提高鋼筋混凝土高層建筑抗震性能的分體柱技術(shù)

1、建筑、環(huán)境與土木工程學科發(fā)展戰(zhàn)略研討會北京，2004年12月25-27日,高層建筑結(jié)構(gòu)及其設(shè)計理論,2,內(nèi)容,一、高層建筑結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀與發(fā)展二、高層建筑結(jié)構(gòu)的材料與體系三、高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計理論四、高層建筑結(jié)構(gòu)的抗風設(shè)計理論五、高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計理論六、高層建筑結(jié)構(gòu)及其設(shè)計理論的研究方向與課題,3,一、高層建筑結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀與發(fā)展,現(xiàn)代高層建筑起源于美國，已有110多年的發(fā)展歷史。最具代表性的建筑是1931年建成的紐約帝

2、國大廈（高381m，102層）、1972年建成的紐約世界貿(mào)易中心姊妹樓（417m和415m，110層，2001年9月11日受恐怖襲擊而倒塌）和1974年建成的芝加哥西爾斯大廈（442m，110層）。隨著世界經(jīng)濟和建筑技術(shù)的發(fā)展，世界范圍內(nèi)高層建筑的高度在不斷的增加，許多國家為了表明國家實力試圖建造世界上最高的建筑。,4,一、高層建筑的現(xiàn)狀與發(fā)展,以下列舉了世界高度前10位的高層建筑,5,一、高層建筑的現(xiàn)狀與發(fā)展,以下列舉了世界高度前1

3、0位的高層建筑,Empire State Building,Petronas Twin Tower,Sears Tower,6,一、高層建筑的現(xiàn)狀與發(fā)展,以下列舉了世界高度前10位的高層建筑,101大樓,金茂大廈,中信廣場,7,一、高層建筑的現(xiàn)狀與發(fā)展,世界高層建筑的建造重心正由北美洲向亞洲轉(zhuǎn)移，中國已經(jīng)處于高層建筑迅速發(fā)展時期，在世界高度前十位的高層建筑中占了6座（其中大陸3座、香港2座、臺灣1座）。我國高層建筑在建造總量、高度、層

4、數(shù)和體量等方面不斷有新的突破。正在建設(shè)的上海環(huán)球金融中心的結(jié)構(gòu)設(shè)計高度為492m，將是世界第一。隨著我國國民經(jīng)濟與科學技術(shù)的發(fā)展，預計在今后10-15年內(nèi)，我國還會逐步建造超過500m、600m、800m、甚至1000m的高層建筑，繼續(xù)站住國際領(lǐng)先地位。,環(huán)球金融中心,8,一、高層建筑的現(xiàn)狀與發(fā)展,建造如此高度的高層建筑，我們將面臨著哪些問題需要解決，也就是說高層建筑結(jié)構(gòu)及其設(shè)計理論所需解決的關(guān)鍵科學問題有哪些？是否應包括：（1）

5、高層建筑結(jié)構(gòu)的材料與體系（2）高層建筑結(jié)構(gòu)的性態(tài)設(shè)計理論（3）高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計理論（4）高層建筑結(jié)構(gòu)的抗風設(shè)計理論（5）高層建筑結(jié)構(gòu)的智能控制應用技術(shù)（6）高層建筑結(jié)構(gòu)的防爆與抗爆設(shè)計理論,9,二、高層建筑結(jié)構(gòu)的材料與體系,我國高層建筑的結(jié)構(gòu)材料一直以鋼筋混凝土為主；特別是高層住宅，即使高度在100m以上的超高層住宅，也都采用混凝土結(jié)構(gòu)。鋼結(jié)構(gòu)及鋼-混凝土混合結(jié)構(gòu)的比重逐步擴大，主要用在超高層公共建筑中，以發(fā)揮鋼和鋼筋

