高层钢结构第二阶段抗震设计(浅析钢结构抗震设计)

今天给各位分享高层钢结构第二阶段抗震设计的知识，其中也会对浅析钢结构抗震设计进行解释，如果能碰巧解决你现在面临的问题，别忘了关注本站，现在开始吧！，4、，多高层结构的弹塑性分析，5、，高层建筑的抗震设计与抗震结构，6、，高层钢结构抗震设计分析？

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本文目录一览：

1、高层建筑的抗震设计
2、钢结构如何进行抗震设计？
3、高层钢结构抗震的计算？
4、多高层结构的弹塑性分析
5、高层建筑的抗震设计与抗震结构
6、高层钢结构抗震设计分析？

高层建筑的抗震设计

80年代，是中国高层建筑在设计计算及施工技术各方面迅速发展的阶段。各大中城市普遍兴建高度在100m左右或100m以上的以钢筋为主的建筑，建筑层数和高度不断增加，功能和类型越来越复杂，结构体系日趋多样化。比较有代表性的高层建筑有上海锦江饭店，它是一座现代化的高级宾馆，总高153.52m，全部采用框架一芯墙全钢结构体系，深圳发展中心大厦43层高165.3m，加上天线的高度共185.3m，这是中国第一幢大型高层钢结构建筑。进入90年代中国高层建筑结构的设计与施工技术进入了新的阶段。不仅结构体系及建筑材料出现多样化而且在高度上长幅很大有一个飞跃。深圳于1995年6月封顶的地王大厦，81层高，385.95m为钢结构，它居目前世界建筑的第四位。建筑结构抗震规范

建筑结构抗震规范实际上是各国建筑抗震经验带有权威性的总结，是指导建筑抗震设计（包括结构动力计算，结构抗震措施以及地基抗震分析等主要内容）的法定性文件它既反映了各个国家经济与建设的时代水平，又反映了各个国家的具体抗震实践经验。它虽然受抗震有关科学理论的引导，向技术经济合理性的方向发展，但它更要有坚定的工程实践基础，把建筑工程的安全性放在首位，容不得半点冒险和不实。正是基于这种认识，现代规范中的条文有的被列为强制性条文，有的条文中用了“严禁，不得，不许，不宜”等体现不同程度限制性和“必须，应该，宜于，可以”等体现不同程度灵活性的用词。

抗震设计的理论

1、拟静力理论。拟静力理论是20世纪10~40年代发展起来的一种理论，它在估计地震对结构的作用时，仅假定结构为刚性，地震力水平作用在结构或构件的质量中心上。地震力的大小当于结构的重量乘以一个比例常数（地震系数）。

2、反应谱理论。反应谱理论是在加世纪40~60年代发展起来的，它以强地震动加速度观测记录的增多和对地震地面运动特性的进一步了解，以及结构动力反应特性的研究为基础，是加理工学院的一些研究学者对地震动加速度记录的特性进行分析后取得的一个重要成果。

3、动力理论。动力理论是20世纪70－80年广为应用的地震动力理论。它的发展除了基于60年代以来电子计算机技术和试验技术的发展外，人们对各类结构在地震作用下的线性与非线性反应过程有了较多的了解，同时随着强震观测台站的不断增多，各种受损结构的地震反应记录也不断增多。进一步动力理论也称地震时程分析理论，它把地震作为一个时间过程，选择有代表性的地震动加速度时程作为地震动输入，建筑物简化为多自由度体系，计算得到每一时刻建筑物的地震反应，从而完成抗震设计工作。（一）高层建筑抗震措施

在对结构的抗震设计中，除要考虑概念设计、结构抗震验算外，历次地震后人们在限制建筑高度，提高结构延性（限制结构类型和结构材料使用）等方面总结的抗震经验一直是各国规范重视的问题。当前，在抗震设计中，从概念设计，抗震验算及构造措施等三方面入手，在将抗震与消震（结构延性）结合的基础上，建立设计地震力与结构延性要求相互影响的双重设计指标和方法，直至进一步通过一些结构措施（隔震措施，消能减震措施）来减震，即减小结构上的地震作用使得建筑在地震中有良好而经济的抗震性能是当代抗震设计规范发展的方向。而且，强柱弱梁，强剪弱弯和强节点弱构件在提高结构延性方面的作用已得到普遍的认可。

（二）高层建筑的抗震设计理念

中国《建筑抗震规范》（GB50011-2001）对建筑的抗震设防提出“三水准、两阶段”的要求，“三水准”即“小震不坏，中震可修，大震不倒”。当遭遇第一设防烈度地震即低于该地区抗震设防烈度的多遇地震时，结构处于弹性变形阶段，建筑物处于正常使用状态。建筑物一般不受损坏或不需修理仍可继续使用。因此，要求建筑结构满足多遇地震作用下的承载力极限状态验算，要求建筑的弹性变形不超过规定的弹性变形限值。当遭遇第二设防烈度地震即相当于该地区抗震设防烈度的基本烈度地震时，结构屈服进入非弹性变形阶段，建筑物可能出现一定程度的破坏。但经一般修理或不需修理仍可继续使用。因此，要求结构具有相当的延性能力（变形能力）不发生不可修复的脆性破坏。当遭遇第三设防烈度地震即高于该地区抗震设防烈度的罕遇地震时，结构虽然破坏较重，但结构的非弹性变形离结构的倒塌尚有一段距离。不致倒塌或者发生危及生命的严重破坏，从而保障了人员的安全。因此，要求建筑具有足够的变形能力，其弹塑性变形不超过规定的弹塑性变形限值。

三个水准烈度的地震作用水平，按三个不同超越概率（或重现期）来区分的：多遇地震：50年超越概率63.2%，重现期50年；设防烈度地震（基本地震）：50年超越概率10%，重现期475年；罕遇地震：50年超越概率2%－3%，重现期1641－2475年，平均约为2000年。

对建筑抗震的三个水准设防要求，是通过“两阶段”设计来实现的，其方法步骤如下：第一阶段：第一步采用与第一水准烈度相应的地震动参数，先计算出结构在弹性状态下的地震作用效应，与风、重力荷载效应组合，并引入承载力抗震调整系数，进行构件截面设计，从而满足第一水准的强度要求；第二步是采用同一地震动参数计算出结构的层间位移角，使其不超过抗震规范所规定的限值；同时采用相应的抗震构造措施，保证结构具有足够的延性、变形能力和塑性耗能，从而自动满足第二水准的变形要求。第二阶段：采用与第三水准相对应的地震动参数，计算出结构（特别是柔弱楼层和抗震薄弱环节）的弹塑性层间位移角，使之小于抗震规范的限值。并采用必要的抗震构造措施，从而满足第三水准的防倒塌要求。

（三）高层建筑结构的抗震设计方法

中国的《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）对各类建筑结构的抗震计算应采用的方法作了以下规定：1、高度不超过40m，以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀的结构，以及近似于单质点体系的结构，可采用底部剪力法等简化方法。2、除1款外的建筑结构，宜采用振型分解反应谱方法。3、特别不规则的建筑、甲类建筑和限制高度范围的高层建筑，应采用时程分析法进行多遇地震下的补充计算，可取多条时程曲线计算结果的平均值与振型分解反应谱法计算结果的较大值。

