高層建筑結構抗震性能處理措施分析與設計

李騰　王巖輝

摘? ? 要：地震災害對建筑安全以及人們的生命、財產安全造成巨大的威脅，在進行高層建筑結構設計過程中必須充分的認識到抗震設計的重要性，并嚴格的控制抗震設計的各個要點，以便于更好的提高建筑結構的整體抗震性能，為建筑安全以及人們的生命、財產安全保駕護航。本文對高層建筑結構抗震性能處理措施分析與設計進行了探討。

關鍵詞：高層建筑結構;抗震性能設計;處理措施

1? 前言

隨著城市化進程的不斷加快，高層建筑的數量不斷增多，人們對其抗震設計也越來越重視。在進行高層建筑的抗震設計時，要基于宏觀整體的角度來進行，從工程建筑的各個方面加以控制。當然，建筑結構的抗震設計必然會不斷出現新技術與新措施，相信在不遠的將來，會出現更加先進、更加有效的預防措施來提高高層建筑的穩定性與抗震性能，最大程度減少地震帶來的災害。

2? 高層建筑抗震設計的重要性

抗震設計在高層建筑設計中具有十分重要的意義。與普通房屋建筑工程相比，高層建筑的構造與之明顯不同，無論是規模還是構件都存在著較大差異。一旦高層建筑質量出現問題，所帶來的后果不堪設想。因此，在設計階段就要充分落實好質量控制。其中抗震設計與高層建筑工程整體質量存在著密切關聯。通過有效的抗震設計，可讓建筑結構的剛度、延性、整體性達到相關要求，使高層建筑整體穩定性得以提升。換句話說，抗震設計是否合理直接關系到高層建筑物的質量，應給予重視。

3? 高層建筑結構的抗震性分析

3.1? 高層建筑物的鋼結構分析研究

在大型的高層建筑中，鋼結構是使用最多的一種結構。鋼結構具有非常顯著的特點，即具有較高的強度，但是同時質量又非常輕，同時，鋼結構具有較高的柔韌性，因此，即使需要承受的載荷很大時，也能通過大變形來釋放能量。

3.2? 框架結構的抗震性能分析

框架結構是很多高層建筑結構普遍使用的一種結構，空間分隔靈活，自重輕，有利于抗震，節省材料;具有可以較靈活地配合建筑平面布置的優點，利于安排需要較大空間的高層建筑結構;在原材料的用量上也很節省，在較大空間結構的建筑物的施工中應用很廣泛。框架結構設計具有良好的抗震效果，而且可以根據不同的需要，把梁或柱澆筑成成各種需要的截面形狀。框架結構和剪力墻結構具有一些相同的特點，因此，在具體的施工過程中，二者常常結合在一起使用，形成了獨特的框架—剪力墻結構，在保證抗震性能的同時，也能保證一定的使用空間。

3.3? 磚混結構的抗震性能分析研究

磚混結構多常見于農村的房屋建造，在現代城市中，除樓梯、陽臺等一些附屬設施的建造中，其它的高層建筑結構已經很少使用磚混結構。和框架結構有所不同，磚混結構的承重結構不是梁、板、柱，而是樓板和墻體。磚混結構是以小部分鋼筋混凝土及大部分磚墻承重的結構，承重墻體不能有改動，房屋格局的布置沒有靈活性，因此，磚混結構在現代建筑中的應用遠不如前述三種結構廣泛。并且，磚混結構的基本材料是粘土磚，所以，磚混結構的抗震性能也是最差的。

4? 高層建筑結構抗震性能設計的處理措施

4.1? 地基的選擇分析

由于地震造成建筑物的倒塌，除去地震的直接破壞因素外，場地的地質條件也是不容忽視的。在選擇場地時，應先對地質條件進行綜合評定。選擇建筑場地時，首先應選擇有利于高層建筑結構抗震的堅硬土質地區，避開土質軟化的場地，如果無法避免，也應先做好抗震措施。對于易發生地震的地區，不能建造甲、乙、丙三類建筑，并且有研究表明，在土質越軟，覆蓋層越厚的地區，地震對建筑物的損壞也就越大，后果更加嚴重。

