高層建筑結構抗震技術研究與探討

韓海利

摘 要：建筑結構的抗震問題對人類財產及生命安全至關重要。文章在前期建筑結構抗震設計的基礎上，闡述了目前高層建筑結構抗震性能所存在的主要問題，并提出了幾種常用的增強高層建筑結構抗震能力的設計方法，從而為增強高層建筑抗震效果起到極其重要的作用。

關鍵詞：建筑結構；抗震；設計方法

隨著我國國民經濟的快速發展，建筑技術水平日益提高，不同種類、不同風格的高層建筑物拔地而起。然而，在高層建筑物日益發展的同時，建筑安全問題也顯得越發嚴重，給人民的財產和安全帶來了極大的安全隱患危害，其中近幾年來由地震帶來的危害顯得尤為突出。如果高層建筑結構的抗震性能較低，一旦有強烈等級的地震發生，不僅將造成重大的財產損失，而且還將將會產生無法挽回的人員傷亡。基于此，本文在前期設計的基礎上，介紹了目前高層建筑結構抗震性能所存在的問題，并提出了幾種增強高層建筑結構抗震能力的設計方法。

1 高層建筑結構抗震性能存在的問題

目前，在工民建抗震結構中，等效斜撐模型的應用最為普遍，但是其精度不高，且等效寬度較難確定，在不同受力情況下等效寬度也不相同，從而導致施工過程較為復雜。雖然國內外一些學者采用非線性有限元模型來填充墻框架結構，但由于施工工藝太過于復雜，不能應用到實際工程當中。同時，由于存在填充墻剛度效應，加速了高層建筑結構物振動頻率，從而使其整個高層建筑上的水平地震作用力增大。而在采用非線性元模型模擬地震中框架的過程中，規范只規定了在一個變化范圍內的周期修正系數，但由于范圍太大，從而造成結構的計算精確不夠。此外，在高層建筑結構的抗震設計分析方面，雖然目前我國要求在建設前期需對建設工程進行地震安全性評價，并根據抗震設防的要求進行抗震設防，設防分類如表1所示。然而由于地震時間、地點及強度等級等存在較大的隨機性，導致建筑結構物存在建筑結構的性質、建筑材料以及環境引起變化等多種不確定因素，由于這種復雜性的存在致使設計人員在抗震設計過程中不能夠進行充分的考慮。所以建筑結構的抗震設計不能夠全部的取決于計算結果，應根據實際需求，以前期總結出的高層建筑結構抗震性能所存在的問題為基本出發點，采用整體設計的思想，從而更好的提高高層建筑結構物的抗震性能。

2 增強結構抗震能力的設計方法

在高層建筑物鋼結構以及鋼筋混凝土的設計過程中，采用一些基本的原則不僅能夠改善結構物的受力性能，而且還能夠提高結構物的抗震能力。

2.1 調整結構的抗側剛度。增大彎拉體系的有效寬度是一種最直接也是一種最有效的方式。通過增加有效寬度能夠直接增大其抵抗力臂，以此來減小抗傾覆力。從材料力學中我們可以發現，同樣面積的抗傾覆力與結構寬度密切關系，可以得到不同的幾何特征。

2.2 選擇合理的倒塌機制。高層建筑同其他多層建筑一樣，當建筑結構物出現一定的塑性變形以后，整個結構將喪失承載能力。而結構物產生破壞的最佳機制應該是在結構構件出現塑性鉸之后，此時其承載能力不發生變化，基本保持穩定，能夠出現持續變形但卻不至于發生倒塌現象，從而最大限度地消耗地震時所產生的能量。

2.3 定制多道設防體系。目前，世界各國工程的抗震思想都較為統一，基本上為大震不倒，中震可修，小震不壞。由于地震災害具有隨機性和不確定性，防止高層建筑物發生倒塌，設置多道抗震防線的理念對于實現這一目標極為重要，從而有效的保障了人民和財產安全。在豎向支撐構件的選取上，理論上應優先選擇不負擔或者負擔重力荷載很少的構件，或者選取軸壓較小的實腹筒體、抗震墻之類的構件（如圖1所示）以此來作為防震的第一道防線，不能夠選用軸壓比很大的框架柱，但可以利用其他桿件來增強多抗震體系。

2.4 在結構體系設計時，使不同構件相互作用。例如，可以采用具有有效受力狀態的斜桿和弦桿的衍架體系（如圖2所示）；也可在設計中對鋼筋混凝土抗震墻內部配置交叉鋼筋，以此來增強其抗剪能力，或調整構件的剛度，使框架的剛度比達到最優從而來取得良好的受力效果。

2.5 增大最有效承受荷載構件的面積。例如，在建筑結構設計過程中，通過增大較低樓層框架梁和框架柱的受壓面積或截面高度，就能夠直接增大建筑結構物的抗側剛度，從而有效減小結構側向位移，以此改善結構的抗震性能。

2.6 加大整體性及延性在抗震設計中的作用。當建筑結構在地震過程中不能夠承受荷載和變形，將產生嚴重的破壞甚至倒塌，其最主要原因是其整體性不足及延性較差所造成的。對于不同的高層建筑結構均可以根據其構造上的特點及組成材料的性質來增加延性與提高整體性能。

3 結論與展望

由于建筑物的抗震問題不僅關系到財產安全，而且與人類的生命安全息息相關。因此，在今后對高層建筑物進行結構設計時，必須把建筑物的抗震問題放到非常重要的位置，并通過采取適當的措施，盡量避免地震對建筑物的損壞。目前國內外的技術水平均不能準確的對未來發生地震的時間、地點和大小進行預報，人們對地震作用的破壞機理認識還不夠，在高層建筑物結構設計中加強抗震設防問題很有必要。

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