关于高层建筑防火安全问题

人类的高层建筑的火灾已经成为重大的灾害，它涉及的范围较广，业主的财产以及人身安全受到重创。预防高层建筑的防火安全性问题已成为重中之重。现代高层住宅建筑的高度不断延伸，往往是一层受灾殃及整体建筑。如何解决高层建筑的火灾防范问题是当今建设者们首当其冲面对的问题，应当引起全社会的关注。近年来，由于住宅小区火灾的防范不到位，导致火灾事件数量逐年攀升，对于人民生命财产所造成的损失也逐步扩大。消除这一安全隐患，应当是政府和建设部门的头等大事。

一、高层建筑的火灾因素

（1）天然气设施气体泄漏造成的火灾蔓延。

（2）家用电器使用不当而引起的火灾。

（3）人为的火灾因素。

（4）烟花爆竹燃放引起的火灾。

（5）民用电线短路造成的火灾。

（6）间接引发的火灾。

二、高层建筑防火材料及其技术规范问题：

（1）高层建筑墙体的防火材料有质量问题。

（2）室内防火安全监控装置失控，产品的技术性能不达标。

（3）建筑材料的防火设施扩展使用问题没有得到建设部门的支持。

（4）没有建立高层建筑自动灭火装置的设计性规范条文。

（5）施工单位对于住宅装饰材料的选型没有统一的定性标准。

（6）没有颁布完全禁止高层建筑以及住宅小区烟花燃放法令。

（7）天然气终端使用设备的安全性检查不到位。

（8）没有设立预防天然气泄漏的安全监控装置。

（9）季节性的安检宣传工作不到位。

三、关于高层建筑的火灾防范措施

（1）健全高层住宅火灾的防范网络安全自动控制系统。

（2）缩减住宅建筑的高度，以减少财产及生命的损失及伤害。

（3）降低高层建筑的密集度。

（4）完善建筑材料的防火性措施，加快研制新型的防火涂层材料和建筑材料。

（5）研制新型的民用防火产品，加大推广使用家用防火材料生产力度。

（6）防火安检期的不定性检查和教育宣传。

（7）加快研制家庭民用快速自动灭火器材。

（8）制定社区防火责任人制度并落实到位。

四、建设预防火灾的新型高层智能建筑

建议设计院校以及建委的相关部门尽快设计出完全能够防范火灾的高层智能住宅建筑。

（1）居民住宅应当安装自动灭火装置。

（2）门窗以及玻璃采用抗高温防火材料。

（3）家用电气设备的外壳使用防火材料制成。

（4）禁止使用木地板材料，加快研制新型的防火保温地板材料。

（5）民用电路所使用的电线绝缘层必须采用耐高温防火材料。

（6）严格要求住户安装天然气泄漏报警装置。

（7）加快研制小户型的高压灭火简易装置，做到每户安装一部灭火设备。

（8）做到群策群防，建立防火安全员安全监察宣传责任制度。

（9）地方政府设立预防火灾安全委员会。

（10）设立小区消防安全救灾小组，由火警辖区统一领导指挥。

（11）门窗墙外的上方设立防火隔离延伸罩，防止火苗窜到上一层建筑。这项可纳入建筑设计规范。

（12）加大电力能源的利用率，减少天然气能源的高层住宅引入，或禁止城区使用天然气。

（13）加快新型安全的综合性能源开发。

如果按着上述建议进行火灾防范，基本上高层住宅的火灾防范问题就能够得到解决。和谐社会一定要建立在群策群防基础上。火灾可防，关键在于政府的执政保障和人民的全力支持。

关于高层建筑坠落物体的安全防范问题

现代楼宇建筑高度不断提升，城市范围不断扩大，高层建筑密度不断加大，防范高层建筑坠落物体对人身的伤害，应当纳入设计安全规范。高层住宅户外附加物体安装工程的安全标准、安全防盗网栏、门窗玻璃等都应当规定使用年限。物体紧固装置的使用期限、材料的选择、防老化工艺等一定要有严格的规定。不然，一旦发生高空物体坠落事故，会危及行人的人身生命以及财产安全，其后果是不堪设想的。

一、高层建筑的主要户外设施

随着现代化大都市的高速发展和人口密度的不断增长，建立高层建筑坠落物体对人身造成伤害的安全防范措施已迫在眉睫。城市高层住宅建筑外加附属物体包括：

（1）居民使用的户外空调主机。

（2）防盗门窗护网。

（3）门窗玻璃。

（4）企业的户外广告、招牌匾额。

（5）户外照明及通讯装置。

（6）户外门窗遮阳遮雨用具。

二、易碎易坠落物品

（1）门窗及玻璃。

（2）户外照明灯具。

（3）户外广告的照明灯具。

（4）企业招牌匾额的易老化针织类物品。

（5）易老化遮阳遮雨材料。

三、户外施工过程中易坠落的物体

（1）户外空调以及固定金属架。

（2）户外广告金属架。

（3）企业户外广告招牌匾额的金属框架。

（4）施工过程中的攀爬吊装以及装修设施。

（5）施工过程中起吊的户外工程物体（户外空调，防盗门窗护栏，户外广告金属结构架）。

（6）户外遮阳遮雨金属架。

四、高层建筑顶端的通讯发射接收设施

（1）企业通讯专用设备。

（2）信息产业收发信息设施。

（3）卫星通信接收设备。

（4）户外民用天线。

五、高层建筑的水暖设备

（1）原高层建筑供暖系统的终端设备。

（2）冷却塔，高水位水箱。

六、高层建筑所安装的太阳能装置

（1）民用以及企业用太阳能供暖设备。

（2）民用及企业用太阳能供电装置。

二、高层建筑户外物体坠落的主要因素

关于高层建筑附加物体的高空坠落安全防范措施问题，到目前为止，国家还没有纳入高层建筑的设计规范。大自然的风灾和人为的事故以及氧化作用是导致高层建筑附加物体坠落的主要原因，包括：

（1）高等量级别的飓风灾害，可导致高层建筑的门窗玻璃以及广告匾额坠落。

（2）户外空调系统的主机，由于固定结构在长时间的氧化学反应下失去作用，从而造成物体坠落事故。

（3）高层建筑外加附属设备的金属部分，在大自然有害气体的侵蚀下，产生老化损坏坠落。

（4）由于施工质量低劣而造成的人为物体坠落。

在自然灾害中，风灾所造成的物体坠落是主要因素。

高层建筑户外附属设施坠落的安全防范措施

（1）设立高层建筑户外附属设备安装标准。

（2）加强高层建筑玻璃幕墙以及门窗玻璃的安全防护规范措施。

（3）在高层建筑最底层的四周，增加预防高空物体坠落的外延结构，或增加每一栋高层建筑的底层四周防坠落物体的金属结构设施。

（4）将用于户外附属设施固定的金属防腐材料纳入高层住宅设计规范。

（5）增加空调外挂主机的预留外延建筑结构平台或体外凹式墙体空间。

（6）设立高层建筑地面的墙体四周外延防护栏，建筑墙体与外延防护栏的安全距离标准为3米。

（7）在可能的情况下，统一实施中央空调制冷采暖系统。

（8）设立城区高层建筑物体坠落安全防范巡查机构，制定高空物体坠落安全防范条例。

（9）城市居民社区委员会实施高层建筑物体坠落安全防范责任制度，健全施工企业档案登记工作。

根据调查，中国在高层建筑设计标准中，还没有制定出有关高层建筑附属设施坠落安全事故的防范措施。随着人类住宅建设的不断增高，预防高层建筑附加设施坠落的安全事故问题已迫在眉睫。国家建委、房管机构、设计院所、人防工程委员会等相关部门应当尽快制定出关于中国城区高层建筑预防坠落物体的安全应急方案和设计标准，以确保人民生命财产的安全，将高层建筑物体坠落安全因素纳入建筑设计规范，或纳入城市安全管理防范监理系统。

