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高层建筑结构的抗震性能分析与设计

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高层建筑结构的抗震性能分析与设计

摘 要：高层建筑的特点是高度比较高，所以地震荷载和风荷载在设计过程中占主导和控制地位，而我国又是地震多发国家，因此高层建筑的抗震设计分析显得尤为重要。本文探讨了高层建筑结构的抗震性能分析与设计。

关键词：高层；建筑结构；抗震；性能；设计

随着我国社会主义现代化建设和城市化进程的不断向前推进，建设用地日趋紧张，促使建筑 能越来越多样化，高层建筑的发展是大势所趋。高层建筑的特点是高度比较高，所以地震荷载和风荷载在设计过程中占主导和控制地位，而我国又是地震多发国家，因此高层建筑的抗震设计分析显得尤为重要。

一、高层建筑抗震设计特点

1.控制建筑物的侧移是重要的指标。在地震荷载作用下，建筑结构所产生的水平剪切力占主导地位，所以建筑物会产生明显的侧移，随建筑结构的高度不断曾加，结构的侧向位移迅速增大，

但该变形要在一定限度之内，这样才能保证结构安全以及使用功能。

2.地震荷载中的水平荷载是决定因素。水平荷载会使建筑物产生倾覆力矩，并且在结构的竖向构件中引起很大的轴力，这些都与建筑物高度的两次方成正比，故随建筑结构高度的曾加，水平载荷大相径庭。对高度一定的建筑物而言，竖向荷载基本上是不变的，但是随着建筑物的质量.刚度等动力特性的不同，水平地震荷载和风荷载的变化是比较大的。

3.要重视建筑结构的延性设计。高层建筑结构随着高度增加，刚度减小，显得更柔，在地震荷载作用下变形较大。这就要求建筑结构要有足够的变形能力，使结构进入塑性变形阶段仍然安全，需要在结构构造上采取有利的措施，使得建筑结构具有足够的延性。

二、高层建筑结构抗震分析和设计的主要内容

在罕遇地震作用下, 抗震结构都会部分进入塑性状态, 为了满足大震作用下结构的功能要求, 有必要研究和计算结构的弹塑性变形能力。当前国内外抗震设计的发展趋势, 是根据对结构在不同超越概率水平的地震作用下的性能或变形要求进行设计, 结构弹塑性分析将成为抗震设计的一个必要的组成部分。但是由于结构弹塑性分析的复杂性, 在如何进行计算和如何设定具体要求的问题上, 各国的做法也有所不同。

我国现行抗震规范( GB50011- 2010) 要求高层建筑的抗震计算主要是在多遇地震作用下( 小震) ,按反应谱理论计算地震作用, 用弹性方法计算内力及位移, 并用极限状态方法设计构件。对于重要建筑或有特殊要求时, 要用时程分析法补充计算, 并进行大震作用下的变形验算。这种先用多遇地震作用进行结构设计, 再校核罕遇地震作用下结构弹塑性变形的方法,

即为所谓的二阶段设计方法。同时规范规定了结构在罕遇地震作用下的弹塑性变形的结构弹塑性分析方法。

结构弹塑性分析可分为弹塑性动力分析( 时程分析) 和弹塑性静力分析( 推力计算) 两大类。弹塑性动力分析, 采用杆模型和层模型等简化的结构计算模型, 将地震波记录直接输入结构, 考虑结构的弹塑性性能, 依据结构弹塑性恢复特性建立动力方程, 用逐步积分直接求出地震过程中位移.速度和加速度的时程变化, 从而能够描述结构在强震作用下, 在弹性和非弹性阶段的内力变化,以及结构构件逐步开裂.屈服.损坏直至倒塌的全过程。杆模型计算的优点是可以得到杆件状态随时间的变化过程, 也可得到各楼层的反应。但耗时多.费用昂贵.结果数据量大且分析比较繁冗, 在国外也极少采用。层模型计算能得到各楼层的反应, 例如层剪力.楼层侧移和层间转角.层间位移延性比等, 它主要是从宏观上即层间变形检验结构在大震作用下的安全性。层模型计算的数据相对较少, 适宜于进行宏观检验, 也便于计算多条地震波作用。无论是采用杆模型还是层模型进行弹塑性时程分析, 都要求设计人员具有较高水平的专业知识, 且计算结果受地震波的影响较大, 不存在唯一答案,

