浅析高层建筑结构设计的中震设计概念 发表时间：2016-06-27T14:51:54.553Z 来源：《基层建设》2016年5期作者：隆凡梅 [导读] 本文主要阐述了中中震设计的原理、设计方法及软件操作，并提出一些个人见解以供参考。 摘要：对于普通建筑物的结构抗震设计，目前我国是以小震为设计基础，中震和大震则是通过地震力的调整系数和各种抗震构造措施来保证的。但是对于较重要的、超高的、超限的建筑物则需要进行中震和大震的抗震计算。本文主要阐述了中中震设计的原理、设计方法及软件操作，并提出一些个人见解以供参考。 关键词：中震设计概念；地震影响系数；荷载 《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001 2008年版)(下简称《抗规》)中对中震设计仅在总则中提到“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设防目标，但没有给出中震设计的设计要求和判断标准。 首先我们了解一下现行《抗规》存在几个问题： 1规范未对结构存在的薄弱构件进行分析并作出专门的设计规定，仅对框架类剪切型结构适用的薄弱层作了一些规定； 2在中震作用下，规范仅提出“中震可修”的概念设计要求，没有具体的抗震设计方法； 3“中震可修”的技术经济问题：可修的标准决定工程????造价、破坏损失、震后修复费用。 随着时代的进步，现在的建筑物体型复杂，结构新颖，超高超限越来越多，因此要求对结构进行中震的设计也越来越多。 2 中震设计 2.1 为何要进行中震设计呢？ 《抗规》条文说明1.0.1条指出，对大多数结构，可只进行第一阶段设计（即小震下的弹性计算），而通过概念设计和抗震构造措施来实现“中震可修和大震不倒”的设计要求，但前提是建筑物的体型常规、合理，经验上一般能满足大中震的抗震要求。反之对于一些体型很不好的甚至超限的建筑物，在大震下的结构反应和小震完全不同，不进行相应的中震和大震计算是没法保证结构安全的。 为达到各阶段抗震要求，须对于上述体型异常、刚度变化大、超高超限等类型建筑物进行中震抗震设计，其余类型建筑物建议可按中震抗震进行验算。 2.2 中震设计的基本概念 抗震设计要达到的目标是在不同频数和强度的地震时，要求建筑物具有不同的抵抗能力。中震设计就是为了使建筑物满足该地区的基本设防烈度，即能够抵抗50年限期内可能遭遇超越概率为10％的地震烈度。 中震设计和大震设计都可称为性能设计。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性、规范指定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，而不仅仅是按现行规范通过分项系数、内力调整系数、抗震构造措施等粗略、定性的手段来满足中震和大震的设防要求。针对本工程的结构特点，设定本结构的抗震性能目标。对超限结构而言，利用这些指标能更合理地判断整体结构在中震、大震作用下的性能表现，给超限设计提供可靠的判断依据。 2.3 中震设计的分类 中震设计就是结构在地震影响系数按小震的2.875倍（αmax=0.23）取值下进行验算。目前工程界对于结构的中震设计有两种方法，第一种按照中震弹性设计，第二种是按照中震不屈服设计。 首先明确一点，中震弹性和中震不屈服是两个完全不同的概念，两者所采用的设计方法与设防目的均不相同。中震弹性设计，设计中取消《抗规》要求的各项地震组合内力调整系数，保留材料、荷载等分项系数，对应地保留了结构的安全度和可靠度，结构仍属于弹性阶段，属正常设计。中震不屈服设计，设计中除了地震内力不作调整，同时也取消了材料、荷载等分项系数，对应地不考虑结构的安全度和可靠度，结构已经处于弹塑性阶段，属承载力极限状态设计，是一种基于性能的设计方法。由此可见，中震弹性设计接近于平常的小震弹性设计，而中震不屈服设计则与大震设计同属于基于性能的设计。 3 基本方法及应用 根据中震设计的分类，以下分别阐述中震弹性及中震不屈服的具体设计方法，介绍如何在satwe、etabs、midas等软件中实现中震设计。 3.1 中震不屈服设计 3.3.1 不同抗震烈度下的各级屈服控制 若场地安评报告提供实际的地震影响系数，则应取用所提供的多遇地震、设防烈度地震下相应的地震影响系数，屈服判别地震作用1、2 的地震影响系数可相应插值求得。 3.3.2 SAWTE计算：地震信息中抗震等级均为四级；αmax按表3取值；总信息中风荷载不参加计算；勾选地震信息中的按中震（或大震）不屈服做结构设计选项；其它设计参数的定义均同小震设计。 3.3.3 MIDAS/Gen计算：主菜单→设计→钢筋混凝土构件设计参数→定义抗震等级：四级；主菜单→荷载→反应谱分析数据→反应谱函数：定义中震反应谱，在相应的小震反应谱基础上输入放大系数β即可，β值按表3计算所得；总信息中风荷载不参加计算；主菜单→结果→荷载组合：将各项荷载组合中的地震作用分项系数取为1.0；主菜单→设计→钢筋混凝土构件设计参数→材料分项系数：将材料分项系数取为1.0；其它同小震。 3.3.4 ETABS计算：选项→首选项→混凝土框架设计→定义抗震设计等级：四级；定义→反应谱函数→Add Chinese 2002 Spectrum→定义中震反应谱，地震影响系数最大值αmax取值，其余参数按《抗规》；静荷载工况中不定义风荷载作用；定义→荷载组合→各项荷载比例系数均取为荷载分项系数1.0x荷载组合系数φ；定义→材料属性→填写各材料的强度标准值其它同小震。 4 工程算例 4.1 示范算例 4.1.1 基本参数：二十二层框支剪力墙结构，三层楼面转换，无地下室，首、二层4.5米，标准层3.5米，总高79m。结构平面布置如图一所示。结构高宽比3.76，长宽比1.22；抗震参数，7 度，第一组，0.10g；场地II类；风荷载100年一遇为0.9kN/㎡。
