高层建筑结构抗震设计李晶

李晶

山东大卫国际建筑设计有限公司第四设计院山东济南250100

摘要：随着新型结构、高性能材料的出现人类建筑也势必再上新台阶，理顺结构与建筑，使得新型结构建筑要求同时能满足建筑物的使用功能和外观要求。提高结构与设备的关系，需要从目前抗震设计现状出发，设计者应根据工程抗震概念各方面的知识和经验，作出正确的工程判断，找出结构安全与经济合理的最佳结合点，探求处一种实用可行的二步或三步设防的合理有效的抗震设计方法，以更好地适应社会经济和科学技术的发展。

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

抗震设计要刚柔并济，选择合适的结构形式，在增加结构刚度的同时也要增强地震作用，需要确定合理的抗震措施。保证结构的抗震性能主要是确保建筑物满足“小震不坏、中震可修大震不倒”的抗震目标。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。因此，只有这样才能使建筑物抗震设计过程中防止造成建筑物局部受损。建筑物的抗震结构体系如果刚度太柔，首次被破坏后而余震来临时其结构将因损伤，结构构件协同工作来抵挡地震作用容易导致建筑物过大形变而不能使用。延性较好的分体系组成，地震发生时不会发生整体倾覆。因此，由若干个在地震发生时由具有较好延性。

2.高层建筑抗震设计分析方法

2.1场地和地基的选择

建筑的场地以及地基的选择对于高层建筑的抗震能力具有直接的影响，是建筑抗震设计的基础。在进行建筑场地以及地基的选择时，应该充分的了解当地的地震活动情况，对当地的地质情况进行科学的勘察，在收集丰富资料的基础之上对场地进行综合的分析和评价，评估当地的抗震设计等级。对于一些不利于抗震设计的场地应该尽可能的进行规避，而实在无法规避的应该有针对性的做好相应的处理措施。在高层建筑地基选择过程当中应该尽可能的选择岩石或者是其它具有较高密实度的基土，从而提高建筑地基的抗震能力，尽可能的避开不利于抗震的软性地基土。对于一些达不到抗震要求的地基应该采取相应的措施进行加固和改造，使其能够符合相应的标准。

2.2建筑结构的规则性

在进行建筑结构设计的过程当中，应该尽可能的做到规则，尤其是抗侧力结构应该尽可能的简单化，从而保证可靠性和承载力分布的均匀性。建筑结构的平面布置应该选择形状比较规则的图形，这样在发生地震的时候能够确保建筑整体的承载力均匀分布。应该尽可能的避免不规则的结构平面，造成建筑结构质心和刚心出现交错，这样一旦出现地震，一些和刚心距离比较大，刚度不足的构件就会发生侧移，受到较大的地震力的影响，有可能因为承受不住而发生损坏，最终导致建筑由于某个构件的损坏而发生倾斜和倒塌。为了防止抗侧力结构横向刚度突然出现变化，应该使垂直方向的抗侧力的截面积从上到下逐渐的递减。

2.3建筑结构材料的选取

除了结构设计之外，高层建筑的结构材料质量的高低以及选择的正确与否都会对抗震效果产生直接的影响。高层建筑的结构抗震设计在本质上就是对建筑中各个构件的延性进行整体的协调和把握，最后总使建筑整体在发生地震的时候能够保持稳定。在钢筋的使用上应该尽可能的选择韧性较高的产品。垂直方向受力钢筋应该选择热轧钢筋，等级至少达到HRB400级和HRB335级，而箍筋宜选用HRB335、HRB400和HPB235级热轧钢筋。在进行建筑材料的选择过程当中应该充分考虑抗震的性能，但是在实际的建设过程当中还要兼顾建筑的成本和造价控制，尽可能通过科学合理的设计在，用尽可能少的材料达到最佳的抗震效果，在二者之间寻找一个最佳的位置。

2.4隔震和消能减震设计

对于一些有特殊要求的高层建筑，除了一般的抗震设计之外，还需要进行隔振以及消能减震设计，从而达到最佳的抗战效果。首先在场地和地基的选择上应该尽可能的选择密实度较高的地基，从而在地震发生的时候能够有效的减少地震能量对建筑的破坏，减少共振发生的可能性。根据建筑的实际需要设计建筑的隔震系数，选择相应的隔震支座，同时考虑风力对建筑所产生的载荷。在建筑构件的选择上应该使用延性较好的材料，从而减少地震能量对建筑的破坏。

