当代高层建筑结构抗震设计张建军

张建军

安徽省建筑设计研究总院股份有限公司安徽省合肥市230000

摘要：随着高层建筑的增多，结构抗震分析和设计已越来越重要。特别是我国处于地震多发区，高层建筑抗震设防更是工程设计面临的迫切任务.高层建筑结构的抗震是建筑物安全考虑的重要问题。建筑结构设计人员为防止、减少地震给建筑造成的危害，就需要分析研究建筑抗震问题，不断总结经验、联系实际,妥善处理这一工程当中不可避免的问题。

关键词：高层建筑；结构；抗震设计

1高层建筑结构抗震设计准则

在地震力作用下，要求结构保持在弹性范围内正常使用。建筑物的变形破坏性态后不能发生很大的变化，经简单的修复后可正常使用。随着建筑物高度的增加，允许结构进入弹塑性状态，但必须保证结构整体的安全。因此，六级以上必须进行抗震设计。每次强震之后都会伴随多次余震，在建筑抗震设计过程中如果若一味的提高结构抗力，就会增加结构刚度。若只有一道设防，则会导致结构刚度大。所以，建筑物在地震过程中既能满足变形要求，又能减小地震力的双重目标。

2高层建筑结构抗震设计所存在的问题

2.1高层建筑结构不标准

在高层建筑结构设计时，一般需要根据结构形式以及设防烈度确定建筑高度，建筑高度应该符合《高层建筑混凝土结构技术规程》中相关要求，也是反映目前建筑建设水平的一个建议高度。但是在实际的高层建筑施工过程中，很多建筑高度都超出这一建议高度，导致其抗震性能发生变化。高层建筑结构轴压比设计时也存在一定问题，在钢筋混凝土的高层建筑结构设计时，往往为了保证柱子的轴压比，将柱子截面做到很大，但是柱子的纵向配筋却采用的是构造配筋。限制柱子的轴压比主要是考虑将柱子处于大偏心受压的受力状态，避免受拉钢筋没有达到屈服强度但混凝土已经被压碎的情况，柱子的塑性变形小，相应的延性便差，在遭遇地震时，其吸收地震波能量能力就差，导致结构容易破坏。

2.2材料的性能及结构体系问题

在进行高层建筑结构抗震设计时，对于材料的性能及结构体系需要认真对待。一般150m以上的高层建筑，一般采用框架、筒中筒和框-桶结构。我国高层建筑结构建设一般采用钢筋混凝土核心筒结构，其主要靠钢筋混凝土整体结构的位移控制基准作为变形的控制手段，通过刚度较小的钢结构协同以达到减少侧移的效果，但是这样的设计方法大大的增加了钢结构的承受负担，并且其控制侧移的效果也没有十分显著，有时需要增加混凝土结构的刚度来提高限制侧移能力，但这样容易导致其刚度过大产生刚度突变现象，使结构剪力突然增大，导致结构不稳定，因此要慎重选择高层建筑结构体系，采用性能好的材料以满足高层结构对于结构体系和材料性能的需要。

2.3平面刚度分布不均匀

高层建筑结构抗震设计过程中，对于建筑结构的要求为建筑物的平面、立面布置应该规则、方正并对称，建筑结构物的刚度变化应该均匀，质量分布需要均匀，保证建筑物稳定，否则设计过程中要充分考虑设计的不利情况，以对其进行采取特别措施辅助。但当前有的高层建筑平面设计存在着严重不对称的现象，表现为建筑结构一侧进深很小，而另一侧进深很大，一侧房屋设计为大开间，而另一侧设计为小房间，一侧为承重墙承重，另一侧采用柱子承重，平面形状上采用更加不规则平面进行设计，这样极大程度上做成了建筑结构的纵向刚度不均匀。建筑地层往往为地下停车库，一侧为了满足车辆进出需要而取消全部的结构纵墙，而另一侧确直接采用墙承重，引起横向刚度不均匀，对于高层建筑结构抗震十分不利。

2.4结构抗震等级、烈度掌握不准确

由于对场地类型、土质情况、结构类型及建筑高度等因素的评定不准确造成对结构抗震等级、烈度掌握不准确。当前我国的建筑结构设计安全标准已经落后于国情的需要，对于“小震保持不坏，中震可维修，大震不倒塌”的设计原则应该重新审视，在当前高层建筑结构不断发展的情形下，这种标准有待提高。除了设防烈度过低，高层建筑结构的具体的抗震设计计算方法以及所需的安全度也有一些弊端，没有国外那么严格，容易导致设计不严谨，导致在地震情况下结构失效，导致不可估量的损失。