80 第40卷 增刊 建 筑 结 构 2010年6月 北京某超高层商住楼动力弹塑性时程分析 徐晓龙，高德志，桂满树，姜毅荣，何四祥，王 侃 （北京迈达斯技术有限公司，北京 100044） [摘要] 基于梁柱塑性铰和剪力墙纤维模型，利用MIDAS Building 软件实现了超高层建筑结构的弹塑性时程分析。结合该结构研究了在大震作用下结构将出现的破坏模式、塑性发展特点等，并与弹性分析进行了对比，说明弹塑性分析更能反映实际情况，能对结构的抗震性能给出较为合理全面的评价，并对工程设计给出指导。 [关键词] 动力弹塑性时程分析；MIDAS Building ；纤维模型 Elastic-plastic time-history analysis on the super-high business-living building in Beijing Xu Xiaolong, Gao Dezhi, Gui Manshu, Jiang Yirong, He Sixiang, Wang Kan （Beijing MIDAS Technology Information Co.,Ltd,. Beijing 100044,China ） Abstract: Based on the theory of plastic hinges （beams and columns ） and fiber model （walls ）, elastic-plastic time-history analysis is performed on the super-high business-living building in Beijing by MIDAS Building software under the scarce earthquake load. Failure Modes and plastic zone development are researched according to the feature of the structure. Through the comparison with the elastic analysis, it is considered that evaluation on the structure can be deduced from the elastic-plastic analysis more reasonably and comprehensively, and there will be better instruction to the projects. Keywords: dynamic elastic-plastic analysis; MIDAS Building; fiber model 1 结构特点 某50层的超高层商住两用建筑，地上50层，结构高度达到236.3m ，采用钢骨混凝土柱框筒结构形式，平面尺寸64.8m ×43.8m （轴线尺寸）。结构已经超过型钢混凝土框架-钢筋混凝土筒体结构8度（0.2g ）抗震设防下的最大适用高度（150m ），该结构为抗震超限结构，故有必要对结构进行动力弹塑性时程分析，以考察其在罕遇地震作用下的响应、薄弱环节、破坏模式等。结构整体模型及首层平面见图1，2。 2 动力弹塑性时程分析 图1 结构模型图 图2 首层平面图 时程分析法[1]被认为是目前结构弹塑性分析的最可靠和最精确的方法，它不仅能对结构进行定性分析，同时又可给出结构在罕遇地震下的量化性能指标，并且得到结构在各个时刻的真实地震反应。弹塑性时程分析方法将结构作为弹塑性振动体系加以分析，直接按照地震波数据输入地面运动，通过逐步积分运算，求得在地面加速度随时间变化期间内，结构的内力和变形随时间变化的全过程，也称为弹塑性直接积分法。 弹塑性动力时程分析有如下优点：1）输入的是罕遇地震波的整个过程，可以真实反映各个时刻地震作用引起的结构响应，包括变形、内力、损伤状态（开裂和破坏）等；2）有些程序通过定义材料的本构关系来考虑结构的弹塑性性能，故可以准确模拟任何结构，计算模型简化较少；3）该方法基于塑性区的概念，对带剪力墙的结构，结果更为准确可靠。 基于MIDAS Building 动力弹塑性分析平台，对北京某超高层商住楼进行了罕遇地震作用下的动力时程分析，研究其各个抗震性能指标以及破坏模式。 2.1 弹塑性动力分析的基本方法 弹塑性动力分析包括以下几个步骤：1）建立结构
高层建筑结构设计分析论文 1结构分析及设计分析 1.1分析三种重要的体系 1.1.1剪力墙体系 剪力墙结构是利用建筑的内、外墙做成剪力墙以承受垂直和水平荷载的结构体系。剪力墙的变形状态和受力特性同剪力墙的开洞情况联系密切，其中依据轧受力特性的不同，单片剪力墙可以分为特殊开洞墙和单肢墙。类型不同的剪力墙，对应的也会有不同的截面应力分布，所以，在对位移和内力进行计算时，也应该对不同的计算和设计方法进行使用，将平面有限元法应用到剪力墙的结构计算中。此种方法能够比较准确地完成计算，能够应用到各类剪力墙之间，然而，也有一定的弊端存在于这种方法中，其有着较多的自由度。所以，在具体的应用时，较为普遍地应用了开洞墙这一类型。 1.1.2筒体结构 筒体结构分为框架—核心筒、筒中筒等结构体系，其中框架—核心筒受力特点为框架主要承受竖向荷载，筒体主要承受水平荷载，变性特点类似于框架剪力墙，但抗侧刚度较大。依据不同的计算机模型处理手段，有三种类型的分析方法：主要为离散化方法、三维空间分析和连续化方法，其中三维空间方法的精确性会更高。 1.1.3框架—剪力墙体系 框架—剪力墙结构，是由若干个框架和剪力墙共同作为竖向承重结构的建筑结构体系。此种结构位移和内力等计算方法尽管种类较