钢结构如何进行抗震设计？

抗震设计基本要求

1、钢结构房屋结构类型常见的钢结构房屋的结构体系有框架结构、框架一支援结构、框架一抗震墙板结构、简体结构以及巨型框架结构等。钢结构房屋的抗震性能的优劣取决于结构的选型，进行实际工程设计时，需要综合考虑多种因素进行方案的优化，在优化过程中确定其适宜的结构体系。

2、钢结构房屋结构布置原则

钢结构房屋的结构体系和结构布置的选择关系到结构的安全性、适用性和经济性。和其他类型的建筑结构一样，多高层钢结构房屋应尽量采用规则的建筑方案。当结构体型复杂、平立面特别不规则时，可按实际需要在适当部位设置防震续，从而形成多个较规则的抗侧力结构单元。由于钢结构可耐受的结构变形大于混凝土结构，一般来说，不宜设抗震缝，必须设置时，抗震缝宽应不小于相应钢筋混凝土结构房屋的1.5倍。

3、钢结构房屋适用的最大高度和高宽比

根据结构总体高度和抗震设防烈度确定结构类型和最大适用高度。结构的高宽比是影响结构整体稳定性和抗震性能的重要参数，它对结构刚度、侧移和振动形式有直接影响。高度比指房屋总高度与平面较小宽度之比。高宽比值较大时，一方面使结构产生较大的水平位移及P—A效应，还由于倾覆力矩使柱产生很大的轴向力。因此，需要对钢结构房屋的最大高宽比制定限值，不宜大于合理的限值，超过时应进行专门研究，采取必要的抗震措施。

抗震设计的一般方法

钢材基本属于各向同性的均质材料，且质轻高强、延性好，是一种很适合于建筑抗震结构的材料，在地震作用下，高层钢结构房屋由于钢材材质均匀，强度易于保证，所以结构的可靠性大；轻质高强的特点使得钢结构房屋的自重轻，从而所受地震作用减小；良好的延性使结构在很大的变形下仍不致倒塌，从而保证结构在地震作用下的安全性。但是，钢结构房屋如果设计和制造不当，在地震作用下，可能发生构件的失稳和材料的脆性破坏或连接破坏，使钢材的性能得不到充分发挥，造成灾难性后果。因此高层钢结构房屋的抗震设计就显得非常重要和必要。

1、建筑场地在选择建筑场地时，应根据工程需要，掌握地震活动情况和工程地质的有关资料，对建筑场地做出综合评价。宜选择对建筑抗震有利的地段，如开阔平坦的坚硬场地土或密实均匀的干硬场地土等地段，避开对建筑抗震不利的地段，如软弱场地土、易液化土、条状突出的山嘴、高耸孤立的山丘，非岩质的陡坡、采空区、河岸和边坡边缘等地段。

2、地基和基础为了避免建筑物不均匀沉降而导致结构产生裂隙、甚至倾斜，使结构构件过早进入塑性区，同一结构单元不应设置在性质截然不同的地基土上，不宜部分采用天然地基，部分采用桩基；地基有软弱粘性土、可液化土或严重不均匀土层时，应加强基础的整体性和刚性。

3、平面和立面布置为了避免地震时建筑发生扭转和应力集中或塑性变形集中而形成薄弱环节，建筑平面、立面布置宜规则、对称，质量分布和刚度变化宜均匀。但不设置抗震缝时，应采用与实际情况相符合的计算模型，设置抗震缝时，应将建筑物分割成规则的结构单元。我国《抗震规范》对高层钢结构房屋的最大适用高度和钢结构房屋的最大高宽比都有规定：

（1）、结构体系应具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径；应有多道抗震设防防线，避免因部分结构或构件失效而导致整个体系丧失抗震能力或丧失对重力的承载能力；应具备必要的承载能力，良好的变形能力和耗能能力；应具有合理的刚度分布和承载力分布，避免因局部削弱或突变而形成薄弱部位，产生过大的应力集中或塑性变形集中，对可能出现的薄弱部位，应采取措施提高其承载能力。

（2）、在抗震结构体系中，应使结构构件和连接部位具有良好的延性，避免脆性破坏，提高抗震结构的整体变形能力。因此，钢结构构件应合理控制尺寸，防止局部失稳或整体失稳，如对梁翼缘和腹板的宽厚比和高厚比都作了明确规定。此外，还应加强各构件之间的连接，以保证结构的整体性，抗震支承系统应保证地震作用时结构的稳定。

（3）、对于女儿墙、围护墙、雨篷、封墙等非结构构件，应使其与主体结构有可靠地连接和锚固，避免地震时倒塌伤人，产生附加震害；围护墙、隔墙等与主体结构的连接，应避免设置不当而导致主体结构破坏；应避免吊顶塌落及悬吊较重的装饰物坠落，不可避免时应采取可靠措施。

随着人们对地震的不断认识，为防止出现严重的地震的严重灾害，造成财产损失和生命伤亡。人们对高层钢结构房屋的抗震要求不断提高。本文阐明了设计人员进行高层钢结构房屋抗震设计时，应首先从概念设计着手，制定比较合理的设计方案等，确保房屋抗震设防目标的实现。

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高层钢结构抗震的计算？

1.地震作用计算

结构自振周期，在初步设计时，基本周期可按经验公式估算：式中n―建筑物层数（不包括地下部分及屋顶小塔楼）。

采用底部剪力法计算水平地震作用。钢结构的阻尼比较小，高层可取0.02，多层可取0.035.