6、混凝土的各自優(yōu)勢，從而改善結(jié)構(gòu)性能。在國外特別是地震區(qū)，高層建筑結(jié)構(gòu)是以鋼結(jié)構(gòu)為主，而我國鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)及混合結(jié)構(gòu)占絕大部分。如此高的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)及混合結(jié)構(gòu)，還沒有經(jīng)受大地震作用的考驗。,10,二、高層建筑結(jié)構(gòu)的材料與體系,高層建筑結(jié)構(gòu)的基本類型有框架、框架-剪力墻、剪力墻、框支剪力墻、框架-筒體和筒中筒等結(jié)構(gòu)。目前超高層建筑大多采用三種結(jié)構(gòu)體系，即框架-筒體、筒中筒和框架-支撐，這些也是世界其它國家的超高層建筑所采用的主要結(jié)構(gòu)

7、體系?？蚣?核心筒結(jié)構(gòu)是我國高層建筑結(jié)構(gòu)中最常采用的一種結(jié)構(gòu)體系，且大多采用鋼框架-混凝土核心筒的混合結(jié)構(gòu)形式。國外很少采用這種混合結(jié)構(gòu)，在抗震結(jié)構(gòu)中更少見；國內(nèi)工程界對這種體系的看法也存在一些爭議。 采用這種混合結(jié)構(gòu)體系的主要原因是比鋼結(jié)構(gòu)的用鋼量少，又可減小柱子斷面，常常為業(yè)主所看中。,11,二、高層建筑結(jié)構(gòu)的材料與體系,框架-核心筒結(jié)構(gòu)的鋼筋混凝土內(nèi)筒往往要承受80%以上的地震剪力，有的高達90％以上。由于結(jié)構(gòu)以鋼筋混凝土

8、核心筒為主，變形控制要以鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的位移限位為基準；然而由于內(nèi)筒的高寬比很大(約為10-12)，其彎曲變形的側(cè)移較大，靠剛度很小的鋼框架協(xié)同工作減小側(cè)移，不僅增大了鋼結(jié)構(gòu)的負擔，而且效果不大，有時不得不加大混凝土內(nèi)筒的剛度或設(shè)置伸臂結(jié)構(gòu)、形成加強層才能滿足現(xiàn)行規(guī)范對結(jié)構(gòu)側(cè)移的限值。為了安全起見，要求框架承擔剪力不小于底部剪力的25％，這也會使鋼材的用量加大；混凝土核心筒的軸壓隨高度增大而增大，為保證其延性，必須加大筒壁的厚度和配筋

9、，因而用鋼量也會相對上升。,12,二、高層建筑結(jié)構(gòu)的材料與體系,框架-核心筒結(jié)構(gòu)，由于鋼筋混凝土內(nèi)筒與鋼框架的豎向變形性能不同，由徐變、溫度等因素會引起結(jié)構(gòu)附加內(nèi)力；在構(gòu)造上，有一些結(jié)構(gòu)為了增加結(jié)構(gòu)剛度而將樓板鋼梁與混凝土內(nèi)筒做成剛接，這不僅增加施工困難，而且鋼與混凝土的連接節(jié)點可靠性較差。采用混凝上核心筒，可以節(jié)省一些鋼材，但是究竟能節(jié)省多少，還要做進一步分析。而我國當前的國情，已經(jīng)不是結(jié)構(gòu)材料越省越好的年代。對混合結(jié)構(gòu)的抗震性能以

10、及為改善其性能需要采取的措施要有充分認識。內(nèi)筒最好采用鋼骨混凝土剪力墻，以便使鋼梁與鋼骨有可靠的連接。,13,二、高層建筑結(jié)構(gòu)的材料與體系,框架-核心筒結(jié)構(gòu)，為減小側(cè)移，通常需要設(shè)置伸臂結(jié)構(gòu)，形成加強層；在結(jié)構(gòu)體系或柱距變化時，需要設(shè)置結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層。加強層及轉(zhuǎn)換層都在本層形成大剛度而導致結(jié)構(gòu)剛度突變，常常會使與加強層或轉(zhuǎn)換層相鄰的柱構(gòu)件剪力突然加大，加強層伸臂構(gòu)件或轉(zhuǎn)換層構(gòu)件與外框架柱連接處很難實現(xiàn)強柱弱梁。因此，在需要設(shè)置加強層及