多，然而，连梁连续化假定方法会经常被使用，在对位移协调条件进行计算时，应该按照框架水平位移和剪力墙转角进行设计，将外荷载和位移的关系用微分方程建立起来。然而，应该考虑需求和因素量会存在的差异，所以，也会有着不同形式的解答方式。 1.2具体的设计与分析 1.2.1合理地确定水平荷载 每一个建筑结构都应该一同承受风产生的水平荷载和垂直荷载，对于抵抗地震的能力也应该具备。高层建筑中，尽管结构设计会较大程度上受到竖向荷载的影响，然而，水平荷载却占据着重大的比重。随着不断增多的高层建筑层数，在高层建筑的结构设计中，水平荷载成为了其中一个重要的影响因素。首先，由于楼面使用荷载和楼房自重在竖构件中发挥的功能，对应水平荷载会将一定的倾覆作用施加到结构中，并且竖构件中就会出现高层建筑结构的作用力；其次，就高层建筑结构而言，地震作用和竖向荷载，也会跟着建筑结构的动力情况而出现较大的改变。 1.2.2合理地确定侧控 同低层建筑不同，在高层建筑结构设计中，结构侧移已经成为 了其中一个非常重要的影响因素。随着不断增加的楼层数量，结构侧移在水平荷载侧向变形下会逐渐增大。在高层建筑结构进行设计中，不但规定结构要有一定的强度，对于荷载作用带来的内力能够有效的予以承受，同时，还应该确保具备一定的抗侧刚度，确保在某一限度内控制结构在水平荷载作用出现的侧移情况。
建筑结构优化设计分析 摘要：建筑结构设计的优化主要体现在通过结构设计优化达到性能及经济的完 美协调。不管对建设方或者居住者，都有着直接的影响。本文根据结构优化设计 实例进行分析。 关键词：建筑结构；结构设计；优化方法 前言 结构设计优化技术所指的是建筑结构的设计过程中，设计人员会面临着各种各样的问题，比较成本、性能和建筑材料等问题。如何通过结构优化，从而达到利用最少的资金建设出合 理科学的建筑结构。其优化的意义所在就是节省工程造价，提高建筑的质量。当前建筑结构 的成本占比较重，合理科学的建筑结构可以产生巨大的经济效益，并还能够提高工程的质量。 1、建筑结构设计优化的步骤 1.1建立合理模型 可以通过3步来实现对房屋结构设计的优化，具体步骤是：第一步，需合理选择设计的 变量。一般情况下，在选择合理的设计变量的时侯，应当将对建筑结构具有较大影响的因素 做为主要设计变量的参数。例如，结构的造价C1与损失的期望C2等有关参数使目标控制产 生较大的影响，以及诸如结构的可靠度PS等有关参数使约束控制产生较大的影响，这就需要对这些影响设计变量的参数进行合理选择。相反，对那些影响不大的因素，在进行优化的时 侯可以采取预定参数的方式来表示，使让优化过程中的计算量、设计量和编制程序的工作量 有所降低。第二步，需确立目标的函数。在采用建筑结构设计优化技术对房屋结构设计进行 优化过程中，应当尽可能的寻找几组可以满足有关预定条件的截面相应的几何尺寸、钢筋的 截面积以及相应的失效的概率的函数，让工程的造价费用有所减少。第三步，确定约束的条件。在采用建筑结构设计优化技术对房屋结构设计进行优化过程中，应当对结构的可靠性以 及用来优化设计的有关约束条件做进一步确定。其中，设计优化的约束条件包含有结构体系 约束、应力约束、构件单元约束、尺寸约束、结构强度约束、裂缝宽度约束等。在对房屋结 构设计进行优化的时侯，必需充分将实际性约束条件和目标性约束条件作对比，然而保证每 一个约束条件均可以满足需求，以便达到最佳的设计。 1.2设定计算方案 依照可靠性对房屋结构设计进行的优化也会出现非线性的优化问题以及多约束性的优化 问题，并且还会使多变量复杂化。所以，为了减少这些问题需要在进行分析计算的时侯，将 有约束的优化问题转化为没有约束的优化问题进行求解。常常采取的优化设计的计算方法是Powell法、复合形法和拉氏乘子法等3种方法。 1.3设计相关程序 依照可靠性对房屋结构设计优化的基本模型和选择的计算方法可以编写一个具有运算速 度快以及功能齐全的综合应用程序，通过程序的优化提高设计的时效。 1.4作好结果分析 在对房屋结构设计进行优化设计的过程中，应当对最终得到的有关计算结果作一定的对 比分析，以便为最终的优化设计方案提供科学、合理、有效的依据。而在这个过程当中就要 求设计人员必需全面周密的考虑问题，只有这样才能够科学、合理、有效地选择设计的方案，才可以保证建筑结构的实用、经济、合理、安全以及美观，才能够尽可能少的资金投入获得 最大的收益。尤其需要注意的是，在进行建筑结构优化设计的过程中，并不能够只一味的强 调经济上的节约而降低了技术上标准；或者仅考虑技术上的要求却忽视了经济上的节约，这 些都是不正确的。只有在众多因素中寻找最佳结合点，探索优化设计的平衡点，才能够达到 有关设计要求。因此，必须做好结构的分析与运用。 2、某工程空心楼板优化设计的实例分析 2.1原方案 原设计方案板厚300mm，拟用空心管直径200mm。相邻空心管之间设一道肋，梁宽度 60mm。肋梁区域受力钢筋上、下铁都为2Ф14（Ⅲ级钢），空心管区域受力钢筋上、下铁都
