阐述高层建筑抗震结构设计的方法
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高层建筑结构设计抗震的分析摘要:文章主要对我国高层建筑结构的抗震设计进行了分析,从抗震概念设计的内容、重要性等方面进行了论述。
关键词:结构体系; 结构类型; 抗震设计1、高层建筑结构设计的概念及内容结构设计简而言之就是用结构语言来表达建筑师及其它专业工程师所要表达的东西。
结构语言就是结构师从建筑及其它专业图纸中所提炼简化出来的结构元素。
包括基础,墙,柱,梁,板,楼梯,大样细部等等。
然后用这些结构元素来构成建筑物或构筑物的结构体系,包括竖向和水平的承重及抗力体系。
把各种情况产生的荷载以最简洁的方式传递至基础。
2、高层建筑抗震设计思想概念设计是相对于数值设计而言着眼于结构的总体地震反应,可以理解为运用人的思维和判断能力,从宏观上决定结构设计中的基本问题。
抗震概念设计是根据地震灾害和工程经验所获得的基本设计原则和设计思想,进行建筑结构总体布置并确定基本抗震措施的。
(1)结构的简单性结构简单是指结构在地震作用下具有直接和明确的传力途径。
建筑抗震设计规范(gb50011-2001)第3.5.2条作为强制性条文要求,“结构体系应有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径。
”只有结构简单,才能够对结构的计算模型、内力与位移分析,限制薄弱部位的出现易于把握,因而对结构抗震性能的估计也比较可靠。
(2)结构的规则性和均匀性建筑抗震设计规范(gb50011-2001)第3.4.2条要求,“建筑及其抗侧力结构的平面布置宜规则、对称,并应具有良好的整体性;建筑的立面和竖向剖面布置宜规则,结构的侧向刚度宜均匀变化,竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自下而上逐渐减小,避免抗侧力结构的侧向刚度和承载力突变。
”建筑平面比较规则,不应采用严重不规则的平面布置,对a级高度建筑宜平面简单、规则、对称、减小偏心;而对b级高度建筑则应简单、规则、减小偏心。
平面布置均匀规则,使建筑物分布质量产生的地震惯性力能以比较短和直接的途径传递,并使质量分布与结构刚度分布协调,限制质量与刚度之间的偏心。
高层建筑的抗震设计原理与技术随着城市化进程的加快,高层建筑在现代城市中得到广泛应用。
然而,高层建筑由于其高度和体量的特殊性,地震对其安全性构成了较大的威胁。
因此,高层建筑的抗震设计成为了至关重要的一环。
本文将介绍高层建筑的抗震设计原理和常用的抗震技术,以期为相关领域的人员提供参考。
一、抗震设计原理1.结构强度与刚度:高层建筑的结构必须具备足够的强度和刚度,以承受地震力引起的振动。
在设计过程中,需要根据建筑的高度和使用功能来确定结构的强度和刚度要求。
2.地基条件评估:地基是高层建筑抗震设计的基础,其稳定性和承载力直接影响建筑的抗震性能。
在设计中,需要进行详细的地质勘探和地震灾害评估,以确定地基的条件和选择合适的抗震措施。
3.减震措施:为了降低地震对高层建筑的影响,减震措施被广泛应用。
常见的减震措施包括负摆控制、摩擦阻尼器、液体阻尼器等。
这些措施能够有效地吸收和分散地震能量,减少建筑结构的震动反应。
二、常用抗震技术1.钢结构:钢结构是一种常见的高层建筑抗震技术。
相比传统的混凝土结构,钢结构具有较高的强度和韧性,能够更好地抵抗地震力的作用。
此外,钢结构可以采用更轻的构件,减少建筑的自重,从而降低地震荷载。
2.混凝土剪力墙: 剪力墙是一种传统的高层建筑抗震技术。
