟。

本文阐述基于性能抗震设计方法与常规抗震设计方法的比较,提出超限高层建筑结构的抗震性能目标、性能水准、以及实施抗震性能设计的方法,并列举了应用性能设计理念和要求的部分工程实例。基于性能抗震设计与常规抗震设计的一些比较21我国常规抗震设计方法具有性能设计的雏形我国在上个世纪年代修订工业与民用建筑的抗震设计规范时,首次提出了“小震不坏、中震可修、大震不倒”的设防目标,采用“三水准两阶段设计”的设计方法,并于年以国家标准《建筑万方数据抗震设计规范》GBJ 11—89正式发布施行。这个常规设计原则的特点是:其一,对应于“小、中、大”的三个地震水准,通过全国主要地震区域65个城镇地震发生概率的统计分析,分别采用年超越概率63%、1O% 和2%和3%的概率定量指标,相应的地震影响系数最大值的比例约为1/2/8/4.5和6;衡量强烈地震后房屋建筑“不坏、可修、不倒”等破

坏程度,则依据《建筑地震破坏等级划分标准》(1990建抗字第337号),有明确的震害概念。其二,为实现上述三水准的设防目标,规范采用两阶段设计的简化方法。第一阶段设计是结构构件承载力验算,采用结构在小震下按弹性反应谱理论得到的地震作用标准值和相应的地震作用效应(内力和变形),在可靠度分析基础上用分项系数表达式进行结构构件抗震承载力的验算,一些刚度较小的结构还要进行层间变形的验算;然后通过与概念设计相关的内力调整放大和抗震构造措施来满足第二水准和第三水准地震的宏观性能控制要求。第二阶段设计是结构的弹塑性变形验算,对地震下易倒塌的结构和有特殊要求的建筑结构,要求其薄弱部位应满足在大震下不倒塌的位移限制,并采取相应的专门的抗震构造措施;这些结构的第三水准要求也有相对明确的位移指标。因此,可以认为,我国1989年抗震规范的设计方法和步骤已经具有性能设计的雏形,2001年抗震规范在概念设计、性能控制要求上又有进一步发展和具体化。

这个比较说明,基于性能要求的抗震设计方法是一个重要的发展,目前在超限高层建筑结构设计中应用是可行的,若要在所有建筑结构的设计中应用,还有待深入探讨及设计人员的理解和掌握。目前,也可此方法对按现行规范规程设计的结构所能达到的性能目标进行深入分析探讨,使经验性的增大系数和构造等规定与定量化的性能目标、性能水准有所比较,这是很有实际意义的。超限高层建筑结构的抗震性能目标建筑物抗震设计的性能目标指某一设定地震地面运动(如在给定年限内超越概率63%、10%和2%鶫3%的小震、中震和大震)下建筑的预期性能水准。建筑物的性能水准包括结构、非结构和建筑附属设施的性能水准的各种组合。当前,“超限”高层建筑工程指高度或规则性方面超过规范、规程适用范围的高层建筑工程。因篇幅所限,本文研究这些超限高层建筑的结构基于性能的抗震设计,着重提出结构的性能目标和水准。

结构的抗震性能水准,超限高层建筑结构在不同水准地震下的性能水准以及性能目标的示意图见图,1结构抗震性能可分为如下几个水准:1a:结构在地震后完好、无损伤,一般不需修理即可继续使用,人们不会因结构损伤造成伤害,可安全出入和使用。2b:结构在地震后基本完好,仅有个别构件轻微裂缝,一般不需修理或稍加修理即可继续使用,人们不会因结构损伤造成伤害,可安全出入和使用。2地震后结

构的薄弱部位和重要部位的构件完好、无损伤,其它部位有部分选定的具有一定延性的构件出现明显的裂缝,修理后可继续安全使用。3地震后结构的薄弱部位和重要部位的构件轻微损坏,出现轻微裂缝,其它部位有部分选定的具有延性的构件发生中等损坏,出现明显的裂缝,进入屈服阶段,需要修理并采取一些安全措施才可继续使用。4结构在地震下发生中等程度的破坏,多数构件轻微损坏,部分构件中等损坏,进入屈服,有明显的裂缝,需要采取安全措施,人们不能安全出入;经过修理、适当加固后才可继续使用。5结构在地震下发生明显损坏,多数构件中等损坏,进入屈服,有明显的裂缝,部分构件严重损坏;但整个结构不倒塌,也不发生局部倒塌,人员会受到伤害,但不危及生命安全。

性能目标的组成每个超限高层建筑,可以根据具体的设防烈度、场地条件、房屋高度、不规则的部位和程度,以及业主的经济实力,选择结构在三个水准地震下的性能水准,从而实现相应的“超限”设计。性能目标A,小震和中震均满足性能水准的要求其高度和不规则性一般不需要专门限制。性能目标B,小震下满足性能水准1a的要求,中震满足性能水准1b的要求,大震满足性能水准的要求;整体结构基本完好;其高度和不规则性一般也不需要专门限制。性能目标C,小震下满足性能水准1a的要求,中震下满足性能水准的要求,大震下满足性能水准2的要求;部分结构构件损坏;其高度不需专门限制,重要部位的不规则性限制可比现行标准的要求放宽。性能目标D,小震下满足性能水准1a的要求,中震满足性能水准3的要求,大震下满足性能水准4的要求;结构中等破坏,其高度可适当超过现行高层混凝土结构规程B级的规定,某些不规则性限制可有所放宽。性能目标E,小震下满足性能水准1a的要求,中震满足性能水准4的要求,大震下满足性能水准5的要求;结构的损坏不危及生安全。其高度一般不宜超过现行高层混凝土结构规程B级的规定,规则性限制一般也不宜放宽。

实施抗震性能设计的方法,性能水准的判别准则及性能目标的选用按照结构抗震安全评价的能量原则,一个结构及其构件的承载力较高,则其延性变形能力要求可有所降低;结构及其构件的承载力较低,则需要较高的延性变形能力。需要强调的是,结构的不规则性程度直接影响结构延性变形能力的高低。这意味着,超限高层建筑结构的抗震设计应结合结构不规则程度及超高情况,在提高结构承载力、提高延性变形

能力或二者均提高这三种方法中选择比较合理又切合实际的保证安全性能的处理手段。设计要提出超限高层建筑结构抗震性能设计的方法,业主要衡量超限设计所需的代价,抗震设防专项审查的专家要判断超限设计的可行性,都需要围绕着结构安全和建筑方案设计二者的协调。抗震性能设计需要有一个比较合理的性能水准判别准则,在性能目标选用时考虑的因素应比较全面。性能水准的判别准则本文在节提出了结构在地震作用下的六个性能水准,下面给出判别是否满足性能水准的准则,供参考。其中,对各项性能水准,结构的楼盖体系必须有足够安全的承载力,以保证结构的整体性,一般应使楼板在地震中基本上处于弹性反应状态,否则,应有合理可靠的结构计算模型并加以论证(包括试验);为避免混凝土结构构件发生脆性剪切破坏,设计中应控制受剪截面尺寸,满足现行标准对剪压比的限制要求;性能水准中的抗震构造,“基本要求”相当于混凝土结构中的四级抗震等级的构造要求,低、中、高和特种延性要求,可参照混凝土结构中抗震等级的三、二、一和特一级的构造要求。性能水准1a结构满足弹性设计要求,包括全部构件的抗震承载力和层间位移均满足现行规范的要求;结构计算时具有正确、合理的分析模型,计算应采用作用分项系数、材料分项系数和抗震承载力调整系数,对性能目标为A或B的结构可不考虑地震内力调整;各构件的细部抗震构造满足基本要求。对性能目标为C、D、E的结构,为便于进行结构在中震、大震作用下的非线性分析,可先按现行规范进行小震阶段的结构设计,再通过非线性分析校核中震、大震的性能水准,根据校核结果调整结构设计,进行第二次设计。性能水准1b结构的全部构件的抗震承载力满足弹性设计的要求,各构件的细部抗震构造满足基本要求;计算同样可不考虑地震内力调整,但应采用作用分项系数、材料分项系数和抗震承载力调整系数。性能水准2结构的薄弱部位或重要部位构件的抗震承载力满足弹性设计要求;整个结构按非线性分析计算,允许有些选定的部位接近屈服(如部分而不是全部受拉钢筋屈服),但不应发生剪切等脆性破坏;各构件的细部抗震构造要满足低延性的要求。性能水准3结构的薄弱部位或重要部位构件不屈服,即不考虑内力调整的地震作用效应和抗震承载力按强度标准值计算(作用分项系数、材料分项系数和抗震承载力调整系数均取1.0)满足要求;结构应进行非线性计算,允许有些选定的部位进入屈服阶段但不得发生剪切等脆性破坏;各构件的细部抗震构造要满足中等延性的要求。性能水准4结