隔震结构的基本原理及动力分析 摘要：本文根据现行的《建筑抗震设计规范》，介绍了隔震结构的基本原理、实用范围和设计与分析方法，并通过一隔震结构的设计实例说明隔着结构的优越性。 关键词：基础隔震；地震响应；时程分析法； 引言 目前，我国和世界各国普遍采用的传统抗震方法是将建筑物设计为“延性结构”，通过适当控制调整结构物的自身刚度和强度，使结构构件(如梁、柱、墙、节点等)在强烈地震时进入非弹性状态后具有较大的延性，从而通过塑性变形消耗地震能量，减轻建筑物的地震反应，使整个结构“裂而不倒”，这就是“延性结构体系”[1~3]。它的设防目标是“小震不坏”、“中震可修”、“大震不倒”。实践证明，这种方法对减轻地震灾害起到了积极作用，但是这种传统的结构抗震方法有其明显的不足，随着我国经济的高速发展，对建筑功能要求越来越高，结构的形式越来越多样化、复杂化，很多重要的建筑（电力、通讯中心、核电站、纪念性的建筑、海洋平台等）结构及内部设备的破化将造成巨大的经济损失。对这类建筑的抗震性能提出更高的要求——结构不允许进入塑性工作阶段，因此采用传统抗震方法很难满足此类建筑抗震要求。面对新的社会要求，各国地震工程专家一直寻求新的结构抗震设计途径，以隔震为代表的“结构振动控制技术”便是这种努力的结果[4~6]。 1、隔震结构的基本原理 结构隔震体系是指在建筑物上部结构的底部与基础面之间设置某种隔震装置，使之与固结于地基中的基础地面分离开来的一种结构体系[6]。隔震结构的基本原理可以用图1进一步阐明。图中三条曲线表示不同的阻尼大小，为普通中低层建筑的自振周期，为隔震层建筑的自振周期。 （a）加速度反应谱（b）位移反应谱 图1隔震原理 从图中可以看出，结构自振周期延长，结构的地震加速度反应减小，地震位移反应增大；结构阻尼增大，结构的地震加速度反应和位移反应均减小。隔震系统的水平刚度远远低于上部结构的抗侧刚度，因此，结构的自振周期大大延长，
建筑结构设计的优化方法及应用分析何彬 发表时间：2018-09-13T14:30:03.330Z 来源：《建筑细部》2018年2月中作者：何彬 [导读] 文章以建筑结构设计的优化方法及应用分析为研究对象，首先对建筑结构设计优化必要性进行了阐述分析 四川省大卫建筑设计有限公司四川省成都市 610000 摘要：文章以建筑结构设计的优化方法及应用分析为研究对象，首先对建筑结构设计优化必要性进行了阐述分析，随后简单介绍了建筑结构优化设计方法步骤，最后以装配式工艺为例，对建筑结构设计的优化应用进行了分析研究以供参考。 关键词：建筑结构；设计优化方法；应用分析 前言：建筑结构作为整体建筑核心组成部分，针对于建筑结构的设计不仅关系到建筑建设经济适用性，同时对于建筑整体功能性发挥具有重要的影响意义。在低碳环保理念、可持续发展理念日益深入人心的当下，需要进一步加强对建筑结构设计优化方法的应用与分析，从而有效提升建筑节能效率，最大限度地降低对环境的负面影响，促进建筑建设质量提升，推动我国建筑行业实现可持续发展。 一、建筑结构设计优化必要性 随着我国城市建设进程不断加快，国民经济水平不断提升，有效带动了我国建筑行业的发展。当下人们对于建筑建设提出了更高的要求，其不仅要求在建筑质量方面更加稳定，同时要求具备良好的建筑功能性，建筑造型设计要独特、新颖，整体建筑外观结合自身功能性不同具有一定艺术特质，给人以美的感受；还要响应国家关于绿色建筑的政策号召，能够减少建筑施工中不必要的资源浪费，提升建筑的低碳、环保性能，经济适用性更强，从而带给人更好的居住体验。建筑结构作为建筑的核心组成部分，在满足上述要求上发挥着关键性作用。首先，建筑整体结构合理与否，决定着建筑的抗震性能、质量及稳定性实现，是提升建筑建设水平与质量的关键；其次，建筑结构与建筑的整体造型设计也具有密切的联系，在建筑造型设计方面发挥着重要的作用。最后，建筑结构建设关系到建筑的用材、施工技术选择、等因素，而上述这些因素决定着建筑资源的利用率的高低，能够有效减少不必要的建筑资源浪费，使得建筑施工建设更加低碳环保。 基于以上种种分析，很有有必要加强对建筑结构设计的优化，进一步推广建筑结构设计优化应用，从而有效实现建筑成本的节约，提升建筑建设质量，确保建筑节能标准得到有效落实，有效减少建筑施工建设过程中各种违法、资源浪费、破坏问题的发生，从而推动建筑行业实现绿色健康可持续发展。 二、建筑结构优化设计方法步骤 （一）构建建筑结构优化模型 在建筑结构优化过程中，首先需要借助数学函数关系，通过构建建筑结构设计约束条件与可变条件之间的关系式，从而实现建筑结构应用模型的建立，在此基础之上，借助相应模型对影响建筑结构优化的因素进行全面的分析，从中获得最佳的优化方式，为整体建筑结构优化奠定坚实的基础。例如结合对建筑墙体保温板与墙体受压能力的分析，通过构建相应模型进行全面的数据分析，从而推动建筑结构的优化得到有效实现。 （二）制定科学合理的建筑结构优化设计方案 在数据模型运行阶段，通过对房屋建筑的模型相关条件进行处理分析，在有效保证建筑结构在实际实施中功能性得到良好的发挥的基础之上，通常对线性分析加以应用，做好线性条件的检验，通过对数学模型中的函数进行变置转化应用，以此为依据，实现建筑结构优化设计的实施方案制定，有效提升建筑结构优化设计的可实施性及可操作性，保证建筑结构设计优化得到全面有效的落实。 （三）综合应用分析建筑程序 通过利用现代测量技术与建筑结构设计相结合，进一步将抽象的数据资源转化为房屋建筑中的实际执行操作，确保建筑结构在优化后，发挥出应有的作用价值。例如在房屋墙体设计上应用建筑结构设计优化方法，以墙体建设各种因素为依据，全面分析外墙和内墙建设实施，最终形成专门针对于建筑中墙体施工实际方案，发挥建筑结构设计优化方法的引导作用，提升建筑结构优化设计水平与质量。 三、建筑结构设计优化应用，以装配式工艺为例 在建筑结构设计建造方面，相对于传统的现浇施工工艺，装配式建筑工艺作为新型建筑工业化应用典范，其在建筑结构设计方面主张在信息技术的支持下，实现对建筑结构的预制化生产、装配化施工的生产方式，以设计标准化、构件部品化、施工机械化为特征，通过对建筑结构设计、生产、施工等整个产业链进行整合，从而有效实现建筑产品节能、环保、全生命周期价值最大化的可持续发展的建筑生产方式。