1、浅谈高层建筑结构抗震设计【摘 要】在建筑结构中，抗震设计占据了极为重要的位置，而高层建筑结构又在抗震方面尤为重视。高层结构的结构体系是随着社会生产的发展和科学技术的进步而不断发展的，随着经济水平的增长和高层结构的增多，结构抗震分析和设计已经变得越来越重要。特别是我国处于地震多发国，高层结构抗震设防是工程设计面临的迫切任务，高层结构的抗震仍然是结构物安全考虑的重要问题。因此做好高层建筑结构的抗震设计，对提升高层建筑抵御地震的能力有着重要的意义。 【关键词】高层；建筑结构；抗震设计 随着我国经济的快速发展，城市规模不断扩大，高层建筑越来越多，同时高层建筑对建筑结构抗震设计的要求也越来越高。高层建筑
2、结构的抗震设计方法和技术是不断变化和进步的，我们需要在具体的实践中对高层建筑所处的地质和环境进行详细的分析和研究，选用适合的抗震结构，注重建筑结构材料的选择，减小地震的作用力，增强地震的抵抗力，从而达到高层建筑抗震的目的。 1 建筑结构抗震设计的概念 一般来说，所谓的建筑结构的抗震设计就是指通过地震时对建筑结构的破坏，结合建筑结构工程长期实践所积累的经验，总结形成的一种基本的设计方法与设计思想，也是进行建筑与结构整体布置并且确定细部构造措施的一个过程。地震动理论上来说就是一种随机的振动，它具有人们难以把握的随机性、复杂性与不确定性，要想很精确地预测某建筑物可能遭遇的地震的特性与参数，就目前来说
3、我们还很难有更好的方法。在建筑结构的抗震设计分析这个方面，由于我们不能够很充分地考虑建筑结构的空间作用、建筑结构的性质、建筑的材料以及外界引起变化等等很多种不同的因素，因此有着一种不确定性的存在。所以建筑结构的抗震设计不能够全部的取决于计算结果，更应该以建筑结构工程抗震设计的基础理论以及经过长时间建筑工程抗震经验所能够总结出来的建筑工程抗震设计方法为基本出发点，进而更好的提高建筑结构的抗震性能。 2 抗震设计目标 随着科学的发展和时代的进步，高层建筑如雨后春笋般出现。国家为了规范建筑的抗震设计，出台了一系列的标准，其中的抗震设防烈度就是一个十分重要的标准，对于规范我国的建筑抗震设计具有十分重要
4、的意义。在实际的抗震设计当中主要包括以下几个方面的工作：第一，根据建筑所在地区的小震效应对建筑的各个构建的承载能力进行科学的计算，从而了解高层建筑在小震情况下的结构弹性形变的情况。第二，计算大震情况下的建筑弹性形变，从而确保设计能够达到第三水准的抗震要求。抗震设计目标是整个高层建筑抗震设计的大方向，所有的抗震设计工作都围绕着抗震设计目标而进行，因此对于建筑的抗震设计具有重大的意义。 3 高层建筑抗震设计分析方法 3.1 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
5、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。 3.2 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
6、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。 3.3 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
7、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。 3.4 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
8、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。 3.5 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
9、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。 3.6 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
10、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。 3.7 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
11、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。 3.8 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
12、墙应采用轻质材料。 3.9 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。 4 高层建筑结构的抗震措施 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
13、重设计指标和方法，直至进一步通过一些结构措施来减震，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。 5 高层建筑结构抗震设计的展望 建筑材料对结构抗震的影响越来越得到重视。建筑材料的各个抗震指标的提升可以提高高层建筑的抗震能力，研制新的建筑材料可推动高层建筑结构抗震技术的发展。通过优化的抗震方法设计，来实现高层建筑的抗震要求。按照结构综合抗震能力的要求采取抗震措施时，对同一建筑结构不同的楼层和不同部位的构件，构造措施的基本要求不同。当同一建筑结构不同部位的性能要求有明显差
14、异时，也可有响应不同的基本要求。设计人员在掌握整个结构抗震措施的基本原则要求和构造基本抗震措施的基础上，发挥主观能动性，通过优化方法设计出满足抗震设防标准的建筑结构。结构减震体系采用的是以“柔”克“刚”的新概念，它通过调整结构动力特性、隔震、减能或控制来达到抗震的目的。计算机模拟抗震试验得到广泛应用。将制作好的模型或结构构件放在模拟地震振动台上，台面输入某一确定性的地震记录，能够较好地反映该次确定性地震作用的效果。计算机模拟环境可以拟真抗震效果，帮助科学改进各因素，有效抗震。 6 结论 随着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。我们需要在具体的实践中对高层建筑所处的地质和环境进行详细的分析和研究，选用适合的抗震结构，注重建筑结构材料的选择，减小地震的作用力，增强地震的抵抗力从而达到高层建筑抗震的目的。 参考文献： 1张文银，高莉.建筑结构抗震设计J.山西建筑.2008. 2陈维东.高层建筑结构抗震设计存在的问题及其对策J.中国高新技术企业，2009. 3王海翠.我国高层建筑抗震结构设计初探J.科技传播，2011.