构应进行非线性计算,薄弱部位或重要部位构件允许达到屈服阶段但满足选定的变形限制(如混凝土结构的层间变形控制在1/500鶫1/300),竖向构件不发生剪切等脆性破坏;各构件的细部抗震构造要满足高延性的要求。性能水准5结构应进行非线性计算,薄弱部位或重要部位构件允许屈服,满足现行规范、规程对大震下的变形要求;竖向构件不发生剪切等脆性破坏;各构件的细部抗震构造满足特种延性的要求。性能目标的选用,选择超限高层建筑的结构性能目标时,应综合考虑多个因素。以下提出一些建议,供参考。1)在第一水准地震(小震)作用下,任何超限高层建筑的结构都应满足性能水准1a的要求。表中提出的各种性能目标方案都能满足这个基本抗震设防要求。2)某些建筑物,由于其特殊的重要性而需要结构具有足够的承载力,以保证它在中震、大震下始终处于基本弹性状态;也有一些建筑虽然不特别重要,但其设防烈度较低(如6度)或结构的地震反应较小,它仍可能具有在中震、大震下只出现基本弹性反应的承载力水准;某些结构属于特别不规则,但业主为了实现建筑造型和满足特殊建筑功能的需要,愿意付出经济代价,使结构设计满足在大震下仍处于基本弹性状态。以上情况以及其他特殊情况,可选用性能目标“A”,此时,房屋的高度和不规则性一般不需要专门限制。3)性能目标“B”与性能目标“A”是比较接近的,不同之处在于性能目标“B”的结构,其非薄弱万方数据部位、非重要部位在大震下接近屈服,不再处于基本弹性状态。其房屋的高度和不规则性一般不需要专门限制。上述选用性能目标“A”的结构,也可选用性能目标“B”,虽然结构的抗震性能有些减弱,但可以比性能目标“A”降低结构造价。4)性能目标“C”、“D”、“E”都允许结构不同程度地进入非弹性状态。震害经验及试验和理论研究表明,在中震、大震下,使结构既具有合适的承载力又能发挥一定的延性性能是比较合理的。对超限高层建筑结构,一般情况下可选用性能目标“C”、“D”或“E”。这三种目标的选用需要综合考虑设防烈度、结构的不规则程度和房屋高度、结构发挥延性变形的能力、结构造价、震后的各种损失及修复难度等等因素。对于超限高层建筑结构,鉴于目前非线性分析方法的计算模型及参数的选用尚存在不少经验因素,震害及试验验证还欠缺,对结构性能水准的判断难以十分准确,因此在性能目标选用中宜偏于安全一些。5)特别不规则的高层建筑结构,其不规则的程度超过现行标准的限值较多,结构的延性变形能力较差,建议选用性能目标“C”。6)房屋高度或个别不规则性超过现行标准的

限值较多的结构,可选用性能目标“C”或“D”。7)房屋高度和不规则性均超过现行标准的限值较小的结构,可选用性能目标“D”。8)房屋高度不超过现行规程B级高度且不规则性满足限值的结构,可选用性能目标“E”或“D”。

结构抗震计算和试验的要求,超限高层建筑结构基于性能设计的计算分析应特别详尽,上述性能要求中的构件承载力、变形计算、屈服后的性能,均以比较正确的计算分析和能反映结构实际受力状态的合理力学模型为前提。因此,建议实现性能设计的结构抗震计算和试验注意符合下列要求:结构计算模型方面,弹性计算和非线性计算分析中,对结构整体模型及构件、节点的各种计算参数要力求正确合理。对具有水平转换构件的结构,应注意区分不落地柱和墙体的转换梁、框支梁相邻层的计算层数和层高、转换厚板有限元的类型和划分;对剪力墙,应注意非线性分析中的计算模型和参数的确定;对采用滑动支座的结构,应采用考虑支座两侧结构相互作用和影响的整体计算模型进行大震下的计算;对平面尺寸凹凸不规则或平面内局部开设大洞口的结构,应根据洞口位置、大小、数量和分布以及抗侧力构件的布置,正确选择分片刚性楼盖或整体非刚性楼盖的计算模型,如楼板不能在大震下处于基本弹性状态,则需要研究提出合理的计算模型。对采用消能减震的结构,应正确确定构件和整体结构有效阻尼比,注意构件、节点的模拟和计算参数对整体结构的影响。结构体系复杂难以准确反映各构件的受力状态时,需至少采用两种不同的力学模型进行计算并予以对比分析,有时,还需要通过相应的模型试验,以确定计算的可信度。电算结果的分析认可,斜向地震作用计算时,不能因其总地震作用比正交方向小而忽视,应主要检查斜向抗侧力构件的内力和配筋。平面轮廓规则或基本对称的高层建筑结构,不要求计算双向地震作用效应,但仍应采用偶然偏心方法计入地震的扭转效应。应注意严格控制高层建筑的最小地震作用。当按地震影响系数计算的结构总地震剪力小于规定值时,表示该结构刚度较小,非线性和阻尼比的影响明显,所受的地震作用主要不是地震加速度引起的,而是地面运动速度和位移引起的。一般可修改计算的周期折减系数和地震作用调整系数,以近似考虑地震地面运动的速度和位移的作用;当小于规定值较多时,宜调整构件选型或结构总体布置使刚度有所增大,再结合周期折减等方法使地震剪力不小于规定值。对于不落地构件通过次梁转换的计算结

果应慎重对待。设计时对不落地的竖向抗侧力构件(墙、柱、支撑等)的地震作用如何通过次梁传递到主梁又传递到落地竖向构件要有明确的计算,并采取相应的构造措施,方可视为有明确的计算简图和合理的传递途径。结构刚度突变的控制,在弹性分析阶段,由于结构侧向刚度有多种不同的定义,使刚度比值的计算结果可能不相同。因此,刚度突变的判断,宜综合考虑各种方法,包括相邻层的层间位移角的比值、上下楼层竖向构件横截面总面积比、等效剪切刚度、等效弯剪刚度等;在抗震性能设计中,对于性能目标为“C”、“D”、“E”的结构,需要进行非线性分析,其刚度突变的控制,可主要通过层间位移角是否满足相应的性能要求予以判断。结构楼层扭转位移比计算时,需要注意:所谓刚性楼盖,国外规范的定义是,在规定的侧向荷载作用下,计算的楼盖平面内最大挠度不超过该楼层抗侧力体系中竖向构件平均层间位移的2倍;一般情况需要考虑偶然偏心的影响,但偏心值的大小如遇到很长裙房等特殊情况,不一定取该方向楼板总长度的5%;最大值和平均值的计算,均取楼层中同一轴线两端的万方数据竖向构件计算,不考虑楼板中悬挑的端部;偶然偏心与双向水平地震可不同时考虑,但应取二者的不利情况。对主楼与裙房相连导致结构底部扭转位移比过大或其他特殊情况使扭转位移比过大,此时,如小震下计算的最大层间位移不超过规范限值的1/3,构件对应于标准值的抗震承载力满足在中震下的地震内力组合要求,大震下的最大层间位移可控制在1/500鶫1/300,即满足性能水准4的要求,则扭转位移比的不规则性可放松。时程分析的应用,超限高层建筑的抗震设计,往往需要采用时程分析法进行补充计算,其前提是输入的地震加速度波形选择正确,即单条波计算的结构总地震剪力不小于按反应谱方法计算的65%,多条波计算的平均值不小于反应谱法的80%。有的设计为了满足上述要求,将地震波的加速度最大值放大1.5鶫2倍。这种做法,相当于设防烈度提高半度至一度,显然是不合适的,应重新选择地震波。当然,规范规定的设计加速度值相当于有效峰值,故允许将输入的实际地震记录波形的加速度最大值乘以一个略大于1.0的系数。考虑双向水平地震作用时,同一组地震波的两个水平分量的加速度比值可取1/0.85;考虑竖向地震和双向水平地震作用时,同一组地震波的两个水平分量和竖向分量的加速度比值可取1/0.85/0.65。对计算结果的比较,不仅要比较各层的地震作用力、楼层剪力和层间位移的大小,按较大值检查构件的截面和配筋;还要分析相邻