以成都建工工业化建筑有限公司青白江生产基地办公楼建设施工为例，该建筑便是采用全装配式混凝土结构，其中主要的建筑结构如梁柱、板墙等均为预制，并且按照三星级绿色建筑标准进行设计、施工和运营，是四川省第一座全装配式的混凝土结构建筑，预制率接近100%。在完全达到传统建筑的防震、安全、耐用要求同时，还具有省时、省工、省钱、无污水、无噪声、无粉尘等优点。 在具体的装配式工艺应用中，某幼儿园建设项目作出了良好的示范，该建设项目外墙结构采用的瓷砖反打工艺。具体来说，即是将建筑外墙用饰面石材在工厂事先打到混凝土里，形成一体的建筑预制构件，这种工艺对于建筑结构起到了良好的优化作用，使得建筑结构表面更加平整，附着也非常牢固，更为重要的是，其有效提升了整体建筑装配的施工效率。通过运用该工艺，可以有效避免出现目前存在的外墙砖脱落和空鼓现象，提升了建筑外墙结构的品质及质量，对于工期缩短也有着较为积极的影响意义，但如果造型特殊，规模量小，相应单方造价就会比传统工艺要高。 建筑结构优化设计不仅包含建筑自身结构的设计与优化，还需要立足于整个建筑施工过程，并且同时也涉及了建筑工程建造过程中的方方面面。据相关数据统计，我国的年建筑量已经达到20亿平方米以上，而在建筑施工总量中，作为施工必备条件的建筑工程临时设施，如道路、围墙等，尽管在相对量上所占的比例较小，但由于使用多为一次性，因而其绝对量随着建设工程总量的增加而显著增加。这种大量使用一次性临时设施造成了建筑资源的浪费，增加了我国实现节能减排目标的难度。在建筑施工设施优化中，针对于铺装板通过进行设计优化使其具备可拆卸、可重复利用功能，若在房建工程前期的三通一平中加以利用，可以起到良好的环保节约作用。 装配式工艺不仅在结构设计层面能够体现出良好的应用价值发挥，在具体落实应用方面产生的经济、社会效益效果也非常明显。以中石油加油站的扩改工程为例，该工程使得装配式工艺的经济、社会效益价值得到了充分的体现。该工程地处成都市一环路，占地面积
杨建江等：隔震结构的基本特性和减震机理探讨 櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀 ［2］范立础，卓卫东．桥梁延性抗震设计［M］．北京：人民交通出版社，2001． ［3］范立础，胡世德，叶爱君．大跨度桥梁抗震设计［M］．北京：人民交通出版社，2001． ［4］林新元，王克海．太枣沟大挢地震响应分析［J］．公路交通科技，2004，21（8）：68－70．［5］苗林，陈兴冲，夏修身，王常峰．西小坪预应力连续箱梁桥抗震分析［J］．兰州交通大学学报，2007，26（1）：52－55． ［收稿日期］2012－07－12 ［作者简介］卢明辉（1981－），男，河北唐山人，硕士，助教，从 事桥梁抗震和桥梁施工控制工作。 隔震结构的基本特性和减震机理探讨 杨建江，苏光辉 （天津大学建筑工程学院，天津300072） 【摘要】隔震结构指在建筑物基础与上部结构之间设置隔震层，来增大阻尼、延长结构体系的自振周期、减小向上部结构的地震作用输入，达到预期的防震要求。文中对具体工程进行设计和分析，对隔震技术的基本原理、隔震设计、隔震装置等方面作了较全面的论述，并采用有限元模型进行模态分析和非线性时程分析，较深入地研究了隔震结构的基本特性和减震机理。 【关键词】隔震设计；隔震装置；隔震层；模态分析；非线性时程分析 【中图分类号】TU352.12【文献标识码】B【文章编号】1001－6864（2012）11－0042－03 STUDY OF THE BASIC CHARACTERISTICS AND SHOCK-ABSORBING MECHANISM OF THE SEISMIC ISOLATED STRUCTURE YANG Jian-jiang，SU Guang-hui （Department of Civil Engineering，Tianjin University，Tianjin300072，China） Abstract：Seismic isolated structure is setting the seismic isolation layer between the building super-structure and foundation，in order to extend the entire structural system vibration period，increase the damping，reduce the input of the seismic action of the upper structure，and achieve the desired shock preventing requirements．In this paper，we make specific engineering design and analysis，and make a more comprehensive discussion of the basic principles of seismic isolation technology，seismic isolation designing and seismic isolation device，using the finite element model to make modal analysis and non-linear time history analysis，making a more in-depth study of the basic characteristics and shock-absorb-ing mechanism of the seismic isolated structure． Key words：seismic isolation designing；seismic Isolation device；seismic Isolation layer；modal a-nalysis；nonlinear time history analysis 隔震体系采用“以柔克刚”、“软化”结构隔离地震的新途径，于建筑物上部结构和基础之间设置隔震层，达到结构的防震要求。