超高层建筑最小地震剪力系数的讨论和算例

针对最小地震剪力系数这一超高层建筑结构抗震设计中的关键控制因素,对中美两国典型抗震规范和规程中有关最小地震剪力系数(最小基底剪力)的相关规定进行了对比综述。通过借鉴美国规范中最小基底剪力的处理方法,以我国8度区的某超高层建筑为例,采用两种不同的设计地震剪力取值方法设计了两个不同的方案模型。通过大量弹塑性时程分析,比较了两个模型大震下的抗震性能和抗倒塌能力。

多自由度系统楼层最小地震剪力系数值的分析

采用多自由度系统为研究对象,在单向地震的作用下,推导出基底剪力的计算公式,并分析了结构自振周期、特征周期以及阻尼比对结构基底剪力的影响。分析结果表明:在满足质量系数的前提下,基底剪力并未达到预设的要求,所以控制最小剪重比是十分必要的。结构第一周期越大,结构剪重比越小;结构阻尼越大,结构剪重比越小;特征周期越大,结构剪重比越大。

高层结构最小地震剪力系数的研究

本文研究了影响地震剪力系数的因素,对比分析中美规范中对于最小地震剪力系数要求的异同,以高层长周期结构为基本模型,对结构在不同场地类别下的地震剪力系数进行研究,结果表明对于超高层长周期结构,坚硬类场地要比软弱场地更难于满足规范要求,且不同场地类别采用相同的最小地震剪力系数来保证结构最小地震剪力,对于软弱场地的结构也是偏于不安全的。最小地震剪力系数应综合考虑抗震设防烈度、结构基本周期及场地类别等因素,我国规范对于该系数的取值应进行适当修正。

建筑结构设计中的剪力墙结构设计分析

剪力墙结构可以有效地改善建筑的抗风抗震性能,延长建筑的使用寿命,不会出现梁、柱等外露和凸出的状况,有利于室内的布局,并逐步扩展到现代建筑的结构设计中。尽管剪力墙结构的优点很多,但是它并不适合于所有类型的建筑,所以在进行剪力墙结构设计时,必须充分考虑各种因素的影响,以便使其更好地发挥其优越性。文章对建筑结构设计中的剪力墙结构的优势、设计基本原则、设计注意事项以及设计要点进行了分析和讨论,以期为有关人士提供借鉴。

最小地震剪力系数对超高层建筑结构抗震性能的影响

最小地震剪力系数是超高层建筑抗震设计中的关键控制因素。首先对中美两国典型抗震规范或规程中有关最小地震剪力系数(最小基底剪力)的相关规定进行了对比分析。借鉴美国规范中最小基底剪力的处理方法,以位于我国设防烈度7度区的一超高层建筑为例,采用两种不同的设计地震剪力取值方法,按照8度地震设防烈度设计了两个不同的结构模型。通过弹塑性时程分析,比较了两个模型在罕遇地震作用下的性能差异,分析了长周期地震动对两个模型抗震性能的影响,并对比了两个模型抗地震倒塌能力的差异。分析结果表明:通过提高楼层设计剪力来满足最小地震剪力系数的方案与提高结构刚度的方案相比,其抗罕遇地震的性能基本相当,而抗地震倒塌能力更好,设计难度和建造成本会更低。

最小地震剪力系数对隔震结构抗震性能的影响

最小地震剪力系数是隔震结构设计的关键控制因素之一。对等效周期为2~6 s的单质点隔震体系在远场地震动(FF地震动)、近场含脉冲地震动(NFWP地震动)和近场不含脉冲地震动(NFWNP地震动)作用下的剪力系数分布特点进行分析,并将其与规程中有关最小地震剪力系数的相关规定进行对比,探寻在不同抗震设防烈度下,不能满足最小地震剪力系数的隔震结构的等效周期范围。以位于我国抗震设防烈度8度区的某隔震结构为例,采用三种不同的设计地震剪力取值方法,设计了6种不同的结构模型。通过模型的弹塑性时程分析,比较了地震动的近远场特性对各模型抗震性能的影响,及其在罕遇地震作用下的性能差异。分析结果表明:地震动的近远场特性对隔震结构的楼层设计剪力影响较大;对不满足最小地震剪力系数要求的隔震结构,采用放大设计地震剪力使其承载力满足最小地震剪力系数的方法,能够有效提高其抗震能力;不考虑最小地震剪力系数对结构设计地震剪力的限制,采用结构的实际地震剪力需求进行设计的隔震结构能够满足地震作用下的承载力和层间位移限值要求。