2.地震作用下内力与位移计算

（1）多遇地震作用下

结构在第一阶段多遇地震作用下的抗震设计中，其地震作用效应采取弹性方法计算：可根据不同情况，采用底部剪力法、振型分解反应谱法以及时程分析法等方法。

（2）罕遇地震作用下

高层钢结构第二阶段的抗震验算应采用时程分析法对结构进行弹塑性时程分析。

3.构件的内力组合与设计原则

（l）内力组合

在抗震设计中，一般高层钢结构可不考虑风荷载及竖向地震的作用，对于高度大于60m的高层钢结构须考虑风荷载的作用，在9度区尚须考虑竖向地震作用。

（2）设计原则

框架梁、柱截面按弹性设计。同时，将框架设计成强柱弱梁体系。

4.侧移控制

在小震下（弹性阶段），过大的层间变形会造成非结构构件的破坏，而在大震下（弹塑性阶段），过大的变形会造成结构的破坏或倒塌，因此，应限制结构的侧移，使其不超过一定的数值。

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多高层结构的弹塑性分析

“三水准抗震设防，两阶段抗震设计”是我国现阶段的基本抗震设计思想。与“大震不倒”的第三水准设防目标相对应，需要对建筑结构进行第二阶段的抗震设计，即需要对一些规范所规定的建筑结构进行罕遇地震作用下的弹塑性阶段变形验算。

1 结构弹塑性分析的规范要求

目前主要有三本现行规范设计到罕遇地震作用下的弹塑性阶段设计：

1、《建筑抗震设计规范》（GB 50011—2008）

2、《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ 3—2002）

3、《高层民用建筑钢结构技术规程》（JGJ99—98）

这几本规范中对于弹塑性阶段设计均有着较为明确的规定，例如《建筑抗震设计规范》（GB 50011—2008）第3.4.3条、第3.6.2条、第5.1.2条、第5.5.2条、第5.5.3条、第5.5.4条、第5.5.5条中均涉及到了罕遇地震作用下的弹塑性阶段变形验算。

“抗震规范”第3.6.2条规定：“不规则且具有明显薄弱层部位可能导致地震时严重破坏的建筑结构，应按本规范有关规定进行罕遇地震作用下的弹塑性变形分析。”

“抗震规范”第5.5.2条规定了何种结构“应”或“宜”进行罕遇地震作用下薄弱层的弹塑性变形验算。

下列结构应进行弹塑性变形验算：

（1）8度Ⅲ、Ⅳ类场地和9度时，高大的单层钢筋混凝土柱厂房的横向排架；

（2）7~9度时楼层屈服强度系数小于0.5的钢筋混凝土框架结构；

注：“楼层屈服强度系数”参见SATWE计算结果文件SAT-K.OUT

（3）高度大于150米的钢结构；

（4）甲类建筑和9度时乙类建筑中的钢筋混凝土结构和钢结构；

（5）采用隔震和消能减震设计的结构。

下列结构宜进行弹塑性变形验算：

（1）（规范中）表5.1.2-1所列高度范围且属于表3.4.2-2所列竖向不规则类型的高层建筑结构；

（2）7度Ⅲ、Ⅳ类场地和8度乙类建筑中的钢筋混凝土结构和钢结构；

（3）板柱—抗震墙结构和底部框架砖房；

（4）高度不大于150m的高层钢结构

对于罕遇地震作用下的结构弹塑性变形验算的方法，抗震规范5.5.3条给出了明确的规定：不超过12层且层刚度无突变的钢筋混凝土框架结构、单层钢筋混凝土柱厂房可采用简化分析方法；除此之外的其他建筑结构，均可采用弹塑性时程分析方法或静力弹塑性（推覆）分析方法。

可见对于大量的已建、在建和拟建的建筑结构，尤其是高层、超高层建筑结构，进行弹塑性阶段抗震分析是十分必要的。

2 弹塑性分析软件EPDAEPSA简介

目前，设计人员可用于建筑结构弹塑性分析的计算工具是十分有限的，所以一般只能选用通用有限元分析软件来进行结构的弹塑性计算。通用有限元软件有其自身的优势，如计算功能强大、计算性能相对稳定，用于特别重要结构的分析还是可以考虑的，但对于大多数建筑结构的设计、校核而言还是显得过于复杂，而且对于一些建筑结构所特有的复杂性而言，通用有限元软件未必能够做到简单、适用、可靠。

经过几年的努力，中国建筑科学研究院PKPMCAD工程部在原有的线弹性分析程序的基础上，对建筑结构弹塑性分析软件进行了探索研究，适应规范要求推出了建筑结构弹塑性动力、静力分析软件EPDAEPSA。目前的EPDAEPSA软件提供了两种空间模型弹塑性分析方法，一种是弹塑性动力时程分析方法EPDA（Elastic and Plastic Time-history Dynamic Analysis）；另一种是弹塑性静力分析方法EPSA（Elastic and Plastic Static Analysis），即通常所说的静力推覆分析方法（Push-Over Analysis）。

EPDAEPSA程序具备如下特点：

（1）完全空间化的计算模型，EPDAEPSA程序是完全基于空间模型而设计的，尽量做到计算模型能够真实地模拟结构的实际受力状态，最大限度地避免了计算模型所带来的计算误差。

（2）前、后处理功能强，自动读取PMCAD的几何信息、荷载信息，SATWE、TAT、PMSAP软件模块的设计分析结果，对钢筋砼构件，自动读取计算配筋，用户可以交互修改生成实配钢筋；充分利用了PKPM系列软件的CFG图形操作功能。

（3）EPDAEPSA程序不但提供了弹塑性时程分析功能，而且提供了静力弹塑性分析功能。一些渐趋成熟的罕遇地震分析方法和近年来成为研究热点的罕遇地震分析方法均得到一定程度的体现。

（4）EPDAEPSA程序所提供的材料本构关系力求做到准确和符合中国规范。钢材的本构关系采用双折线的弹塑性本构关系，用户可以自由控制塑性阶段的杨氏模量折减。混凝土的本构关系给出了双折线和三折线两种形式，可以考虑材料的受拉开裂、裂缝闭合、压碎退出工作等混凝土材料所特有的复杂特性；其中的三折线滞回本构关系是按照我国现行混凝土规范采用等能量方法得到的，有着较高的拟合精度。

（5）EPDAEPSA程序采用了目前阶段可以使用的较为先进的梁单元模型。梁、柱、支撑等一维构件采用纤维束模型模拟，纤维束模型的适用性好，不受截面形式和材料限制，被认为是一种较为精确的杆系有限单元模型。EPDAEPSA程序中通过综合提高程序计算效率，较好的避免了该模型计算工作量大的问题；同时，程序中给出了直观的杆系单元端部塑性铰判断方法。

（6）剪力墙的弹塑性性质模拟是混凝土结构弹塑性分析的难题。EPDAEPSA程序将SATWE、TAT、PMSAP程序中使用的弹性墙单元进行了推广，考虑其弹塑性性质，使用弹塑性墙单元来模拟剪力墙的弹塑性性质。这种单元计算效率高，精度好，可以较真实地分析和显示剪力墙的弹塑性状态，相对于一些简化的墙单元弹塑性性质考虑方法有着明显的优势。

（7）为了提高程序的计算效率，EPDAEPSA程序的线性方程组解法在给出了通常的LDLT解法的同时，还给出了波前法和两种较为高效的有预处理功能的共轭斜量法（PCG）解法，用于结构的静、动力弹塑性分析，使得程序的求解效率明显提高。

（8）弹塑性时程分析时的动力微分方程组解法给出了Newmark-β法和Wilson-θ 法两种直接积分方法；非线性方程组的解法采用增量法与Newton-Raphson或modified Newton-Raphson方法相结合。