文中通过对实际工程的隔震设计和分析，对隔震技术的应用和隔震结构的基本特性和减震机理做了较深入的研究和论述。 1工程概况 某3层框架结构，地震基本加速度为0.2g，设防烈度为8度，场地类别为Ⅲ类，抗震设防类别为乙类，采用C30混凝土，层高为3.6m，楼板厚为120mm，梁截面尺寸为300mm?500mm，柱截面尺寸为500mm?500mm。根据工程实际需要，为了减轻上部结构的地震作用，减小地震能量向上部结构的传递，对该工程进行隔震设计，并对基础固定结构和基础隔震结构进行比较分析，研究隔震体系的基本特性和减震机理。 2隔震的基本原理 隔震结构是指在结构物基础与底部间加设一层“隔离层”来控制地面运动向上部结构的传递。它包括隔震装置、上部结构和下部结构三部分见图1。 隔震体系的基本原理是：利用隔震系统使结构自振周期延长，给予适当阻尼大大减弱结构物的加速度，让结构的 34
土木工程建筑结构设计优化分析张星亮 发表时间：2019-07-09T14:42:50.220Z 来源：《建筑学研究前沿》2019年6期作者：张星亮 [导读] 这就需要对其进行深入的分析，这样才能够采取有效的解决措施，保证建筑结构设计的质量。 陕西国防工业职业技术学院陕西西安 710300 摘要：随着当前我国建筑行业的快速发展，土木工程建筑结构设计工作液收到了人们的广泛关注，而建筑结构的耐久性和安全性又是结构工程中重要的质量指标，土木工程建筑结构设计技术的合理性又会直接影响整个结构的安全系数。尽管建筑行业已经取得了较快的发展，建筑技术和设计水平都得到了不同程度的提升，但在建筑结构设计过程中还存在一定的问题，这就需要对其进行深入的分析，这样才能够采取有效的解决措施，保证建筑结构设计的质量。 关键词：土木工程；结构设计；优化 一、土木工程建筑结构设计的原则 1、对于计算简图的合理选择 对于我们进行土木建筑工程的设计环节来说，我们需要采用计算简图来辅助工作的进行，也就是说合理的计算简图能保证我们的设计工作顺利科学的进行，这也表明了计算简图在建筑结构设计上的重要性，如未能保证建筑结构图的正确性，则会导致我们的设计工作受到严重影响，设计不合理问题凸显，在施工过程中更是容易造成极大的安全隐患。所以对于我们的土木工程建筑结构的设计人员来说，必须肩负起该有的责任，保证计算简图的安全正确，进而促使我们的方案设计科学合理。 2、对于计算工具的合理选择 随着世界领域内的信息技术发展，信息化不断的普及，互联网计算工具日益完善，在我们进行土木工程建筑结构的设计当中，也加入信息化的辅助手段，并且在很大程度上取得了良好的成效。但是在具体的设计环节，还需要我们对于计算工具进行合理的选择，以此促进整体工程的顺利推进。所以，作为土木工程建筑结构设计的工作人员，必须紧跟时代潮流，积极学习利用信息化的工具手段，熟练运用计算机工具辅助我们的设计工作，使得我们的设计方案更加科学合理，保证工程建设达到预期目标。 3、对于设计方案的合理选择 在我们进行具体的施工之前，还需要对我们设计的施工方案进行全方面考察，进而保证我们的设计方案具备较好的经济性以及可行性，判断方案是否满足我们建筑设计的相关原则。我们必须以更好的进行土木工程建设为基本前提，对于设计方案进行科学合理的选择，保证建筑工程施工顺利进行。 二、土木工程建筑结构设计的相关问题分析 由于我国在土木工程建筑施工中缺乏科学有效的组织和控制管理，在结构设计方面经常出现许多不太合规的问题。与此同时，一些工作人员的素质不高以及没有掌握相关的专业技术方面的知识，造成结构设计在建筑施工中的不正确应用，导致设计的相关功能并没有充分发挥作用。 1、建筑场地相关工作人员素质的欠缺 在建筑工程项目不断增多的同时，土木工程设计人员作为施工过程中必不可少的生产力，自然需求量直线上升。但是在建筑行业的市场中，有很多土木工程设计人员并非专业人才，缺乏实践能力，经验不足，这显然会减缓施工进度。在实际情况中，建筑工地有很多施工人员是农民工，根本没有相关知识基础，无法明白施工设计意图，而且有时素质较低，无法与管理人员正常交流沟通，只是埋头苦干，并不能做到高效率作业，这也就导致工程完成质量的低下。 2、土木工程建筑结构方案优化程度不够 在实际的土木工程建筑结构设计过程中，一些设计人员会受到开发商和上级领导的影响，导致在结构设计方案制定过程中，无法对基础系统和承重系统等进行综合的考虑和设计。在建筑结构设计过程中，经常出现过于追求建设的高效率，急于开展下一环节的建设工作。并且部分设计人员自身的工作能力不够，在结构设计过程中，经常出现结构方案设计的整体性和概念性不强的问题，这就导致在具体方案设计时，无法细致的进行设计中的系统分析。还有设计师单纯的追求创新设计，这也为结构方案的实施，经常带来无法弥补的缺陷，由于结构方案优化程度不够，就进一步提升了整个土木建筑的造价，或者会给建筑工程带来一些难以规避的安全隐患。 三、提升土木工程建筑结构优化设计 1、完善土木工程结构设计各种标准和体制 目前的土木建筑工程的设计都非常浪费能源材料，过于前卫的建筑风格也会造成环境的极大破坏，然而随着我国生态环境的不断低势发展，建筑结构的节能环保引起了社会的广泛关注。