关于建筑抗震设计最小地震剪力系数的讨论

介绍了GB 50011—2010《建筑抗震设计规范》关于楼层最小地震剪力系数规定的编写背景,及其与其他国家规范的相关规定的区别。论述了结构的最小地震剪力系数(剪重比)与设防烈度、场地特征周期、结构周期、振型、阻尼比等参数的关系。列举了位于不同地区(沿海和内地)、不同高度的超高层建筑设计,说明由于地震作用和风荷载不同,计算的楼层地震剪力系数、层间位移及墙、柱等构件轴压比也会不同。结构对地震作用与风荷载的反应不同,设计应区别对待。只要设计合理,大多数结构的最小地震剪力系数可以满足规范要求。对一幢超高层建筑结构进行全面剖析,综合比较,论证了各类参数之间的关系,证明我国规范关于楼层最小地震剪力系数的规定不但是必要的,也是合理可行的。

基于场地特征周期的最小地震剪力系数研究

楼层最小地震剪力系数是建筑抗震设计中的重要控制指标之一。对现行规范规定的最小地震剪力系数限值与场地特征周期无关的不合理性进行了分析,这也是导致Ⅰ、Ⅱ类场地上的长周期结构基底剪力系数难以满足规范限值的主要原因。分析了影响基底剪力系数的因素,发现基底剪力系数受到结构质量和刚度的分布、地震烈度、场地特征周期、结构阻尼比以及设计反应谱形状的影响。提出了基于场地特征周期的最小地震剪力系数限值,在场地条件较好时可放松规范限值,这样使长周期结构的抗震设计更容易满足地震剪力系数的要求,更为经济合理。通过一个算例验证了文中提出的基于场地特征周期的最小地震剪力系数限值的合理性。

最小地震剪力系数

为了研究最小地震剪力系数对结构抗震性能的影响,首先考察最小地震剪力系数的设置背景,然后考察不满足最小地震剪力系数时,不同处理方式及其对结构抗震性能的影响。以设防烈度7度(0.10g,g为重力加速度)区不满足最小地震剪力系数规定的一超高层结构为例,按不同处理方式(不做调整、调整承载力、调整刚度)形成3种不同的结构分析模型,对其进行弹塑性地震反应测试,并对比分析3种不同最小地震剪力系数处理方法引起的结构抗震性能的差异。研究结果表明:受非抗震组合和最小配筋率的影响,不做调整的模型与调整承载力的模型相同,其罕遇地震作用下的抗震性能良好,抗倒塌能力也较强;与不做调整的模型和调整承载力的模型相比,调整刚度模型的抗震性能更好,抗倒塌能力也更强,但调整付出的较大经济代价和对建筑使用功能的干扰与获得的抗震性能改善幅度并不对等。考虑到非抗震组合和最小配筋率的影响,建议合理对待关于7度(0.10g)区最小地震剪力系数的规定,即对于7度(0.10g)区不满足最小地震剪力系数规定的建筑结构,允许不调整承载力或刚度,但须通过性能设计保证结构具有足够的抗震安全性。

长周期超高层建筑最小底部剪力系数

推导了底部剪力系数Cs的通用表达式,绘制了Cs-T关系曲线,结果表明Cs随基本周期变长而快速下降。不满足最小底部剪力系数Cmin s的需求并不意味结构方案和布置不合理。按当前的抗震理论,底部剪力是结构承受地震作用大小的宏观指标。当结构的基本周期超过某一个临界周期时,合理、简单、有效的方法是按比例放大设计地震作用使Cs≥Cmin s,而不是增大刚度、缩短周期。另外,笔者认为《建筑抗震设计规范》(GB 50011—2010)规定的Cmin s限值是合理的,应予以执行。然而,当使用基于性能的方法进行抗震设计时,可予以放松。

满足规范剪重比要求的高层结构基本自振周期研究

介绍了美国等国规范有关剪重比的规定,以及我国《建筑抗震设计规范》(GB50011—2010)和《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ 3-2010)中最小剪重比提出的背景,对高层结构满足现行规范剪重比要求的结构自振周期进行了分析.根据现行抗震规范的要求将地震影响系数曲线分为两种情况,又将每种情况下的地震影响系数曲线分为5段,分析了每段的结构自振周期与楼层最小地震剪力系数值之间的关系,最后对结果进行合并,得到了满足规范要求的楼层最小地震剪力系数值的结构基本周期,根据结构的基本自振周期便可以判断该结构的剪重比是否能够满足规范剪重比的要求.通过工程实例对分析结果进行了验证.