（9）静力弹塑性分析程序EPSA可以很好的解决病态方程的求解问题，程序可以计算到荷载—位移曲线的下降段。

（10）EPDAEPSA程序可以考虑P-Δ效应影响。

3如何有效地使用弹塑性分析软件EPDAEPSA

考虑到建筑结构设计人员对弹塑性分析概念的了解程度，在EPDAEPSA程序的开发过程中，开发者在做到计算模型合理、计算方法可靠的同时，尽量减少用户的干预工作量，使得用户可以较为顺利的完成弹塑性分析工作，在使用EPDAEPSA计算完成后，用户如何有效、合理的利用程序的计算结果是十分重要的。这里进行一些必要的强调。

弹塑性分析的目的是了解结构的弹塑性性能，得到结构在罕遇地震下的抗倒塌能力。

我国现行规范中规定的弹塑性阶段主要是指弹塑性阶段的变形验算，也就是说需要将计算（如利用EPDA或EPSA程序）得到的结构在罕遇地震作用下最大层间位移角与规范所规定的层间位移角限值进行比较，满足限值要求则通过弹塑性阶段的变形验算。

EPDA程序得到罕遇地震作用下最大层间位移角的方法如下：

（1）选择多条天然地震波或人工地震波。

通过计算得到每条地震波作用下各个结构楼层的平均和最大层间位移角，进而得到多条地震波的平均层间位移角均值

确定结构的薄弱楼层，得到多条地震波作用下的楼层平均层间位移角均值。

将薄弱楼层的层间位移角均值与规范限值进行比较，确定是否满足规范要求。

“抗震规范”中对于弹塑性分析时的地震波选择原则并没有明确规定，我们建议用户参考“抗震规范”5.1.2条的规定选取弹塑性分析时的地震波：“采用时程分析法，应按建筑场地和设计地震分组选用不少于两组的实际强震记录和一组人工模拟的加速度时程曲线，其平均地震响应系数曲线应与振型分解反应谱法所采用的地震影响系数曲线在统计意义上相符。”对于一些结构的弹塑性反应明显较小的地震波，用户应该剔除。

（2）给定侧推荷载形式，进行静力推覆分析。

使用EPSA程序提供的抗倒塌验算功能得到结构的需求层间位移角。

将需求层间位移角规范限值进行比较，确定是否满足规范要求。

除了进行规范所规定的弹塑性阶段的变形验算以外，用户还可以利用EPDAEPSA程序从以下几个方面来了解结构的弹塑性性能：

（1）确定结构的薄弱层。

薄弱层是一个相对的概念，一个结构并不是只有一个薄弱层，有时有多个或连续几个薄弱层。利用EPDAEPSA程序可以采用如下的一些原则来确定薄弱层部位：

♦ 最大层间位移、最大有害层间位移所在的楼层；

♦ 层间位移、有害层间位移超过规范限值的楼层；

♦ 结构构件塑性铰、剪力墙破坏点比较集中的部位；

♦ 结构局部变形较大的部位；

♦ 结构弹塑性反应力突变的部位。

（2）确定薄弱构件

EPDA程序和EPSA程序均提供了杆件的塑性铰显示和剪力墙的弹塑性状态显示功能。通过这些功能用户可以清楚的了解到结构构件在地震波作用过程中或静力推覆分析过程中结构的弹塑性发展情况，指导用户有选择的加强原结构设计，如增大构件尺寸或增大实配钢筋。

最后，需要强调一下EPDAEPSA的计算时间问题。前面提到为了尽量符合实际的受力情况，EPDAEPSA程序采用了空间计算模型，对于实际的高层建筑结构而言，这将使得结构模型达到几万计算自由度。虽然我们从程序的角度采取了很多措施来提高计算效率，但计算一条地震波的时间通常要几个小时，甚至十几个小时的时间。为了提高EPDAEPSA程序的使用效率，我们对用户提出如下一些建议：

（1）去掉不必要的附属结构、构件。如去掉可以作为上部结构嵌固端的地下室，去掉对整体结构抵抗地震作用没有太多贡献的挡土墙、次梁、裙房等附属结构，尽量只保留主要的结构抗侧力构件。

（2）应该首先使用EPDAEPSA程序对结构进行试算，如选择某条地震波中的1~2秒时间段进行EPDA计算或选择几个加载步进行EPSA计算，在确定计算没有问题后再进行实际计算。通过试算，用户还可以对程序的计算耗时有所了解。

（3）计算前应该详细检查输入参数是否正确，以免计算完成后有反复。

（4）EPDA程序一次计算尽量不要选太多的地震波，一般应小于3条地震波，最好是一次只计算一条波，以免耗费较多的计算时间后没有得到任何计算结果。需要强调的是，EPDA一次计算完成后，如果用户需要选择其他的地震波继续计算，需要新建工程目录进行计算，以免原来的计算结果被程序删除。如果硬盘空间较小，可以选择只输出文本文件。

（5）规范中对于所选择地震波的持时是有一定要求的：但是某些地震波，尤其是一些人造地震波在几十秒的持时中，地震波远离峰值的前后段加速度很小。一些试算表明，将地震波中远离峰值且加速度很小的部分去掉，对于正确得到最大层间位移角没有多大影响。建议将地震波的计算步数保持在1000步左右为宜。

（6）EPSA程序在结构接近承载力极限状态时耗时是较多的，如果用户只是希望得到需求位移，可以通过参数选择，使得结构的能力曲线穿越需求谱即可。

（7）使用EPDAEPSA程序计算时，尽量选择较快的计算机在整块的空闲时间（如晚上）进行；在计算过程中尽量不要在该计算机上进行其他操作；并且应“屏幕保护程序”选取“无”且在“电源管理”中的“选择电源使用方案”框内的“关闭监视器”和“关闭硬盘”项选取“从不”，以便观察程序进程。

高层建筑的抗震设计与抗震结构

高层建筑的抗震设计与抗震结构【1】

摘要：近年来随着我国建筑工程事业发展的不断进步，人们对建筑工程施工质量有了更高的要求。

汶川地震给我国建筑工程事业敲响了警钟，我国建筑工程设计未来的发展要更加注重抗震设计以及抗震结构的构建，努力通过抗震设计提高建筑工程的稳固性，保障用户的生命财产安全。

关键词：建筑工程抗震设计抗震结构安全

1对建筑工程震能力产生影响的主要因素

1.1建筑结构的抗震设计标准

建筑结构抗震设计标准要根据国家对不同地区地震可能发生的情况以及对地震的危害程度所进行的初步预测来确定不同地区的基本设防烈度。

设防烈度的确定是对抗震标准进行设计的主要参考依据，只有抗震烈度测量预测的准确性，才能够保障抗震设计标准的科学性与正确性。

建筑施工单位根据抗震设计标准以及工程项目开发对住宅使用性能的要求，来进行抗震设计，提高建筑物抗震设计的烈度，设计烈度与建筑物的抗震能力成正比，与建筑工程造价成反比。

