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摘要：近年来,我国高层建筑的数量日益增多,建筑需求的多样化促使建筑设计不断翻新,各种体型复杂、内部空间多变的复杂高层建筑大量涌现.研究高层建筑抗震设计问题,是当前面临的一个重要问题.

关键词：高层建筑；抗震；设计

随着这几年来中国城市建设和经济的快速发展,由于建设者开发、使用功能上的要求,高层建筑的体型越来越多样化.据统计,中国每年建成体型超限高层建筑达100多栋,且数量会越来越多.建筑需求的多样化促使建筑设计不断翻新,各种体型复杂、内部空间多变的复杂高层建筑大量涌现.其结构一般是不规则的,有些是特别不规则的.从震害经验来看,这是非常不利于抗震的因素.而另一方面是我国60%以上的地区需要考虑抗震设防.这些因素使我国建筑结构抗震设计在现实中面临许多难点.本文重点探析高层建筑基于性态的设计方法,要求了解性态与非线性反应之间的关系,选择适用于地震危险性的地面运动和场地反应,选择适宜的非线性模型和分析方法,通过评审专家审查并进行性态监控等.

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一、性态准则及设计目标建议

国内一些高层建筑物的设计和分析,超出了规范中的传统设计方法,如按常规设计有可能作出偏弱和不经济的结构设计.因此,基于性态的设计原理在工程设计中来越得到重视,基于性态的方法要求设计者对建筑物在地震作用下可能形成的性态反应做出评价.对于超高层的建筑则必须采用基于性态的方法,以证实该建筑满足抗震性能,且其设计必须经专家组审查.基于性态的设计包括：

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第一,选择多个重现期水准；

第二,以选定的性态水准相对应的界限值为标准,对构件和建筑物的变形进行评价；

第三,计算与这些重现期对应的地震地面运动下的结构反应；

第四,利用"能力设计原理"对构件进行评价,保证不出现非延性失效方式.

分析方法、模型化方法与结构性态本身的随机性,会在预测建筑物反应的过程中引入不确定性.基于性态的设计考虑以下三个因素,即对输入的地震地面运动进行组合；经分析预测结构的反应；建筑物的真实性态之间所作的协调将会取得阶段性的持续改进.相对于传统的规范方法,高层建筑的性态设计方法是一个重要改进,能使设计者和业主更深入了解建筑物在地面运动下可能形成的反应.

高层建筑抗震设计探析参考属性评定
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高层建筑基于性态的设计应突破传统规范设计方法.除满足"小震不坏.中震可修.大震不倒"的抗震设防目标时.尚应考察正常使用水准评价和倒塌水准评价.正常使用水准评价是指,在重现期约为50a的地震下只出现可忽略的损伤.要求结构基本处于弹性反应状态.而倒塌水准评价是指,在重现期接近2500a的地震水准预计会发生的最大地震振动下防止倒塌.并能证实：所有延性结构构件中的非弹性变形需求均小于其变形能力；在具有非延性破坏模式的部件中,力的需求不小于其名义强度；同时对超高建筑物和复杂建筑物可能要求设计者证实起控制作用的构件在中等地震振动下仍保持弹性.

经济地完成高层建筑结构设计是一项复杂的技术,包括在风和地震作用下的侧向刚度要求、变形要求和强度要求,且每项要求中都混合有施工可行性等问题.

二、场地反应及地基效应

对于硬、软岩石场地,基岩运动的场地放大效应通常较小,在危险性评价中可忽略不计.对于密实土和软土场地,确定地震需求的更完善的方法是完成一项场地反应考察.其中,基岩振动靠竖向传播的剪切波经非线性土层向上传递.当前,正在形成模拟从断裂到场地的整个波动传播过程的精细全面的三维方法.对于建在较软土层上的具有深埋实体基础或基础结构的高层建筑设计,关键是在给出地震动在地基层中随深度的变化规律后,找出更适合用于建筑物的设计的地震动.另外"基础地震动"有可能明显不同于地震危险性评价所预测的自由场地地面运动.场地反应研究还应识别边坡的稳定性、土壤液化的可能性及其它地震地质危险等.

场地的土层和建筑物的基础形式能通过不同途径影响建筑物的地震反应和性态.这其中包括：改变在自由场地处或某深度处预测的对建筑物的地震输入；对土--基础--建筑物体系形成附加柔度和阻尼,这将延长建筑物的周期并减弱地震需求.这些效应在软土场地上更加明显.此外,由于建筑物下面土层中总存在不确定因素.因此在评价土壤性能时总要考虑变异的影响.对一幢高层建筑而言,地基变形对上部结构反应具有显著作用.建筑物在一次地震中的侧向挠度会比其基础的平移大很多,故基础体系的水平变形常可忽略不计.但是,因土壤基础的可变形性在建筑物基底形成的较小转动,却能导致建筑物顶端的显著侧移.故在分析和设计中应考虑这种可变形性.

土--结构相互作用用来描述基础和土层对结构性能的影响.一般来说,这种影响包括以下三个方面：

第一,土壤--基础体系在滑动和转动中具有一定的质量和可变形性；

第二,地震能量经地基基础传入上部结构,同时结构中的震动能量会传入地基,并由地基以及从基础经应力波的形式外幅射而耗散；

第三,传入建筑物的地震地面运动受基础的埋深和刚度的影响.在结构抗震实践中,有时土壤的非线性性能有时会成为一个起控制作用的因素,并应考虑到土壤在大应变下的应变软化和附加滞回阻尼.

对于高层建筑,基础通常是实体的,并具有相当大的埋深,而且在主塔建筑的基础和周围裙房基础还可能设在不同的深度.此时经基础传至上部结构的地震动可能会存在比较大的差异.在某些层状土中,这种特点有可能会对传入建筑物的地震运动产生明显影响.因此建筑物被这种环境下的基础运动所激励,应恰当估计结构不同基础下的地面运动.当表层土不佳且软时,基底运动和自由场地运动的差异将最为突出.由于土的离散性比较大,以及在定义土壤参数和如何把它们与模型化假定等问题上存在很大不确定性,故结构工程师应谨慎考虑土--结构相互作用,采用正确的土--结构相互作用分析模型.

三、基于变形的设计原理

在基于性态的抗震设计中,变形是起控制作用的参数.由于性态以损伤程度为标志,损伤又与构件和体系的变形程度相关,必须提供足够的强度来防止过度的非弹性变形.另外,那些在达到最大强度时不具备屈

关于高层建筑相关论文范文例文服后变形能力的构件则不允许经历非弹性变形.因此对这类构件应使用基于力的验算方法.建筑物的总位移只能对建筑物的性态作定性评价.层间位移角是在一个给定的时间步长内两个相邻楼盖的相对水平位移角,但在高层建筑中是把每层的这些相对运动看作刚体位移和剪切变形角引起的分量来评价.同时应弹性层间位移角限值与弹塑性层间位移角限值的要求.非弹性的构件变形是评价延性构件的结构性损伤及结构性倒塌趋势的基础.评价一般是通过在一个时点比较逐个单一部件的变形需求与容许值来完成的.而容许值应以所提供的结构性构造以及并存的构件力为依据.