因此，环境资源的过度消耗及废弃并非由于建筑结构设计的有意为之，最重要的原因是来自设计者对于相关的环境保护法律条约以及一系列环保节能措施的浅显认知。进而可以看出，在建筑的设计层面有很大一部分的描述都是非常不精准的，这就使得这些关于建筑创作的项目在进行时忽略了购材的环保节能性。所以，可以看出来，建筑设计的进行过程必须要非常严格的遵守环境保护条约，严格控制节能环保举措，注重环境保护节能的细节所在，加强项目组对环保的重视态度。 2、对于工程地基荷载力进行核算 要想我们能够有效的进行荷载力核算，需要我们首先进行地基的勘测。所以在我们进行相关设计工作之前，需要做好施工场地的勘测工作，得到精确有效的数据。以数据作为支撑进行结构设计中荷载力的核算标准。如果地基建设涉及到换土填充的问题，还需对新土层的厚度进行计算，以此提升地基荷载值的精确程度，保证建筑结构安全可靠。 3、优化建筑空间结构设计 可以说，在实际的土木工程建筑结构设计过程中，主要就是对建筑空间结构进行设计，因此这就要不断优化建筑空间结构设计，这样才能够更好的保证建筑工程施工的质量。设计人员在建筑结构设计中，要注重明确建筑工程内部不同结构空间的作用，在此基础上，融合三维立体设计理念，这样才能够保障土木工程建筑结构设计的科学性。另外，在土木工程建筑结构设计过程中，本身对于各个不同的结
弹塑性时程分析方法将结构作为弹塑性振动体系加以分析，直接按照地震波数据输入地面运动，通过积分运算，求得在地面加速度随时间变化期间内，结构的内力和变形随时间变化的全过程，也称为弹塑性直接动力法。 基本原理 多自由度体系在地面运动作用下的振动方程为： 式中、、分别为体系的水平位移、速度、加速度向量；为地面运动水平加速度，、、 分别为体系的刚度矩阵、阻尼矩阵和质量矩阵。将强震记录下来的某水平分量加速度－时间曲线划分为很小的时段，然后依次对各个时段通过振动方程进行直接积分，从而求出体系在各时刻的位移、速度和加速度，进而计算结构的内力。 式中结构整体的刚度矩阵、阻尼矩阵和质量矩阵通过每个构件所赋予的单元和材料类型组装形成。动力弹塑性分析中对于材料需要考虑包括：在往复循环加载下，混凝土及钢材的滞回性能、混凝土从出现开裂直至完全压碎退出工作全过程中的刚度退化、混凝土拉压循环中强度恢复等大量非线性问题。 基本步骤 弹塑性动力分析包括以下几个步骤： (1) 建立结构的几何模型并划分网格； (2) 定义材料的本构关系，通过对各个构件指定相应的单元类型和材料类型确定结构的质量、刚度和阻尼矩阵； (3) 输入适合本场地的地震波并定义模型的边界条件，开始计算； (4) 计算完成后，对结果数据进行处理，对结构整体的可靠度做出评估。 计算模型 在常用的商业有限元软件中，ABAQUS、ADINA、ANSYS、MSC.MARC都内置了混凝土的本构模型，并提供了丰富的单元类型及相应的前后处理功能。在这些程序中一般都有专用的钢筋模型，可以建立组合式或整体式钢筋。 以ABAQUS为例，它提供了混凝土弹塑性断裂和混凝土损伤模型以及钢筋单元。其中弹塑性断裂和损伤的混凝土模型非常适合于钢筋混凝土结构的动力弹塑性分析。它的主要优
房屋建筑结构设计中优化技术应用探讨王冬冬陈少华 发表时间：2018-10-08T15:03:10.537Z 来源：《新材料·新装饰》2018年4月上作者：王冬冬陈少华 [导读] 屋建筑结构设计优化技术的应用是现代化建筑发展的必然，在房屋建筑结构设计中使用各种优化技术，不仅能够提高建筑的安全性、稳固性、可靠性，同时也能够提高房屋建筑的经济性。对此，本文对房屋建筑结构设计中优化技术应用进行探讨。 （陕西省建筑设计研究院有限公司，陕西省西安市 710018） 摘要：屋建筑结构设计优化技术的应用是现代化建筑发展的必然，在房屋建筑结构设计中使用各种优化技术，不仅能够提高建筑的安全性、稳固性、可靠性，同时也能够提高房屋建筑的经济性。对此，本文对房屋建筑结构设计中优化技术应用进行探讨。 关键词：房屋建筑；结构设计；优化技术 随着生活水平的提高，人们对于物质生活条件有了更高的要求，对于房屋的质量要求也越来越严格。在房屋的建筑结构设计上，要兼顾经济性与实用性，既要保证建筑物的安全性、合理性，又要考虑建筑物的实用性、美观度。因此不断对房屋建筑结构设计进行研究、优化和创新，希望有助于建筑行业发展。 1 对房屋建筑结构设计进行优化的重要性 随着社会经济的发展，人们对于物质水平水平的要求越来越高，审美能力也得到极大的提供，从而使得人们对于建筑的要求除了功能需求之外，还增加了其他的需求。如何相应时代发展趋势，在节省建筑成本的基础上最大程度的保障建设项目的工程建设质量，对建筑项目的设计结构进行优化是有效的途径之一。建筑结构的优化设计可以实现建设资源成本的节约，保障建筑项目在有限的资源条件下建设出质量最佳的建筑质量，如此不仅可以提高空间的利用率，实现建筑资源的最大功效，还可以更好的保障建筑环境以及建筑功能的实现，优化之后的建筑项目结构设计不仅可以更好的保障建筑项目质量的完成，还可以最大效率的利用资金、土地等资源。 2房屋建筑结构设计优化的要点 2.1 设计上注重协调性 (1)在应用建筑结构设计优化法时应注意建筑结构设计优化法在设计当中的协调性。因为建筑结构设计优化法只有具备协调性，在实际应用当中房屋结构和建筑平面的配合才能更加的紧密，房屋结构的布局才能更加具有观赏价值。 (2)墙和柱是整个建筑物当中最主要的承载结构，设计人员在对建筑的墙和柱的布局进行设计时，除了要保证房屋整体设计要简化外还要保证房屋每层结构的截面与高度的协调统一，并且把住户对房屋建筑的实际需要考虑进来。 