通过在建筑的主体结构中设置混凝土墙体,起到增加结构刚度和强度的作用,从而提高抗震性能。
在设计中,需要根据建筑的布置和使用功能来确定剪力墙的位置和尺寸。
3.基础隔震技术:基础隔震技术将建筑与地面分离,通过设置隔震层来减少地震荷载传递到建筑上。
常见的基础隔震技术包括弹簧隔震、橡胶隔震和液体隔震等。
4.消能装置:消能装置通过吸收地震震动的能量,减少地震对建筑的影响。
常用的消能装置有液体阻尼器、摩擦阻尼器和形状记忆合金等。
5.桥梁技术应用于高层建筑:将桥梁技术应用于高层建筑抗震设计中是一种有效的方式。
桥梁结构具有较强的抗震性能,可以借鉴其设计原理和技术,提高高层建筑的抗震能力。
建筑结构抗震设计:原则与方法建筑结构抗震设计是确保建筑物在地震中安全的重要环节,通过合理的设计和施工,可以有效提高建筑物的抗震性能,减少地震灾害的损失。
本文将探讨建筑结构抗震设计的基本原则和主要方法。
建筑结构抗震设计的基本原则主要包括安全性、经济性和适用性。
安全性是指建筑物在地震中能够保持结构的整体稳定和局部构件的安全,不发生倒塌和严重破坏,保护人员的生命安全。
经济性是指在确保安全的前提下,通过合理的设计和选材,降低建筑成本,提高经济效益。
适用性是指建筑物在地震中的变形和损坏应控制在合理范围内,保证其功能的正常使用和快速恢复。
在建筑结构抗震设计中,首先要进行地震作用分析。
地震作用分析是确定建筑物在地震中的受力情况和变形特征的基础,通过地震波输入和结构动力分析,确定建筑物的地震反应。
常用的地震作用分析方法包括反应谱法、时程分析法和简化法。
反应谱法是通过地震反应谱确定结构的最大反应,适用于初步设计和小型建筑物;时程分析法是通过输入实际地震波记录进行结构动力分析,适用于重要和复杂建筑物;简化法是通过简化计算确定结构的地震反应,适用于一般建筑物的初步设计。
在建筑结构抗震设计中,结构体系的选择和布置是关键环节。
合理的结构体系和布置可以有效提高建筑物的抗震性能。
常见的抗震结构体系包括框架结构、剪力墙结构、框架-剪力墙结构和筒体结构等。
框架结构通过梁柱连接形成空间刚架,具有良好的变形能力和抗震性能;剪力墙结构通过设置剪力墙,提供较大的侧向刚度和承载力,适用于高层和超高层建筑;框架-剪力墙结构结合了框架和剪力墙的优点,具有良好的抗震性能和经济性;筒体结构通过设置外筒和内筒,形成高刚度和高强度的整体结构,适用于超高层建筑。
在建筑结构抗震设计中,构件的设计和连接是确保结构整体抗震性能的重要环节。
通过合理设计梁、柱、剪力墙和基础等构件,可以提高结构的整体稳定性和抗震能力。
例如,在梁柱节点设计中,通过采用强节点弱构件的设计原则,确保节点的强度和刚度,提高结构的抗震性能。
TM建筑结构抗震设计的要点及方法李淑彦 秦皇岛市建筑设计院摘 要:近年来,我国建筑业的发展突飞猛进,各地高楼林立。
多功能的居住环境以及简洁美观的立体效果,已然成为人们对建筑设计的主流追求,为了满足这一需求,设计中普遍采用结构复杂的建筑体系,这在保证建筑拥有足够多使用空间的同时,无疑也增加了建筑结构抗震设计的工作量。
关键词:建筑结构;抗震;方法随着我国经济的蓬勃发展,各地的高层建筑纷纷拔地而起,速度惊人。
高层建筑结构的抗震设计一直以来就是建筑设计和施工的重点,要使工程建设真正能够减轻甚至避免地震带来的危害,把握好抗震设计是关键。
因此,我们应该把握建筑结构抗震设计的要点以及应对的方法。
1 建筑结构抗震设计的要点1.1 选择合适的地基 由于施工场地的地质环境不同,建筑结构在地震中的反应也是不尽相同的。
因此,在有选择的情况下,选择一块有利于抗震的场地开展施工,很大程度上可以减轻地震所造成的损害。