层的变化程度,发现突变部位,有助于判断薄弱部位。当超限高层建筑的高度较大或比较复杂时,尚可采用多条波的包络或平均值加一倍方差作为时程计算结果参与比较。竖向地震分析,超限高层建筑中的转换大梁、长悬臂构件和连体结构的连接体本身8度设计时应按规定考虑竖向地震作用;计算时宜采用时程分析法,要特别注意竖向地震的高位放大和跨中放大,避免震害。研究表明,强震观测记录和理论计算分析的结果,通常结构顶部的竖向地震加速度反应约为底部的2鶫3倍:悬臂端或较大跨度连接体的跨中部位,其竖向地震加速度反应比支座处显著增大,有的计算可能达到3倍。这意味着,8度时顶部较大跨度连接体的跨中部位,局部构件的竖向地震作用可能超过9度。有的模型试验也表明,连接体的竖向振动是不可忽视的。薄弱层变形分析,对结构层间位移进行控制是为了保证结构整体刚度和整体安全。超限高层建筑结构计算薄弱层变形的主要方法包括:静力弹塑性分析方法(push-over法)、弹塑性时程分析法等。弹塑性动力时程分析能比较准确而完整地得出结构在罕遇地震下的反应全过程,但计算分析工作繁琐,且计算结果受到所选用地震波以及构件恢复力和屈服模型的影响较大,在设计重要高层建筑结构采用该法时,要尽量使构件恢复力模型符合构件的实际特性。push-over方法是对结构在罕遇地震作用下进行塑性变形分析的一种简化方法,本质上是一种静力分析方法。具体地说,就是在结构计算模型上施加按某种规则分布的水平侧向力,单调加载并逐级加大;一旦有构件开裂(或屈服)即修改其刚度(或使其退出工作),进而修改结构总刚度矩阵,进行下一步计算,依次循环直到结构达到预定的状态(成为机构、位移超限或达到目标位移),从而判断是否满足相应的抗震能力要求。push-over方法分为两个部分,首先建立结构荷载位移曲线,然后评估结构的抗震能力。该方法能够很好地估计结构的整体和局部弹塑性变形,同时也能揭示弹性设计中存在的隐患(包括层屈服机制、过大变形以及强度、刚度突变等)。研究成果和工程应用表明,在一定适用范围内push-over 方法能够较为准确地反映结构的非线性地震反应特征,对于一般的高层建筑结构,不失为一种可行的简化分析方法。应用时需要特别注意:结构模型可适当简化,但应能反映整体受力并突出基本受力特征;构件的物理参数和恢复力模型应符合中国结构构件的材料性能和构造特点,不宜随意套用国外的设计参数;沿高度施加的水平力要符合超限高层建筑

的特点,选择倒三角分布、矩形分布、第一振型分布、等效的多振型组合分布或所谓自适应振型分布等;结构达到某一目标位移(当多自由度结构体系可以等效为单自由度体系时)或结构破坏程度的判断,应结合超限设计中采用的性能目标,根据弹性分析时小震、中震和大震的比例关系,逐个分析小震、中震和大震对应的弹塑性状态,从结构位移、结构承载力、阻尼比、屈服铰的数量和分布综合判断计算结果的可信程度。结构抗震试验要求,当超限高层建筑结构的抗震设计缺乏依据时,应进行必要的模型试验。通过上述讨论,可以得到以下几点:基于性能的抗震设计是结构抗震设计方法一种发展趋势。此方法与现有常规方法相比,其优是:使三水准设防要求有具体量化的性能目标、准,设计中更强调实施性能水准的判别准则、性能标的选用和深入仔细的分析、论证。目前在超限高建筑结构采用基于性能设计的理念和方法是可行的有利于高层建筑结构设计的技术进步和创新。

提出的性能目标、性能水准和实施能设计的方法(包括性能水准判别准则、性能目标选用及计算分析和试验要求),对于高层建筑的高度规则性以及新结构体系、新技术的采用并没有笼统限制,设计者可根据超限高层建筑结构的设防烈度具体特点,对其性能目标、性能水准进行论证,通有关的评估得以实现。本文所列举的超限高层建筑工程应用基于能抗震设计理念和要求的例子,具有一定的代表性有关的工程实例较多,不一一列举。这些例子表明我国近年来在超限高层建筑的结构设计中已经开始用基于性能的抗震设计,并取得了一定的成效,促了技术发展,提高了抗震设计的可靠性。基于性能的抗震设计仍存在一些有待研究解决的问题,尤其是地震作用大小的不确定性以及算模型和参数的准确性等问题,可以相信,随着工的不断应用和研究工作的深入,将会趋于成熟。

高层建筑结构抗震与设计考试重点复习题(含答案).

1.从结构的体系上来分,常用的高层建筑结构的抗侧力体系主要有:_框架结构, 力墙结构, _框架 -剪力墙_结构, _筒体_结构,悬挂结构和巨型框架结构。 2.一般高层建筑的基本风压取 感的高层建筑, 采用 _100_年一遇的风压值; 在没有 _100_年一遇的风压资料时, 可近视用取 _50_年一遇的基本风压乘以 1.1的增大系数采用。 3.震级―― 地震的级别,说明某次地震本身产生的能量大小 地震烈度―― 指某一地区地面及建筑物受到一次地震影响的强烈程度 基本烈度―― 指某一地区今后一定时期内,在一般场地条件下可能遭受的最大烈度设防烈度―― 一般按基本烈度采用,对重要建筑物,报批后,提高一度采用 4. 《建筑抗震设计规范》中规定, 设防烈度为度及度以上的地区, 建筑物必须进行抗震设计。 5.详细说明三水准抗震设计目标。 小震不坏:小震作用下应维持在弹性状态,一般不损坏或不需修理仍可继续使用中震可修:中震作用下,局部进入塑性状态,可能有一定损坏,修复后可继续使用大震不倒:强震作用下,不应倒塌或发生危及生命的严重破坏 6.设防烈度相当于 _B _ A 、小震 B 、中震 C 、中震 7.用《高层建筑结构》中介绍的框架结构、剪力墙结构、框架-剪力墙结构的内力和位移的近似计算方法,一般计算的是这些结构在__下的内力和位移。 A 小震 B 中震 C 大震

8. 在建筑结构抗震设计过程中, 根据建筑物使用功能的重要性不同, 采取不同的抗震设防标准。请问建筑物分为哪几个抗震设防类别? 甲:高于本地区设防烈度,属于重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害的建筑乙:按本地区设防烈度,属于地震时使用功能不能中断或需尽快恢复的建筑 丙:除甲乙丁外的一般建筑 丁:属抗震次要建筑,一般仍按本地区的设防烈度 9. 下列高层建筑需要考虑竖向地震作用。 (D A 8°抗震设计时 B 跨度较大时 C 有长悬臂构件时 D 9°抗震设计 10. 什么样的高层建筑结构须计算双向水平地震作用下的扭转影响? 对质量和刚度不对称、不均匀的结构以及高度超过 100m 的高层建筑结构 11. 结构的自振周期越大,结构的刚度越 _小_,结构受到的地震作用越 _小_。 12. 高层建筑设计一般要限制结构的高宽比(H/B ,为什么?房屋高度 H 是如何计算的? 高层建筑设计中,除了要保证结构有足够的承载力和刚度外,还要注意限制位移 的大小,一般将高层建筑结构的高宽比 H/B控制在 6以下。详细参考 P26表 2.2 房屋高度指室外地面至主要屋面的高度,不包括局部突出屋面部分的高度,而房屋宽度指所考虑方向的最小投影宽度。 13. 高层建筑结构设计采用的三个基本假定是什么? 弹性变形假定

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某超限高层住宅结构设计 摘要:本文针对广州某超限高层住宅结构设计进行研究,介绍了该工程超限情况及有针对性的构造加强措施。采用了satwe和midas两种软件进行结构整体分析,用pkpm进行静力弹塑性分析(pushover)及弹性时程分析。结果表明结构在罕遇地震下处于延性阶段,结构抗震性能满足规范要求。 关键词:超限高层;静力弹塑性分析;弹性时程分析;构造加强措施 abstract:in this paper,the research on some exceeding high-rise residential building,which locates in guangzhou,is discussed.the code exceeding status and the structural reinforcing measures are introduced.two types of software,satwe and midas,were used for the global analysis,and pkpm was used for pushover analysis and elastic time-history analysis.the results shows that the structure is in ductile stage under rare earthquake,the seismic performance of the structure can satisfy the code requirements. key words: code exceeding high-rise building;pushover analysis;elastic time-history analysis;structural reinforcing measures 中图分类号;tu2文献标识码:a 文章编号:

