高层混凝土建筑抗震结构优化设计措施探讨

建筑 抗震 的 目的在 于抵抗 地 震力 的作 用对 建 筑 物产 生 的破 坏 ， 采 取 各种
有效的御防或善后措施 ， 尽可能减轻人员生命财产的损失。高层住宅结构抗 震优 化 设计 将得 到设 计 人员 更 多 的关注 和重 视 。 建 筑结 构 的优 化设 计 目的是 设计 出合理的满足各种科学数据的最佳方案。近年来， 我国房地产产业迅猛 发展 ， 建筑 设 计和 施工 技术 得 到迅 速提 高 。高层 住 宅结 构 抗震 优 化设 计 将 得 到设 计 人员 更多 的关 注 当无法避开时， 应采取适当的抗震加强措施 ， 应 根据抗震设 防类别、 地基液化 等级 ， 分别采取加强地基和上部结构整体性和 刚度 、 部 分消 除或 全部 消 除地基 液 化沉 陷 的措施 。
２ ． 优化 建 筑结 构 设计 。力求 对称 均 匀是 抗 震 概念 设计 十 分重 要 的原 则 。 “ 综合 抗 震 能力 ” 的概 念 ， 就是 要综 合 考虑 整 个结 构 的承 载 力 和构造 等 因素衡 量 结构 抵抗 地震 作 用 的能力 。 地震 时建 筑 物所 受地 震作 用 的大小 与 其动 力特
震性能， 最理想 的措施是使结构 中的所有构件都具有较高 的延性， 采现浇楼、 屋 盖是 一 种较 好 的增 强楼 房结 构空 间 刚度 和整体 稳 定性 的方法 ， 在 适 当的部 任 何方 向 ， 当为 均 布荷 载 时 ， 弯 矩 与建 筑 物 高度 呈 二 次方 变 化 。从 侧 移 特性 位 增设 构 造 柱 ， 并 配置 些 构造 钢 筋 ， 也 能 达 到增 强 结 构整 体 性 的作 用 ； 另外 ， 看， 竖向荷载引起 的侧移很小 ， 而水平荷载当为均布荷载时 ， 侧移与高度成四 设置配筋圈梁可限制散落问题 ， 增强空间刚度 ， 提高结构整体稳定性 ， 从而提 次 方变 化 。 由此 可 以看 出 ， 在高 层结 构 中 ， 水平 荷 载 的影 响要远 远 大于 垂直 荷 高房屋的抗震性能。结构主要靠延性来抵抗较大地震作用下的非弹性变形 ， 载 的影 响 ， 水 平荷 载 是结 构设 计 的控 制 因素 ， 结 构抵 抗 水平 荷 载产 生 的弯 矩 、 因此 ， 地震作用下， 结构的延性与结构的强度具有同等重要的意义。 为了使钢 剪力以及拉应力和压应力应有较大的强度外 ，同时要求结构要有足够 的刚 筋混 凝土 结 构在 地震 引起 的动 力反 应 过程 中表 现 出必 要 的延 性 ， 就 必 须使 塑
、
高层 建筑 设计
高 层建 筑从 本质 上 讲是 一个 竖 向悬臂 结 构 ， 垂 直荷 载 主要 使 结构 产 生 轴
性密切相关， 与其具有合理的刚度和承载力分布以及与之匹配的延性密切相 关。 房 屋是 纵 、 横 向承重 构 件和 楼盖 组 成的一 个 具有 空 间刚度 的 结构 体系 ， 其 抗震能力的强弱取决于结构 的空间整体刚度和整体稳定性。 提高建筑物的抗
地震发生具有随机性、 破坏强 、 余震次数多的特点， 给社会带来巨大 的损 失， 建筑的设计尤为重要 ， 设计者在建筑设计过程 中要优化结构功能 ， 选取合 适的结构体系吡 化结构设计和尺寸设计 、 优化抗震设计， 提高抗震设计质量。 １ ． 优 化结 构 功 能 。建 筑使 用对 结 构 功能 的要 求 和造 价 影 响很 大 ， 主要 决 定于工程建成后用户对工程总的使用功能上的要求 ， 然后在实现总功能要求
向力 与 建筑 物 高度 大体 为线 性关 系 ； 水 平荷 载使 结 构 产生 弯矩 。从受 力 特 性 看， 垂 直荷 载 方 向不 变 ， 随建 筑物 的 增高 仅 引起量 的增加 ； 而水 平 荷 载可 来 自
度， 使随着高随着高度增加所引起的侧 向变形限制在结构允许范围内。
二、 高层建筑结构设计优化的几个方面