11、轉(zhuǎn)換層時，要慎重選擇加強層及轉(zhuǎn)換層的結(jié)構(gòu)形式，盡量減小其本身剛度，減小其不利影響。斜撐桁架或簡單的斜撐桿優(yōu)于實腹梁，在抗震結(jié)構(gòu)中采用厚板作轉(zhuǎn)換層對抗震是十分不利的。,14,二、高層建筑結(jié)構(gòu)的材料與體系,筒中筒體系主要采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，這在國外地震區(qū)是很少見到的。密柱深梁的鋼筋混凝土框架-核心筒結(jié)構(gòu)實現(xiàn)梁鉸屈服機制有一定困難。當采用鋼筋混凝土筒中筒結(jié)構(gòu)時，必須充分注意框筒是否能真正實現(xiàn)梁鉸機制，是否能確保框筒的延性要求。因此，在

12、高層建筑結(jié)構(gòu)中，應注意結(jié)構(gòu)體系及材料的優(yōu)選。,15,二、高層建筑結(jié)構(gòu)的材料與體系,現(xiàn)在我國鋼材產(chǎn)量較大，建筑鋼材的類型及品種逐步增多，鋼結(jié)構(gòu)的加工制造能力逐步增強，因此在有條件的地方，應盡可能采用鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)、鋼管混凝土(柱)結(jié)構(gòu)、甚至全鋼結(jié)構(gòu)，以減小框架柱的斷面尺寸，并改善結(jié)構(gòu)的抗震性能。在超過一定高度后，由于鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量較小而且較柔，為減小風振而需要采用混凝土材料，鋼骨(鋼管)混凝土．通常做為首選。日本阪神地震震害說明，在鋼骨混

13、凝土構(gòu)件中，采用格構(gòu)式的型鋼時，震害嚴重，采用實腹式的大型型鋼或焊接工字鋼時，則震害輕微。因此，在高層建筑結(jié)構(gòu)中，若用鋼骨混凝土構(gòu)件，建議采用實腹式的大型型鋼或焊接工字鋼。,16,三、高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計理論,3.1 基于性態(tài)的高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計近十年來，特別是1994年美國北嶺地震和1995年日本阪神地震以后，暴露出現(xiàn)行抗震設(shè)計思想-基于力或位移的設(shè)計方法的嚴重不足。為了克服這些不足，基于性態(tài)的（performance

14、-based）抗震設(shè)計已經(jīng)被國際上廣泛研究，并且被認為是未來抗震設(shè)計的主要指導思想。以往提到的基于力的抗震設(shè)計或者基于位移的抗震設(shè)計，由于力和位移都是很明確的物理概念，可以被很容易地理解。但是基于性態(tài)的抗震設(shè)計，由于性態(tài)是一個宏觀概念，不像力或位移那樣可以直接作為設(shè)計參數(shù)，但還是可以直接應用到設(shè)計中去。,17,三、高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計理論,3.1 基于性態(tài)的高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計事實上，這里提到的結(jié)構(gòu)性態(tài)往往可以與結(jié)構(gòu)的破壞

15、程度相關(guān)，而結(jié)構(gòu)的破壞程度又可以由結(jié)構(gòu)的反應參數(shù)來表示(如應力、力、位移、能量以及具有明確定義的破壞指標)。所以基于性態(tài)的抗震設(shè)計是比基于力或者基于位移的抗震設(shè)計更為廣泛的一種設(shè)計理念，更為直接地滿足個人或者社會對建筑物的要求，即要求建筑物安全可靠、滿足使用需要，而不是普通使用者能提出的建筑物可以抵抗多強的地震力，或者是變形控制在什么程度。,18,三、高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計理論,3.2 高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)的短柱問題及其抗震性能在高層

16、建筑混凝土結(jié)構(gòu)中，為了保持結(jié)構(gòu)的整體延性需要控制框架柱的軸壓比，這會導致框架柱的斷面很大，且柱的縱向鋼筋只能構(gòu)造配筋，即使采用高強混凝土，柱斷面尺寸也不能明顯減小。柱的軸壓比問題實際是柱的塑性變形能力問題，構(gòu)件的變形能力會極大地影響結(jié)構(gòu)的延性。若柱處于小偏壓受力狀態(tài)，由于是混凝土壓碎喪失承載能力，柱塑性變形能力很小。鋼筋混凝土剪力墻同樣存在塑性變形能力問題。高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)普遍存在著短柱（剪跨比M/VH小于2）甚至超短柱（剪跨比