4.2? 落實抗震驗算

在進行截面抗震驗算時，結構應在設防烈度下進入彈塑性狀態。可將大部分結構變形轉變為眾值烈度地震作用下構件承載力驗算的形式來表現。進行構件截面抗震驗算時，可選用非抗震承載力設計值，將承載力抗爭調整系數與其關聯起來。計算過程中，去地震作用效應值乘以抗震調整系數來進行折減。通過完善抗震驗算，保證建筑抗震設計的有效性，使抗震設計充分發揮作用。

4.3? 承載能力設計方法

從當前我國的抗震設計現狀看，這種方法是較常用的。對于經常發生的地震，通過反應譜將建筑的底部剪力計算出來，按照相應的規則分配至結構全高，并且和其他的荷載組合起來，然后進行結構強度設計，使各部分的構件都具備相應的承載能力，最后通過變形驗算得出結論。一般來說，運用承載能力設計這種方法具有設計可靠、比較清晰的性能概念以及使用方便等優點，能夠很好地實現預期性能目標。但這種方法也具有一定的缺點，比如，以彈性反應為基礎，對于非彈性反應的建筑就不能進行全面計算。因此，新規范衍生出承載力按抗震等級調整地震效應的設計值、不計抗震等級調整地震效應的設計值、標準值、極限值的四種復核方法。

4.4? 采用加固設計

要結合建筑結構的實際情況合理選擇加固設計方案，以提高其抗震能力。具體而言，適用加固設計方案的有以下幾種情況：首先，機構設計存在缺陷。此時可以采用增加構件提高機構強度的加固方案，或者將原有構件替換為抗震性能較好的構件;其次，需要提高結構整體剛度或承載力。此時可以選擇增設構件、擴大原截面、增設套箍的加固方案;再次，建筑結構的整體連接與相關抗震標準要求不符。這就要對結構作出合理調整，以起到分散地震力、減少破壞的作用;最后，要注意建筑體中有些構件與建筑結構并不存在直接關系，如果發生地震可能會造成更大危害，針對這種構件要做好加固處理。

4.5? 優化抗側力體形

如果高層建筑選擇的是剛性結構方案，地震時對主體結構的破壞較小，結構不會發生太大變形，可以有效保護隔墻及圍護墻等非結構部件，所以可以將地震的破壞降至最低。結構超靜定次數越多，地震時出現的塑性鉸也就越多，相應的就越能耗散輸入的地震能量，對于結構而言，其強度就越高，穩定性也就越好。對結構的屈服機制進行優化，結構遭破壞時不是按照樓層屈服機制進行的，而是按照整體屈服機制進行。在進行結構設計時要注意幾點重要原則：“強節弱桿、強柱弱梁、強剪弱彎、強壓弱拉”。即在選擇水平桿件時，首先考慮構件中軸力比較小的作為主要耗能桿件，使其盡量發生彎曲耗能，最終提高整個構件的延性與耗能水平。

4.6? 加強多重抗震防線的設置

一旦發生地震災害，建筑物若多設置一道抗震放線，就能相對降低地震災害造成的危害性，提高人們獲救和逃生的幾率。一般來說，在建筑結構的抗震設計中，可以采取多重放線的辦法。第一，可以選用具備良好延展性的材料來作為第一道抗震放線。第二，適當選取適宜用作抗震設計的部件來設置其他的抗震放線。之所以設置多重放線，主要目的在于緩解地震的沖擊力，最大限度的降低地震災害的破壞和損失。

總而言之，在建筑結構工程設計中，要從多角度、多層次出發，結合施工現場的具體情況，合理設計抗震結構，不斷強化建筑結構的剛度、強度，提高建筑結構的抗震性能。同時，在建筑結構抗震設計中，需要從建筑結構選型、造型和平面等入手，優化抗震設計思路，采用適宜的設計方法。以此，不斷使我國建筑事業能夠步入更高的階段，走上健康持續發展的道路，不斷促進我國經濟的持續發展。

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