高层建筑结构设计简答题

(1.)框筒,筒中筒和束筒结构的布置? a框筒性能以正多边形为最佳,边数越多越好,剪力滞后越不明显,结构的空间作用越大 b筒中筒高宽比不应小于3,宜大于4,适用于高度不宜低于80米 c筒中筒的外框筒宜做成密柱深梁,柱距为1-3米,不宜大于4米,框筒的开洞率不宜大于60% d框筒结构的柱截面宜做成正方形,矩形或T形 e筒中筒的内筒居中,面积不宜太小内筒应贯通建筑物的全高,竖向刚度均匀变化。 f框筒当相邻层的柱不贯通时,应设置转换梁 g.框筒中楼盖高度不宜太大。可做成平板或密肋楼盖。 (3).框架核心筒的布置原则? a核心筒宜贯通建筑物全高,当宽度不宜小于筒体总高的二分之一. b框架核心筒结构的周边逐渐必须设置框架梁,结构平面布置尽可能规则,对称以减小扭转影响 c框架核心筒结构外框构建的界面不宜过小结构总高度不宜过大 d非地震区的抗风设计采用伸臂加强结构对增大侧向侧度是有利的e框架--核心筒的楼盖,选用结构高度小,整体性强,结构自重轻有利于施工楼盖,宜选用现浇梁板式楼板,密肋式楼板以及叠合楼板。 (4).高层建筑主要承受那些作用?

高层建筑结构主要承受竖向荷载,风荷载和地震作用等。竖向荷载包括结构构件自重,楼面活荷载,屋面雪荷载,施工荷载,与多层建筑结构有所不同,高层建筑结构的竖向荷载效应远大于多层建筑结构,水平荷载的影响显著增加,成为其设计的主要因素,同事对高层建筑结构应考虑竖向地震作用,高层建筑结构应考虑温度变化,材料收缩和徐变。地基不均匀沉降等间接作用在结构中产生的效应。 (5).结构承受的风荷载与哪些因素有关? 1基本风压 2风压高度变化系数 3风荷载体型系数 4群体风压体型,单体风压体系,局部风压体型系数 5风振系数。 (6)为什么水平荷载称成为设计的决定因素? 因为竖向荷载在结构的竖向构件中主要产生轴向压力其仅仅与结构高度的一次放成正比,而水平荷载对结构产生的倾覆力矩以及由此在竖向构件中所引起的轴力,数值与结构高度的二次方成正比。 (8)高层建筑结构平面布置基本原则? 尽量避免结构扭转和局部应力集中,平面简单规则对称,刚心与质心形心重合。

浅谈高层建筑结构设计的优化

浅谈高层建筑结构设计的优化 摘要:在社会经济快速发展的背景下,城市建筑用地资源日益紧张,高层乃至 超高层建筑项目不断兴起,在城市建筑领域中占据着相当重要的地位,并带动着 建筑行业的蓬勃发展。高层建筑项目建设中,结构设计的质量水平会对高层建筑 物的整体性能产生影响,如何对高层建筑结构进行优化设计是业内人士必须关注 的一项课题。本文即探讨在高层建筑结构优化设计中存在的不足之处,并提出了 高层建筑结构优化设计的解决措施与方法,望能够促进建筑结构设计方案的进一 步优化与发展。 关键词:高层建筑;结构;设计;优化 引言:高层建筑凭借着自身众多优势而成为当前城市建设中最重要的类型。 而结构设计的科学合理性对高层建筑的安全稳定性、适用性、耐久性及经济性等 有重大影响,因此优化高层建筑结构设计意义重大。高层建筑结构优化的主要目 的是在满足人们基本居住要求的前体下,实现对有限空间及资源的更合理分配, 以提升房屋的安全、舒适及美观性。建筑工程包含的内容众多,因此结构设计优 化的内容也是多方面的,在结构优化设计中,只有从多角度进行全面的优化设计,才能从整体上促进高层建筑结构优化设计水平的提高。 1、高层建筑历史与现状发展 在很早以前就有了结构化优化的思维,是在很多建筑设计者的实践中提炼出 来的,林同炎设计大师就是首次在国内提出结构化优化的方法。之后在我国高层 建筑迅速发展,目前发展已经十分惊人,各种优化方法也层出不穷。 在早前,手工画图时代,结构设计师都是依靠先把空间问题转换成平面问题。此时通过计算力学效应,逐步分析计算和考核,强度、整体受力情况都需要一一 验算核准,强调安全性,也要满足设计的基本要求。然后凭经验初取截面,再进 行强度验算校核、整体受力验算等步骤。由于受到当时条件制约,整体上要既要 实现经济,又要完全达到优化设计是很难达到的。随着计算机的普及,在建筑设 计上的应用,利用计算机来优化建筑设计结构,研究成果虽然取得了突破性的进展,但是应用上并不如人意。那是因为科研的结果与现实的运用在很大程度上有 一定的距离,现实中会考虑更多的约束条件,工程的复杂性在现实中得到体现。 不是科研中的简单函数关系就能处理完成,需要考虑实际情况。工程的复杂和不 可复制性,就决定了结构化优化的难度。 各种计算机语言和软件的出现,为建筑结构化设计提供了精准的计算,让设 计更有迅速。即便如此,科学研究的最优解和建筑实际的最优化还是有很大的区别,理论和实践区别在于实践的变化性。这就需要以实践为基础,更深入的去研究,从结构优化,到安全、美学、功能等方面进行优化。 2、设计高层建筑结构合理性所遵守的原则 2.1 高层建筑结构基础设计方案要合理 高层建筑场地的地址因素是决定高层建筑结构基础方案如何选择的参考依据。合理、有效的高层建筑结构基础方案的设计,必须结合相应的地址勘探条件,必 须切实、全面的考虑周边原有建筑群体、施工限制条件、地基荷载分布情况与高 层建筑结构类型等相互间的关联因素。 2.2 保证高层建筑结构设计方案的合理性

浅析高层建筑结构设计的难点

浅析高层建筑结构设计的难点 我国建筑行业发展至今,不管是其规模还是建筑技术在国际领域都是名列前茅。在建筑工程中,结构设计环节,是高层建筑未来施工的主要参考依据。它具有基础性、关联性、创新性等特征,在当代城市规划中,发挥着越来越重要的作用。基于此,结合国内高层结构设计的相关理论,着重对其设计难点进行分析,以达到降低高层建筑建设成本,保障结构设计质量的目的。 标签:高层建筑;结构设计;难点分析 一、高层建筑结构的特征 与普通建筑相比,高层建筑需承载垂直和水平两个方向的荷载,因此,其对结构的荷载承受能力要求更高,其中垂直荷载主要是由建筑物高度引起的,而水平荷载则是由外界风力产生的,外界风力和地震都是影响高层建筑结构稳定性的重要因素,另外,建筑层数的增高也会加快建筑物的位移速度,而过快得位移速度则会对建筑物的功能性和建筑物内住户的舒适度产生直接的影响,并且过大的侧移位还会对建筑的结构和非结构构件造成损害,因此,相关人员在进行高层建筑结构设计时,需合理控制建筑物的侧移范围,才能保证其结构功能性良好。 二、高层建筑结构的设计原则 (一)基础方案的合理性 高层建筑结构基础施工方案,是保证高层建筑施工整体性和良好性的基础保障,在实际的建筑结构方案设计当中,相关设计单位需要依照具体施工地质条件,依照具体的建筑施工要求来对结构实施设计。一方面,在建筑结构基础方案的配置上,需要和地质调查报告进行对接,保证其中各项调查数据充分符合工程施工标准。另一方面,在进行高层建筑施工过程中,还需要对建筑实施综合性进行分析,特别是对建筑整体结构的稳定程度、每一个环节的负载加以考虑,通过这种施工设计方式,充分保证工程施工的稳定性。 (二)结构措施完善 在高层建筑施工当中,除了需要对基础施工方案和施工图纸进行设计之外,其中还有一个比较重要的施工原则是相关施工单位经常忽略的问题,那就是需要保证建筑结构实施措施完善化。相关设计单位在对高层建筑结构进行设计的过程当中,需要充分地注意各部分组件相互之间的衔接程度。比如建筑体当中的钢筋锚固长度等,同时,设计单位还需要充分注意建筑体存在的一些薄弱环节,建筑体本身的温度对建筑体组件产生的影响等,对这几个方面的问题,在实际的设计工作当中,需要充分遵循“强柱弱梁、强剪弱弯、强压弱拉”的基本结构设计原则,保证高层建筑结构设计的稳定性。