17、小于1.5）的現(xiàn)象。,19,三、高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計理論,3.2 高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)的短柱問題及其抗震性能地震時，短柱剛度大、變形能力差，會發(fā)生突然脆性破壞，而導致整座高層建筑發(fā)生倒塌；如何提高高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)中短柱的抗震性能，以提高高層建筑的抗震安全性，是高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計理論的關(guān)鍵科學問題之一。目前解決鋼筋混凝土短柱問題的途徑有：（1）箍筋采用復合螺旋箍筋（2）沿柱高X型配置鋼筋（3）采用鋼管混凝土或者型鋼混凝土組

18、合（4）采用將柱子直接批分成幾個小柱的分體柱技術(shù)（5）等等,20,三、高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計理論,3.3 高層建筑結(jié)構(gòu)-樁-土動力相互作用 對于軟土地基上的高層建筑結(jié)構(gòu)，樁基礎(chǔ)是經(jīng)常采用的一種基礎(chǔ)形式，土、基礎(chǔ)以及上部結(jié)構(gòu)三者之間存在動力相互作用，使得樁基和土的的動力特性成為結(jié)構(gòu)地震響應分析所必須考慮的因素之一。高層建筑結(jié)構(gòu)-樁-土動力相互作用是一個很復雜的問題，多年來一直是高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計領(lǐng)域的重點研究課題之一。近幾十年

19、來，國內(nèi)外許多學者針對高層建筑結(jié)構(gòu)-樁-土動力相互作用問題進行了大量的理論研究和試驗研究工作。,21,三、高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計理論,3.3 高層建筑結(jié)構(gòu)-樁-土動力相互作用 理論研究又可分為解析法、數(shù)值法及耦合法。受計算機技術(shù)條件的限制，解析法在20世紀70年代得到了較大的發(fā)展，但是，解析法只能用于上部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)以及地形地質(zhì)條件較簡單的情況。隨著計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展，數(shù)值模擬方法被越來越多地用于相互作用的研究。有限元法是應用最

20、廣、最有效的數(shù)值方法，可以處理各種復雜的情況，并且由于其通用性強、有大量的商業(yè)程序，易于為用戶掌握，因而可以用于許多復雜的土與結(jié)構(gòu)相互作用問題的研究。,22,三、高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計理論,3.3 高層建筑結(jié)構(gòu)-樁-土動力相互作用 近年來，同濟大學、湖南大學、南京工業(yè)大學、武漢大學和天津大學等都已進行了土-結(jié)相互作用的振動臺模型試驗，獲得了豐富的試驗數(shù)據(jù)，并進行了有限元分析與試驗的對照分析。主要研究成果有：（1）土層中無限遠邊界的模

21、擬；（2）高層建筑結(jié)構(gòu)-地基相互作用體系的三階段振動臺模型試驗；（3）高層建筑結(jié)構(gòu)－地基相互作用體系振動臺模型試驗的計算機模擬分析；（4）考慮高層建筑結(jié)構(gòu)－地基相互作用的輸入地震動研究；（5）相互作用體系動力特性參數(shù)的簡化計算方法；（6）實際工程問題的計算機模擬；（7）考慮液化影響的計算分析研究；（8）地基－基礎(chǔ)－支護結(jié)構(gòu)－高層建筑結(jié)構(gòu)動力相互作用體系計算分析,23,三、高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計理論,3.4 高層建筑結(jié)構(gòu)的地震扭轉(zhuǎn)效應

22、大量的理論和震害分析表明，高層建筑結(jié)構(gòu)的破壞往往是由于空間扭轉(zhuǎn)振動所引起的，而且震害較為嚴重，特別是復雜體型的高層建筑。地震時使高層建筑結(jié)構(gòu)發(fā)生空間扭轉(zhuǎn)振動的原因主要有兩個方面：（1）高層建筑結(jié)構(gòu)本身。嚴格說來，一般的高層建筑結(jié)構(gòu)均為非對稱的(質(zhì)量非對稱或剛度非對稱), 地震時, 作用在質(zhì)量中心的慣性力將對剛度中心產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)力矩，迫使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生平移扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)的空間振動。（2）外來干擾。地震波通過地面時的運動是極其復雜的，各點的周期和相