有时难以判断。上世纪九十年代中期一些国家的学者相继提出弹塑性静力分析方法( Push- overAnaldysis) 进行结构抗震分析。这种方法并非创新, 但有较多优点。弹塑性静力分析采用空间协同平面结构模型或三维空间模型; 每个构件( 梁.柱.墙) 都根据其截面尺寸.配筋及材料确定其弹塑性力--变形关系; 在结构上施加某种分布的楼层水平荷载, 逐级增大; 随着荷载逐步增大, 某些杆端屈服,出现塑性铰, 直至塑性铰足够多或层间位移角足够大, 计算结束。由弹塑性静力分析, 可以了解结构中每个构件的内力和承载力的关系以及各杆件承载力间的相互关系, 检查是否符合强柱弱梁( 或强剪弱弯) , 并可发现设计的薄弱部位, 还可得到不同受力阶段的侧移变形, 给出底部剪力--顶点侧移关系曲线以及层剪力--层间变形关系曲线等等。后者即可作为各楼层的层剪力--层间位移骨架线,它是进行层模型弹性时程分析所必须的参数。只要结构一定( 尺寸.配筋.材料) , 其结果不受地震波的影响, 而与初始楼层水平荷载的分布有关。

三、基于抗震性能的高层建筑结构设计

1.选择合理的高层建筑结构体系 合理选择高层建筑结构体系，提高高层建筑承载能力.变形能力及消减地震能量能力，是实现建筑物安全性.经济性的基础。首先，要将抗震概念融汇在高层建筑设计中，全面考虑建筑物的平立面外形尺寸，抗侧力构件布置.质量分布，承载力分布等诸多因素，提倡平.立面简单对称，构建规则的建筑布置，采取相应的抗震构造措施和细部处理，确保抗侧力体系的刚度承载力上下变化连续.均匀。其次，要对有关建筑结构的弹塑性变形和建筑结构构件承载力实施严谨的验算。建立起具有良好性能的多重抗震结构框架。主体抗侧力结构刚度的选择应大于规范的阙值，对结构层间位移实行控制。形成良好的塑性内力重分布能力，有效吸收和消耗地震能量所带来的压力。第三，遵守“强柱弱梁.强剪弱弯.强节点弱构件.强底层柱（墙）”的原则，对结构承载力.刚度.稳定性.延性等性能相对薄弱部位采取辅助措施。

2.尽量选择抗震性能突出的结构材料

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超限高层建筑结构抗震性能设计及受力分析

超限高层建筑结构抗震性能设计及受力分析

第35卷第3期

2021年 6月Vol ・35 No・3

Jun. 2021粉煤灰综合利用

FLY ASH COMPREHENSIVE UTILIZATION

超限高层建筑结构抗震性能设计及受力分析

Seismic Performance Design and Stress Analysis of Over-limit High-rise Buildings

彭茹

(新疆建设职业技术学院

，新疆乌鲁木齐832000)

摘 要：深圳市罗湖区兆鑫汇金广场项目大屋面高度147.9 m，地下5层，地上44层，为部分框支剪力墙结构，

属于B级高度超限的超高层建筑。根据不规则项目特点并结合结构超限判定，确定各构件的抗震性能目标，通过分析

建筑在不同地震工况下的弹性分析和弹塑性分析，验证结构性能设计的可靠性。计算模型采用YJK、ETABS、PKPM-

SAUSAGE程序进行分析，根据分析结果，采取了一系列加强措施。结果表明：结构能够满足竖向荷载和风荷载作用下

的有关指标，抗震性能能够达到设定的性能目标。文中所采用的设计及加强措施为类似工程提供重要的参考和借鉴价

值。

关键词：超限高层建筑；剪力墙结构；时程分析；抗震性能分析；抗震加强措施

中图分类号：TU318 文献标志码：A 文章编号：1005-8249 (2021) 03-0008-06

D0I：10.19860/ki.issn1005-8249.2021.03.002

PENG Ru

(Xinjiang Construction Vocational and Technical College， Urumqi 832000， China)