为了保证高层建筑的稳定性,要求基础要有一定的埋置深度。
埋深基础四周土壤的被动土压力,能够抵抗高层建筑承受水平载荷所产生的倾覆和滑移。
天然地基基础埋深为建筑高度的 1/15,桩基基础埋深为建筑高度的 1/18。
针对地下室分缝处,应有 500 以上空隙用砂回填夯实;若地下室一面为开口,应保证开口以下至少 2 米以上覆土。
此外,还要尽可能地错开地震周期与在建项目的自振周期,用以防止建筑结构产生共振损坏。
1.2 增强建筑的整体性建筑物作为许多细节构件连接而成的整体,是一个具备空间刚度的结构体系,其能否承受地震惊人的破坏力量,全看各构件间能不能实现协调工作、有机地形成一个整体。
所以说,建筑物的整体性能不但是建筑抗震的首要条件,还是建筑结构抗震设计中的重点内容。
一般来说,每层楼盖应足以起水平隔板作用。
我国抗震规范推荐钢结构的楼盖宜采用压型钢板现浇钢筋凝土组合楼板或非组合楼板, 对超过 12 层的钢结构, 必要时可设置水平支撑。
高层建筑结构抗震设计摘要:高层建筑是建筑行业一个发展方向,它的意义非同一般。
对于一个高层结构的设计,遇到的问题可能错综复杂。
本文从高层建筑的结构设计特点出发对建筑抗震进行了必要的理论分析,从而探索高层建筑的设计理念和抗震措施,对高层建筑结构发展趋势作了简明的叙述。
关键字:高层结构设计抗震随着科学的发展和时代的进步,高层建筑如雨后春笋般的出现。
高层建筑的高度在一定程度上反映了一个国家的综合国力和科技水平,世界著名的建筑更是建筑史上的纪念碑。
但是如果高层建筑因结构设计不清,而造成结构布置不合理,不仅会造成大量的浪费,更重要的是给高层建筑留下了结构质量的安全隐患。
因此高层建筑的结构设计就显得尤为重要了。
一结构设计特点1.1 水平载荷是设计的主要因素高层结构总是要同时承受竖向载荷和水平载荷作用。
载荷对结构产生的内力是随着建筑物的高度增加而变化的,随着建筑物高度的增加,水平载荷产生的内力和位移迅速增大。
1.2 侧向位移是结构设计控制因素随着楼房高度的增加,水平载荷作用下结构的侧向变形迅速增大,结构顶点侧移与建筑高度的四次方成正比,设计高层建筑结构时要求结构不仅要具有足够的强度,还要具有足够的抗推强度,使结构在水平载荷下产生的侧移被控制在范围之内。
1.3 结构延性是重要的设计指标高层建筑还必须有良好的抗震性能,做到“小震不坏,大震能修。
”为此,要求结构具有较好的延性,也就是说,结构在强烈地震作用下,当结构构件进入屈服阶段后具有较强的变形能力,能吸收地震作用下产生能量,结构能维持一定的承载力。
1.4 轴向变形不容忽视高层结构竖向构件的变位是由弯曲变形、轴向变形及剪切变形三项因素的影响叠加求得的。
在计算多层建筑结构内力和位移时,只考虑弯曲变形,因为轴力项影响很小,剪力项一般可不考虑。
但对于高层建筑结构,由于层数多,高度大,轴力值很大,再加上沿高度积累的轴向变形显著,轴向变形会使高层建筑结构的内力数值与分布产生明显的变化。
高层建筑结构的抗震设计【摘要】本文主要对高层建筑结构的抗震设计进行了相关阐述,随着我国经济的飞速发展,高层结构建筑大幅增加。
由于我国地处地震多发带,高层建筑结构的抗震仍然是建筑物安全考虑的重要问题,抗震设防更是工程设计面临的迫切任务。
本文通过分析地震作用下高层建筑结构的破坏特点,针对高层建筑结构抗震设计的基本方法进行探讨,以期通过本文的阐述对抗震设计方法进行总结,促进高层建设技术进步。
结合自身工作经验,提出相关问题及看法,以便同行借鉴参考。
【关键词】高层建筑;抗震设计;破坏特点;设计方法1.地震作用下高层建筑结构的破坏特点随着社会经济的飞速发展,关于抗震设计也在不断优化。
