摘要：本研究通过钢结构高层建筑地震倒塌机理的数值模拟和基于神经网络的建筑结构人工地震反应预测模型的内容分析，引出了抗震设计的相关内容。采用实例和理论相结合的方式以供相关行业借鉴。
关键词：抗震；地震；倒塌；模型；机理
1竖向不规则钢结构高层建筑地震倒塌机理的数值模拟
有学者采用三维数值模拟方法研究了质量和刚度竖向不均匀性对高层钢结构倒塌机理和抗力的影响。 采用经过验证的建模方法对11条地震记录下的规则结构和4条不规则结构的倒塌过程进行了模拟研究。结果表明，所采用的有限元模型、相关的考虑因素和标定方法为崩塌模拟提供了一种可靠而有效的方法。 研究结果表明，竖向不规则性对钢结构高层建筑的抗倒塌性能和抗倒塌机理产生了不利影响。特别是结构下半部集中的质量竖向不平顺对结构的影响最大，上下部分布的刚度不平顺对结构的影响最小。研究频率含量和竖向不规则性同时作用的结果表明，与规则结构相比，频率含量较大的记录通常会降低结构的抗倒塌能力，对不规则结构的倒塌机理没有显著影响，而频率含量较高的记录对结构的倒塌机理影响最大[1]。
2基于神经网络的建筑结构人工地震反应预测模型
有学者通过模拟多次人工地震，提出了一种基于地震动与结构相关性的建筑物地震反应预测模型。在该模型中，利用监测系统测得的 gm 数据，建立了反映 gm 特性与结构地震反应关系的神经网络结构模型，预测结构在未来地震事件中的响应。为了提取 gm 特征，基于概率振动理论生成与设计反应谱相对应的多个 aeq，而不是使用历史地震。在所提出的神经网络结构中，建立了以平均周期、卓越周期、显著持续时间和最大地动加速度为输入层的 gm 特性，以层间最大位移比和最大位移为输出层。此外，提出了一个新的参数，称为共振面积表示的关系，在频域和目标结构使用的神经网络输入层。采用新的参数，结构的动力特性被考虑在模型的响应估计与 gm 有关。将该模型应用于四个不同自然周期的多自由度结构的地震反应预测，预测结果为2700aeq。通过对响应预测性能的研究，验证了所提出的神经网络模型的有效性。对神经网络中共振面积参数预测地震响应的有效性进行了评价和讨论。此外，研究了神经网络的构成和计算代价对估计的影响。最后，将所提出的模型应用于平面钢筋混凝土结构模型的地震反应预测[2]。
3建筑抗震结构设计原则
建筑抗震结构设计原则主要遵循两方面原则，一方面要保证建筑结构的整体性原则。在建筑物结构的设计工作中，也要考虑结构构件的抗侧向力，利用抗侧向力构件将地震破坏力均匀分散开来，进一步提高抗震能力。在另一方面要确保建筑结构的刚度满足抗震要求。建筑物结构不仅要有较大承载能力，也要足够的刚度来提高结构的抗震性能。地震发生时，地震力作用于建筑物，当建筑物所承受的力超过了本身所承受的极限时，就会造成结构的破坏。同时地震力又具有方向性，包括水平方向和垂直方向。为了保证建筑物能够抵抗来自不同方向的地震破坏力，在设计时，就要使建筑物在水平方向和垂直方向上建筑的刚度达到相关抗震设计标准，以提高结构刚度来抵抗地震作用力。
4建筑抗震结构设计要点
选择合理的建筑场地。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆场地位置的选择对抗震设计有着非常重大的意义。不同位置的地质条件是不同的，对于后期建筑抗震效果的影响也是不同的。在选择场地时，要综合工程地质勘测和地震活动的相关资料，借助于试验测得土体的物理力学参数进行分析，选择有利于抗震的场地，尽量避开不利于抗震设计的地段。
设置多道抗震防线。多道抗震防线对于抗震设计是有着一定的必要性的。当第一道防线受到强烈地震而发生破坏后，其他防线可接替它继续发挥作用，抵抗余震的二次破坏。这也满足了“大震不倒”的抗震设防目标，通过多道防线，使建筑物结构从一个稳定体系过渡到另一个结构体系，使结构不会直接从一个稳定状态发生破坏。设置多道抗震防线主要是通过增加赘余杆件，达到提高抗震性能的效果。
合理规划建筑结构。在进行结构设计时，平面和立面布置要规则对称，遵循对称性的原则，是结构或构件受力均衡，提高结构抗震稳定性。在设计时，要联系工程实际，既要使结构满足抗震设计规范，也要使其与实际应用联系在一起，在提高其抗震性能的同时也要考虑结构在实际应用方面的使用性。
5建筑物抗震效果的影响因素
工程地质条件影响着场地稳定性，限制着结构的抗震效果。地质条件影响着工程的稳定性和正常使用，由环境因素造成的工程地质问题往往对于建筑有着很大的损害。所以在选择场地时一定要做好充分的地质勘查工作，降低环境对建筑的不利作用。建筑材料也影响着抗震效果。在发生地震时，建筑物所受到的地震力与建筑物的质量成正比关系。当选用的建筑材料质量较大，那么建筑所受到地震力也是相对更大的。所以在选材时，尽量选取轻质材料，降低材料的自重，以达到减小建筑所受地震力的目的。
6建筑结构设计中抗震结构设计问题分析
建筑结构设计中最主要的问题就是结构平立面布置和外型设计问题。在平立面布置上，建筑往往由于结构构件分布不对称、不协调，而产生扭转作用，降低了结构的抗震性能。在平立面布置设计过程中，要使结构的刚度和质量分布相对均匀，以均衡地震发生而产生的作用力，防止局部所受破坏力过大而造成整体稳定性的丧失。外型设计上，要尽可能保证结构的规整，尽量使建筑物形状简单、受力均衡。如果建筑物外型过于复杂，这样既容易造成结构受力不均，也给结构构件的布置造成很大的问题。
参考文献：
[1]Byung Kwan Oh,Branko Glisic,Sang Wook Park,Hyo Seon Park. Neural network-based seismic response prediction model for building structures using artificial earthquakes[J]. Journal of Sound and Vibration,2020,468.
[2]Reza Ramezani Azghandi,Hamzeh Shakib,Maedeh Zakersalehi. Numerical simulation of seismic collapse mechanisms of vertically irregular steel high-rise buildings[J]. Journal of Constructional Steel Research,2020,166.
作者简介:祁娅颖(1999-)，河南人，土木工程专业，本科生，
论文作者:祁娅颖
论文发表刊物:《电力设备》2019年第22期
论文发表时间:2020/4/13
标签：结构论文; 建筑物论文; 神经网络论文; 刚度论文; 模型论文; 建筑论文; 机理论文; 《电力设备》2019年第22期论文;