高層建筑結構抗震技術的分析與研究

劉孟軍

【摘要】本文通過對現階段采用的建筑抗震結構及抗震方法的分析，來尋求未來抗震結構的發展趨勢和前景。

【關鍵詞】高層；建筑結構體系；延性措施；抗震分析

前言

自從進入21世紀，世界發生了很大的變化，生產力的發展水平越來越高，城市化進程也越來越快，原先的多層建筑漸漸的被高層建筑取代，建筑物具備的結構也越來越多樣，建筑物的布置方式和縱向排列方式也越來越多樣，這就對抗震帶來了更高的要求，尤其是建筑結構的抗震分析和抗震設計的編排。前幾年的汶川地震給人們的生活，生產帶來了很大的影響，國家的財產也遭受了很大的損失，這使得公眾更加注重建筑的抗震級別及抗震結構設計。

1高層建筑的結構體系

1.1框架結構體系

框架結構體系是目前我國建筑物使用較多結構體系之一，這種結構主要是以梁柱為主要受力部位，然后通過節點將梁柱進行連接到一起，這保證建筑物可以將荷載均勻的分配到相應的梁柱之上，保證了縱向和橫向的受力均勻。框架結構具備很多的優點：框架結構使得建筑空間較大，因而方便對空間進行布局設置，能夠適用用戶的多種結構需求。但是，僅使用框架結構時，其側向的剛度比較小，僅僅依靠節點將梁柱連接起來能夠承受的側向風力是有限的，當側向來風較大或者發生較大地震作用時，建筑物容易發生較大范圍的側向偏轉，因此這種結構模式只適用于12層以內的小高層建筑物，當層數再高時，其抗震性能會大大的減弱。

1.2剪力墻結構體系

剪力墻結構聽其名便知其受力的主體是墻，剪力墻結構是以墻重心，結構來自橫向以及縱向的作用力，并且建筑物墻面較多，以至于具備的房間很多，而且都不是很大。剪力墻采用現澆鋼筋結構時，其整體性較好，整體能夠承受較大的力的作用，對側向來風以及地震具有很好的抵抗作用，其高度要求也較高，自然災害對30層以內的剪力墻結構基本不會產生影響。剪力墻結構的缺點也比較明顯：其采用墻為受力主體，因此兩墻之間的距離不能太遠，基本無法實現對建筑平面的設計，編排，其自身具備的重力較大，對地面產生的影響較大，而且使用方面受到很大的限制，僅僅可以適用于一般的商品房住宅，賓館等空間較小建筑。

1.3框架——剪力墻結構體系

這是一種組合型結構，不僅具備了框架結構的優點，而且也具備了剪力墻結構的優點，同時將框架結構以及剪力墻結構的缺點摒棄了，對樓層建設的高度也減少了限制，這種組合是結構目前被廣泛的應用在各種建筑物之中。

1.4筒體結構體系

筒體結構的受力主要是四周受力，即空間受力的方式，這種結構與框架結構有點相同，其空間布局較大，比較方便編排，同時其也向剪力墻一樣，整體性較好，對側向力的抵抗能力較高。

2對抗震有利的結構布置形式

2.1有利于抗震的結構平面

對抗震具有一定抵抗力的設計基本是以設計簡單，形狀規則，形狀對稱為主。結構具備的剛度中心線的位置要和重力中心線的位置盡可能的重合，以此來減少建筑物的扭轉，一般情況下偏心距距離垂直方向的角度要控制在5%的范圍之內，一般形狀不均勻，關于軸線不對稱以及結構復雜的結構，這要關于抗震的數據比較難以計算，因此抗震的效果也會較差，這樣的建筑物想要具有高強度的抗震性能是很難得。

2.2有利于抗震的結構豎向布置

結構進行豎向編排的時候，要保證其剛度性能能夠均勻連續的進行配置，盡量避免結構的節點部位出現剛度突變以及結構設置與上下不同。根據以往的一些經驗可以得知，高層建筑在進行高層抗震性能的設置的時候，豎向的結構要采用相同材質，相同構造，這樣可以盡量的保證各處的受力能夠均勻，不受到不均勻力的影響。

