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龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 浅谈高层钢结构建筑抗震设计 作者：王晖 张丽娜 来源：《城市建设理论研究》2014年第05期 摘要：本文主要通过介绍高层钢结构建筑的抗震设计理念，分析其发生震害的原因及破坏形式，得出常规的抗震设计思想理念已经不能满足现在高层钢结构建筑对抗震功能的深层次要求，为了更好的强化结构抗震的安全目标和提高结构抗震的功能要求，经过对比看出基于性能的抗震设计能能够更好地实现这些要求，减少地震给人们带来的灾难并且降低经济损失。 关键字：高层钢结构建筑；抗震设计；震害；基于性能 中图分类号：TU97 文献标识码： A 1. 高层钢结构建筑抗震设计理念 建筑结构的抗震设计包括三个方面：一是概念设计，即把握抗震设计的主要原则，弥补由地震作用和结构地震反应的复杂性而造成抗震计算不准确的不足；二是抗震计算，为抗震设计提供量的保证；三是构造措施，为抗震概念及计算提供有利的保障。 高层建筑钢结构抗震设计基本原理：保证结构的完整性，提高结构的延性以及设置多道结构防线。 高层钢结构应采用全刚接框架，当结构刚度不够时，可采用中心支撑框架、钢框架混凝土芯筒或钢框筒结构形式；但在高烈度区（8度和9度区），宜采用偏心支撑框架和钢框筒结构，从而保证结构具有较好的延性。对于钢框架支撑结构及钢框架混凝土芯筒结构，钢支撑或混凝土芯筒部分的刚度大，可能承担整体结构绝大部分地震作用力。但钢支撑或混凝土芯筒的延性较差，为发挥钢框架部分延性好的作用，承担起第二道结构抗震防线的责任，要求钢框架的结构承载力不能太小，为此框架部分按计算得到的地震剪力应乘以调整系数，达到不小于结构底部总地震剪力的25%和框架部分地震剪力最大值1.8倍两者的较小值。高层钢结构和混凝土结构一样也要满足以下三个原则即强柱弱梁的原则（保证梁端的破坏先于柱端的破坏）、强剪弱弯的原则（弯曲破坏先于剪切破坏）以及强节点弱构件的原则（构件的破坏先于节点的破坏）。 建筑的平面布置宜简单规则，并使结构各层的抗侧力刚度中心与质量中心接近或重合，同时各层的刚心和质心接近在同一竖直线上，建筑的开间和进深宜统一。高层钢结构建筑不宜设置防震缝，但薄弱部位应注意采取措施提高其抗震能力，如当结构平面布置不规则时，可设置防震缝。 2. 高层钢结构建筑主要震害特征及分析 龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 钢结构的强度高、延性好、重量轻、抗震性能好。总的来说在同等场地、烈度条件下，钢结构房屋的震害较钢筋混凝土结构房屋的震害要小。例如在墨西哥的高烈度区内有102幢钢结构房屋，其中59幢为1957年以后所建，在1985年9月的墨西哥大地震中，1957年以后建造的钢结构房屋倒塌或严重破坏的不多，而钢筋混凝土结构房屋的破坏就要严重得多。 高层钢结构在地震中破坏形式有节点连接破坏、构件破坏及结构倒塌。节点连接破坏中一种是支撑连接破坏，一种是梁柱连接破坏。1978年日本宫城县远海地震造成钢结构建筑的破坏更多是支撑连接破坏。1995年日本的阪神地震造成了很多梁柱刚性连接破坏。高层建筑钢结构构件破坏主要表现为支撑压屈（支撑在地震中所受的压力超过其屈曲临界力时即发生压屈破坏）、梁柱局部失稳（梁或柱在地震作用下反复受弯，在弯矩最大截面处附近由于过度弯曲可能发生翼缘局部失稳破坏）、柱水平裂缝或断裂破坏。1995年日本阪神地震中，位于阪神地震区芦屋市海滨城的52栋高层钢结构住宅，有57根钢柱发生断裂，其中13根钢柱为母材断裂，7根钢柱与支撑连接处断裂，37根钢柱在拼接焊缝处断裂。结构倒塌是地震中结构破坏的最严重的形式。钢结构建筑尽管抗震性能好，但在地震中也会发生倒塌。1985年墨西哥大地震中有10幢钢结构房屋倒塌，1995年的日本阪神地震中也有钢结构房屋倒塌。 3. 常规的抗震设计与基于性能的抗震设计的对比 为了更有效地将地震所带来的灾害及损失降低，随着对地面运动特征和结构地震反应特征认识的不断深化，高层建筑抗震设计思想也在不断完善，美国从上世纪90年代陆续提出了一些有关抗震性能设计的文件（如ATC40、FEMA356、ASCE41等），近几年由洛杉矶市和旧金山市的重要机构发布了新建高层建筑（高度超过160英尺、约49m）采用抗震性能设计的指导性文件。2008年美国一学术组织“国际高层建筑及都市环境委员会（CTBUH）”发表了有关高层建筑（高度超过50m）抗震性能设计的建议。日本从1981年起已将基于性能的抗震设计原理用于高度超过60m的高层建筑。高层建筑采用抗震性能设计已形成一种发展趋势。 我国常规抗震设计方法是满足“小震不坏、中震可修、大震不倒”的设防目标，按指令性、处方形式的规定进行设计，通过结构布置的概念设计、小震弹性设计、经验性的内力调整、放大和构造以及部分结构大震变形验算，即认为可实现预期的宏观的设防目标，但随着新技术、新材料、新结构体系的发展，这种抗震设计方法已经不能很好地满足现在高层建筑的抗震功能的深层次要求，更加不能有效地控制地震所造成的损失。 基于性能的抗震设计理论是20世纪90年代初由美国学者提出，按此理论设计的结构在未来的地震灾害下能够维持所要求的性能水平。基于性能的抗震设计理论是一种更加合理的设计理念，它将抗震设计以保障人民生命安全为基本目标转化为在不同风险水平地震作用下满足不同的性能目标，通过多目标、多层次的抗震安全设计来最大限度保障人民生命安全，采用多个预期的性能目标，包括结构的、非结构的、设施的各种具体性能指标，由业主选择具体工程的预期目标，而且提出了符合预期性能要求的论证，包括结构体系、详尽的分析、抗震措施和必要的试验，并经过专门的评估予以确认。通过对两者的分析比较可以看出基于性能的抗震设计的优越性，它代表了未来结构抗震设计的发展方向。 龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 4. 结语 通过以上的阐述及分析我们可以看到基于性能的抗震设计能够更好的强化结构抗震的安全目标和提高结构抗震的功能要求，在新修订的建筑抗震设计规范中也得到了体现，然而基于性能的抗震设计也存在一些问题，例如地震作用的不确定性，结构分析模型及参数选用存在不少经验因素，模型试验以及震害资料的欠缺，存在的这些问题都需要进一步的改进与完善，从而减少地震所带来的灾害与损失。 参考文献： [1] 李国强建筑结构抗震设计 中国建筑工业出版社 2009 [2] 陈忠范高层建筑结构 东南大学出版社 2008 [3] 史庆轩高层建筑结构设计 科学出版社 2006 [4] 沈蒲生高层建筑结构设计 中国建筑工业出版社 2006 [5] 沈小璞高层建筑结构设计 合肥工业大学出版社 2006 [6] 高立人高层建筑结构概念设计中国计划出版社2005 本文来源：https://www.dywdw.cn/9113cd11ac45b307e87101f69e3143323968f5fd.html
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2022-05-25