3高层建筑结构抗震设计对策

3.1严格执行高层建筑结构标准

高层建筑结构设计时，对于建筑高度、柱子尺寸以及轴压比等参数必须严格参照我国相关高层建筑设计规范。必须根据结构形式以及设防烈度确定建筑高度并保证建筑在施工过程中严格遵守设计规范，确保建筑高度最终停留在合适的建议高度。在进行抗震设计时，以承载能力作为基础，用线弹性的计算方法计算结构在地震作用下的位移及内力，从而却动构件的截面，提高结构的承载能力。通过进行优化结构构造，提高结构的延性，降低结构耗能。再设计时，可以适当对建筑结构的刚度进行控制，容许结构构件在发生地震时处于一种非弹性的状态，保证有一定的延性，从而消耗地震能量，减轻建筑结构的地震反应，保证结构物在地震作用下“裂而不倒”。

3.2减轻自重，选择合理结构体系

在进行高层建筑结构抗震设计时，首先要考虑结构自重问题，在同样地基情况下可以通过增加层数或者减少地基处理造价以提高建筑实用性，地震效应与建筑质量成正相关关系，高层建筑界欧股由于其高度高、重心高的特点，当其处于地震作用时其倾覆力矩便增加，容易使高层建筑垮塌，因此应该尽量减轻结构自重，尝试新型轻型高强材料。其次，选择合理的结构体系，高层建筑的竖向荷载引起结构轴向力，水平荷载引起弯矩，因此在设计过程中应考虑在满足高层建筑结构自身功能和其抗震要求下选择合理地结构体系，保证结构具有良好的结构性能，一方面要选择刚度较大、空间整体型号的结构体系，另一方面也要考虑到结构体系的自重，综合考虑，选用适合当前建筑建设的结构。

3.3选择规则性设计，平衡结构刚度、质量分布

对建筑物布置要科学、合理，一般建筑物结构简单、对称往往具有良好的抗震性能，避免出现建筑结构一侧进深很小，而另一侧进深很大，一侧房屋设计为大开间，而另一侧设计为小房间等不规则现象，因此在进行高层建筑结构设计时，应尽量选取规则性、对称性设计方法，对易于采取抗震构造的地方进行详尽的细部处理，保证建筑物平面上均匀、对称，体型简单，结构的刚度及质量分布沿着建筑物竖向分布均匀，保证建筑物的扭转刚度，降低结构发生扭转带来的影响，并努力在建筑物结构竖向均匀分布荷载，保证建筑物的稳定性。使高层建筑结构体系具有合理的刚度和强度，保证建筑物刚度、强度合理分布，避免出现因为刚度、强度突变引起薄弱部位破坏的现象，防治出现过大变形和应力集中现象，及时分散应力，平衡结构体系的刚度、质量分布。

3.4采用多级抗震设计思路设计

设计人员首先应该对于建设场地情况进行详细了解，对于场地土质情况、结构类型等进行准确评定，在此基础上应进行设置多级抗震防线。因为当发生强烈地震时往往会有多次震动，采用多级抗震可以有效避免由于结构第一次破坏后损伤积累而使建筑结构内部屈服从而垮塌的情况。在进行设计时应该适当控制结构的刚度，要具有一定的延性，可以消耗地震能量，从而减轻地震反映，提高高层建筑结构的抗震性能。

4结语

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，现代城市的发展促使高层建筑的不断增多，结构形式更加复杂多样，全面细致的考虑结构各个构件的组成部分，明了结构设计的重点，成为今后新型结构体系设计和考虑的要点。努力通过合理的设计创造出高性能的抗震结构，是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必要举措。

参考文献：

[1]刘建政。住宅高层建筑结构抗震的优化设计[J]。建筑设计管理,2012

[2]徐自国,肖从真,任重翠。结构弹塑性分析对我国高层建筑抗震设计的启示[J]。建筑结构,2011

[3]寇清清。试谈高层建筑结构抗震设计理念及方法[J]。黑龙江科技信息,2011