23、位是不同的。由于地面質(zhì)點間運動的差別，地震時的地面運動不僅存在平動分量，而且也存在轉(zhuǎn)動分量。這種轉(zhuǎn)動分量迫使高層建筑（即使是對稱結(jié)構(gòu)）產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)耦聯(lián)的空間振動。,24,三、高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計理論,3.4 高層建筑結(jié)構(gòu)的地震扭轉(zhuǎn)效應 盡管結(jié)構(gòu)抗震理論與實踐已有近百年的歷史，但在一般的高層建筑抗震分析中，通常是將結(jié)構(gòu)簡化成平面模型，分別在其兩個主軸方向進行計算。嚴格上將，這與實際情況是不相符的。世界各國某些抗震規(guī)范有的是在計算公式中

24、僅用某個系數(shù)來考慮結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)振動（如美國、日本等），有的是用兩個地震動分量成比例的地震作用效應用平方和開平方的方法來考慮雙向地震作用（如中國規(guī)范），均沒有給出合理的考慮多分量地震動作用的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的反應譜方法。目前這些方法缺乏足夠的理論根據(jù)，這也是一直是困擾著結(jié)構(gòu)抗震界的懸而未決問題。,25,四、高層建筑結(jié)構(gòu)的抗風設(shè)計理論,經(jīng)過數(shù)十年的努力，對高層建筑外加風荷載的研究已經(jīng)取得了比較豐富的成果。尤其是在順風向風荷載和響應研究方面，Da

25、venport建立的風荷載模型及后續(xù)的研究成果具有堅實的理論基礎(chǔ)和足夠的工程實用精度，被各國規(guī)范所采用，解決了大量的工程問題，推動了工程抗風理論與技術(shù)的進步。盡管如此，由于現(xiàn)代建筑風工程研究僅有40多年歷史，加之這一研究涉及多門學科的交叉，理論和應用問題都非常復雜，高層建筑抗風研究中還存在很多沒有很好解決的基礎(chǔ)理論和實際應用技術(shù)問題，很多主要成果尚沒有在規(guī)范中體現(xiàn)。目前，除了需要解決這些尚未解決的基礎(chǔ)性問題以外，還要面臨很多新的挑戰(zhàn)

26、性問題。隨著結(jié)構(gòu)的高度更高、跨度更大、更輕、更柔，結(jié)構(gòu)的強風荷載和動力響應出現(xiàn)了很多新的理論問題，實際工程應用也面臨更大的困難。,26,四、高層建筑結(jié)構(gòu)的抗風設(shè)計理論,目前，面臨的主要問題有：（1）單體高層建筑的橫風向荷載和響應的研究尚存在很多有待深入之處；（2）復雜高層建筑扭轉(zhuǎn)風荷載和響應的研究還很少；（3）順風向、橫風向和扭轉(zhuǎn)三維等效靜力風荷載的計算方法還在初步階段；（4）復雜群體建筑的風荷載和響應研究有待深入，現(xiàn)有結(jié)果的表

27、達難以適應規(guī)范的應用；（5）建筑風環(huán)境研究尚沒有引起足夠的重視；（6）CFD(Computational Fluid Dynamics )方法在計算三維高層建筑的風荷載和氣動彈性響應方面還難以取得重要突破。這些研究如能取得新的進展，高層建筑的抗風設(shè)計將更科學、更合理。,27,五、高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計理論,世界上的第一座高層鋼結(jié)構(gòu)建筑Home Insurance大樓1885年誕生在美國芝加哥。剛剛過去的二十世紀見證了高層鋼結(jié)構(gòu)建筑

28、的蓬勃發(fā)展。在我國，從20世紀80年代中期開始，高層鋼結(jié)構(gòu)建筑在上海、北京、深圳、廣州、大連、廈門、沈陽、天津等地相繼出現(xiàn)。高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的分析理論與設(shè)計理論是這一研究領(lǐng)域的兩大關(guān)鍵問題。高度的不斷突破依賴于高層建筑的結(jié)構(gòu)理論的不斷發(fā)展。高層鋼結(jié)構(gòu)分析理論和設(shè)計理論現(xiàn)今已經(jīng)發(fā)展成比較完備的體系，為工程實踐提供了堅實的理論基礎(chǔ)。,28,五、高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計理論,早在20世紀50年代末60年代初，美國學者分別提出雙分量梁模型和單

