高层建筑结构的抗震可靠度分析与优化设计探讨

靖莹

枣庄市城建档案馆峄城区分馆 277300

摘要:以高层建筑结构的实际应用优势及特点作为切入点，综合抗震可靠度分析技术体系进行研究，本文提出了以MSCSS模拟计算技术为基础的抗震可靠度分析方法，并通过与其他方式的对比，验证了该种方法的应用具备可行性。以全面提升高层建筑居住以及使用安全性为目的，结合具体抗震可靠度优化策略进行探讨，以此为当前的相关建筑工程技术创新提供依据。

关键词：高层结构建筑；抗震可靠度；优化设计

引言

随着当前城市发展质量的逐步提升，为了进一步实现土地集约化管理，原有的建筑工程已经逐步由横向拓展向立体发展方向转型；建立在多功能建筑体系优化的基础上，高层建筑也成为了一种商业以及民用结合体，有着极强的社会经济效益以及综合效益。但是高层建筑必须要具备较强的抗震可靠度，这样才可以有效提升居住以及使用的安全性。以技术分析法以及理论分析法作为主要方式，综合高层建筑结构的抗震可靠度检测以及优化策略进行分析，不仅是本文论述的重点，也是进一步优化我国高层建筑设计合理性的关键研究课题。

一、高层建筑结构抗震可高度的具体检测及分析

为了进一步提升论述的有效性，本文建立在某工程案例的基础上，综合实际的有限元模型来进行分析。某高层建筑共32层，层高4米，3个巨层。巨型梁截面：4m×4m×0．04m×0．04m，材料为工字钢；巨型柱壁厚0．05m，材料为方钢。从整体建筑的功能来讲，涉及到了民用居住、金融、商业等相关行业，且位于城市的中心发展区域，具有较强的经济效益以及综合价值，因此，进一步提升高层建筑结构的抗震可靠性已经成为了多方关注的重点。

为了进一步提升建筑工程结构的稳定性，本次工程建立在MSCSS的基础上进行抗震可靠度的分析，并且构建了有限元模型，如图1所示。

图1 基于MSCSS的工程有限元模型

而在进行防震可靠度分析的过程中，主要的原则是建立在地震作用层间位移角 小于 （变形限值：1/250）的基础上实现的。而整体建筑结构的具体变形值可以直接通过sap2000中非线性动力时程进行分析。在可靠性分析的过程中，还需要了解地面最大加速度、巨型柱截面宽度以及钢材模量等随机性的参数，其参数的具体变化情况以及详细数值见表1。以该表为基准，可以综合正态分布的原则，按照具体的功能函数进行计算：

式中:

x为变量：取值为(a，E，b1，b2，b3)；m(x)：地震过程中结构的最大层间位移角。可以直接利用Matlab，建立在sap2000中非线性动力时程的基础上分析最终的数据，从而可以计算出最终的正态分布值。

表1 随机变量的具体分布情况

随机变量	分布类型	均值	标准差
最大加速度al(m•s-2)	极值II型	2.33	2.91
钢材模量E/GPa	正态	206	20.6
第一巨层柱宽b1/m	正态	4.4	0.132
第二巨层柱宽b2/m	正态	4.4	0.132
第三巨层柱宽b3/m	正态	4.4	0.132

进行整体结构的失效概率计算需要选择初始的数量样本，初始训练中样本的点数选择为11个，经过可靠度分析之后，增加了部分训练点，总训练点为41个，整体模型的精度达到了实际的需求标准，并且将得出的具体可靠度计算结果统计为表2。为了进一步验证MSCSS模型是否具有可靠性，还与原有的 Ak-MCS可靠度计算方法进行了对比。综合表2中的数据可知，利用这两种方式进行计算的结果较为相近。而从实际的计算流程角度来讲，利用MSCSS方式进行计算，调用真实功能函数的次数较少，可以应用于复杂结构的设计和优化中，能够有效降低整体流程的繁琐程度，结果精准度较高。

表2 可靠度计算结果对比分析

方法	Ncall		可靠度指标
Ak-MCS	96	18.02	0.9146
MSCSS	52	18.06	0.9131

二、高层建筑结构抗震可靠度优化设计的具体策略

在明确了具体的抗震可靠度分析以及检测技术之后，还需要综合具体的施工设计以及施工管理打造具有针对性的抗震防护体系，这样才可以有效提升高层建筑的稳定性。

（一）合理的选择场地

高层建筑结构所处的地质环境直接决定了建筑本身的稳定性，因此，在面对不同等级地震的过程中，也会产生不同的表现。在进行高层建筑项目设计的过程中，必须要把好基础关，严格的落实好地质勘探工作，这样才可以有效杜绝地震对于建筑结构产生的影响。而针对必须要在某些环境下进行施工的建筑来讲，也要落实好常规的地质状态检测以及建筑结构本身抗震性能的分析，进一步提升抗震可靠度，这样可以维护后期的使用安全。

（二）优化建筑材料性能

建筑材料本身的性能将直接影响抗震可靠度，因此在材料选择过程中，必须要综合建筑结构自身的实际需求，了解区域的地质情况，在资金允许的情况下，使用高性能的混凝土以及钢材作为主要的施工材料。而在当前技术体系不断创新的环境下，新型的抗震材料已经投入到了建筑结构的设计和使用中。因此，在常规建筑工程设计以及施工期间，要严格的把控材料自身的性能，这样才可以做到防患于未然。

（三）做好抗震减重比值的把控

在高层建筑结构设计的过程中，做好抗震减重设计，能够有效提升整体结构的稳定性，因此必须要结合剪力墙的配筋进行合理分析，确保配筋水平分布，而在竖向设置钢筋的过程中，也需要结合具体的钢筋结构进行顺序的调整，确保钢筋设置排列均匀。除此之外，也需要结合拉筋路与各排布筋的绑扎方式进行调整，维持良好间距。针对部分地震活动较为频繁的地区可以利用剪力墙钢筋四排配筋法，这种方式能够有效提升整体结构的稳定性以及坚固程度。

结语

综上所述，在当前高层建筑设计的过程中，全面提升抗震有效性，做好抗震可靠度的把控，从工程设计、施工材料以及结构设计等方面进行综合分析，打造完善的抗震管控体系，不仅可以提升高层建筑自身的经济效益，更可以有效保障人们的生命财产安全，促使建筑领域设计技术体系的不断提升。

参考文献

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