Abstract: The height of the roof of the Zhaoxin lluijin Plaza project in Luohu District， Shenzhen City is 147. 9 m， with 5 stories underground

结构抗震性能设计

结构抗震性能设计

结构抗震性能设计

结构抗震性能设计是指在建筑物或其他结构设计的过程中，考虑地震力对结构产生的影响，进行合理的结构设计，使其在地震荷载作用下能够保持稳定性、完整性和可靠性。以下将从结构抗震设计的原则、方法和应用实例等方面进行探讨。

结构抗震设计的原则主要包括均勻分布的纵向和横向刚度、良好的延性、适当的耗能和持久性、合理的抗侧移能力、均匀分布的竖向刚度能力等。其中，均匀分布的纵向和横向刚度能够提高结构的整体性能，使其在地震作用下能够均匀吸收和分散地震能量，减小结构的震害程度。良好的延性是指结构能够在地震作用下产生一定的变形能力，从而减小地震力对结构的影响。适当的耗能和持久性是指结构能够通过能量耗散的方式吸收地震能量，并在地震作用下保持一定的强度和刚度，保证结构的损伤控制能力。合理的抗侧移能力是指结构能够在地震作用下对侧移产生一定的抵抗能力，保证结构的整体稳定性。均匀分布的竖向刚度能力是指结构的各个部位均能够承受地震荷载，避免集中作用和局部破坏。

结构抗震设计的方法主要包括基本设计方法、实用经验法、地震动分析法和工程试验法等。基本设计方法是根据结构的受力性质和力学原理，采用静力分析方法进行结构设计。实用经验法是根据历史数据和经验总结出的结构设计法则，结合实际情况进行设计。地震动分析法是基于地震动力学理论，通过对地震动力学参数的分析和计算，确定结构的抗震性能。工程试验法是通过对已建成的结构进行地震模拟试验，获取结构的动态响应数据，从而评估和验证结构的抗震性能。

在实际应用中，结构抗震设计需要根据具体的地震区域、建筑物类型和设计要求等因素进行合理的设计。例如，在地震频繁的地区，结构抗震设计需要更加注重结构的稳定性和整体性能；对于高层建筑或大跨度结构，需要采用更加精细的地震动力学分析方法，并考虑结构的变形控制和抗震性能的提升；对于历史建筑或古迹保护工程，需要遵循保护原则并结合地震加固技术进行设计。

总之，结构抗震性能设计是建筑工程设计中非常重要的一环，其目标是通过合理的设计手段和方法，针对地震荷载的作用，保证结构在地震作用下能够保持稳定性、完整性和可靠性。

试论高层建筑抗震性能的设计分析

试论高层建筑抗震性能的设计分析

２Ｑ１　Ｑ：　（　）　Ｃｈｉｎａ　Ｎｅｗ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ　ａｎｄ　Ｐｒｏｄｕｃｔｓ　

