高层建筑结构抗震设计的要点.doc

1、高层建筑结构抗震设计的要点【摘要】由于高层建筑坐落在不同的地域，加上地质构造复杂，高层建筑很容易受到地震等自然灾害的损害，地震发生具有很大的随机性，破坏后果严重。因此加强高层建筑结构抗震设计研究具有重要的意义。本文即详细阐述了高层建筑结构抗震设计的相关要点。 【关键词】高层建筑；结构抗震；抗震防线；消能减震 一、地震对高层建筑的作用影响分析 （一）对高层建筑构件形式方面 1、在高层建筑的框架结构中，通常地震对板和梁的破坏程度轻于柱；2、地震作用经常在多肢剪力墙（钢筋混凝土结构）的窗下引起交叉斜向的裂缝； 3、如果混凝土柱配置螺旋箍筋，即使地震引起较大的层间位移，对柱以及核心混凝土作用并不明显；

2、 4、钢筋混凝土框架结构，如长、短柱并用于同一楼层，长柱受损害较轻。 （二）对高层建筑结构体系方面 1、对于钢筋混凝土柱、板体系的高层建筑，各层楼板因楼层柱脚破坏或者侧移过大以及楼板冲切等因素而在地面坠落重叠； 2、对于“填墙框架”体系的高层建筑，由于受窗下墙的约束，因而容易发生外墙框架柱在窗洞处短柱型剪切现象； 3、对于“填墙框架”体系的高层建筑，地震对采用敞开式框架间未砌砖墙的底层破坏严重； 4、对于框架-抗震墙体系的高层建筑，地震损害不大； 5、对于“底框结构”体系的高层建筑，地震严重破坏刚度柔弱的底层。 （三）对高层建筑地基方面 1、如果地基自振周期与高层建筑结构的基本周期相同或相近，

3、地震作用因共振效应而增加； 2、如果高层建筑处在危险和地形不利的区域，则容易使高层建筑因地基破坏而受损； 3、地基处地质不均匀，在地震作用下容易使上部结构倾斜甚至倒塌；4、若高层建筑的地基处有较厚的软弱冲积土层，则地震作用对高层建筑的损害显著增大。 （四）对高层建筑刚度分布方面 1、对于采用 L 形以及三角形等平面不对称的高层建筑，地震作用能够使建筑结构发生扭转振动，因而损害现象严重； 2、对于采用矩形平面布置的高层建筑结构，如果该建筑的抗侧力构件（如电梯井等）布置存在偏心情况时时，同样会使建筑结构发生扭转振动。 二、高层建筑结构抗震设计常见的问题 （一）缺乏岩土工程勘察资料或资料不全 主要表

4、现在： 一是建筑场地岩土工程的勘察资料在扩建初设计阶段还没有到位。 二是在扩初设计会审之后就直接进入了施工图设计。 三是施工图设计只是在简单的规划设计或方案设计会审后就直接出来了。 四是没有岩土工程勘察资料。这样设计就成了无源之水，无水之木，没有依据。结构的平面布置中外形不规则、不对称、凹凸变化尺度大、形心质心偏心大，同一结构单元内，结构平面形状和刚度不均匀不对称，平面长度过长等。 （二）一个结构单元内采用两种不同的结构受力体系 如这一边选用砌体承重，而另一边或局部选用全框架承重或排架承重；还有一种是底框砖房中一边为底框，而另一边为砖墙落地承重，这种情况比较常出现在平面纵轴与街道轴线相交的住宅

5、，一般设计为底层为商店，设计成一半为底框砖房（有的为二层底框） ，而另一半为砖墙落地自承，造成突变在平面刚度和竖向刚度二者之间，对抗震非常的有作用。 三、高层建筑结构抗震设计的方法 （一）选择合适的抗震场地 每次地震发生时高层建筑都遭到很大的破坏，这除了是因为地址破坏了高层建筑的结构外，跟高层建筑的场地也有很大的关系。地震可能会引起的地表错动与地裂，还可能会引起地基土的小均匀沉陷，滑坡和粉、砂土液化等。因此，我们应该选择对建筑抗震有利的地段，同时应避开对抗震不利的地段，即使无法避开时，也应采取适当的抗震加强措施，应根据抗震设防类别采取加强地基和上部结构整体性和刚度，和根据地基液化等级部分消除或

