關于高層結構抗震設計的探討

何鵬芳 黃嘉俊

[摘要]目前我國經濟正處在高速發展的時期，建筑結構抗震理論的研究也在與時俱進。本文具體分析和探討了高層建筑抗震設計的相關內容。

[關鍵詞]高層建筑；抗震設計

1、引言

我國建筑結構抗震相關理論的經歷了研究、發展階段。在這一過程中，結構抗震的思路變化是十分曲折的。前期，高層建筑的抗震結構設計僅僅是經驗性的對結構進行抗震設計。中期，研究人員加大了對結構非線性性能的研究，結構是依據其非彈性形變的能力來抵抗地震的作用。后期，依據中期研究人員的先關統計進行了完善，使結構抗震更加完善。

2、當前我國高層建筑在抗震設計方面存在的問題

（1）建筑高度方面的問題

伴隨著社會的科學技術平以及經濟發展水平的日益提高，科研水平在建筑結構方面也逐漸提高，在我國，就目前的高層建筑結構而言，按照相關結構的技術規定，高層建筑結構在一定的模式下，一定會有合適的高度，但是，在實際的建筑施工過程中，對于這個合適的高度，較多的高層建筑都超出它的范圍，隨著建筑物高度的不斷增加，會導致許多因素均都超出規范的相關范圍。

（2）建筑結構的體系問題

對于發生地震的次數較多的地區，選擇建筑結構的體系是一個極其重要的問題。在我國，高層建筑結構的體系主要由以下幾個方面：

1）框架結構

所謂的框架結構主要指的就是，在節點處，通過柱、梁等構件的連接，進而形成的一種承載的結構。在建筑平面的布局方面，這種承載結構具有較大的靈活性，但隨著建筑結構的樓層日益增高，在水平荷載的作用下，框架結構底部的柱、梁等構件在彎矩以及剪力等方面均都大幅的增加，使其截面越來越大，配筋量也越來越多，這就會給建筑施工以及建筑平面的布局帶來相對較大的影響，因此建筑結構的層數限制框架結構。

2）剪力墻結構

一般在高層建筑中通常都會采用剪力墻的承重結構，所謂的剪力墻承重就是指框架結構中的柱、梁等承重的構件由鋼筋混凝土墻板所替代，剪力墻結構所承載所有的豎向的荷載以及水平的荷載，就在此時，在豎向荷載以及水平荷載的作用下，水平位移由所產生的剪切以及其所發生的彎曲變形所構成，就剪力墻結構而言，其水平位移以及空間變形較小，所以其抗震性能較好，但由于混凝土的需要的量相對較多，進而導致其自重較大，而且不能隨隨便便的把房間的格局改變。

3）框剪結構

框剪結構將剪力墻和框架結構的優點合并在一起，使其獲得較為靈活的使用和布置的空間，與此同時，框剪結構具有有較高的抗震性能以及較大的剛度，因此其在建筑領域的應用相當廣泛。

（3）軸壓比問題

現在實際的高層建筑之中，在鋼筋在還沒有達到所要求的屈服極限的時候，，需要控制軸壓比，進而讓柱在大偏壓的情況之下，這樣做的目的就是為了避免混凝土遭到破壞。高層建筑結構的延展性伴隨著柱的塑性的變形能力的增大而越好，假如突然發生不可預見的地震，建筑結構具有較強的耗散和吸收的地震能力，那么高層建筑結構就不易遭到地震的破壞。在軸壓比問題方面梁和柱成正比關系，如果梁的延性比較好就會降低柱達到屈服極限的可能性，還能放松對軸壓比的限制。而軸壓比的限制也可以相應的放松。

3、高層建筑結構的抗震設計

（1）抗震設計的原則

高層的建筑結構通常應該按照以下的原則對抗震設計進行計算：

1）對于高層建筑結構的兩個主軸的方向而言，最后對水平方向下的地震作用分別對抗震驗算進行計算，各個方向下的抗側力構件主要承擔來自水平方向下的地震作用。

2）在高層建筑的結構中，如果抗側力構件的斜交角度大于15℃的話，最好分別考慮各個抗側力構件方向的水平地震作用。

3）若是高層建筑結構的剛度不對稱和質量不均勻，那么在水平地震作用的影響下，必須對雙向的水平方向下的地震作用以及扭轉作用進行考慮。

（2）根據抗震設計的計算方法，就高層建筑而言，主要由以下的抗震設計的方法：

1）底部剪力法。當建筑物的剛度、質量分布不均勻，以及其的高度小于四十米，變形主要以剪切為主要的時候，進行抗震設計時需要采用底部剪力法進行計算。這種方法主要是是把地震作用看作成等效靜載荷，進而計算出建筑結構的最強的地震反應。

2）振型分解反應譜法。利用的地震反應主要是反應譜理論和振型分解計算結構的最強的地震反應。

3）時程分析法。所謂時程分析法就是指運動平衡微分方程，進行數值積分，最終得到在整個地震時程區域內的地震反應。

（3）抗震設計時重力載荷的考慮

結構的重力載荷包括兩種，可變載荷和自重這兩種，根據我國荷載規范的相關規定，在發生地震情況下的可變載荷會比原標準值小。

4、高層建筑的結構布置：

（1）高層的建筑的結構布置首先要滿足該建筑的功能方面的要求，進而做到便于施工的同時又減少成本。建筑物的使用結構要求都需要滿足相關的規定。

（2）建筑中的主要矛盾是控制高層建筑的位移，要想提高建筑結構的總體性的剛度，降低位移，應從結構立面的變化和平面結構的體型等方面著手考慮。在對結構進行布置的時候，為確保結構之間的共同作用，需要對結構的剛度和整體性以及構件之間的連接給予加強；側向位移的減少還可以通過改善結構的強度和寬度來完成。對于建筑物來說，要在一定程度上對它的高寬比進行限制，高度太矮而寬度太寬的建筑物不宜采用，相反，應該建筑一些剛度較大的形狀的建筑物，比如高寬比較大的長方形建筑或者也可是是圓形的建筑等，保證建筑物的穩定性，還能使建筑物具有實用性和美觀性。

（3）在地震區域內，地震作用會對建筑結構的整體布局造成嚴重的影響，為了減少這種影響，應力扭轉應力集中現象，建筑結構的平面形狀規則就能有效地避免結構立面體型的來回變動，每層之間的剛度還有屈服強度都要均勻的分布在結構上，豎向構件在抗側力方面，不管是它的哪一個方面的改變都不能在同一樓的同一層里進行，人們通常認為增加構件的強度對于建筑結構來說總是有理無害，現在應該糾正這種觀點，在施工和設計中，混凝土的強度等級、配筋量以及鋼筋等級都不能被盲目的更改。結構剛度要具有對稱性，結構的平面形狀具有規則性，為了保證結構的立面體型，能夠有效地的來回變動。一般情況下會出現震動不同步或者是結構的兩端距離比較遠，為了防止這種情況發生，設置相對較小的長寬比，使荷載的合力作用線符合結構的剛度，有效避免扭轉。在布置電梯間的時候要注意不能設置在端部角區，或者是平面凹角的部位，在一定程度上嚴重影響結構的對稱性。

5、結束語

綜上所述，隨著我國科技的不斷進步，高層建筑的抗震設計逐漸的在向合理化、科學化的方向進行轉變。因此，高層建筑的設計者必須在工程施工之前，嚴格的依據國家相應的規章制度，在保證質量關的前提下，努力提高高層建筑的抗震性能。

參考文獻

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[2]田志瑩.曾茂.解析混凝土結構高層建筑的抗震性能[j].中國東盟博覽，2013