高層住宅建筑結構抗震結構優化設計探索

盛承財（廣東鴻宇建筑與工程設計顧問有限公司，廣東　東莞　523000）

高層住宅建筑結構抗震結構優化設計探索

盛承財
（廣東鴻宇建筑與工程設計顧問有限公司，廣東東莞523000）

摘要：我國位于太平洋地震帶和喜馬拉雅山地震帶的交匯處，是地震較多的國家，隨著近幾年來多處地震的發生，給人們帶來了較大的生命威脅和財產損失，也使更多的人意識到房屋抗震的重要性和必要性。因此，為了減少災難帶來的損失，維護人們的生命安全，就必須優化高層住宅結構的抗震結構。本文從優化抗震結構的原則出發，提出了影響抗震能力的因素，并提出了相應的解決措施，希望能對高層住宅結構的抗震優化設計提供幫助。

關鍵詞：高層住宅；抗震結構；優化設計

隨著社會經濟的快速發展，人們的生活水平不斷提高，越來越多的人開始追求更高品質的生活條件，由此，建筑行業高層住宅的建筑結構發生了變化，由原來的多層混磚結構變為現在的鋼筋混凝土結構。城市化進程的不斷加快，城市的規模不斷擴大，土地資源日漸緊張，住宅建筑逐漸以高層為主，高層建筑聚集了更多的人民群眾，一旦發生地震災害，由于人員的密集和住宅的高度等因素，會在很大程度上加大地震災害，因此，為減少災害損失，就必須做好建筑抗震結構優化設計，提高高層住宅建筑的抗震能力。

1　高層住宅建筑結構抗震設計的重要性

（1）地理位置原因。我國處于太平洋地震帶和喜馬拉雅山地震帶的交界處，受到太平洋板塊和印度板塊的相互擠壓，致使我國的地震頻發，遭受了較大的地震災害，我國的地震活動頻率高、強度大、震源淺、分布廣，據資料顯示，20世紀里，全球共發生三次7.6級以上的地震，中國占兩次，并在1920年的寧夏海原地震和1976年的河北唐山地震中分別造成23萬和24萬多人死亡。20世紀以來，地震也是所有自然災害中最頻繁、傷害性最大的災害，因此，地震災害的嚴重性是我國的基本國情之一，為減少地震災害，就必須進行抗震優化設計。

（2）測量科技水平的限制。由于現今科技水平方面的局限性，抗震計算的依據還很難確認，當地震災害發生時，震波由震源傳到地面的過程中，要通過巖石或不同土層的折射或者濾波，整個傳播過程是復雜多變的非線性傳播，所以，地震的強度和傳播加速度很難確認。另外，由地震引起的地面運動有六個自由度，而依靠當今科技能記錄到的只有三個簡單的運動記錄，其他的扭轉分量還未被掌握。

2　高層住宅建筑結構抗震設計的原則

為保證高層住宅建筑在經受地震等自然災害時損失最小、安全性最高，就需要在進行住宅結構抗震設計時結合實際的工程情況和施工地點，保證高層住宅建筑具有較好的抗震能力。抗震設計時要采取剛柔并濟的原則，選擇適合的抗震結構，制定合理的抗震設計措施，保證在遭遇較小的地震時，不影響建筑結構，在遭遇較大地震時也要保證建筑物的變形變化不能太大，且經修復后不影響正常使用。住宅建筑較高時，可以在保證整體結構安全的同時，允許加入彈塑性狀態。另外，六級以上地震一般都伴有多次余震，若建筑構件的剛度小，則會導致初次地震時建筑損壞，無法抵御余震的沖擊，因此，住宅建筑應既滿足變形要求，也要減小地震作用，避免建筑的局部受損。

3　高層住宅建筑結構中抗震設計存在的問題

（1）抗震規范問題。在進行抗震建筑結構設計時，應根據當地的實際情況，對使用抗震材料的延性進行等級劃分，利用不同的地震強度來確定所需要的延性，用較小地震的最高強度來確定所需延性的最低要求，同時，在較低烈度的區域使用較低延性的材料，在較高烈度的區域使用較高延性的材料。但是，在我國，沒有對地震作用進行細致的劃分，而是將不同地震取一個固定數字進行分析，這樣就導致不同地震作用下的延性相同，在地震作用較大時，也就無法滿足抗震所需的延性，從而增加了災害造成的損失。

