浅析高层建筑抗震结构设计.doc

1、浅析高层建筑抗震结构设计摘要：随着时代的发展，对高层建筑需求随着增多，地震作用下对高层建筑结构的破坏也随之突显，因此对于高层建筑的抗震设计显得尤为重要，现就地震对高层结构的破坏进行简单的探讨，对高层抗震结构设计的相关问题进行浅析。 关键词:高层建筑；抗震；结构设计；探讨 中图分类号：TU208.3 文献标识码：A 文章编号： 1 高层结构的特点 高层建筑从本质上讲是一个竖向悬臂结构，垂直荷载主要使结构产生轴向力与建筑物高度大体为线性关系；水平荷载使结构产生弯矩。从受力特性看，垂直荷载方向不变，随建筑物的增高仅引起量的增加；而水平荷载可来自任何方向，当为均布荷载时，弯矩与建筑物高度呈二次方变化。

2、从侧移特性看，竖向荷载时，侧移与高度成四次方变化。由此可以看出，在高层结构中，水平荷载的影响要远远大于垂直荷载的影响，水平荷载是结构设计的控制因素，结构抵抗水平荷载产生的弯矩、剪力以及拉应力和压应力应有较大的强度外，同时要求结构要有足够的刚度，使随着高随着高度增加所引起的侧向变形限制在结构允许范围内。 2 地震作用下高层建筑结构的破坏特点 2.1 地基方面。 1）在具有较厚软弱冲积土层场地，高层建筑的破坏率显著增高；2）地基土液化导致地基不均匀沉降，从而引起上部结构损坏或整体倾斜；3）建造在不利或危险地段的房屋建筑，因地基破坏导致房屋损坏。4）当建筑结构的基本周期与场地自振周期相近时，因共振效

3、应破坏程度将加重。 2.2 结构体系方面。 1）采用“填墙框架”的房屋结构，钢筋混凝土框架结构平面内柱上端易发生剪切破坏，外墙框架柱在窗洞处因受窗下墙的约束而发生短柱型剪切型破坏；2） 采用框架-抗震墙体系的房屋结构，破坏程度较轻；3）采用“底框结构”体系的房屋，刚度柔弱的底层破坏程度十分严重；采用“填墙框架”体系的房屋，当底层为敞开式框架间未砌砖墙，底层同样遭到严重破坏； 2.3 刚度分布方面。 1）矩形平面布置的建筑结构，电梯井等抗侧力构件的布置当存在偏心时，因发生扭转振动而使震害加重；2）采用三角形、L 形等不对称平面的建筑结构，同样在地震作用因发生扭转振动而使震害加重。 2.4 构件形

4、式方面。 1）在框架结构中，通常柱的破坏程度重于梁、板；2）钢筋混凝土多肢剪力墙的窗下墙通常会出现斜向或交叉裂缝；3）配置螺旋箍筋的混凝土柱，当层间位移角达到较大数值时，核心混凝土 仍保持完好，柱仍具有较大的抵抗能力； 3 高层建筑结构抗震设计 3.1 抗震措施。 在对结构的抗震设计中，除要考虑概念设计、结构抗震验算外，历次地震后人们在限制建筑高度，提高结构延性（限制结构类型和结构材料使用）等方面总结的抗震经验一直是各国规范重视的问题。当前，在抗震设计中，从概念设计，抗震验算及构造措施等三方面入手，在将抗震与消震（结构延性）结合的基础上，建立设计地震力与结构延性要求相互影响的双重设计指标和方法

5、，直至进一步通过一些结构措施（隔震措施，消能减震措施）来减震，即减小结构上的地震作用使得建筑在地震中有良好而经济的抗震性能是当代抗震设计规范发展的方向。而且，强柱弱梁，强剪弱弯和强节点弱构件在提高结构延性方面的作用已得到普遍的认可。 3.2 高层建筑的抗震设计理念。 我国建筑抗震规范 （GB50011-2010）对建筑的抗震设防提出“三水准、两阶段”的要求， “三水准”即“小震不坏，中震可修，大震不倒”。当遭遇第一设防烈度地震即低于本地区抗震设防烈度的多遇地震时，结构处于弹性变形阶段，建筑物处于正常使用状态。建筑物一般不受损坏或不需修理仍可继续使用。因此，要求建筑结构满足多遇地震作用下的承载力

6、极限状态验算，要求建筑的弹性变形不超过规定的弹性变形限值。当遭遇第二设防烈度地震即相当于本地区抗震设防烈度的基本烈度地震时，结构屈服进入非弹性变形阶段，建筑物可能出现一定程度的破坏。但经一般修理或不需修理仍可继续使用。因此，要求结构具有相当的延性能力（变形能力）不发生不可修复的脆性破坏。当遭遇第三设防烈度地震即高于本地区抗震设防烈度的罕遇地震时，结构虽然破坏较重，但结构的非弹性变形离结构的倒塌尚有一段距离。不致倒塌或者发生危及生命的严重破坏，从而保障了人员的安全。因此，要求建筑具有足够的变形能力，其弹塑性变形不超过规定的弹塑性变形限值。其弹塑性变形不超过规定的弹塑性变形限值。 三个水准烈度的地

7、震作用水平，按三个不同超越概率（或重现期）来区分的:多遇地震:50 年超越概率 63.2%，重现期 50 年；设防烈度地震（基本地震）:50 年超越概率 10%，重现期 475 年；罕遇地震:50 年超越概率 2%-3%，重现期 1641-2475 年，平均约为 2000 年。 对建筑抗震的三个水准设防要求，是通过“两阶段”设计来实现的，其方法步骤如下:第一阶段:第一步采用与第一水准烈度相应的地震动参数，先计算出结构在弹性状态下的地震作用效应，与风、重力荷载效应组合，并引入承载力抗震调整系数，进行构件截面设计，从而满足第一水准的强度要求；第二步是采用同一地震动参数计算出结构的层间位移角，使其不

8、超过抗震规范所规定的限值；同时采用相应的抗震构造措施，保证结构具有足够的延性、变形能力和塑性耗能，从而自动满足第二水准的变形要求。第二阶段:采用与第三水准相对应的地震动参数，计算出结构（特别是柔弱楼层和抗震薄弱环节）的弹塑性层间位移角，使之小于抗震规范的限值。并采用必要的抗震构造措施，从而满足第三水准的防倒塌要求。 3.3 高层建筑结构的抗震设计方法。 我国的建筑抗震设计规范 （GB50011-2010）对各类建筑结构的抗震计算应采用的方法作了以下规定:高度不超过 40m，以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀的结构，以及近似于单质点体系的结构，可采用底部剪力法等简化方法；除上所述建筑结

9、构，宜采用振型分解反应谱方法；特别不规则的建筑、甲类建筑和限制高度范围的高层建筑，应采用时程分析法进行多遇地震下的补充计算，可取多条时程曲线计算结果的平均值与振型分解反应谱法计算结果的较大值。 3.4 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：对于一些结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。现代城市的发展促使高层建筑的不断增多，抗震结构设计也显得越来越重要。而新型结构体系结构形式复杂，分析难度大，全面细致的考虑结构各个构件和每个组成部分，成为今后新型结构体系设计和考虑的重点。所以同行在以后的设计过程中应该明了结构设计的重点在哪里。 结语 综上所述，对高层建筑在抗震设计时应充分提高其整体的抗震能力，克服设计工作中遇到的问题，提高钢筋混凝土框架结构在抗震设计中的建筑布置、结构的抗震等级，确保人民财产安全。