3延性結構體系設計的基本原則

3.1強柱弱梁設計原則

柱是建筑結構中受力的主要部位，因此在進行設計的時候，一定要加強柱的受力程度，梁一般都是輔助性受力結構，因此可以進行“強柱弱梁”設計，此設計原則要求合理防止塑性鉸的位置。當發生地震時。地震波會對建筑物產生作用，塑性鉸就有可能出現在柱上或者梁上，但絕不能將塑性鉸出現在梁的中部位置，這容易導致梁結構出現損壞。要使梁和柱的端部出現可延性的塑性鉸，這樣才能保證結構能夠承受地震的作用，保持結構的完整。“強柱弱梁”的設計要求塑性鉸應盡量出現在梁的端部位置，盡量避免塑性鉸出現在柱上，或者延遲出現在柱上的時間，這樣才能保護結構的完整性。

3.2強剪弱彎設計原則

“強剪弱彎”是要求要盡量控制構件的破壞時的形態，在對梁和柱進行設計的時候，盡量保證其具有較強的受剪力，而且要確保受剪力要強于受彎力，這樣可以保證構件受到彎性破壞時具有較好的延性作用，避免其在延性較差時受到剪力時直接被破壞。鋼筋混凝土結構的抗剪能力由四個方面組成：第一點是：混凝土自身的抗剪能力；第二點裂縫界面的骨料咬合力；第三點縱筋銷栓力；第四點箍筋的拉力。混凝土的梁端抗剪能力在形成塑性鉸后有所下降，第一點梁端的正剪力是比負剪力要大的，這樣就會造成剪力破壞，梁下端的混凝土層就會因剪力作用而發生損壞甚至是脫落，這對梁會造成很大的損傷；第二點是在地震的破壞之下，梁端的塑性鉸就會進行轉動，那些非抗震的結構部位的剪力破壞會出現的很早，因此在抗震條件下混凝土的交叉裂縫寬度會比非抗震情況偏大，從而使斜裂縫界面中的骨料咬合效應退化，而且其斜裂縫又會不斷地閉合和展開，這對混凝土的破壞是很嚴重的，使混凝土自身的抗剪力嚴重退化。

4高層建筑結構抗震分析方法

在遇到較強地震的時候，建筑物抗震結構會發生塑性變化，整體建筑會進入到彈塑性的狀態，建筑結構的剛度會出現變化，原先的塑性作用會重新變化。對結構的彈塑性分析包括兩個方面：一個是彈塑性動力分析，另一個是彈塑性靜力分析。

4.1彈塑性動力分析方法

此種分析方法是指以建筑物為彈塑性的整體，直接將塑性傳遞到地面，根據結構的彈塑性的性能依據結構彈塑性恢復力特性建立動力方程，對運動方程直接積分，從而可以獲得建筑物各個位置隨地震變化的趨勢曲線，在強震的作用之下，結構主體發生變化，構件逐漸被破壞，直到整個建筑物被破壞。但是此種方法是建立在精確的計算之下的，畢竟地震發生具有隨機和不可預測性，所以此理論不能直接應用到現實中。

4.2彈塑性靜力分析方法

實施的步驟：（1）建立結構模型，測算橫向受力以及縱向受力的組合值；（2）在結構模型的每一層樓增加橫向的作用力，當出現塑性鉸的時候持續增加橫向作用力，直到結構構件出現屈服為止；（3）對屈服構件修復成新的結構，重新做屈服實驗，并進行分析；（4）將每一個不同的結構自振周期及其對應的水平力總量與結構自重的比值繪成曲線，以此來評估結構的抗震。此分析方法，能夠大致的反應各個構件受地震力作用的程度，具有實用價值。

5結語

未來的建筑物將會變得原來越復雜，結構越來越多樣，目前我國的抗震理論知識還沒有完備，尚需要進行完善，而且抗震技術目前常用的只有四種技術，雖能很好地解決暫時的地震危害，但不能保證今后同樣具有很好的作用。伴隨著科技的進一步發展，技術人員肯定會研究出更為方便合理的抗震的技術來應對目前高層存在的一些抗震問題，同時也會增加更多的設備進行監測和預測地震，相信未來高層建筑的抗震研究會具有很好的發展前景。

參考文獻：

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