试论高层建筑抗震性能的设计分析　

樊慧　

（太原市明仕达煤炭设计有限公司，山西太原０３０００１）　建筑技术　

摘要：经济的飞速发展，高层的建筑日益增加，在高层建筑不断施工的同时，高层建筑结构抗震性能的设计与实际应用得　

到了越来越多人的关注。本文主要分析了高层建筑抗震性能的特点以及重要性。　

关键词：高层建筑；抗震性能；设计分析　

中图分类号：ＴＵ９７　文献标识码：Ａ　

１概述　

事实上，在建筑结构的设计过程中，抗　

震性能设计是目前所有高层建筑极需认真　

考虑的问题。我国的高层建筑主材料一般都　

是选用钢筋混凝土，而高层建筑结构的复杂　

化以及设计的新颖化对高层建筑的抗震性　

能又有一定的影响。　

２当前高层建筑抗震理念　

在人类建筑史当中，人们一直想要寻求　

一个很好的办法去抗震防震，随着地质学家　

对地震的了解以及深人，已经基本掌握了地　

震的特征以及一般的地震地面运动特点，于　

是，在此基础上，高层建筑的抗震性能设计　

理论以及设计方案都有了很大的转变，并且　

不断完善发展。　

现在最为流行使用的抗震设计方法就　

是基于位移的抗震设计方法。这种方法主要　

是对高层建筑进行准确的定量分析研究，再　

用量化的位移指标来制定高层建筑的抗震　

性能，从而让高层建筑的抗震变形能力范围　

可以满足地震时最低的变形要求，最终保持　

高层建筑的抗震性能能够达到一定的标准。　

基于位移的抗震设计方法一般能够细分　

成下面的方法，即为：①能力谱方法；②按延　

性系数谢十方法；③直接基于位移的方法。直　

接基于位移的方法是按照地震作用下预期的　

位移去计算地震的作用，从而进行高层建筑　

的抗震陛能设计，望高层建筑能够达到一定　

的预期变形，能够起到抗震防震的作用。　

３．高层建筑抗震性能低的原因分析　

３．１高层建筑层数过多　

混凝土高层建筑的层数是有一个极限　

的，也就是说混凝土高层建筑的高度是有一　

高层建筑结构刚度退化与抗震性能分析

高层建筑结构刚度退化与抗震性能分析

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高层建筑结构刚度退化与抗震性能分析

1高层建筑结构刚度概述

所谓结构刚度，是指建筑结构本身所固有的性质之一，通常会在荷载作用下发生变形，抵抗一定的形变压力。高层建筑在设计和兴建过程中，必须对建筑结构的刚度进行精密的分析，才能为高层建筑提供更好的抗震性能。高层建筑的抗震结构，必须具备刚度抗侧力系统，对结构的侧向变形进行控制，直接承受地震引起的作用，避免地震对高层建筑的非结构构件造成损伤，实现高层建筑的抗震性能。根据《高层建筑混凝土结构技术规程》的规定，高层建筑的抗震设计可以在性能层面进行系统的研究，并对性能目标、地震动水准、性能水准组合等方面进行了细致的规定。

高层建筑在抗震设计的实践过程中必须严格按照国家规定执行，采用先进的技术和分析方法对抗震性能进行设计，其中弹塑性分析法是抗震性能设计中使用的重要手段，在高层建筑的结构设计中具有比较广泛的应用。此方法在分析过程中会受到多种因素的影响，使其计算结果产生误差，比如阻尼取值、材料模型、操作失误等因素，所以必须在设计过程中对分析结果进行合理的评判。

2高层建筑结构地震作用响应的影响因素

(1)高层建筑结构抗震设计分析评价指标

高层建筑结构在进行基于性能的抗震设计时，通常采用弹塑性分

第 2 页 共 5 页 析方法，在对高层结构进行抗震评估时，必须对其宏观指标进行关注。评价指标通常可以分为内力响应指标和变形响应指标两种，在抗震结构设计时，这两个指标的可靠性十分重要。弹塑性分析结果需要对内力响应指标和变形响应指标进行判断，根据国家相关规定，对计算模型和计算结果判断进行全面的评估。通常认为高层建筑结构在进入弹塑性变形阶段之后，经过薄弱部位之时，会出现一定程度的塑性变形，这时这个楼层的层间位移比假定计算得出的层间位移要大。

假定计算是按照相同的阻尼比对高层建筑结构的理想弹性进行了假定，计算其在发生大型地震之时出现的层间位移，如果分析得到的数值小于计算得出的数值，则需要对位移数据的合理性进行反复的核查与判断。也就是说，通过弹塑性分析方法对高层建筑的薄弱层进行分析，所得出的层间位移角要比弹性假定计算结果大，但是在实际的高层建筑建设过程中，薄弱层的层间位移角的变化需要根据工程的具体情况而定，并不确定在弹塑性分析中其大小变化。