近几十年国内外发生的多次大地震资料中可以得出,在静荷载下受力合理的结构,在地震作用下就呈现出受力不合理而破坏,这是因为在地震作用下建筑物的动力反应有其特殊性,主要表现在以下几个方面。
1.1 地基方面(1)在具有较厚软弱冲积土层场地,高层建筑的破坏率显著增高;(2)地基土液化导致地基不均匀沉降,从而引起上部结构损坏或整体倾斜;(3)建造在不利或危险地段的房屋建筑,因地基破坏导致房屋损坏。
(4)当建筑结构的基本周期与场地自振周期相近时,因共振效应破坏程度将加重。
1.2 结构体系方面(1)采用“填墙框架”的房屋结构,钢筋混凝土框架结构平面内柱上端易发生剪切破坏,外墙框架柱在窗洞处因受窗下墙的约束而发生短柱型剪切型破坏;(2)采用框架一抗震墙体系的房屋结构,破坏程度较轻;(3)采用“底框结构”体系的房屋,刚度柔弱的底层破坏程度十分严重;采用“填墙框架”体系的房屋,当底层为敞开式框架间未砌砖墙,底层同样遭到严重破坏;(4)采用钢筋混凝土板、柱体系结构的建筑,因楼板冲切或因楼层侧移过大、柱脚破坏,各层楼板坠落重叠在地面。
1.3 刚度分布方面(1)矩形平面布置的建筑结构,电梯井等抗侧力构件的布置当存在偏心时,因发生扭转振动而使震害加重;(2)采用三角形、l 形等不对称平面的建筑结构,同样在地震作用因发生扭转振动而使震害加重。
高层建筑的抗震设计高层建筑是现代城市发展中不可或缺的一部分,它们不仅提供了大量的办公和居住空间,也是城市地标和人们生活的象征。
然而,由于地震的频发和破坏力,高层建筑的抗震设计显得尤为重要。
本文将探讨高层建筑的抗震设计原则、技术以及未来的发展趋势。
一、抗震设计原则1. 结构合理性高层建筑的结构设计应合理,结构形式选择应考虑各种力的影响,如竖向荷载、水平荷载以及地震荷载。
2. 隔震设计隔震设计是高层建筑抗震的关键措施之一。
通过设置隔震装置,能有效减轻地震对建筑物的冲击。
常见的隔震装置包括橡胶隔震支座和钢球隔震装置等。
3. 抗震墙抗震墙是高层建筑中常见的抗震设计手段。
通过将抗震墙布置在建筑的关键部位,可以提高建筑的整体抗震能力。
4. 钢结构设计钢结构在高层建筑中的应用越来越广泛,其强度和韧性使其成为抗震设计的理想选择。
钢结构能够在地震中更好地吸收能量,并分散到整个结构中。
5. 增加结构强度通过增加材料的强度和截面尺寸,可以提高高层建筑的抗震能力。
在设计过程中,应根据地震的烈度和建筑物的高度,选择适当的强度和截面尺寸。
二、抗震设计技术1. 数值模拟数值模拟是高层建筑抗震设计中常用的技术手段之一。
通过计算机模拟地震力对建筑物的作用,可以评估不同结构形式和材料参数的抗震性能。
2. 结构监测与预警系统结构监测与预警系统可以实时监测高层建筑的结构状态,并在地震发生前提供预警信息。
这为人们提供了逃生和避险的宝贵时间。
3. 新型材料的应用随着科技的进步,新型材料如碳纤维复合材料等逐渐应用到高层建筑的抗震设计中。
这些材料具有更好的抗震性能和轻质高强的特点。
4. 钢筋混凝土结构的优化在高层建筑的抗震设计中,钢筋混凝土结构是最常见的结构形式之一。
通过优化设计方法和加强施工质量管理,可以提高钢筋混凝土结构的抗震性能。
三、未来的发展趋势1. 结构柔性化未来的高层建筑抗震设计将朝着结构柔性化发展。
通过使用可调节的结构和材料,在地震发生时,建筑物可以自动调整结构形态,减少地震荷载对建筑的影响。
高层建筑抗震设计措施随着城市化进程的加速,高层建筑在城市中如雨后春笋般涌现。
然而,地震作为一种不可预测的自然灾害,对高层建筑的安全构成了严重威胁。