（2）抗震設防目標不明確。我國的抗震設防目標一直是以“大震不倒、中震可修、小震不壞”為原則，來規范抗震建筑的抗震效果，但是，這樣的抗震設防目標太過籠統，不適用于所有的建筑，目標范圍太過模糊，違背了國際上“多層次、多形態”的控制目標，因此，應對不同地震等級中，不同的抗震建筑進行靈活的等級劃分，比如，可以分為，一類是經過地震災害后可能會出現次生災害的建筑，另一類是在遭遇地震后影響其使用而必須進行及時的搶修的建筑等。靈活的抗震設防目標才能使抗震工作更細致、更深入，保證抗震設計的抗震作用。

4　抗震結構優化設計方案

（1）地理位置選擇。不同的地理位置，發生地震時的破壞程度也是明顯不同的，因此，應選擇抗震能力較強的地區避免危害性大的地區進行建設，在住宅建筑開始之前，進行必要的地基勘察，根據建設場地的實際情況進行不同標準的分類和等級劃分，以便對該地區進行合理的抗震設計。比如根據地區地基液化等級和抗震設防類別，進行相應的消除地基液化或采取鞏固地基的措施，以達到更好的抗震效果。同時，避免選擇不利于住宅建設的地區，為日后的建筑安全排除隱患。

（2）優化建筑結構。抗震優化設計中的一個很重要的原則是力求對稱，對整個建筑結構中的構造和承載能力進行綜合的考量，以此來判斷整個結構的抗震能力。地震時高層建筑所承受的地震作用取決于它的動力特性，與建筑所具有的剛度、承載力力度分布和延性有關。高層建筑的結構是由縱向和橫向的承重結構組成的，承重結構的穩定性和剛度決定著建筑抗震能力的大小，因此，要提高建筑的抗震能力，就應首先增加承重構件的延性，可以采取增加構造柱，并配置鋼筋構造的方式來增強結構的整體穩定性。另外也可以配置鋼筋圈梁來解決散落問題，增強建筑的抗震性能。在地震作用較大時，就需要結構的延性來避免建筑的變形，因此，建筑的延性也是增強抗震能力的重要因素，為了在地震作用下使鋼筋混凝土保持足夠的延性，就需要把塑性變形集中在具有良好延性的構件上，首先是選擇合適的塑性變形構件，然后人為地增加構件的抗剪力，避免在地震作用下出現剪切破壞，影響構件及建筑的延性，最后通過相應的措施，保證塑性鉸的位置具有較強的轉動能力和耗能能力。

（3）抗震材料的選擇。對于許多多發地震區來講，結構上的抗震性設計遠遠無法滿足抗震要求，還應當把高性能的資料結合使用，并且結構體系要優質。目前為止，我國住宅建筑中高層建筑使用的結構體系主要有剪力墻、框架、兩者結合及簡體等。然而，外國地區抗震住宅建筑多采用鋼結構，但我國抗震住宅仍有90%以上使用鋼筋混凝土，兩者相比較，鋼結構的延性、韌性和強度都比混凝土結構好得多，因此，鋼結構的抗震能力更強。且據實踐證明，鋼結構出現破壞倒塌的情況較少，是適合做抗震建筑材料的首選，況且，我國的鋼產量居世界前列，鋼材的品種和類型也在不斷增加，因此，應在抗震建筑中多使用鋼結構或者鋼管混凝土結構，來提高高層住宅建筑的抗震性能。

結語

隨著城市化進程的不斷加快，人口居住也越來越密集，住宅建筑樓層越來越高，但我國又是處于地震帶交匯處、地震災害頻發的國家，為避免在人口密集的地區發生較大的災害損失，就必須加強住宅結構的抗震設計，從地理位置的選擇、建筑結構的優化和建筑材料的選擇等多個方面進行優化設計，達到增強建筑抗震能力、減少災害損失的目的，保證人們的人身安全和財產安全。

參考文獻

[1]陳昌坤，潘寵平．某高層住宅抗震安全性評估[J]．工程抗震與加固改造，2014，36（03）：103-108．

中圖分類號：TU97

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