2.2 在优化上注重层次性 虽然建筑结构设计优化法能够对房屋建筑结构当中的缺陷进行有效的优化使房屋建筑更加的安全，但是在实际应用过程当中设计人员也要对优化的结构设计的层次性和复杂性给予重视，通过对房屋建筑设计体系，结构体系和安装设计体系的重视来保证工程叠加目标的顺利实现。 2.3 在设计上注重系统化 设计人员在对房屋建筑结构设计进行优化时，一定要全面考虑好房屋结构的类型、造价、结构布局等关键因素，为房屋结构设计更加的合理和经济打下良好的基础。与此同时，设计人员还应与时俱进，不断创新，努力学习丰富自己为广大住户设计出更多的符合时代发展要求和更加安全舒适的房屋建筑。利用建筑结构设计优化法为建筑行业的长远发展保驾护航。 3优化设计技术在房屋建筑结构设计上的应用 3.1 整体、局部优化 房屋建筑工程具有层次性与复杂性的特点。其中，层次性包括三个体系即，设计、结构与安装。这三个体系所涵盖的下属体系较多，所以合理优化这些下属体系，打破布局的横向关联与叠加工程，才不会对建筑在材料使用、零部件选择以及使用何种结构类型等产生较为复杂的影响，也就是说分别从整体与布局对房屋建筑进行优化，才是优化设计技术在房屋建筑结构设计当中应用的真正意义。 3.2 重视前期规划 施工设计人员在对房屋建筑结构进行规划设计时应深入到对方案设计的前期规划当中，通过对工程施工现场的考察与了解，科学合理的制定好工程施工方案，进而为房屋建筑工程施工的顺利进行提供有价值的参考和依据。与此同时，设计人员在对设计方案进行优化时，应结合工程的实际情况和自身的经验，按照工程结构布局要求的不同，来设计出不同的效果，把细部结构优化与概念设计有机的结合起来，并将其贯穿到整个设计过程当中，对于缺少相应数值的细部处理要采用概念设计法的方式，利用数值来掌握结构细部设计，进而提高设计方案的效果。 3.3结构设计优化 (1)选择参数变量 在实际的房屋建筑结构设计工作当中，设计人员为尽量保证设计思想的正确性，会通过多种手段去尽可能获取更多的与工程相关的参数，并且将这部分参数视作为变量。比如，在建筑工程当中，常被当作变量的参数有房屋价格参数、预期出现的损失参数等等，在进行设计优化的过程中，设计人员则需要对所收集的参数进行分析，预判其变化可能对工程造成的影响，以及由于复杂程度带给工程进度的影响。基于此种情况，在实际的建筑结构设计优化分析阶段，倘若设计人员将变幅偏小的参数或者印象因素偏少的参数选为设计指标，则会大大降低设计、编程的工作难度，进而更为快速地找准目标点，开展设计工作。 (2)确定函数 在具体的房屋建筑结构设计优化工作当中，设计人员一般会从众多相似函数当中去确定目标函数。比如在进行钢结构的施工过程中，设计人员针对房屋横截面规格与钢筋规格进行最优化的函数选择，并且对所确定函数的性质进行深入细致地分析，进而从施工成本方面予以考虑整个钢结构项目的具体设计。 3.4对桩基础及上部结构进行优化 就桩基础来讲，灌注桩在房屋建筑施工当中是很难控制的。选择长度的大预制桩，可以减少土壤对桩身的摩擦力。在放置预制桩前先把设计好的预制桩中心点位的坐标用相关的一起投放到施工场地当中，其流程为；核对坐标、架设仪器、输入坐标、放点。然后，对桩基
静力弹塑性分析方法（pushover法）的确切含义及特点 结构弹塑性分析方法有动力非线性分析（弹塑性时程分析）和静力非线性分析两大类。动力非线性分析能比较准切而完整的得出结构在罕遇地震下的反应全过程，但计算过程中需要反复迭代，数据量大，分析工作繁琐，且计算结果受到所选用地震波及构件恢复力和屈服模型的影响较大，一般只在设计重要结构或高层建筑结构时采用。 静力弹塑性分析方法，是对结构在罕遇地震作用下进行弹塑性变形分析的一种简化方法，从本质上说它是一种静力分析方法。具体地说，就是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；一旦构件开裂（或屈服）即修改其刚度（或使其推出工作），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。 静力弹塑性分析方法（pushover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，基本工作步骤为： 第一步：准备结构数据：包括建立模型、构件的物理参数和恢复力模型等； 第二步：计算结构在竖向荷载作用下的内力。 第三步：在结构每层质心处，沿高度施加按某种规则分布的水平力（如：倒三角、矩形、第一振型或所谓自适应振型分布等），确定其大小的原则是：施加水平力所产生的结构内力与第一步计算的内力叠加后，恰好使一个或一批构件开裂或屈服。在加载中随结构动力特征的改变而不断调整的自适应加载模式是比较合理的，比较简单而且实用的加载模式是结构第一振型。 第四步：对于开裂或屈服的杆件，对其刚度进行修改，同时修改总刚度矩阵后，在增加一级荷载，又使得一个或一批构件开裂或屈服； 不断重复第三、四步，直到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）或结构发生破坏（采用性能设计方法时，根据结构性能谱与需求谱相交确定结构性能点）。 对于结构振型以第一周期为主、基本周期在2s以内的结构，pushover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）。 在实际计算中必须注意一下几个问题： （1）、计算模型必须包括对结构重量、强度、刚度及稳定性有较大影响的所有结构部件。 （2）对结构进行横向力增量加载之前，必须把所有重力荷载（恒载和参加组合的活荷载）施加在相应位置。