超限高层建筑工程界定标准

超限高层建筑工程界定标准 根据国家建设部《超限高层建筑工程抗震设防审查技术要点》确定的超限高层建筑工程界定标准,结合我省实际予以细化,归纳整理如下: 一、房屋高度超过以下规定的高层建筑属于超限高层建筑 (一)现浇钢筋混凝土房屋适用的最大高度(M) 结构类型烈度 6 7 8 9 框架60 55 45 25 框架-抗震墙130 120 100 50 抗震墙140 120 100 60 部分框支抗震墙120 100 80 不应采用 框架-核心筒150 130 100 70 筒中筒180 150 120 80 板柱-抗震墙4 0 35 30 不应采用 注:1、房屋高度指室外地面到主要屋面板板顶的高度(不包括局部突出屋顶部分); 2、框架-核心筒结构指周边稀柱框架与核心筒组成的结构; 3、部分框支抗震墙结构指首层或底部两层框支抗震墙结构; 4、乙类建筑可按本地区抗震设防烈度确定适用的最大高度; 5、超过表内高度的房屋,应进行专门研究和论证,采取有效的加强措施。 (以上摘自《建筑抗震设计规范》表6.1.1) 《建筑抗震设计规范》第6.1.1条还规定:平面和竖向均不规则的结构或建造于Ⅳ类场地的结构,适用的最大高度应适当降低(规范条文说明规定“一般降低20%左右”)。 (二)钢结构房屋适用的最大高度(M) 结构类型6、7度8度9度 框架110 90 50 框架-支撑(抗震墙板)220 200 140 筒体(框筒、筒中筒、桁架筒、束筒)和 巨型框架300 260 180 注:1、房屋高度指室外地面到主要屋面板板顶的高度(不包括局部突出屋顶部分); 2、超过表内高度的房屋,应进行专门研究和论证,采取有效的加强措施。(以上摘自《建

高层建筑结构设计试题及复习资料

高层建筑结构设计 名词解释 1. 高层建筑:10层及10层以上或房屋高度大于28m 的建筑物。 2. 房屋高度:自室外地面至房屋主要屋面的高度。 3. 框架结构:由梁和柱为主要构件组成的承受竖向和水平作用的结构。 4. 剪力墙结构:由剪力墙组成的承受竖向和水平作用的结构。 5. 框架—剪力墙结构:由框架和剪力墙共同承受竖向和水平作用的结构。 6. 转换结构构件:完成上部楼层到下部楼层的结构型式转变或上部楼层到下部楼层结构布置改变而 设置的结构构件,包括转换梁、转换桁架、转换板等。 7. 结构转换层:不同功能的楼层需要不同的空间划分,因而上下层之间就需要结构形式和结构布置 轴线的改变,这就需要在上下层之间设置一种结构楼层,以完成结构布置密集、墙柱较多的上层向结构布置较稀疏、墙术较少的下层转换,这种结构层就称为结构转换层。(或说转换结构构件所在的楼层) 8. 剪重比:楼层地震剪力系数,即某层地震剪力与该层以上各层重力荷载代表值之和的比值。 9. 刚重比:结构的刚度和重力荷载之比。是影响重力?-P 效应的主要参数。 10. 抗推刚度(D ):是使柱子产生单位水平位移所施加的水平力。 11. 结构刚度中心:各抗侧力结构刚度的中心。 12. 主轴:抗侧力结构在平面内为斜向布置时,设层间剪力通过刚度中心作用于某个方向,若结构产 生的层间位移与层间剪力作用的方向一致,则这个方向称为主轴方向。 13. 剪切变形:下部层间变形(侧移)大,上部层间变形小,是由梁柱弯曲变形产生的。框架结构的 变形特征是呈剪切型的。 14. 剪力滞后:在水平力作用下,框筒结构中除腹板框架抵抗倾复力矩外,翼缘框架主要是通过承受 轴力抵抗倾复力矩,同时梁柱都有在翼缘框架平面内的弯矩和剪力。由于翼缘框架中横梁的弯曲和剪切变形,使翼缘框架中各柱轴力向中心逐渐递减,这种现象称为剪力滞后。 15. 延性结构:在中等地震作用下,允许结构某些部位进入屈服状态,形成塑性铰,这时结构进入弹 塑性状态。在这个阶段结构刚度降低,地震惯性力不会很大,但结构变形加大,结构是通过塑性变形来耗散地震能量的。具有上述性能的结构,称为延性结构。 16. 弯矩二次分配法:就是将各节点的不平衡弯矩,同时作分配和传递,第一次按梁柱线刚度分配固 端弯矩,将分配弯矩传递一次(传递系数C=1/2),再作一次分配即结束。 第一章 概论 (一)填空题 1、我国《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3—2002)规定:把10层及10层以上或房屋高度大于28m 的建筑物称为高层建筑,此处房屋高度是指室外地面到房屋主要屋面的高度。 2.高层建筑设计时应该遵循的原则是安全适用,技术先进,经济合理,方便施工。 3.复杂高层结构包括带转换层的高层结构,带加强层的高层结构,错层结构,多塔楼结构。

高层建筑结构设计分析论文

关于高层建筑结构设计分析 摘要:随着社会经济的迅速发展,人民物质生活水平的不断提高,居住条件的不断改善,高层住宅如雨后春笋一座座拔地而起。一个优秀的建筑结构设计往往是适用、安全、经济、美观便于施工的最佳结合。 关键词:建筑结构结构设计 abstract: with the rapid development of social economy, the people’s material life level unceasing enhancement, the constant improvement of the living conditions, high-rise residential have mushroomed place have sprung up. a good structure design is often apply, safety, economy, beautiful is advantageous for the construction of the best combination. keywords: building structure design 中图分类号: tu3文献标识码:a 文章编号: 一、高层建筑各专业设计的协调 高层建筑设计是个多专业、多程序的复杂系统工程,涉及“建筑、结构、设备”三个基本环节,参与高层建筑设计的工程师都深深体会到,对于每个专业单独而言是最完美的设计,但结合在一起却不是优秀的设计。各专业之间的矛盾如不妥善处理!高层建筑就无法施工,建成后也无法使用。“建筑、结构、设备”是互相制约的三个有机组成部分,高层建筑设计既是各个专业自我完善的过

高层建筑结构设计特点.

浅论高层建筑结构特点及其体系 [摘要]文章分析高层建筑结构的六个特点,并介绍目前国内高层建筑的四大结构体系:框架结构、剪力墙结构、框架剪力墙结构和筒体结构。 [关键词]高层建筑;结构特点;结构体系 我国改革开放以来,建筑业有了突飞猛进的发展,近十几年我国已建成高层建筑万栋,建筑面积达到2亿平方米,其中具有代表性的建筑如深圳地王大厦81层,高325米;广州中天广场80层,高322米;上海金茂大厦88层,高420.5米。另外在南宁市也建起第一高楼:地王国际商会中心即地王大厦共54层,高206.3米。随着城市化进程加速发展,全国各地的高层建筑不断涌现,作为土建工作设计人员,必须充分了解高层建筑结构设计特点及其结构体系,只有这样才能使设计达到技术先进、经济合理、安全适用、确保质量的基本原则。 一、高层建筑结构设计的特点 高层建筑结构设计与低层、多层建筑结构相比较,结构专业在各专业中占有更重要的位置,不同结构体系的选择,直接关系到建筑平面的布置、立面体形、楼层高度、机电管道的设置、施工技术的要求、施工工期长短和投资造价的高低等。其主要特点有: (一水平力是设计主要因素 在低层和多层房屋结构中,往往是以重力为代表的竖向荷载控制着结构设计。而在高层建筑中,尽管竖向荷载仍对结构设计产生重要影响,但水平荷载却起着决定性作用。因为建筑自重和楼面使用荷载在竖向构件中所引起的轴力和弯矩的数值,仅与建筑高度的一次方成正比;而水平荷载对结构产生的倾覆力矩、以及由此在竖向构件中所引起的轴力,是与建筑高度的两次方成正比。另一方面,对一定高度建筑来说,竖向荷载大体上是定值,而作为水平荷载的风荷载和地震作用,其数值是随着结构动力性的不同而有较大的变化。

