芻議高層建筑抗震結構設計

摘 要：隨著經濟的快速發展，城市化進程不斷的加快，為了有效的緩解城市用地緊張的局面，高層建筑開始大規模的興建。高層建筑具有其層數較高，垂直高度大，結構較為復雜，所以對其抗震性能有更嚴格的要求。本文分析了建筑結構抗震等級的規定和標準，并對影響建筑物抗震效果的因素及高層建筑設計抗震的方法進行了分析，同時對未來高層建筑結構抗震設計的前景進行了展望。

關鍵詞：高層建筑；抗震；設計

前言

近年來，由于人類對于自然環境的不斷破壞，各類自然災害發生的較為頻繁。地震作為自然災害中破壞性非常嚴重的一種，其突發性和破壞性對人類的生存安全及社會的穩定造成了較大的破壞。通過對近幾年地震中的傷亡原因進行統計表明，由于地震所引發的次生災害--房屋倒塌，成為地震中對人類的安全及經濟損失影響最大的因素。所以對于當前的建筑物在設計時，特別是高層建筑在設計時，其結構抗震設計是十分關鍵的，對于減輕地震災害具有十分重要的意義。

1 建筑結構抗震等級的規定和標準

長期以來，國家針對歷史、地理及地質方面的資料分析，并進行勘查和驗證后，將地震分為六個等級，分別為小地震（3級以下）、有感地震（3～4.5級）、中強地震（4.5\"—6級）、強烈地震（6～7級）、大地震（7～8級）、巨大地震（8級以上的）。這是當前我國對地震分組的情況。根據地震等級的不同，對建筑物的抗震設防標準也有所不同，目前在我國根據地震的烈度，將建筑物的抗震等級通常都會以8度為標準，在這個等級標準內的建筑物可以抵抗6級的地震。同時還可根據建筑物的分類和設防標準的不同，根據建筑物的具體高度和結構不同來采用不同的抗震等級，以鋼筋混凝土結構為例，以一般、較為嚴重、嚴重和很嚴重四個級別為準。

而高層建筑屬于鋼筋混凝土結構，所以在進行抗震設計時需要根據其高度、結構及設防的烈度來進行抗震等級的確定，同時還要保證計算和相應的措施都要符合相關的標準和要求。

2 影響建筑物抗震效果的因素

2.1 建筑結構建造過程中所使用的材料和施工過程

在實際抗震設計時，抗震效果與建筑結構的材料具有十分密切的關系。但在許多時候工作人員往往意識不到這一點。建筑材料的質量的好壞與建筑物所受到的地震作用力有直接的關系，質量好的材料所受到的地震作用力就小，則質量差的則所受到的力就大。因此一些輕型材料的應用，對于提高建筑物的抗震性能具有非常好的效果，不僅施工材料對于抗震性能有所影響，施工過程中的每一個具體環節都會對抗震效果有所影響，所以在高層建筑施工中，要控制好施工的質量，做好相應的監管工作，從而保證高層建筑的施工質量，使建筑的抗震效果有所保證。

2.2 建筑物自身的結構設計

結構設計的好壞直接關乎建筑物的質量，同時也是對抗震效果具有關鍵性的影響因素，所以在實際建筑物結構設計中，保證抗震效果是非常必要的。目前在建筑物抗震結構設計時通常以在震不壞、大震不倒為目標，因此在建筑設計時，無論是點式還是板式建筑，其合理的結構設計都是十分重要的，這對提高建筑物的抗震效果將起到積極的作用。另外建筑物在平面結構布置時，其盡量做到質心和剛心的重合，因為在建筑物平面布置時一般都較為復雜，一旦發生地震如果質心和剛心不一致時則會導致地震的作用力加劇，從而形成較大的破壞性，所以為了有效的提高地城的抗震能力，則需要做到質心與剛心的重合。

2.3 建筑物所處地質環境情況

建筑物所處位置的地質情況對建筑抵抗各種自然災害發生時的破壞性具有非常重要的意義。通常在地震發生時，如果建筑物位于巖石地帶、山體附近、容易產生滑坡的地質情況下時，則一旦發生地震所造成的破壞是十分巨大的。所以為了有效的增強建筑的抗震性能，可以在進行建筑位置選擇時即做好詳細的勘測工作，盡量避開容易在地震中由于導致地表發生變化的不利地段，選擇有利的地點進行建筑物建造。

3 高層建筑抗震設計的方法

3.1 減少地震發生時能量的輸入

在具體的設計中，積極采用基于位移的結構抗震方法，對具體的方案進行定量分析，使結構的變形彈性滿足預期地震作用力下的變形需求。對建筑構件的承載力進行驗收的同時，還要控制建筑結構在地震作用下的層間位移限值；并且更具建筑構件的變形和建筑結構的位移之間的關系，確定構件的變形值；根據建筑界面的應變分布以及大小，來確定建筑構件的構造需求。對于高層建筑來講，在堅固的場地上進行建筑施工，可以有效減少地震發生作用時能量的輸入，從而減弱地震對高層建筑的破壞程度。

3.2 運用高延性設計、推廣消震和隔震措施的運用

現在在我國，許多高層建筑進行抗震設計時，多采用延性結構，也就是適當的空著建筑結構的剛度，允許地震時結構的構件進入到具有很大延性的塑性狀態，從而消耗地震作用時的能量，使地震反應減小，減弱地震給高層建筑帶來的破壞和重大損失。如果某高層建筑的承載能力較小，但是具有較高的延性，那么在地震中它也不容易倒塌，因為延性構件可以吸收較多的能量，經受住很大的結構變形。延性結構的運用，在很多情況下是有效的，它可以消耗地震能量，減輕地震反應，使結構物裂而不倒一。

3.3 注重抗震結構的設計

高層建筑抗震設計的結構應該得到人們的重視。我國150m以上的建筑，采用的3種主要結構體系（框.筒、筒中筒和框架.支撐體系），都是其他國家高層建筑采用的主要體系。我國鋼材生產數量已較大，鋼結構的加工制造能力已有了很大提高，因此在有條件的地方，建議盡可能采用鋼骨混凝土結構、鋼管混凝土（柱）結構或鋼結構，以減小柱斷面尺寸，并改善結構的抗震性能。

4 高層建筑結構抗震設計前景展望

4.1 高層建筑的抗震結構體系將從以硬性為主向柔性為主的結構抗震轉變，通過“以柔克剛”方式，調整建筑結構構件的隔震、減震和消震來實現抗震目的。

4.2 建筑材料對結構抗震的影響越來越得到重視。建筑材料的各個抗震指標的提升可以提高高層建筑的抗震能力，研制新的建筑材料可推動高層建筑結構抗震技術的發展。通過優化的抗震方法設計，來實現高層建筑的抗震要求。

4.3 計算機模擬抗震試驗得到廣泛應用。將制作好的模型或結構構件放在模擬地震振動臺上，臺面輸入某一確定性的地震記錄，能夠較好地反映該次確定性地震作用的效果。

5 結束語

隨著高層建筑的不斷興起，其抗震結構設計成為人們關注的焦點，目前技術的進步，使高層建筑結構的抗震設計技術和方法越來越先進，越來越完善。但社會需求的不斷提升，也需要設計人員不斷強化自身的專業技能，同時還要做好對建筑環境及地質的分析和研究工作，從而根據實際情況來選擇適合的抗震結構，從而增強高層建筑結構的抗震能力，避免在地震發生時造成嚴重的傷亡和損失。

參考文獻

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