1.2建筑工程抗震设计是否合理

所谓抗震设计主要是对建筑的结构形式进行合理的设计，并对建筑结构抗震措施加以选择，保障建筑结构具有稳定的抗震性，在地震灾害威胁的情况下要确保建筑结构不倒。

高层建筑物对抗震设计有着比普通建筑更高的设计要求，通常选择现浇剪力墙结构、框架- 剪力墙结构作为高层建筑物的首选结构类型。

这种类型的建筑结构强度高、在外力的强烈作用下，能够维持建筑结构的平稳性，抗震效果非常明显。

建筑工程抗震设计的合理性是确保建筑抗震性能的基本保障。

1.3建筑工程施工质量

建筑工程施工质量直接影响建筑物的使用性能，在地震振幅的强烈刺激下，建筑物的稳固性很难得到保障，为此必须对建筑物施工质量进行严格的控制，规范建筑施工工序，加强质量监督与检验工作，提高建筑物的整体质量，保障建筑物的高抗震性。

2选择适合的抗震结构与高质量的建筑材料

2.1建筑结构体系对建筑抗震性能的重要作用

现阶段在我国建筑结构体系中主要包含了框架结构体系、框架―剪力墙结构体系、剪力墙结构体系与筒体结构体系等主要结构体系表现形式。

这些结构体系根据建筑物的实际需要被广泛的运用到高层建筑物中。

而目前国外在地震多发区，已经开展广泛的采用钢结构体系，作为提高建筑结构防震的主要结构体系，我国目前所采用的多为钢筋混凝土结构，其抗震性能远远比不上钢结构的抗震性能。

钢结构在强度、韧性以及延展性上具有明显的优势。

通过对地震区建筑房屋的倒塌情况进行调查我们可以发现，钢结构建筑物的倒塌机率是最小的。

我国工程建造开发者在进行高层建筑物设计时，为了节省用钢数量，往往采用框架- 核心筒体系。

在混合结构震层中所产生的剪应力的八成以上都由内部的混凝土来承担。

钢筋混凝土结构在外力的作用下容易出现弯曲变形，为了减少建筑结构的侧移，往往需要采用小的钢结构对框架-核心筒结构加以辅助，这不但没能达到节省建筑钢材用量的目的，还增加了建筑结构的负担，不利于建筑整体结构稳固性的发挥，为此我国要积极推进钢结构在建筑领域的应用。

2.2建筑材料对建筑物抗震效果的影响与应用

建筑材料的使用性能对建筑物的质量有着决定性的影响，而高质量的建筑物又具有良好的抗震效果，为此若想提高建筑物的抗震性，首先要确保建筑材料的质量。

在对建筑材料进行选择时，通常要选择强度高、安全性好，以及具有良好耐久性的建筑材料，研究实践表明，高性能的建筑材料在提高建筑结构的使用性能与使用寿命方面具有不可替代的作用。

混凝土是目前我国建筑工程领域所普遍运用的人工石材，它产生于1824年，它的出现极大的改变了世界建筑工程领域的.发展状况，为促进我国建筑工程领域的发展起到了极大的推动作用。

但混凝土建筑材料却属于脆性材料，从建筑结构抗震的角度进行分析，混凝土材料不利于建筑结构的抗震性，为此不应作为结构性材料应用到建筑结构当中。

为解决这一问题，建筑工程领域展开了广泛的研究与讨论。

目前主要通过对建筑结构进行科学合理设计以及采用钢筋来化解混凝土的脆性。

同时也可以通过对混凝土自身的性能加以改变来实现对混凝土脆性的改良，达到提高混凝土材料抗震效果的目的。

通常状况下对混凝土自身的性能进行改良，提高混凝土建筑结构的抗震性能主要从以下几个方面加以着手：首先，要对混凝土搅拌过程中的用水量进行严格的控制，水对混凝土的水化反应以及混凝土的和易性都产生至关重要的影响，决定混凝土的性能，为此在混凝土加工、搅拌、运输、使用的全过程要通过会混凝土用水量的控制，来确保混凝土的强度及其耐久性。

然而为了确保混凝土建筑结构的抗震性能，我们不能一味的增加混凝土的强度，因为混凝土强度与极限压成反比，当混凝土的强度达到一定高度时，在外力作用下一旦混凝土遭到破坏，此时混凝土的脆性特征就会变得更加明显，为此必须在考虑增强混凝土强度的同时要考虑增强混凝土的韧性，只有这样才能够确保混凝土具有较好抗震性能。

提高混凝土的使用性能还可以采用聚合物改性，这样可以显著提高混凝土的抗渗性、抗侵蚀能力，改善浆体与集料界面的结合，而且掺加达到一定量时，脆性的混凝土开始呈现聚合物良好的延性特征，在国际上已经开发成功的超高强水泥弹簧，即是该应用的一个极端例证。

在保证混凝土足够的碱度防止钢筋锈蚀破坏以及碳化破坏的同时，适宜掺加掺合料可降低混凝土结构中主要存在于孔隙和浆体与集料界面的氢氧化钙的含量，改善界面结构，提高混凝土的抗渗性。

集料质量也是影响混凝土质量、尤其是混凝土的耐久性的重要因素。

例如，用碱活性集料或含有害组分的集料制备的混凝土不仅可导致混凝土耐久性的降低和寿命的缩短，而且可能在突发灾害中加速破坏而导致巨大损失。

2003年土耳其地震后对倒塌建筑调查的结果表明，由于不当使用含氯离子高的海砂作为集料制备混凝土是导致增强钢筋加速锈蚀而使混凝土建筑在震中倒塌的主要原因。

当然，从通用水泥自身也可提出许多有益于提高混凝土耐久性的要求，如适宜控制水泥比表面积和水化热、降低水泥中氯离子含量、碱含量等。

此外，还可以从根本上调整水泥品种，例如选用低水化放热、高后期强度、尤其是抗折强度高、抗侵蚀性好的低热硅酸盐水泥，即高贝利特水泥，对于重点工程建设是一种更好的技术途径。

高贝利特水泥低热高强的特性表明，它是配制高强高性能混凝土的理想的胶凝材料，所配制的高贝利特大体积混凝土抗裂性优越、且具有良好的体积稳定性和优越耐久性，已在国家重点工程应用中得到证明。

3结束语

良好的抗震设计与抗震结构对建筑物抵抗地震灾害的威胁起到良好的保护作用，为确保我国建筑使用者的生命财产安全提供了可靠的保障，我国必须努力通过合理的设计创造出高性能的抗震结构，提高我国建筑物的抗震效果，对人们的生命财产安全实施全面的保护，避免汶川地震的惨剧再次上演。

参考文献：

[1] 王丽霖.我国高层建筑抗震结构设计初探[J].山西建筑,2011,(03) .

[2] 和佳一.浅谈高层建筑结构抗震设计[J].中国新技术新产品,2011,(12)

[3] 陈维东.高层建筑结构抗震设计存在的问题及其对策[J].中国高新技术企业, 2009,(05).