华东院结构设计培训内部资料--超限高层抗震设计指南

编制依据 《建筑抗震设计规范》送审稿 《高层建筑混凝土结构技术规程》 (征求意见稿) 《超限高层建筑工程抗震设防管理规定》 (建设部令第111号) 《上海市超限高层建筑设防管理实施细则》 (沪健 【2003】702号) 广东省实施《高层建筑混凝土结构技术规程》 (jgj3‐2002)补充规定 江苏省《房屋建筑工程抗震设防审查细则》 《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》(建质【2006】220号) 《关于加强超限高层建筑抗震设防审查工作的建议》 (2007年工作会议) 《关于加强超限高层建筑工程抗震设防审查技术把关的建议》 (2009年2月6号) 《超限高层建筑抗震工程抗震设计指南》 (第二版吕西林主编) 超限的认定 《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》 建质【2006】220号 新抗震规范及高层混凝土结构规范推出后,其划分范围作相应调整 将大跨结构纳入审查 将市政工程纳入审查 CECS如与抗规及高规矛盾,以高规及抗规为主 上海工程还需满足《上海市超限高层建筑设防管理实施细则》 (沪建建【2003】702号) 计算分析总体要求 总体判断,根据受力特点建模 计算参数选取要合理 计算假定要符合实际受力 计算结果应进行分析判断 计算参数的选取 连梁的单元形式(杆单元或壳) 巨柱采用杆或壳单元 墙单元最大单元尺寸 楼板单元是否合理 阻尼比的选择 连梁刚度的折减 周期折减系数 最不利地震方向(正方形增加45°) 最不利风荷载方向 施工模拟的方式 嵌固端的选取 特殊构件的定义 足够的振型数量 是否考虑p‐△效应 考虑偶然偏心 混凝土柱的计算长度系数(地下室、悬臂梁)

高层建筑结构设计习题

一、简答题 1..试述高层建筑结构的受力特点。 2. .框架结构抗震延性设计的原则是什么? 3..剪力墙按受力特性的不同分为哪几类?各类的受力特点是什么? 4.对于剪力墙结构,平面及竖向结构布置有哪些基本要求? 5.在什么情况下,框架——剪力墙结构的计算简图应采用刚接体系? 二、选择题 1、计算框架结构梁截面惯性矩I时考虑楼板影响,对现浇楼盖,中框架取I= ()。 A.2 I B.05.1I C.02.1I D.0I 2、整体小开口剪力墙计算宜选用()分析方法。 A. 连续化方法 B. 材料力学分析法 C. 壁式框架方法 D. 有限元法 3、在下列地点建造相同高度的高层建筑,什么地点所受的风力最大?() A. 建在大城市郊区 B. 建在小城镇 C. 建在有密集建筑群的大城市市区 D. 建在海岸

4、对现浇框架支座处弯矩可以进行调幅,以下不正确的论述是( ) A.负弯矩调幅系数为0.8—0.9 B.只需对竖向荷载作用下的弯矩进行调幅 C.调幅必须在荷载效应组合之前完成 D.对水平和竖向荷载效应均需要调幅 5、关于框架结构的变形,哪个结论是正确的( ) A. 框架结构的整体变形主要呈现为弯曲型 B. 框架结构的层间变形一般为下大上下 C. 框架结构的层间变形一般为下小上大 D.框架结构的层间位移仅与柱的线刚度有关,而与梁的线刚度无关 6、在有地震作用组合设计表达式RE E E R S γ≤中,承载力抗震调整系数RE γ满足 ( ) A. 大于1 B. 小于1 C. 不一定 D. 1 7、剪力墙中,墙肢刚度不变时,如果增加连梁刚度,整体系数α将( ) A 、增加 B 、减小 C 、不减 D 、不增 8、结构在水平静荷载的作用下其内力计算方法为( ) A 、底部剪力法 B 、力矩分配法 C 、反弯点法 D 、时程分析法 9 ) A. 框架结构体系 B. 剪力墙结构体系 C. 筒体结构 D. 框架剪力墙结构

浅谈高层建筑结构设计_0

浅谈高层建筑结构设计 上世纪末以来,城市化进程加速,城市人口激增,社会经济蓬勃发展,高层建筑在城市中越来越多。如今,城市中的高层建筑已经成为当地经济繁荣的重要标志。 标签结构设计;高层建筑;控制参数;载荷;抗震 1 高层建筑的特点 《高层建筑混凝土结构技术规程》规定,10层及10层以上和高度超过28 m 的钢筋混凝土民用建筑属于高层建筑。相比多层建筑而言,高层是向空中发展,容积率一定的情况下,建造高层建筑可以节省规划用地面积,提高城市绿化率,还可以缓解城市用地紧张的局面。 高层建筑基础需要计算确定深度,独立的高层建筑单体而言,基础埋深比较容易确定,但现今住宅多为数十栋高层建筑群,地下车库相互连接,这时,既要充分考虑地下车库应的侧向刚度作为高层建筑的侧限。 高层建筑比多层建筑多出较多的设备用房,如电梯、管道井等,这样就会增加建筑物的造价,增加公共面积;从建筑防火的角度看,高层筑的防火要求要高于中低层建筑,也会增加高层建筑的工程造价和运行成本。 2 高层结构设计体系特点 地震作用和风荷载的影响下高度的增加,水平作用对高层建筑结构安全的控制作用更加显著。高层建筑的抗震性能、抗侧刚度、承载能力、造价高低,与所采用的结构系统密切相连。不同的层数、高度应采用不同的结构体系。 2.1 筒体结构 单个筒体可分为实腹筒、框筒和桁筒。平面剪力墙组成空间薄壁筒体,即为实腹筒;框架通过减小肢距,形成空间密柱框筒,即框筒;筒壁若用空间桁架组成,则形成桁筒。实际结构中除烟囱等构筑物外不可能存在单筒结构,而常常以框架—筒体结构、筒中筒结构、多筒体结构和成束筒结构形式出现。在层数很多或设防烈度要求很高时,可用筒体结构。 2.2 剪力墙结构体系 利用建筑物墙体作为承受竖向荷载、抵抗水平荷载的结构,称为剪力墙结构体系。剪力墙结构体系于钢筋混凝土结构中,由墙体承受全部水平作用和竖向荷载。现浇钢筋混凝土剪力墙结构的整体性好,刚度大,在水平荷载作用下侧向变形小,承载力要求也容易满足。但剪力墙结构体系平面布置不灵活,结构自重往

高层建筑抗震设计原则及应注意的问题

高层建筑抗震设计原则及应注意的问题 摘要:高层建筑抗震工作一直建筑设计和施工的重点,概述高层建筑的发展,对建筑抗震进行必要的理论分析,从而来探索高层建筑的设计理念、方法,从而采取必须的抗震措施。为了避免短柱脆性破坏问题在高层建筑中发生,笔者认为,首先要正确判定短柱,然后对短柱采取一些构造措施或处理,提高短柱的延性和抗震性能。 关键词:高层建筑抗震设计措施 0引言 结构工程师按抗震设计要求进行结构分析与设计,其目标是希望使所设计的结构在强度、刚度、延性及耗能能力等方面达到最佳,从而经济地实现“小震不坏,中震可修,大震不倒”的目的。但是,由于地震作用是一种随机性很强的循环、往复荷载,建筑物的地震破坏机理又十分复杂,存在着许多模糊和不确定因素,在结构内力分析方面,由于未能充分考虑结构的空间作用、非弹性性质、材料时效、阻尼变化等多种因素,计算方法还很不完善,单靠微观的数学力学计算还很难使建筑结构在遭遇地震时真正确保具有良好的抗震能力。 1高层建筑抗震结构设计的基本原则 1.1结构构件应具有必要的承载力、刚度、稳定性、延性等方面的性能①结构构件应遵守“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件、强底层柱(墙)”的原则。②对可能造成结构的相对薄弱部位,应采取措施提高抗震能力。③承受竖向荷载的主要构件不宜作为主要耗能构件。 1.2尽可能设置多道抗震防线①一个抗震结构体系应由若干个延性较

好的分体系组成,并由延性较好的结构构件连接协同工作。例如框架

—剪力墙结构由延性框架和剪力墙两个分体组成,双肢或多肢剪力墙体系组成。②强烈地震之后往往伴随多次余震,如只有一道防线,则在第一次破坏后再遭余震,将会因损伤积累导致倒塌。抗震结构体系应有最大可能数量的内部、外部冗余度,有意识地建立一系列分布的屈服区,主要耗能构件应有较高的延性和适当刚度,以使结构能吸收和耗散大量的地震能量,提高结构抗震性能,避免大震时倒塌。③适当处理结构构件的强弱关系,同一楼层内宜使主要耗能构件屈服后,其他抗侧力构件仍处于弹性阶段,使“有效屈服”保持较长阶段,保证结构的延性和抗倒塌能力。④在抗震设计中某一部分结构设计超强,可能造成结构的其他部位相对薄弱,因此在设计中不合理的加强以及在施工中以大带小,改变抗侧力构件配筋的做法,都需要慎重考虑。 1.3对可能出现的薄弱部位,应采取措施提高其抗震能力①构件在强烈地震下不存在强度安全储备,构件的实际承载能力分析是判断薄弱部位的基础。②要使楼层(部位)的实际承载能力和设计计算的弹性受力的比值在总体上保持一个相对均匀的变化,一旦楼层(部位)的比值有突变时,会由于塑性内力重分布导致塑性变形的集中。③要防止在局部上加强而忽视了整个结构各部位刚度、承载力的协调。④在抗震设计中有意识、有目的地控制薄弱层(部位),使之有足够的变形能力又不使薄弱层发生转移,这是提高结构总体抗震性能的有效手段。 2高层建筑抗震设计常见的问题