2.5抗侧力体系的优化

对一般性构造的高楼，刚比柔好，采用刚性结构方案的高楼，不仅主体结构破坏轻，而且由于地震时的结构变形小，隔墙，围护墙等非结构部件将得到保护，破坏也会减轻。提高结构的超静定次数，在地震时能够出现的塑性铰就多，能耗散的地震能量也就越多，结构就愈能经受住较强地震而不倒塌。改善结构屈服机制，使结构破坏十按照整体屈服机制进行，而不是楼层屈服机制。设计结构时遵循强节弱杆、强柱弱梁、强剪弱弯，强压弱拉的原则。在进行结构设计时，应该选定构件中轴力小的水平杆件，作为主要耗能杆件，并尽可能使其发生弯曲耗能。从而使整个构件具备较大的延性和耗能能力。

2.6常用的加固设计

为了有效的提高建筑结构的抗震能力，应该根据建筑结构的实际情况采取相应的加固措施，在进行加固方法选择的时候应该具体考虑以下几个方面的因素：第一，对于一些机构设计存在缺陷的情况，应该根据实际情况增加构件进行加固，或者是采取具有较高抗震能力的构件代替原有构件。对于需要提高承载力或结构整体刚度的情况，可以增设构件，扩大原截面，设置套箍等方法；很多建筑结构整体性连接达不到抗震的标准，可以有针对性的对结构进行相应的调整，这样可以分散地震力，减少破坏。建筑中的一些与建筑结构不相关的构件，在地震时有可能倒塌而造成危害，应该适当进行加固。

2.7控制结构变形

建筑整体结构变形程度对于整个建筑的抗震能力具有直接的影响。在发生地震的过程当中，建筑在水平地震力的作用下出现侧移，从而导致建筑结构发生变形，导致破坏的产生。因此应该充分的考察高层建筑的结构类型，然后有针对性的采取相应的措施来减少建筑机构在地震力作用下出现的变形。

相关的时间证明。在对高层建筑结构的损坏程度进行评估的过程当中，间层侧移角度是一个十分重要的指标，而国家对此也进行了相应的规定。因此应该采取相关的措施来对结构侧移情况进行控制，比较常见的方法有：减小框架的柱距和梁距，采用弯-剪双重抗侧力体系，设置刚臂，竖向支撑的交错布置，变平面构件为立体构件，围护结构参与抗震，倾斜立面的利用，扭转体型的应用，双曲线圆筒的应用，加大房屋等有效宽度。

2.8高层建筑减轻结构自重

从地基承载力来看，如果是同样的地基条件，减轻结构自重意味着在不增加基础或地基处理造价的情况下，可以多建层数，特别是对于软土更为明显。地震效应与建筑质量成正比，结构质量的增加必然引起地震力的增大。高层建筑由于高度较大，重心较高，地震作用倾覆力矩也随质量的增加而增大。设计时要求高层建筑物的填充墙及隔墙应采用轻质材料。

2.9高层建筑结构应设置多道抗震防线

建筑物应设置多道抗震防线，当第一道防线的构件在强烈地震作用下遭到破坏后，后备的第二道乃至第三道防线能抵挡后续的地震动的冲击，使建筑物免于倒塌。高层结构形式应采用具有及壁式框架的框架剪力墙，剪力墙框架简体，筒中筒等多道抗震防线结构体系。

3.结语

地震是一种目前难以准确预测的自然灾害，为避免它给人类带来大的灾难。作为工程技术设计人员在建筑结构的研究和工程设计中，应从整体宏观的观点出发，综合处理好建筑功能、技术、艺术、安全可靠性和经济合理等几方面内容，从而创造出更加安全、适用、经济美观的高层建筑；新型结构的出现，高性能材料的发展，计算机技术水平的提高，促使人类建筑精品再上新的台阶。

参考文献

[1]徐杏华,肖孟,刘江华,刘幸.转换梁位置对高层建筑结构抗震影响的分析[J].建筑技术开发,2010,(10).

[2]付进喜.关于高层建筑中转换层设计的几个关键问题的探讨[J].科技与企业,2011,(07).