因此,做好高层建筑的抗震设计至关重要。
本文将详细探讨高层建筑抗震设计的相关措施。
一、合理的建筑选址建筑选址是高层建筑抗震设计的第一步。
应选择地质条件稳定、地势平坦、远离地震断裂带和可能发生滑坡、泥石流等地质灾害的区域。
同时,要考虑场地土的类型和特性,坚硬均匀的场地土对地震波的传播和放大作用较小,有利于减轻地震对建筑物的影响。
二、优化的建筑结构体系1、框架剪力墙结构框架剪力墙结构结合了框架结构和剪力墙结构的优点,框架主要承受竖向荷载,剪力墙主要承受水平地震作用。
这种结构体系具有较好的抗震性能,能够有效地抵抗地震力。
2、筒体结构筒体结构包括框筒结构、筒中筒结构和束筒结构等。
筒体结构具有较大的抗侧刚度和承载力,能够有效地抵抗水平地震作用。
3、钢结构钢结构具有强度高、重量轻、延性好等优点,在高层建筑中应用越来越广泛。
钢结构的节点连接方式对抗震性能有重要影响,应采用合理的节点形式,确保结构在地震作用下的整体性和稳定性。
三、加强结构的整体性和连接1、构件之间的连接梁、柱、墙等构件之间的连接应可靠,采用足够强度和延性的节点连接方式,如焊接、高强螺栓连接等,避免在地震作用下发生节点破坏。
2、加强层的设置在高层建筑中,为了提高结构的抗侧刚度,可以在适当的位置设置加强层,如加强桁架、伸臂桁架等。
加强层的设置应合理,避免引起结构刚度的突变。
3、基础与上部结构的连接基础应与上部结构紧密连接,确保地震作用能够有效地传递到地基中。
基础形式的选择应根据地质条件和建筑物的特点进行,如桩基础、筏板基础等。
四、提高结构的延性1、控制构件的轴压比轴压比是指柱或墙的轴向压力与混凝土抗压强度设计值和截面面积的乘积之比。
控制轴压比可以保证构件在地震作用下具有足够的延性,避免发生脆性破坏。
2、配置适量的钢筋在混凝土构件中,配置适量的纵向钢筋和箍筋可以提高构件的延性。
浅析如何做好高层建筑结构抗震设计摘要:随着近年来我国经济的迅猛发展,建筑行业的发展也随着科技经济的进步有了显著的提高。
在我国近些年建造的建筑中,高层建筑已经成为了建筑行业的新宠,在选择性上也比传统多层建筑更受人们的欢迎与青睐。
由于近些年包括地震在内的自然灾害频发,使人们的生命财产与生活工作都受到了巨大影响,所以,如何做好高层建筑结构的抗震设计已经成为业内人士最为注重的问题之一。
由于高层建筑结构抗震的重要性,文章对如何做好高层建筑结构抗震设计进行多方面的浅要论述。
关键词:高层建筑;结构;抗震1 建筑结构抗震等级的划分地震的等级是要按照地震的强弱程度来进行划定的。
在中国,地震等级的划定有6个大类:三级是小地震,三级到四点五级是有感地震,四点五到六级是中强地震,六级到七级是强烈地震,七级到八级则是大地震。
在中国抗震等级是八度的建筑占绝大多数,能够抵御六级地震。
设计单位依照有关规章制度,根据建筑物的类别划分和设防标准,根据房屋的高度、结构设计等等方面,采用不一的抗震等级。
比如,在钢筋混凝土建筑结构中,抗震等级有四个级别,分别为一般、较为严重、严重及很严重。
在进行高层建筑结构抗震设计时,混凝土结构应该按照建筑的高度。
结构及设防的烈度选用不同的抗震等级,而且应当满足相关的计算及措施条件。
2 对建筑物抗震效果产生影响的因素要想做好高层建筑结构抗震设计,首先要清楚对建筑物抗震效果产生影响的主要因素有哪些。
通过以下几个方面对影响抗震效果的因素进行浅析。
2.1 建筑物的结构设计在影响建筑物抗震效果的因素中,建筑物自身的结构设计是其中一个非常重要的影响因素。
高层建筑要满足设计之初对抗震程度的预想,无论是点式住宅或者版式住宅,都必须开展科学合理的结构设计,确保抗震策略科学化,可以做到不受小地震损坏,遭遇大地震不倒塌,以此很好提升高层建筑的抗震性。
