解析高层建筑设计中基础刚度对抗震设计的影响

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　　摘要：现有结构抗震设计方法一般采用基础嵌固假定，忽略基础刚度对上部结构抗震设计的影响。实际上，客观存在的基础刚度将改变建筑结构的地震作用及效应。提出基于有限基础刚度的结构计算简图，研究基础刚度对高层建筑地震作用及效应的影响规律，可以较好解释汶川地震中底层框架柱上端破坏的原因，有利于进一步完善高层建筑抗震设计。分析基础刚度对高层建筑侧移刚度以及整体稳定的影响，提出高层建筑合适基础刚度的理念、计算方法及隔震结构基础竖向刚度要求。
　　关键词：基础刚度;高层建筑;抗震设计;影响
　　引言：高层建筑结构设计阶段，抗震性能的设计成为重要的方面，在建筑工程基本实践中，为了保证抗震性能更佳，主张从建筑最基层施工落实相关的细节，保证把地基密实度工作重点关注，促使建筑物拥有较为坚固的根基，由此可及时的抵挡外部力量所造成的冲击。结合实际的工程项目分析，抗震设计应该全面触读基础刚度的重要性，这能让建筑的結构自振周期获得合理的控制，逐步的减少地震产生的负面影响。
　　一、高层建筑抗震设计要点
　　1. 高层建筑的平面设计
　　高层建筑结构的平面设计对于其抗震性能来说具有重要的影响，因此对高层建筑的平面结构进行合理设计有助于提高建筑的安全性能。在设计高层建筑平面结构的过程中，经常会因为结构设计不够规则，而降低建筑的抗震性能。根据大部分地震灾害中建筑的整体变化表明，建筑平面结构的布局较为简洁，结构规则对称、建筑的刚度与质量分布均匀，同时又具有较强传力的建筑可以在地震发生过程中将损失降到最低，不会受到太大的破坏，同时这种形式的结构规则能够对结构效应进行准确的预估，和判断地震中的反映，同时能够利用各种有效措施，提高建筑的抗震性能，从而提高建筑的抗震性能。和其相反的是，在建筑的平面结构较为复杂，同时平面结构出现不规则不均匀的问题时，该建筑的抗震性能可能也会降低。因此高层建筑中的相关规定要求，应该设计规则性的平面结构，防止平面结构设计中出现各种不规则的现象。
　　2.合理设计结构体系
　　在设计高层建筑抗震结构时，可以将具有多重保护的抗震结构体系放在选择的第一位，例如可以选择筒体结构、剪力墙结构以及框架剪力墙结构，这些都是具有多重保护措施的高层建筑结构，上述三种结构也是在地震频发的灾区首要选择的结构体系。在建筑工程的层数较低，同时工程高度要求不大的情况下，可以使用框架结构。但如果工程建设位置是在地震频发的灾区或是具有较高度要求时，就应该尽量避免使用板柱剪力墙结构和框架结构。主要是由于地震灾区一旦出现地震时，就会持续较长的时间，同时破坏力度也比较大，还容易出现反复现象，因此会对建筑物造成叠加破坏。当结构体系较为单一的建筑物在遇到地震灾害后，就会出现房屋坍塌的问题，从而对人们的财产安全造成严重的破坏，甚至威胁到群众的生命安全问题。在建筑结构保护措施增加时，建筑结构就会具有多重的保护防线。
　　3.注意薄弱层的结构设计
　　地震属于一种自然灾害，而到现在，人们都无法掌握地震的发生规律，同时也无法提前进行预警，而在设计高层建筑结构的过程中也无法将建筑物的基本参数与地震性质准确预测出来，一般通过计算无法推测出建筑的抗震性能，因此需要对建筑进行全面分析，掌握建筑中的薄弱环节，并进行重点设计，从而提高建筑整体的安全性。建筑结构中的薄弱层一般容易出现在：建筑结构竖向抗侧力不连续、楼层受剪承载力突变以及建筑结构双向侧向刚度没有分配均匀时。
　　三、基础刚度对高层建筑结构侧移刚度的影响
　　高层建筑结构的高度及高宽比呈现出逐步增加的趋势，建筑物内部空间有所扩大，结构重量有所增加，但是刚度却呈现出减弱的趋势。根据国家颁布的相关章程，结构刚重比以期达到控制结构重力二阶效应，同时又能让结构整体更为稳固。基础刚度会对结构的侧移刚度产生较为直接的影响，进而使得高层建筑的重力二阶效应备受负面的干扰，在有限基础刚度的弯曲型结构重力二阶效应和结构整体的稳定性就是需要重点分析的问题。
　　1. 剪切型结构侧移刚度
　　在计算假设的相关问题上分析，其结构往往会始终保持在弹性的状态之下，在不分析扭转效应的基础上，依照两主轴的基本方向，明确对侧移刚度合理的计算过程。在结构底层柱上截面较为相近的节点位置，水平位移角和转角变形保持着相对一致性。若是基础竖向的刚度呈现出无穷大的趋势，将会直接忽略基础拉梁所产生的影响，因此让基础刚度处于长期弹性状态之下。
　　2.弯曲型结构侧移刚度
　　以弯曲型变形为主的剪力墙结构失稳形态往往可以划分为弯曲型和弯剪型，若是在分析有限基础刚度的影响之后，结构侧移刚度会呈现出降低的趋势，因为结构边界条件逐步的弱化，结构失稳的临界荷载也会逐步的降低。此次研究中重点分析的是有限基础刚度弯曲型结构的整体稳定性，明确在有限基础刚度的剪力墙结构中，重力荷载作用下的临界荷重。将基于有限基础刚度的弯曲型结构模拟成为一根底部体现出弹性约束竖向悬臂梁，此悬臂梁在倒三角形分布水平荷载作用之下，会依照顶点位移等效刚度的基本要求，及时的把相关的计算过程反映出来，从而获取基于有限基础刚度弯曲型结构侧移刚度的表示公式。
　　3.结构整体稳定的影响分析
　　对于有限基础刚度的影响全面分析之后，相应的结构刚重比限值也会呈现出降低的趋势，主要是相对于嵌固端的具体情况来说，结构侧移刚度会逐步的降低，此时需要考虑对基础刚度整体稳定性的不利影响，确保重力二阶效应引起的位移增量会被适当的控制于相对科学且合理的范围之内。在宏观的角度上来说，将基于有限基础刚度的剪力墙结构模拟成为独立的竖向悬臂梁，可及时求得轴心受压杆件弯曲失稳的临界荷载。及时把有限基础刚度的剪力墙结构模拟为竖向悬臂梁，可以求得竖向弯曲型悬臂杆的稳定性。经过上述的模拟过程，有限基础刚度的弯曲结构在水平的倒三角分布荷载作用之下，会显现出具体的受力和位移情况，结构在水平分布荷载及重力荷载的共同作用之下，可以明确基本的受力及位移情况。
　　结束语：综合上述的分析，明确现阶段国家城市化进程的逐步加快，使得高层建筑物的数量越来越多，因此在这样的繁荣背景之下，高层建筑物显然成为了必然的趋势。高层建筑在施工阶段，由于自身结构具有特殊性，需要全面的分析其基本的抗震性能，通过全面的触读其相关的知识点，为后续的底部基础施工创造良好的条件。本论述分析的是基础刚度对高层建筑抗震设计的影响，基础刚度对于高层建筑抗震结构设计的影响会体现于多个不同的方面，因此要求施工单位及时的采取针对性的方案，保证更好的处理其影响到程度，让施工质量逐步提升，获取良好的收益，稳步的提升高层建筑物整体抗震性能。
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