29、分量梁模型用于鋼框架結(jié)構(gòu)的彈塑性分析，這兩種模型均為集中塑性鉸模型；以后國內(nèi)外學者進一步提出精煉塑性鉸模型、分布塑性模型等，可考慮構(gòu)件桿端塑性分布對結(jié)構(gòu)彈塑性性能的影響。在結(jié)構(gòu)三維彈塑性分析方面，日本較早提出采用桿端彈簧模型，而國內(nèi)同濟大學于20世紀90年代提出的基于塑性流動法則的三維彈塑性梁單元模型，具有計算更簡便的特點。20世紀70年代開始，美國學者對半剛性連接鋼框架的分析理論進行了深入研究，而歐洲學者等對半剛性連接鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點及

30、半剛性連接組合結(jié)構(gòu)節(jié)點進行系統(tǒng)研究，提出了半剛性連接鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法。,29,五、高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計理論,從1923年日本關(guān)東大地震開始，鋼結(jié)構(gòu)卓越的抗震性能在歷次大地震中顯露無遺，因而高層鋼結(jié)構(gòu)體系在地震區(qū)有很強的競爭力。然而，1994年美國北嶺地震和1995年日本阪神地震后發(fā)現(xiàn)的大量鋼結(jié)構(gòu)震害現(xiàn)象打破了“鋼結(jié)構(gòu)不會震壞”的神話。高層鋼結(jié)構(gòu)梁柱連接的傳統(tǒng)形式存在著嚴重的斷裂隱患，為此美、日分別提出了加強連接強度、削弱桿端截面或改

31、進連接構(gòu)造等措施，以防止斷裂現(xiàn)象，提高梁柱連接的抗震性能。,30,五、高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計理論,高層建筑鋼結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計理論三個新的研究熱點：（1）性態(tài)設(shè)計 結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求根據(jù)事先選擇的性態(tài)目標而確定，性態(tài)目標越高，結(jié)構(gòu)抗震性能的要求就越高，結(jié)構(gòu)的造價也越高；（2）損傷累積和斷裂機理 鋼結(jié)構(gòu)在三向應力約束和應力集中情況下容易發(fā)生斷裂，應當考慮所有可能的前期階段的損傷對當前狀態(tài)的影響，這樣才能準確的估計發(fā)生斷裂的可能性，也才能對高層鋼結(jié)

32、構(gòu)全生命周期的工作性能作出準確的評價；（3）抗震措施 如結(jié)構(gòu)節(jié)點加強措施、節(jié)點附近梁截面削弱措施(狗骨式節(jié)點)、低屈服鋼耗能減震裝置、防屈曲支撐、鋼板耗能墻等。,31,六、高層建筑結(jié)構(gòu)及其設(shè)計理論的研究方向與課題,6.1 研制高層建筑結(jié)構(gòu)的新材料與新體系 研制新型結(jié)構(gòu)材料 現(xiàn)有主要結(jié)構(gòu)材料有：鋼筋混凝土、鋼、鋼-混凝土組合；其中鋼是超高層建筑結(jié)構(gòu)的首選材料 能否開發(fā)出新型高強或高性能的結(jié)構(gòu)材料？ 研制新型結(jié)構(gòu)體系 現(xiàn)有

33、主要結(jié)構(gòu)體系有：框架-筒體，筒中筒，框架-支撐等； 能否開發(fā)出新型的、更為安全可靠、經(jīng)濟合理的結(jié)構(gòu)體系？,32,六、高層建筑結(jié)構(gòu)及其設(shè)計理論的研究方向與課題,6.2 完善和發(fā)展高層建筑鋼結(jié)構(gòu)及性態(tài)設(shè)計理論研制高層建筑鋼結(jié)構(gòu)的半剛性連接節(jié)點，如采用高強螺栓連接，實際上也是結(jié)構(gòu)體系的一個重要發(fā)展。完善和發(fā)展高層鋼結(jié)構(gòu)全周期分析理論?？紤]損傷累積的高層鋼結(jié)構(gòu)全周期分析理論涉及許多基本理論問題需要解決，與結(jié)構(gòu)耐久性的研究相互補充。