如果建筑物对平面的设计过于繁琐,质心与刚心不统一,就会增加地震的影响力,造成更为严重的后果。
阐述高层建筑抗震结构设计的方法
摘要:文章介绍了抗震设计中的位移方法,并对高层建筑抗震结构设计的现状和位移的计算作了详细的讨论
关键词:抗震结构设计; 基本参数;位移的计算高层建筑
Abstract:In this paper, it will mainly introduce the displace methods under the earthquake-resistant design, and discuss on the high-rise earthquake-resistant present and displacement calculation.
Key Words: earthquake-resistant design;basic parameter;displace calculation;high-rise cosntruction
随着现代社会经济的高速发展,城市数量规模不断扩大,现代化程度不断提高,由地震引起的生命、财产损失越来越严重。
地震给人民造成的直接经济损失。
而在地震中所造成的损失,房屋的损失比较大,民房和城市居民住房的损失占总损失的27. 4% ,有学校和非住宅用房的损失占总损失的20. 4%。
因此控制震害损失已成为了工程结构抗震设计中的一项重要内容。
一、高层建筑抗震设计的理论现状
一直以来,人类都是不断的积极探索抵御地震的方法,随着对地震地面运动的特征和结构地震反应特征认识的不断深化,以及科技水平与实践能力的提高,建筑结构的抗震设计理论逐步从静力理论、反应谱理论,发展到动力理论阶段。
基于位移的抗震设计方法,这一全新的结构抗震设计方法要求进行定量分析,用量化的位移指标来控制结构抗震性能,使结构的变形能力能够满足在预定的地震作用下的变形要求,从而确保实现结构的性能目标。
基于位移的抗震设计大致可分为三个方法:按延性系数设计的方法和能力谱方法以及直接基于位移的方法。
文章主要讨论的是直接基于位移的方法,该方法根据在一定的水准地震作用下预期位移计算地震作用,进行设计,以使构件达到预期的变形,结构达到预期的位移。
二、目标位移的基本参数
(一)层间位移角限值
(1)位移角限值的作用
基于位移的抗震设计需要结构在地震作用下的目标侧移曲线,本文定义建筑结构某层达到相应层间侧移角限值θ时结构的侧移曲线为目标侧移曲线,这需要
找出结构最大层间位移角位置。
第一振型最大的层间侧移角出现位置,近似代替结构最大层间的侧移角出现了位置。
结构最大层间的侧移角出现了位置,对框架的结构,就要取底层和柱截面也就是开始变化处的楼层;对框架—剪力墙结构,可取侧移曲线拐点的楼层;对剪力墙的结构,就可取顶层。
此处,层间侧移按楼层的位移差来计算。
(2)位移角限值的确定
像位移的抗震设计时要以设计的结构性能的水平来确定位移。
为了与建筑抗震设计规范的设防目标相协调,并便于在设计计算中能予以控制,本文将建筑结构的性能划分为三个水平,即使用良好、人身安全和防止倒塌。
在规定强度的水准地震作用下,以上三个性能水平分别对应于我国的规范“不坏、可修与不倒。
”根据现行的规范规定结构在“使用良好”和“防止倒塌”性能水平的位移角限值以及国内外较为准确的实验数据,该文中性能水平对应层间位移角限值θ取值见表1。
(二)结构振型及自振周期
假定结构各振型位移模式与其相应振型形状相似,欲求结构各振型在某一性能水平的目标位移,首先应确定结构各振型形状。