超限高层结构设计内容

超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点 第一章总则 第一条为做好全国及各省、自治区、直辖市超限高层建筑工程抗震设防专家委员会的专项审查工作,根据《行政许可法》和《超限高层建筑工程抗震设防管理规定》(建设部令第111号),制定本技术要点。 第二条下列工程属于超限高层建筑工程: (一) 房屋高度超过规定,包括超过《建筑抗震设计规范》(以下简称《抗震规范》)第6章钢筋混凝土结构和第8章钢结构最大适用高度、超过《高层建筑混凝土结构技术规程》(以下简称《高层混凝土结构规程》)第7章中有较多短肢墙的剪力墙结构、第10章中错层结构和第11章混合结构最大适用高度的高层建筑工程。 (二) 房屋高度不超过规定,但建筑结构布臵属于《抗震规范》、《高层混凝土结构规程》规定的特别不规则的高层建筑工程。 (三) 房屋高度大于24米且屋盖结构超出《网架结构设计与施工规程》和《网壳结构技术规程》规定的常用形式的大型公共建筑工程(暂不含轻型的膜结构)。 超限高层建筑工程的主要范围参见附录一。 第三条在本技术要点第二条规定的超限高层建筑工程中,属于下列情况的,建议委托全国超限高层建筑工程抗震设防审查专家委员 —1—

会进行抗震设防专项审查: (一) 高度超过《高层混凝土结构规程》B级高度的混凝土结构,高度超过《高层混凝土结构规程》第11章最大适用高度的混合结构; (二) 高度超过规定的错层结构,塔体显著不同或跨度大于24m的连体结构,同时具有转换层、加强层、错层、连体四种类型中三种的复杂结构,高度超过《抗震规范》规定且转换层位臵超过《高层混凝土结构规程》规定层数的混凝土结构,高度超过《抗震规范》规定且水平和竖向均特别不规则的建筑结构; (三) 超过《抗震规范》第8章适用范围的钢结构; (四) 各地认为审查难度较大的其他超限高层建筑工程。 第四条对主体结构总高度超过350m的超限高层建筑工程的抗震设防专项审查,应满足以下要求: (一) 从严把握抗震设防的各项技术性指标; (二) 全国超限高层建筑工程抗震设防审查专家委员会进行的抗震设防专项审查,应会同工程所在地省级超限高层建筑工程抗震设防审查专家委员会共同开展,或在当地超限高层建筑工程抗震设防审查专家委员会工作的基础上开展; (三) 审查后及时将审查信息录入全国重要超限高层建筑数据库,审查信息包括超限高层建筑工程抗震设防专项审查申报表项目(附录二)和超限高层建筑工程抗震设防专项审查情况表(附录三)。 第五条建设单位申报抗震设防专项审查的申报材料应符合第二章的要求。专家组提出的专项审查意见应符合第六章的要求。 —2—

浅谈高层建筑结构设计的重点和难点

林业科技情报2014Vol.46No.1 浅谈高层建筑结构设计的重点和难点 梅雅莉 (黑龙江省林业设计研究院) [摘要]由于我国人口数量的增多,为解决住房等问题需要发展建筑行业,尤其是要发展高层建筑行业。随着建筑高度的不断增加,建筑的形式和结构功能也变得复杂多样,因此,高层建筑的结构设计工作便成为建筑工程师在设计过程中的重点和难点。本文着重对高层建筑结构设计过程中应注意的问题进行分析。 [关键词]高层建筑;结构设计;重点问题 Discussion On The Emphasis And Difficulty Of The Structure Design For High-Rise Building Mei Yali (Forest Designing AndResearch Institute Of Heilongjiang Province) Abstract:With the increasing for the population in our country,it is necessary to develop architecture industry,es-pecially the high-rise buildings,to solve the housing problem.Associated with the increasing number for the high -rise building,the type of the architecture and the structure function has got much more complex.As a result,the design for high-rise building becomes the emphasis and difficulty for the architecture engineering worker.The par-ticle mainly analyzes the problem emerging from the high-rise building design process. Key words:high-rise building;structure design;emphasis problem 1高层建筑结构设计的概况及意义 随着我国城市化进程不断加快,城市人口显著增多,高层建筑在城市建设中发挥着越来越重要的作用。即使在建筑设计理念和方法日益先进的今天,仍会因为高层建筑复杂的结构,较广的学术知识涉及和较大的工程量而出现设计失误的现象。高层建筑结构设计的意义有:首先,如果建筑所使用的面积一定,设计和建造高层建筑可以获得相对多一些的使用面积,可以解决城市用地紧张、房价高涨等问题。另一方面,精美的高层建筑设计还可以改善城市的外观,或者说成为城市的一道风景。比如马来西亚的石油大厦和上海的金茂大厦等等。而如果设计的建筑高层密度、结构不合理,就会给城市带来热岛效应,影响城市居民的生活环境,甚至由于高层的玻璃因反光而发生光污染的现象。其次,如果是在建筑面积与建设场地面积的比值一定,那么建造高层建筑就会有效地节约城市土地面积,得到更多的空闲地面,用这些空闲出来的地面来进行城市绿化或者供人们休息娱乐。与此同时,建筑高层的土地结构设计会为城市带来更充足的日照、更良好的采光和通风效果。在新加坡新建的居住区中,由于建造了很多的高层建筑群,得到了许多空闲的地面,使人们的休闲活动空间也得到了拓展。最后,一般情况下,高层建筑也可以使人们的内心得到舒展,所以说高层建筑对于城市人们的生活非常重要。因此,高层建筑的结构设计也非常重要,良好的建筑结构可以使人们生活得更加安全,更加舒心。也会使城市更加美观,拥有良好的生态环境。高层建筑结构设计师们要发挥自己的所学所能,设计出美观、经济、实用的高层建筑。 2高层建筑结构设计中应注意的问题 在高层建筑结构的设计中,我们需要注意一些问题,主要有以下几方面。 2.1剪力墙的设计 在高层建筑中,剪力墙对建筑有着重要的影响,所以,在剪力墙的设计过程中,要充分考虑剪力墙的结构体系。也就是以建筑物墙体作为承受水平、竖向荷载的结构,要求混凝土剪力墙具有较好的结构,较强的刚度,以满足其承载力的要求。在对剪力墙进行计算配筋时,切记要为墙肢一端配筋。在短肢剪力墙相对较多的结构中,将较短的墙段划为约束边缘的构件是不妥的,这会使墙肢中和轴附近的钢筋无法发挥作用。另外,剪力墙间距也不能过大,因为这会使得平面的布置显得死板,无法满足公共建筑功能需求。此外,一旦剪力墙自身的结构过大,高度超过标准就会引起悬臂墙变形, · 03 ·