地震影响系数的数值对比研究

通过对地震影响系数曲线段表达式的数值对比分析,考虑抗震设防烈度、设计基本地震加速度、设计地震分组和场地类别4个场地地震条件参数的影响,提出地震影响系数对比常数的概念及表达式,求解并给出不同地震条件下对比常数的数值与图表,且对比常数是地震影响系数表达式自身固有的属性。在此基础上,对现行规范中最小地震剪力系数值的规定进行了剖析,提出其规定应考虑场地特征周期(场地类别、设计地震分组)的影响。依据对比常数,给出了最小地震剪力系数值的修正系数。对比常数和修正系数能客观综合地反映场地地震条件对结构地震反应大小的影响,可用来定量地分析和判别结构的地震作用水平。

地震影响系数的参数探讨与研究

地震作用计算和结构抗震验算是结构抗震设计的重要内容,是结构抗震设计的依据。本文明确了规范采用地震影响系数进行地震作用计算的物理意义;描述了地震影响系数曲线的特点;比对了抗规与高规关于水平地震影响系数最大值及楼层最小地震剪力系数最小值的要求及内在关系;提供了基本周期大于5.0s时,多遇地震下楼层最小地震剪力系数值对应的结构周期;从安全的角度理解控制楼层最小地震剪力系数的目的与必要性;提出楼层最小地震剪力系数值不满足时的调整思路方法;认为结构设计满足最小地震剪力要求是结构后续抗震设计计算的前提,即只有先进行了最小地震剪力的调整,将其控制在适宜的范围内,结构计算的位移,内力,配筋才有意义,为结构设计提供有益参考。

倒塌分析在某500m级超高层建筑抗震设计中的应用

近年来我国超高层建筑发展迅速,其抗震安全性受到广泛重视。基于弹塑性计算的倒塌分析是研究结构抗震安全的重要手段,并已在常规结构设计中得到大量应用,但是在超高层建筑中此类研究还很少。因此,结合某500 m级超高层建筑抗震设计实例,采用倒塌分析对其抗震设计方法及改进措施进行了系统的研究,研究工作涵盖工程设计的主要过程,从结构体系到设计参数,再到具体构件的设计方案。研究工作表明,倒塌分析可以帮助改进结构抗震设计,提高抗震性能,同时控制工程造价。研究可为类似超高层建筑抗震设计提供参考。

长周期结构地震反应的特点与反应谱

讨论长周期结构地震反应的特点,分析我国建筑抗震设计规范中反应谱存在的主要缺陷。对反应谱进行人为的改变,会导致地震动特性的失真。我国规范反应谱的长周期段由于人为的调整,改变了地震动的统计特性,导致加速度反应谱对应的功率谱在长周期段异常,也导致长周期结构在地震作用下的计算位移偏大。抗震规范所规定的最小地震剪力系数仅与地震影响系数的最大值αmax相关,而与场地类别无关,有悖于软土场地上结构地震反应大于硬土场地上地震反应的一般规律。由加速度谱Sa、拟速度谱Sv和位移谱Sd之间的拟谱关系,给出了具有较长周期段(T延长至约10 s)的反应谱建议,可供规范修订时参考。工程算例表明,依据建议的反应谱进行结构的位移验算是可行的。

平安金融中心结构设计与研究

平安金融中心位于深圳市福田中心区1号地块,建筑地上118层,地下5层,裙房10层,塔楼塔顶高度597m,塔尖高度660m,是中国南部第一栋高度超过600m的超高层建筑。着重介绍了从结构方案阶段开始,结构体系不断优化的历程,最终形成了巨型斜撑框架-伸臂桁架-型钢混凝土筒体的结构体系。首先介绍了桩基工程,探讨了改善巨型框架承担剪力的方法和楼层最小剪力系数的取值;其次介绍了项目地震工程、风工程的研究成果,提出了本工程的结构设计标准及结构性能目标,该设计标准对今后同类项目的设计具有一定的参考价值;最后介绍了本工程在罕遇地震作用下的弹塑性动力时程分析结果,验证了工程结构的结构性能目标及其在罕遇地震作用下的安全性。