6、全部消除地基液化沉陷的措施；当地基主要受力层范围内存在软弱粘性土层、新近填土和严重不均匀土层时，采用桩基、地基加固和加强基础和上部结构的处理措施，应估计地震时地基不均匀沉降或其他不利影响，对于地震时可能导致滑移或地裂的场地，应采取相应的地基稳定措施。 （二）尽可能设置多道抗震防线 一个带有抗地震性能的结构不能仅仅是一个单独的结构，必须要由多个具有良好延展性的结构分体系来构成，从而使得各个延展性结构之间的构件能够互相连接起来从而进行协同工作。比如框架剪力墙结构就是由带有延展性的框架以及剪力墙这两个分体结构来组成的，其剪力墙主要是由双肢或者多肢的建立墙体结构组合而成的。 高层建筑在受到强烈的地震之

7、后，还会受到多次的余震影响，如果建筑结构在进行设计的过程中仅仅建立了一道抗震的防御结构，那么在第一次的强震破坏之后，如果再遭遇到余震，必然会使得建筑结构因为损伤的不断累积而导致倾斜或者坍塌的现象发生。建筑的结构体系通常来说都是都是分别建立在建筑的内部和外部，在受到地震破坏的过程中，内部和外部所分布的屈服区，能够有效的将各个方向的能量进行最大限度的释放，从而有效的提升了建筑结构的抗震性能，防止建筑发生倒塌的现象。 （三）对可能出现的薄弱部位，应采取措施提高其抗震能力 1、构件在强烈地震下不存在强度安全储备，构件的实际承载能力分析是判断薄弱部位的基础。 2、要使楼层（部位）的实际承载能力和设计计算

8、的弹性受力的比值在总体上保持一个相对均匀的变化，一旦楼层（部位）的比值有突变时，会由于塑性内力重分布导致塑性变形的集中。 3、要防止在局部上加强而忽视了整个结构各部位刚度、承载力的协调。 4、在抗震设计中有意识、有目的地控制薄弱层（部位） ，使之有足够的变形能力又不使薄弱层发生转移，这是提高结构总体抗震性能的有效手段。 （四）提高短柱抗震性能的应对措施 1、提高短柱的受压承载力 提高短柱的受压承载力可减小柱截面、提高剪跨比，从而改善整个结构的抗震性能。减小柱截面和提高剪跨比，最直接的方法就是提高混凝土的强度等级，即采用高强混凝土来增加柱子的受压承载力，降低其轴压比；但由于高强混凝土材料本身的延

9、性较差，采用时须慎重或与其他措施配合使用。此外，可以采用钢骨和钢管混凝土柱以提高短柱的受压承载力。 2、采用钢管混凝土柱 钢管混凝土是套箍混凝土的一种特殊形式，由混凝土填入薄壁圆形钢管内而形成的组合结构材料。由于钢管内的混凝土受到钢管的侧向约束，使得混凝土处于三向受压状态，从而使混凝土的抗压强度和极限压应变得到很大的提高，混凝土特别是高强混凝土的延性得到显著改善。同时，钢管既是纵筋，又是横向箍筋，其管径与管壁厚度的比值不应大于 90，配筋率也应控制在 4.6%以内。 3、采用分体柱 由于短柱的抗弯承载力比抗剪承载力要大得多，在地震作用下往往是因剪坏而失效，其抗弯强度不能完全发挥。因此，可人为地

10、削弱短柱的抗弯强度，使抗弯强度相应于或略低于抗剪强度，这样，在地震作用下，柱子将首先达到抗弯强度，从而呈现出延性的破坏状态，分体柱方法已在实际工程中得到应用。 （五）隔震和消能减震设计的推广和应用 现在，我国和世界的许多国家都采用适当的控制结构物的刚度，越来越受到人们的青睐，被称为“延性结构体系” ，但这种允许高层建筑结构构件（如梁、柱、墙、节点等）在地震进入非弹性状态，而且会有很大的延性，减轻地震反应是以消耗地震能量的方法，使结构物“裂而不倒” 。这在很多情况下是有效的，但也存在很多片面性。随着社会的发展和人们生活水平的提高，人们对安全意识越来越注重，对各种建筑物和构筑物的抗震减震要求越来越高，传统的抗震结构体系和理论越来越难以满足人们的要求，传统的抗震体系不具备隔震消能和各种减震控制体系，但是隔震消能和各种减震控制体系又越来越受到人们的重视，在未来的建筑结构中将起到非常重要的作用。 参考文献 1闫旭梅.高层建筑结构抗震设计分析J.科技传播，2010.8. 2于险峰.高层建筑结构抗震设计J.中国新技术产品，2010.1. 3马一鸣，李红.浅谈高层建筑结构的抗震设计J.中国新技术新产品，2010.10.