目前,我国的高层建筑结构计算和设计,都己经是通过程序由计算机来实现了。
本文选用ETABS高层建筑结构分析软件进行建模分析,可得到抗震要求所需振型及各振型自振周期。
三、目标位移的计算
(一)多自由度体系的转换
对于相位移的抗震设计而言,其结构的主要计算方法通常是这样的:首先通过自由度系统结构的合理转换,进而变成为具有等效特性的自由体系,最后将这种等效作用代入到单自由度体系中进行运算而转化为多自由度结构上进行设计和建构。
多自由度体系转换为单自由度体系的基本假定: (1)多自由度体系按假定的侧移形状产生地震反应; (2)多自由度体系与等效单自由度体系的基底剪力相等; ( 3)水平地震力在两种体系上所做的功相等。
以上面的假定,可通过推导我们就能得到以下的公式: (1)
式中: μ表示位移延性需求,弹性阶段取1;ζ0 表示弹性阶段的等效阻尼比,一般取0. 05。
(二)结构各阶振型目标侧移曲线
对结构非耦合振动理论和对于位移反应谱理论和多自由度体系与单自由度体系的转换关系,而建立考虑高振型影响的结构侧移曲线奠定了基础。
我们可根据结构各振型弹性自振周期及相应振型,由位移反应谱求得相应的各阶振型等效单自由度体系的等效位移,然后按等效原理导出多自由度结构各振型位移曲线,组合后求得结构弹性总体侧移。
以结构弹塑性阶段位移曲线和弹性的阶段相似假定,再确定好结构某一性能的水平侧移曲线以及各阶振型的目标侧移。
综上所述可以推导出以下公式:
结构第j振型的目标侧移uji
(2)
其中, 分别表示最大层间侧移所在楼层上下端的弹性水平位移。
四、建筑结构地震作用
结构第j振型第i层的水平地震作用为:
(3)
第j振型第i楼层地震剪力为:
(4)
以上实现了直接基于位移的抗震设计的第一步,即由结构目标位移计算结构的基底剪力和各质点的水平地震作用及其效应。
参照现行规范“两阶段”的设计方法,我们将结构“使用良好”性能水平的地震效应与相应的重力荷载效应进行组合(有时尚需考虑风荷载效应和竖向地震作用效应) ,按组合的内力设计值进行构件截面承载力计算;然后对结构构件进行延性设计,以期满足不同性能水平的结构延性需求。
最后通过静力弹塑性分析,检验结构是否满足各性能水平性能要求。
五、实证分析
某10层框架结构办公楼横向框架为两跨,右携5. 4m,右跨6. 6m,除一层层高为4. 3m外,其余层高3. 3m:框架梁、柱和楼板均为现浇;场地为III类,设防烈度为8度,基本风压W0 = 0. 45kN /m2 ;房屋内外隔墙均为轻质墙。
初步设计如下:柱截面尺寸除一、二层中柱取800mm ×800mm外,其余均取700mm × 700mm,梁截面尺寸,横向为300mm ×700mm, 纵向为300mm ×450mm, 楼板厚度为100mm。
结构重力荷载代表值及反弯点高度计算见表2。
(一)性能水平为“使用良好”的设计
(1)结构各振型目标位移曲线
根据ETABS高层建筑结构分析与设计软件可以计算得到各振型目标位移曲线uj。
(2)结构楼层基底剪力结构楼层基底剪力见表3。
六、结语
通过对直接基于位移方法的探讨,发现其在设计中存在的某些弊端,并加以修正,使其能够更接近于实际抗震需求。
同时经过上面的实证分析,可以看出该方法在实际设计中得到了比较好的运用,并可以更好的达到高层建筑抗震的要求,符合国家与业主的利益,减少了地震所带来的经济、人员等相关损失。
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注:文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。