浅析高层建筑结构设计存在的问题及对策

浅析高层建筑结构设计存在的问题及对策 发表时间:2016-05-25T10:16:41.620Z 来源:《工程建设标准化》2016年2月供稿作者:吴志星[导读] (山西平阳重工机械有限责任公司,山西,侯马,043003)众所周知,高层建筑的最大优势就是能够充分提高土地的利用率,这一优势在一定程度上充分缓解了当前我国土地资源短缺的压力。(山西平阳重工机械有限责任公司,山西,侯马,043003) 【摘要】在实行改革开放以后,随着时代的发展和科技的进步,我国的建筑业不仅与时俱进,楼层不断向高处扩展,而且在一定程度上取得了不小的成就,然而在高层建筑结构设计上各种问题频发,这也成为了一个亟待解决的问题。本文通过着重介绍高层建筑结构设计的原则、当前高层建筑结构设计中存在的问题和改进建筑结构设计中常见问题的对策,来强化和确保高层建筑结构设计的不断完善。 【关键词】高层建筑;结构设计;问题;对策 众所周知,高层建筑的最大优势就是能够充分提高土地的利用率,这一优势在一定程度上充分缓解了当前我国土地资源短缺的压力,但是,高层建筑的质量会受到多重因素的影响,一旦产生安全事故,必将对人们的生命和财产带来极大的影响,因此,对建筑的结构设计提出了更高的要求,只有高层建筑的结构设计科学合理,其质量才能有保障,才会有利于社会和谐稳定发展。 一、高层建筑结构的设计原则 1、选择合理的结构方案 只有结构方案经济合理,才能让一个建筑设计合理,可行性强的结构形式和传力简捷、受力明确的结构体系也会促进一个良好设计的形成。因此在进行结构设计时应当具体分析建筑所处的地理环境、材料和设计的需求及施工条件等,充分考虑高层建筑自身的特点,根据实际情况来选择一个合理的结构方案。 2、选择合适的基础方案 在设计过程中要注意最大程度地发挥地基的潜力,在基础设计时要形成详尽的地质勘察报告,如果缺少报告,必须进行现场勘查来制定设计方案,要先通过综合分析工程的地质地貌、施工条件、上部结构类型、相邻建筑物的影响及荷载分布等因素的考虑再进行基础设计,只有这样,才能设计出经济合理的基础方案。 3、进行正确的分析计算 随着科技的发展,计算机技术在结构设计方面已得到广泛应用,种类繁多的计算软件都存在不同程度的缺陷,因此在结构设计的计算过程中会出现不精确的情况,这就要求设计师在使用软件过程中细致认真,对产生的结果认真分析和校对,作出合理判断。 二、当前高层建筑结构设计中存在的问题 1、结构体系选用不科学 由于我国所处地球的板块较为活跃,因此地震频发,对与这些地震多的地区建设高层建筑就应当选用抗震性强的结构体系和建筑材料,一些发达国家通常是使用的钢结构,而我国大多使用的钢筋混凝土结构或者混合结构,但钢框架的刚度较小,钢结构会产生一定程度的负担,也不会起到较好的效果,钢筋混凝土很容易产生弯曲变形而导致侧移,因此在进行结构设计时必须注意使用加强层把侧移量降低或者加大混凝土制土桶刚度。 2、高层建筑普遍超高 高层建筑对抗震能力的要求较高,因此国家严格规定了建筑物的高度,但是实际需求的不断改变使得建筑的高度不断发生改变,因此国家又对A级高度和B级高度进行新的规定和细致划分。即使如此,一些设计师在进行结构设计时往往会忽视高度的问题,对于一些不适合建设高层建筑的地段或条件也会出现为了追求利益的最大化而违反相关规定进行施工,这种情况对整个建筑的成本预计和建设进度都会造成诸多不良影响。 3、结构设计的刚度问题 楼层竖向结构的规则性与平面刚度问题是高层建筑结构设计过程中一个经常遇到的问题,由于在高层建筑的设计过程中每位设计师都有自己的想法和设计理念,因此在设计时就会产生差异,导致结构设计产生矛盾和分歧,在建筑施工过程中很容易出现一味追求独特新颖的外观而忽视抗侧移的刚度对高层建筑能否抗震的影响。 4、材料配备和资源配置不科学 高层建筑的结构特点非常明显,其结构设计的复杂性是由其功能的复杂性决定的,传统的建筑选材多为可燃性材料,这种材料很可能增加高层建筑火灾发生的可能性,对于建筑施工过程中劳动力等资源的配置如果未能提前进行预计和计算,还会对后期的施工造成一定的难度,对于其引发的一系列突发状况也很难及时处理和解决,造成施工进度无法按期完成。 三、改进建筑结构设计中常见问题的对策 1、选用科学的结构体系 受自然灾害的影响,人们对建筑的稳定性能要求逐渐提高,对高层建筑的要求越来越严格,由于高层建筑限制性较大,因此必须对高层建筑结构设计中选用的结构体系进行严格限制,以免在后期的项目施工的设计阶段发生不必要的变动,对计算简图也要慎重选择和使用,根据建筑物的影响因素和自身特点来选用一套科学合理的的结构体系。 2、注重建筑的设计高度 设计师在进行高层建筑的结构设计过程中,要明确意识到有关的高度规范,严格审查设计图纸,确保结构设计与相关的要求和规范相符合,对于建筑施工过程中出现的问题要及时调集有关专家加以具体分析,对高层建筑重新进行设计和评估,以免对建筑的施工进度和质量产生不良影响。国家相关部门也应当加大对高层建筑的审查力度,对不合乎规范的行为进行严加处理,确保高层建筑结构的稳定性和安全性。 3、选择合理的刚度设计

高层建筑结构设计特点及体系分析

高层建筑结构设计特点及体系分析 发表时间:2016-07-08T16:27:19.500Z 来源:《基层建设》2016年6期作者:李晓瑞 [导读] 近年来,我国高层建筑设计及施工又有很大的发展,各种结构型式得到充分应用。 广西南都建筑设计有限公司 530021 摘要:近年来,我国高层建筑设计及施工又有很大的发展,各种结构型式得到充分应用,高层建筑的体型和功能更加多样化,结构复杂程度增加。基于此本文着重对高层建筑结构设计特点及体系进行了分析,旨在为提高高层建设工程质量提供参考。 关键词:高层建筑;结构设计;体系 前言 高层建筑结构的最主要特点是水平荷载为设计的主要因素,侧移限值为确定各抗侧力构件数量和截面尺寸的控制指标。有些构件除必须考虑弯曲变形外,尚需考虑轴向变形和剪切变形的影响,地震区的高层建筑结构还需要控制结构和构件的延性指标。目前国内高层建筑类型不断增多,发展较快,由此需要结合钢结构和混凝土结构的优点,承载力高、延性好、变形能力强等理论基础,对建筑结构设计进行研究。 1高层建筑结构设计特点分析 1.1重视侧向荷载对结构的影响 随着建筑高度的增大,侧向荷载对结构影响的增长速率大于竖向荷载的增长速率,到某一高度时,侧向荷载对结构的影响将超过竖向荷载。从这开始,侧向荷载将成为确定高层建筑结构方案和影响土建造价的决定性因素。为此,对侧向荷载的作用,该倍加关注。 1.2结构设计除需满足承载力以外,还需满足侧移要求 (1)侧移的限值 结构受侧向荷载后,结构将发生水平变位——侧移。按侧移对结构的影响,可分为绝对侧移和层间侧移这两项。这里,绝对侧移是指建筑结构相对于地面原点的水平变位大小;而层间侧移则是指两相邻楼层绝对侧移值之差(见图1)。绝对侧移量过大,将会使结构产生P-效应,增大结构内力;有时甚至还会引起电梯运行困难,增加结构倾覆和失稳的危险性;同样,层间侧移过大,将会导致装修和非承重墙体的损伤[1]。 图1绝对侧移和层间侧移 (2)减少侧移的途径 一是减少风荷载或地震作用。对不考虑地震作用的高层建筑,风荷载是侧向荷载中的主要荷载。减少风荷载,就可减少侧移量。圆形平面时的风荷载最小,约只为矩形平面时的60%;即使将房屋的已定平面形状略加修饰,使之更近于流线形时,则同样也可起到减少风压的效果。 二是选用合适的结构方案。根据房屋的高度、高宽比、平面形状和它的体型,在选择结构方案时,将一并考虑控制侧移的这一因素。因一旦选定了结构方案,实际上,这时结构的侧移也就确定了。 三是设置刚性层。如我国某高层建筑 (地上37层、地下2层、高140m),钢筋混凝土框架一核芯筒结构,平面呈单轴对称的六边形,高宽比达5.2。但由于在第20层和第35层处各设了一道刚性层,使结构的顶点侧移量、由原先的284mm降至250mm,减少了10%。 1.3注意减轻楼面自重,减少楼面的结构高度 楼面(包括楼板及楼面梁)自重将占结构竖向荷载的大部分,由于高层建筑的层数多,虽每层的竖向荷载减少有限,但积累后的值对下层的柱、墙和基础都会产生不小的影响。 在确保楼层净高不变的条件下,减少楼面的结构高度,就可减少每层的层高。积累后,有时使房屋总高不变而增加楼层层数达1层或2层;或也可在楼层层数不变的条件下,减少房屋的总高。这些都将产生十分可观的经济效益。 2高层建筑结构设计体系分析 2.1框架结构体系 对于水平荷载作用,常用的方法有以下几种: 1)反弯点法。反弯点法的基本假设是把框架巾的横粱简化为刚性梁,因而框架节点不发生转角,只有侧移,同层各柱剪力与柱的移

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