带转换层高层建筑结构非抗震与抗震设计的区别【2】

摘要：鉴于高层建筑结构的多样性，转换层的结构设计，应该针对高层建筑的结构类别，进行区别性方案的设计，通过精心组织施工，高要求控制模板、钢筋和混凝土等的施工程序，提供这些施工程序的有利条件，降低施工难度，为高层建筑转换层的结构设计奠定基础。

而抗震设计与非抗震设计在具体结构构件梁、柱及剪力墙的构造配筋上均存在一定区别，结构设计时应进行区分。

本文就这些问题进行了分析探讨。

关键词：带转换层;高层建筑;抗震设计

前言

随着高层建筑的迅速发展，以及对建筑结构多功能的要求，带转换高层结构的应用越来越多，且转换层的设置位置也越来越高。

六度抗震地区与非抗震地区在带转换层高层建筑结构设计上的存在区别，不同区域的建筑结构设计，根据抗震等级不同也存在区别，对不同地区进行整体结构概念设计，应避免在实际设计工程中造成不必要的浪费或者安全度偏大，以达到节省建筑工程造价的目的。

一、带转换层结构的设计原则

带转换层建筑结构总体设计应遵循的如下原则：首先，传力直接，避免多次转换。

布置转换层上下主体竖向结构时，要尽量使水平转换结构传力直接，通过结构的合理布置，使不落地的剪力墙通过转换托梁直接传给竖向承重构件，尽可能的避免转换次梁及水平多级转换，实现传力路劲的最短化。

其次，强化下部、弱化上部。

要保证底部大空间有适宜的刚度、强度、延性和抗震能力，要有意识的强化转换层下部主体结构刚度，弱化转换层上部主体结构的刚度，使得转换层上下部主体结构的刚度及变形特征尽量接近，以避免出现薄弱层。

再次，计算全面准确。

必须将转换结构作为整体结构中一个重要组成部分，采用符合实际受力变形状态的正确计算模型进行三维空间整体结构计算分析。

采用有限元方法对转换结构进行局部补充计算时，转换结构以上至少取2层结构进入局部计算模型，同时应计及转换层及所有楼盖平面内刚度，计及实际结构三维空间盒子效应，采用比较符合实际边界条件的正确计算模型。

二、建筑结构平面布置

关于建筑物的结构平面布置，仅在《高层建筑混凝土结构技术规程》表4.3.3中对建筑物在考虑地震作用时的平面长宽比以及局部凹凸进行明确规定;并且在4.3.5条中对建筑的位移比和周期比进行严格的限制。

非抗震设计时，由于对周期比没有严格的限制，故在设计转换层以上的小开间住宅部分的竖向构件时，可以只按照竖向构件的承载力进行设计;作抗震设计时，为了使周期比满足规范要求的限值，必须对建筑物周围的竖向构件进行加强处理，这就人为地增大了转换层上部的建筑物结构刚度，也增加了竖向构件的数量或者截面，同时也会引起转换层下部刚度相应增大。

三、建筑结构竖向布置

考虑地震作用下，仅在《高层建筑混凝土结构技术规程》中4.4.2和4.4.3条对建筑物的侧向刚度进行限制，保证建筑物的侧向刚度的连续。

4.4.5条对建筑物的竖向收进和外挑进行限制。

(1)底部大空间为1层时，可近似采用转换层上、下层结构等效剪切刚度比γ表示转换层上、下层结构刚度的变化，γ宜接近1，非抗震设计时γ不应大于3，抗震设计时γ不应大于2。

(2)底部大空间层数大于1层时，其转换层上部与下部结构的等效侧向刚度比γe宜接近1，非抗震设计时γe不应大于2，抗震设计时γe不应大于1.3。

由于转换层结构上部建筑多为住宅，根据建筑住宅使用功能的要求，房间分隔较小且对结构梁高进行限制，故造成上部住宅部分的竖向构件柱子或短肢剪力墙数量较多，梁较密。

并且转换层上部住宅部分层高一般比下部大开间的商场部分小得多。

这些都是造成转换层上部结构刚度远远大于下部结构刚度的客观原因。

为了增加下部结构刚度，只能在适当位置处增加竖向构件或原竖向构件的截面尺寸。

上、下部刚度越要求接近，则增加的下部竖向构件越多或者截面越大。

四、结构构件承载力设计的区别

《高层建筑混凝土结构技术规程》4.7.1条中规定：无地震作用时，构件承载力设计值大于等于结构作用效应组合的设计值与结构重要性系数的乘值(结构重要性系数的取值在1.～1.1之间);有地震作用组合时，构件承载力设计值大于等于结构作用效应组合的设计值与结构构件承载力抗震调整系数的乘值(结构构件承载力抗震调整系数的取值在1.0～1.33之间)。

以上分析均针对非抗震设计和抗震设计在结构概念设计上的区别，属于确定建筑方案前需要考虑的结构体系对建筑物的总体影响，是非抗震设计和抗震设计在性能设计上的根本区别，需要在建筑方案确定前进行经济综合性比较分析。

整体结构概念设计是实现非抗震结构性能经济性设计的根本方向。

五、具体建筑构件单项比较分析

1、框支梁

梁上、下部纵向钢筋的最小配筋率，非抗震设计时不应小于0.30%;抗震设计时，特一、一和二级不应小于0.60%、0.50%和0.40%;加密区箍筋最小面积含箍率在非抗震设计时不应小于0.9ft/fyv;抗震设计时，特一、一和二级不应小于1.3ft/fyv、1.2ft/fyv和1.1ft/fyv。

梁截面高度在抗震设计时不应小于计算跨度的1/6，非抗震设计时不应小于计算跨度的1/8;框支梁截面组合的最大剪力设计值应符合下列要求：

无地震作用组合时：V≤0.2βcfcbh0;

有地震作用组合时：V≤0.15βcfcbh0/γRE。

2、框支柱

框支柱截面组合的最大剪力设计值应符合下列要求：无地震作用组合时，V≤0.2βcfcbh0;有地震作用组合时，V≤0.15βcfcbh0/γRE。

柱截面宽度，非抗震设计时不宜小于400mm，抗震设计时不应小于450mm;柱截面高度，非抗震设计时不宜小于框支梁跨度的1/15，抗震设计时不宜小于框支梁跨度的1/12;非抗震设计时，框支柱宜采用复合螺旋箍或井字复合箍，箍筋体积配箍率不宜小于0.8%，箍筋直径不宜小于10mm，箍筋间距不宜大于150mm。

3、剪力墙

部分框支剪力墙结构，剪力墙底部应加强部位墙体的水平和竖向分布钢筋最小配筋率，抗震设计时不应小于0.3%，非抗震设计时不应小于0.25%;错层处平面外受力的剪力墙，其截面厚度，非抗震设计时不应小于200mm，抗震设计时不应小于250mm，并均应设置与之垂直的墙肢或扶壁柱;抗震等级应提高一级采用。

错层处剪力墙的混凝土强度等级不应低于C30，水平和竖向分布钢筋的配筋率，非抗震设计时不应小于0.3%，抗震设计时不应小于0.5%。

结语

转换层在高层建筑的应用必不可少，每座建筑的结构都有其自身的特点，应根据需要，选择合适的转换层类型。

在施工中，还用注意每一环节的施工，在了解各构件特性的基础上，合理的发挥其长处、解决其短处，保证转换层的质量。

参考文献：

[1]赵西安.高层建筑结构实用设计方法[M].第3版上海：同济大学出版社，2013.

[2]毛华毅.浅谈高层建筑结构设计的若干问题[J].山西建筑，2010，36(9)：72-73.