性变形更多地集 中在比较容易保证 良好延性性能或者具有一定延性能力的 构 件上 。第 一步 是选 择一 个 可接受 的塑性 变形 机 构 ； 第 二 步是 要通 过 人 为增 大各类构件的抗剪能力 ， 使其不致在强烈地震作用下 ， 在结构延性未发挥 出 来 之前 出现非 延性 的剪切 破 坏 ， 这 即是 我们 通 常 所说 的强 剪 弱弯 ； 第 三步 是
建筑 结构
高层 混凝土建筑抗震结构优化设计措施探讨
徐军 良
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摘要： 地震给人类带来 了巨大的灾难， 高层建筑结构的抗震性能关系到人民群众的生命和财产安全。在建筑结构的研究和工程 设计中， 在考虑建筑物实用、 经济、 美观 的同时， 必须以建 筑安全为前途。应从整体 宏观的观点 出发 ， 综合处理好建筑功能、 技术、 艺 术、 安全 可 靠性 和经 济合 理 等几 方面 内容 ， 本文 首先 探讨 了结构 设计 优 化的 五个 方面 ， 针 对 性 的提 出 了相 关优 化 设计 的对 策 ， 可 以对 高层 建筑 抗震 结 构 的优 化 设计 提 出可行 性 措施 。 关 键词 ： 高 层建 筑 抗 震 优 化 设计
通 过相 应 的构造 措施 ， 保证 可能 出现塑性 铰 的部 位 具有 所 需 的塑性 转 动 能力
和 塑性 耗能 能力 。
３ ． 优 化抗 震设 计 。在 高 层建 筑 的抗 震方 案 设计 中 ， 建筑 结 构 的材 料选 择 也非常重要。可 以对建筑材料的参数进行抗震性能的分析， 从整体上对材料 的参数 变异 性进 行研 究 ， 选用符 合 抗震 要求 又经 济 实用 的结 构类 别 。 同时 ， 又 的 目标 和 有关 约束 条 件下 进行 对各 个结 构 功能 要求 的优 化 。 ２ ． 选取合适 的结构体系。对高层建筑而言 ， 可选用框架结构 、 框一剪结 不 能仅 考 虑建 筑 材料 的承 载力 忽 略其 他 因 素 。从 高 层建 筑 建设 施 工 的各 方 来选择符合抗震需求而且经济适用的建筑结构材料。按此标准来衡量， 使 构、 剪力 墙结 构 、 简 体结 构 、 悬 挂结 构 等形 式 。 由于对 结构 的 强度 、 刚度、 动 力 面 ， 依其抗震延性性能优劣的顺序是： 钢结构， 型钢 特性 、 造价、 抵 御 自然 灾 害的 能力 、 美 学效 应 以及其 他 社 会 效应 的众 多要 求 ， 用不同材料 的几种结构类型， 现 浇钢 筋混 凝 土结构 ， 装配 式 钢筋 混凝 土结 构 ， 配 筋砌 体 结构 。在 结 构 选 型是 一个 综合 性很 强 的决 策 问题 ， 它 要求 力学 、 结 构学 、 建筑 学 、 美学 、 混 凝 土结 构， 高层建筑结构抗震设计 中， 可以从传统的硬性为主的抗震模式向以柔性为主 经济 学等 学科 的密切 配合 才 能很 好地 解决 。 实 现 以柔克 刚 、 刚 柔相 济 ， 有 效地 减 弱地 震 作用 过 程 中释 放 ３ ． 优 化 结构 体 系 。结 构体 系 的优 化 是先 从 结构 的概 念 设 计人 手 ， 使 结 构 的抗震 模 式转 变 ， 强柱弱梁 、 强剪弱弯 、 强节点若构件、 强底层柱 的平 面布 置尽 量 规则 、 对称 ， 立 面 和竖 向规 则 ， 侧 向刚 度均 匀变 化 。 同时 ， 通过 的冲击力 。结构构件应遵循“ 强） ” 的原则 。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 。 计算 和 定 量分 析 ， 对 关 系 到体 系 整体 性 能 的设 计 变 量 ， 如框 架 结构 的 柱 网布 （ 置、 框 架 一剪力 结 构 中的剪 力 墙 的数量 、 平面 布置 和 刚度特 征 值等 进行 优化 。 ４ ． 优化 结 构尺 寸 。在 给定 结 构 的几 何 形状 和 材料 的情 况 下 ， 求 出 满 足约 束条 件 的最 优构 件截 面 ， 即进行 结 构构 件尺 寸 的最小 造 价设 计 。