超高層建築結構抗震設計論文範文
超高層建築結構抗震設計論文範文
1超高層建築
超高層建築高度要求與結構型別和抗震烈度密不可分，超高層結構設計要進行兩種方法以上的抗震核算，並且進行抗震設防專項審查。世界超高層建築有迪拜哈利法塔，高828m；廣州塔，高600m、上海環球金融中心，高492m等。超高層建築因其超高的高度而具有不同於普通建築和高層建築的特點。首先，對於超高層建築，傳統的磚、石等材料已難以適用，其結構型別也更具選擇多樣性，如鋼筋混凝土結構、全鋼結構和混合結構等。其次，超高層建築的垂直交通與消防，由於其超高的高度，較依賴於垂直交通，同時也給消防增加了困難，這就要求超高層建築的每一層都需設定靈敏的煙霧報警器、自動噴淋和適當的避難所。最後，超高層建築透過對風作用效應、重力荷載作用效應、施工過程的影響、空間整體工作計算、結構整體內力與位移、抗震效能等設計計算分析，進而提高超高層的抗震性和安全性。
2超高層建築結構抗側剛度設計與控制
為了提高超高層建築的抗震性，其足夠的結構側向剛度必不可少。足夠的結構側向剛度不僅可以保障建築物的安全性、抗震性，還可在一定程度上有效抵抗建築結構構件的不利受力情況及極限承載力下的安全穩定性。設計超高層建築的結構抗震側向剛度，應重點從其結構體系和剛度需求進行。
2.1結構設計。結構初步設計根據建築高度和抗震烈度確定高度級別和防火級別。超高層結構設計首先滿足規範要求的高寬比限值和平面凹凸尺寸比值限值，其次控制扭轉不規則發生：在考慮偶然偏心影響的規定水平地震力作用下，扭轉位移比不大於1.4；最大層間位移角不大於規範限值的0.4倍時，扭轉位移比不大於1.6；混凝土結構扭轉週期比不大於0.9，混合結構及複雜結構扭轉週期比大於0.85。最後設計過程中嚴格控制偏心、樓板不連續、剛度突變、尺寸突變、承載力突變、剛度突變等現象。滿足結構設計規範的同時，還應考慮建築師的設計意圖和功能需求，同時滿足裝置專業設計要求。結構平面的規整程度直接影響著抗震設計的強弱，儘量採用筒體結構，以使得承受傾覆彎矩的結構構件呈現為軸壓狀態，且其中的豎向構件應最大程度的安置在建築結構的外側。各豎向構件和連線構件的受力合理、傳力明確，降低剪力滯後效應，杜絕抗震薄弱層產生。
2.2結構側向剛度控制。超高層建築的抗震效能設計主要與結構側向剛度的最大層間位移角和最小剪力限制相關。對於層間位移角限值，其是衡量建築抗震性的剛度指標之一，地震作用應使得建築主體結構具有基本的彈性，保證結構的豎向和水平構件的開裂不會過大。同時，因超高層建築的底部樓層、伸臂加強層等特殊區域的彎曲變形難以起主導作用，所以應採取剪下層間位移或有害層間位移對其變形進行詳細的分析與判斷。對於最小地震剪力，其最重要的兩個影響因素是建築結構的剛度和質量，當超高層建築難以達到最小地震剪力要求時，設計人員應該結合具體情況適度的增加設計內力，提高其抗震能力和穩定性，然而，當不能滿足最小地震剪力時，還需透過重新設計或調整建築結構的具體佈置或提高剛度來提高建築物在地震作用下的安全性，而非單純增高地震力的調整係數。
3超高層建築的效能化抗震設計
超高層建築的抗震效能設計，國內主要根據“三個水準，兩個階段”，即“小震不壞、中震可修、大震不倒”。超高層建築來說，其建築工程複雜、高度極高、面積大、成本高，一旦受到地震損害，其損失程度會更高，因此，必須充分考慮各方理論、實際情況和專家意見，兼顧經濟、安全原則，定量化的展開超高層建築的效能化抗震設計。同時，相關檔案雖針對超高層建築結構的效能化設計制定了較具體且系統的指導理念，涉及宏觀與微觀兩個層面。但是，由於結構構件會受到損壞，且損壞與整體形變情況的分析計算都需進行專業的彈塑性靜力或動力時程計算，而目前我國尚未形成相關的定量化的評價體系，因此，設計人員應在積極參考ATC-40和FEMA273/274等規範。此外，對於彎曲變形為主導的建築結構，在大震作用後應尤其注重構件承載力的複核。
4超高層建築多道設防抗震設計
除了上述注意事項外，針對超高層建築進行抗震性設計時，還因注重設計多道的抗震防線。多道抗震防線是指一個由一些相對獨立的自成抗側力體系的部分共同組成的抗震結構系統，各部分相互協同、相互配合，一同工作。當遭遇地震時，若第一道防線的抗側移構件受到損害，其後的第二道和第三道防線的抗側力構件即會進行內力的.重新調整和分佈，以抵禦餘震，保護建築物。目前，我國超高層建築主要依靠內筒和外框的協同工作來達到提供抗側剛度的目的，包含兩種受力狀態：首先，建築的內外結構透過樓板和伸臂析架來協調作用，進而使得外部結構承受了較多的傾覆彎矩和較少的剪力，而內筒則承受了較大的剪力和一些傾覆彎矩，廣州東塔就是此受力方式的典型；其次，以交叉網格筒或巨型支撐框架為代表的建築外部結構，其十分強大，依靠樓板的面內剛度，外部結構即可同時承受較大的傾覆彎矩和剪力，如廣州西塔。
5結語
綜上所述，超高層建築的抗震效能不僅關乎著建築工程的投資，還威脅著人們的生命財產安全，因此，設計單位和相關工作人員必須樹立正確的觀念，積極學習並引進國內外的先進理念和設計，不斷提升自身的設計水平，為促進超高層建築的發展奠定基礎。