高層結構抗震設計的方法研究

【摘要】在建筑結構中，杭震設計占據了極為重要的位置，而高層結構又在抗震方面尤為重視.本文就高層結構的杭震設計方法進行了探討，提出了抗震設計中的一些問題和抗震的方法。

【關鍵詞】抗震；結構；方法

高層結構的結構體系是隨著社會生產的發展和科學技術的進步而不斷發展的隨著經濟水平的增反和高層結構的增多，結構抗震分析和設計已經變得越來越重要特別是我國處于地震多發國，高層結構抗震設防是工程設計面臨的迫切任務，高層結構的抗震仍然是結構物安全考慮的重要問題。

1. 高層結構抗震設計基本原則

1.1場地設計。地震對結構物的破壞程度，首先取決于地震釋放能量的大不，同時還和震源深淺程度、結構物與震中距離以及結構物所處場地土性質有關。因此，在大范圍上說，對不同抗震烈度地區要采取不同的結構選型和高度控制，在越高級抗震的地區建設高層結構應該更為注意。

1.2材料和結構體系的選擇。 我國高層結構中常采用的結構體系有：框架、框架一剪力墻、剪力墻和筒體等幾種體系，這也是其他國家高層結構采用的主要體系。但國外，特別地震區，是以剛結構為主，而在我國鋼筋混凝土結構和混合結構卻占了90%。高層結構的抗側力體系是高層結構是否合理、經濟的關鍵，隨著結構高度及功能的發展需要而不斷發展變化。

1.3選擇有利的結構體型。平面布置。在滿足結構功能的前提下，結構平面布置應該簡單、規則、對齊、對稱，力求使平面剛度中心和質量中心重合，盡量減少偏心，以減小地震作用下的扭轉。

2. 高層結構抗震設計中的問題

2.1有些結構物高度超過極限。按我國現行高層結構混凝土結構技術規程規定，在一定設防烈度和一定結構型式下，鋼筋混凝土高層結構都有一個適宜的高度。在這個高度，抗震能力還是比較穩妥的，但是目前不少高層結構超過了高度限制。在震力作用下，超高限建筑物的變形破壞性態會發生很大的變化，建筑物的抗震能力會下降，很多影響因索也發生變化，結構設計和工程預算的相應參數需要重新選取。

2.2地基的選取不合理。由于城市人口的增多和相對空間的縮不，不少建筑商忽略了這問題，哪里商業空間大就在哪里建高層結構應選擇位于開闊平坦地帶的堅硬土場地或密實均勻中硬土場地，遠離河岸，不應垮在兩類土壤上，避開不利地形、避免在斷層、山崖、滑坡、地裂等抗震危險地段建造房屋。高層結構的地基選取不恰當可能導致抗震能力差，材料的選用不科學，結構體系不合理在地震多發生，采用何種建筑材料或結構體系較為合理應該得到人們的重視。由于我國建筑結構主要以鋼筋混凝土核心筒為主，變形控制要以鋼筋混凝土結構的位移限值為基準。但因其彎曲變形的側移較大，靠剛度很不的鋼框架協同工作減小側移，不僅增大了鋼結構的負擔，而且效果不大，有時不得不加大混凝土筒的剛度或設置伸臂結構，形成加強層才能滿足規范側移限值 較低的抗震設防烈度現在許多專家提出，現行的建筑結構設計安全度已不能適應國情的需要，建筑結構設計的安全度水平應該大幅度提高我國現行抗震設防標準是比較低的，中震相當于在規定的設計基準期內超越概率為10%的地震烈度，較低的抗震設防烈度放松了高層結構的抗震要求。

3. 高層結構抗震設計的方法

3.1高層結構減輕結構自重一方面從地基承載力來看，如果是同樣的地基條件，減輕結構自重意味著在不增加基礎或地基處理造價的情況下，可以多建層數，特別是對于軟土更為明顯。另一方面地震效應與建筑質量成正比，結構質量的增加必然引起地震力的增大。高層結構由于其高度較大，重心較高，地震作用傾覆力矩也隨質量的增加而增大設計時要求高層結構物的填充墻及隔墻應采用輕質材料。

3.2當按剪跨比判定柱子不是短柱時，按一般框架柱的抗震要求采取構造措施即可；確定為短柱后，就應當盡量提高短柱的承載力，減小短柱的截而尺寸，采取各種有效措施提高短柱的延性，改善短柱的抗震性能。

延性要求這要求我們應根據建設工程的各方面條件，選用符合抗震要求又經濟實用的結構類別。

3.4高層結構應設置多道抗震防線。建筑物應設置多道抗震防線，當第一道防線的構件在強烈地震作用下遭到破壞后，后備的第二道乃至第三道防線能抵擋后續的地震動的沖擊，使建筑物免于倒塌。減少地震能量輸入。積極采用基于位移的結構抗震設計，要求進行定量分析，使結構的變形能力滿足在預期的地震作用下的變形要求。除了驗算構件的承載力外，要控制結構在大震作用下的層間位移角限值或位移延性比； 根據構件變形與結構位移關系，確定構件的變形值；并根據截面達到的應變大不及應變分布，確定構件的構造要求。對于高層結構，選擇堅硬的場地土建造高層結構，可以明顯減少地震能量輸入減輕破壞程度。錯開地震動活越周期，可防止共振破壞。

3.5調整內力以加強薄弱部位，在高層結構中，有一些薄弱部位，如果能有意識地使它提早屈服或提高其承載力，可以推遲它的屈服，減小它的破壞。如加強轉換層；注意防震縫的設計，必須留有足夠的寬度；高層部分和低層部分之間的連接構造；框架柱的箍筋量和錨固長度等。這里大多數是屬于結構構件的設計，需由專業人員進行設計計算和施工。 建筑安全是建筑設計中一個不可分割的部分，可以說是極為重要的組成部分，而抗震設計又是重中之重。但高層結構抗震設計又是一個復雜的過程，要從主體上了解結構抗震特點，從宏觀上確定結構設計的基本問題，用正確的概念來引導設計。

4. 結語

可以看出現行抗震設計方法不能完全反應強震特征及在強震下的結構性能，按現行抗震設計方法所設計的復雜高層結構的結構安全性還有一定的不確定性因素。當今我國已經建成的大量復雜高層結構，雖然有一定的試驗和理論研究作為依據，但經過強震作用檢驗的結構為數較少，這些復雜高層結構在大震下的真實性能還有待地震檢驗。并且新型結構原理的進步，高性能材料的共同發展，計算機技術水平的不斷提高，促使人類建筑精品再上一個新的臺階。新型結構體系結構形式復雜，受力分析難度大，全面細致的考慮結構各個構件和每個組成部分，成為今后新型結構體系設計和考慮的重點。新型結構體系的發展和廣泛應用滿足了現代社會對建筑物的使用功能和外觀的要求，抗震的要求使得結構的發展日益趨于成熟，人類建筑結構抗震設計的研究成果將越來越多地被應用于實踐。

參考文獻

［1］《建筑抗震設計規范》北京：中國建筑工業出版社.

［2］《高層建筑鋼筋混凝土結構概念設計》 方鄂華 機械工業出版社.

［3］《高層建筑設計技術》中國建筑工業出版社.