高层钢结构抗震设计分析？

目前，钢结构普遍应用于各种类型的民用建筑中，在高层及超高层建筑中的应用则更为广泛。同混凝土结构相比，钢结构具有韧性好、强度与重量比高的优点，具有优越的抗震性能；但是，如果钢结构房屋在结构设计、材料选用、施工制作和维护上出现问题。则其优良的钢材特性将得不到充分的发挥，在地震作用下同样会造成结构的局面破坏或整体倒塌。

一、高层建筑发展概括

80年代，是我国高层建筑在设计计算及施工技术各方面迅速发展的阶段。各大中城市普遍兴建高度在100m左右或100m以上的以钢筋为主的建筑，建筑层数和高度不断增加，功能和类型越来越复杂，结构体系日趋多样化。比较有代表性的高层建筑有上海锦江饭店，它是一座现代化的高级宾馆，总高153.52m，全部采用框架一芯墙全钢结构体系，深圳发展中心大厦43层高165.3m,加上天线的高度共185.3m,这是我国第一幢大型高层钢结构建筑。进入90年代我国高层建筑的设计与施工技术进入了新的阶段。不仅结构体系及建筑材料出现多样化而且在高度上长幅很大有一个飞跃。深圳于1995年6月封顶的地王大厦，81层高，385.95m为钢结构，它居目前世界建筑的第四位。

二、高层钢结构震害现象及其原因分析

钢结构被认为具有卓越的抗震性能，在历次的地震中，钢结构房屋的震害要小于钢筋混凝土结构房屋。很少发生整体破坏或倒塌现象。尽管如此，由于焊接、连接、冷加工等工艺技术以及外部环境的影响，钢材材料的优点将受到影响。特别是因设计、施工以及维护不当，就很可能造成结构的破坏。根据钢结构在历次地震中的破坏形态，可能破坏形式分为以下几类：

1、结构倒塌

结构倒塌是地震中结构破坏最严重的形式。造成结构倒塌的主要原因是结构薄弱层的形成，而薄弱层的形成是由于结构楼层屈服强度系数和抗变4刚度沿高度分布不均匀造成的。这就要求在设计过程中应尽量避免上述不利因素的出现。

2、节点破坏

节点破坏是地震中发生最多的一种破坏形式。剐性连接的结构构件一般采用铆接或焊接形式连接。如果在节点的设计和施工中，构造及焊缝存在缺陷，节点区就可能出现应力集中、受力小均的现象，在地震中很容易出现连接破坏。梁柱节点可能出现的破坏现象主要表现为：铆接断裂，焊接部位位脱，加劲板断型、屈曲，腹板断裂、屈曲等。

3、构件破坏

在以往所有地震中，多高层建筑钢结构构件破坏的主要形式有支撑的破坏与失稳以及梁柱局部破坏两种。（1）支撑的破坏与失稳。当地震强度较大时，支撑承受反复拉压的轴向力作用，一旦压力超出支撑的屈曲临界力时，就会出现破坏或失稳。（2）梁柱局部破坏。对于框架柱，主要有翼缘屈曲、翼缝撕裂，甚至框架柱会出现水平裂缝或断裂破坏。对于框架梁，主要有翼缘屈曲、腹板屈曲和开裂、扭转屈曲等破坏形态。

4、基础锚固破坏

钢构件与基础的锚固破坏主要表现为柱脚处的地脚螺栓脱开、混凝土破碎导致锚固失效、连接板断裂等，这种破坏形式曾发生多起，根据对上述钢结构房屋震害特征的分析可知，尽管钢结构抗震性能较好，但在历次的地震中，也会出现不同程度的震害。究其原因，元素是和结构设计、结构构造、施工质量、材料质量、日常维护等有关，为了预防以上震害的出现，减轻震害带来的损失，多高层钢结构房屋抗震设计必须严格遵循有关规程进行。

三、抗震设计基本要求

1、钢结构房屋结构类型

常见的钢结构房屋的结构体系有框架结构、框架一支援结构、框架一抗震墙板结构、简体结构以及巨型框架结构等。钢结构房屋的抗震性能的优劣取决于结构的选型，进行实际工程设计时，需要综合考虑多种因素进行方案的优化，在优化过程中确定其适宜的结构体系。

2、钢结构房屋结构布置原则

3、钢结构房屋适用的最大高度和高宽比

抗震设计的一般方法

1、建筑场地

在选择建筑场地时，应根据工程需要，掌握地震活动情况和工程地质的有关资料，对建筑场地做出综合评价。宜选择对建筑抗震有利的地段，如开阔平坦的坚硬场地土或密实均匀的干硬场地土等地段，避开对建筑抗震不利的地段，如软弱场地土、易液化土、条状突出的山嘴、高耸孤立的山丘，非岩质的陡坡、采空区、河岸和边坡边缘等地段。

2、地基和基础

为了避免建筑物不均匀沉降而导致结构产生裂隙、甚至倾斜，使结构构件过早进入塑性区，同一结构单元不应设置在性质截然不同的地基土上，不宜部分采用天然地基，部分采用桩基；地基有软弱粘性土、可液化土或严重不均匀土层时，应加强基础的整体性和刚性。

3、平面和立面布置

为了避免地震时建筑发生扭转和应力集中或塑性变形集中而形成薄弱环节，建筑平面、立面布置宜规则、对称，质量分布和刚度变化宜均匀。但不设置抗震缝时，应采用与实际情况相符合的计算模型，设置抗震缝时，应将建筑物分割成规则的结构单元。我国《抗震规范》对高层钢结构房屋的最大适用高度和钢结构房屋的最大高宽比都有规定：

（4）、建筑物在强震作用下的表现，既是对抗震设计的检验，也是对施工质量的检验。施工质量的好坏，直接影响钢结构房屋的抗震能力。因此，抗震结构对材料和施工质量的特别要求，应在设计文件上注明。建筑物的施工要特别注意符合图纸上合理的抗震要求，注意材料选择，确保施工质量。

钢结构各种流程

应注意的事项

（1）制作：钢结构制作包括放样、号料、切割、校正等诸多环节。高强度螺栓处理后的摩擦面，抗滑移系数应符合设计要求。

制作质量检验合格后进行除锈和涂装。一般安装焊缝处留出30～50mm暂不涂装。

（2）焊接：焊工必须经考试合格并取得合格证书，且必须在其考试合格项目及其认可范围内施焊。焊缝施焊后须在工艺规定的焊缝及部位打上焊工钢印。

焊接材料与母材应匹配，全焊透的一、二级焊缝应采用超声波探伤进行内部缺陷检验，超声波探伤不能对缺陷作出判断时，采用射线探伤。

施工单位首次采用的钢材、焊接材料、焊接方法等，进行焊接工艺评定。

（3）运输：运输钢构件时，要根据钢构件的长度和重量选用车辆。钢构件在车辆上的支点、两端伸出的长度及绑扎方法均应保证构件不产生变形、不损伤涂层。

（4）安装：钢结构安装要按施工组织设计进行，安装程序须保证结构的稳定性和不导致永久性变形。安装柱时，每节柱的定位轴线须从地面控制轴线直接引上。钢结构的柱、梁、屋架等主要构件安装就位后，须立即进行校正、固定。

由工厂处理的构件摩擦面，安装前须复验抗滑移系数，合格后方可安装。

（5）防火与防锈：