34、完善和發(fā)展高層建筑結(jié)構(gòu)的性態(tài)設(shè)計理論。雖然性態(tài)設(shè)計的概念已經(jīng)建立，相關(guān)設(shè)計準則也已經(jīng)制定，但相關(guān)的研究基礎(chǔ)還很不夠。建立高層建筑結(jié)構(gòu)的非線性分析和設(shè)計理論。一方面，對于高層建筑鋼結(jié)構(gòu)，目前尚沒有成熟可靠的實用非線性分析和設(shè)計理論；另一方面，性態(tài)設(shè)計理論的發(fā)展尚有賴于實用非線性分析理論的發(fā)展。,33,六、高層建筑結(jié)構(gòu)及其設(shè)計理論的研究方向與課題,6.3 完善和發(fā)展高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計理論 繼續(xù)研制提高高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)短柱抗震性能

35、的新型實用技術(shù)，確保工程設(shè)計的抗震安全性；完善和發(fā)展高層建筑結(jié)構(gòu)-樁-土動力相互作用理論，建立新的分析方法和手段進行第三階段試驗的計算分析，與振動臺試驗結(jié)果進行對比分析，并與前兩階段所采用的分析方法進行比較；完善和發(fā)展高層建筑結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)地震反應分析理論和設(shè)計方法：選擇適合于高層建筑結(jié)構(gòu)分析的多維地震動輸入模型；確定多維力相互作用的構(gòu)件本構(gòu)關(guān)系；建立高層建筑扭轉(zhuǎn)振動的抗震設(shè)計方法。,34,六、高層建筑結(jié)構(gòu)及其設(shè)計理論的研究方向與課題,6

36、.4 完善和發(fā)展高層建筑結(jié)構(gòu)的抗風設(shè)計理論 單體高層建筑的風荷載和響應及等效靜力風荷載研究。研究重點：超高層建筑的橫風向風荷載和氣動阻尼的理論模型；扭轉(zhuǎn)風荷載和氣動阻尼的理論模型；三維等效靜力風荷載的計算方法。 復雜群體建筑的風荷載和響應的研究。研究重點：風荷載干擾作用機理及影響因素；建筑物干擾狀態(tài)下風荷載的理論描述。 建筑風環(huán)境研究。研究重點：城市CBD風環(huán)境實驗、計算機模擬和評價方法；建筑物室內(nèi)風環(huán)境數(shù)值模擬及評價方法。

37、高層建筑數(shù)值風洞研究。研究重點：建立適應于三維建筑物非定常風荷載數(shù)值模擬的湍流模型及模擬方法；建構(gòu)高層建筑數(shù)值風洞的基本框架。,35,六、高層建筑結(jié)構(gòu)及其設(shè)計理論的研究方向與課題,6.5 研制和應用高層建筑結(jié)構(gòu)的智能控制體系 近年來，研制與應用智能材料制作為結(jié)構(gòu)控制裝置，為高層建筑結(jié)構(gòu)的減震控制技術(shù)的發(fā)展帶來了新的生機和活力，為建立高層建筑結(jié)構(gòu)智能與自適應控制體系開辟了新的領(lǐng)域。研究重點：（1）研制基于智能材料的更為有效、適用的智

38、能控制裝置；（2）應用到高層建筑結(jié)構(gòu)的風振與地震反應控制上形成智能與自適應結(jié)構(gòu)體系。,36,六、高層建筑結(jié)構(gòu)及其設(shè)計理論的研究方向與課題,6.6 建立高層建筑結(jié)構(gòu)的防爆與抗爆設(shè)計理論以美國“911”事件為標志，恐怖襲擊對高層建筑結(jié)構(gòu)安全的威脅成了新世紀結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域面臨的新問題。以往的研究主要針對核爆炸條件下的人防工程問題，如今需面對的是普通炸彈爆炸沖擊條件下民用建筑的安全問題，并且對易于成為襲擊對象的高層鋼結(jié)構(gòu)建筑顯得更為重要。