刍议高层建筑结构的抗震设计

　　摘要：高层建筑结构的抗震是非常有必要也是非常重要的一个方面，一直以来提高建筑总体抗震能力的概念设计是建筑行业关注的焦点。本文从抗震设计的目标出发，总结了高层建筑抗震的设计方法。

　　关键词：高层建筑结构;结构抗震;地震设防

　　Abstract: the structure of the high-rise building is necessary to earthquake is also very important aspect, has been improving overall seismic capacity building concept design is the focus of attention of the construction industry. This article from the goal of aseismic design of high-rise building earthquake-proof summarized design method.

　　Keywords: high building structure; Structure seismic; Seismic fortification

　　中图分类号：TU973+.31 文献标识码：A 文章编号：

　　0 前言

　　高层建筑的发展与城市民用建筑的发展密切相关,城市人口集中、用地紧张以及商业竞争的激烈化,促进了人们对高层建筑的需求。地震是一种随机震动，有着难于把握的复杂性和不确定性，很难准确预测建筑物所遭遇地震的特性和参数。

　　1抗震设计目标

　　建筑所在地区的地震基本烈度，是指该地区今后50年内，在一般场所条件下可能遭遇超越概率为10%的地震烈度。抗震设防烈度是指按国家规定的权限批准作为一个地区抗震设防依据的地震烈度。我国《建筑抗震设计规范》提出三个水准的设防要求，即“小震可修，中震不坏，大震不倒”。但是具体做法上是通过二阶段设计法来实现的，(一)第一阶段设计。按小震作用效应和其它荷载效应的基本组合演算结构构件的承载能力，以及在小震作用下演算结构的弹性变性。(二)第二阶段设计。在大震作用下验算结构的弹塑性变形，以满足第三水准抗震设防目标的要求。第二水准抗震设防目标的要求，是以抗震构造措施来保证的。

　　2高层建筑抗震设计分析方法

　　2.1场地和地基的选择

　　选择建筑场地时，应根据工程需要，掌握地震活动情况、工程地质和地震地质的有关资料，对抗震有利、不利和危险地段作出综合评价。对不利地段，应提出避开要求;当无法避开时应采取有效措施;选择地基时，一般而言，岩石、半岩石和密实的地基土对房屋抗震最有利，是最好的建筑场地;而松软的，软弱粘性土等，尤其是易发生砂土液化的地区，都对房屋的抗震不利。同一结构单元的基础不宜设置在性质截然不同的地基上;同一结构单元不宜部分采用天然地基不采用桩基。

　　2.2建筑结构的规则性

　　建筑及其抗侧力结构的平面布置宜简单、规则，刚度和承载力分布均匀。平面宜为矩形，方形、圆形等规则的平面，因为形状规整，地震时能整体协调一致，并可以使结构处理简化。否则当平面为L、T形时，形状凸出凹进，结构的质心和刚心不重和，地震是转角应力集中，扭转震动明显，导致远离刚心的刚度较小的构件，侧移量加大，所分担的水平地震力与显著增大，很容易发生破坏，甚至导致整个结构因一侧结构失效而倒塌。竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自下而上逐渐减小，避免抗侧力结构的侧向刚度和承载力突变。如果竖向不规则的建筑结构，应采用空间结构计算模型，其薄弱层的地震剪力应乘以1.15的增大系数，应按规范有关规定进行弹塑性变形分析。

　　2.3建筑结构材料的选取

　　在高层建筑结构方案的设计中，结构材料的选取是很重要的。从抗震角度设计来说，结构体系的抗震等级，其实质就是在宏观上控制不同结构的延性要求，例普通钢筋宜选用延性、韧性和可焊性较好的钢筋;普通钢筋的强度等级，纵向受力钢筋宜选用HRB400级和HRB335级热轧钢筋，箍筋宜选用HRB335、HRB400和HPB235级热轧钢筋。这要求我们应根据建设工程的各方面条件，选用既符合抗震要求又经济实用的结构类别，按此标准来衡量，使用不同材料的几重结构类型，依其抗震延性性能优劣的顺序是：刚结构，型钢混凝土结构，现浇钢筋混凝土结构，装配式钢筋混凝土结构，配筋砌体结构。

　　2.4隔震和消能减震设计

　　隔震和消能减震设计，应主要用于使用功能有特殊要求的建筑，对于高层建筑，选择坚硬的场地土建造高层建筑，可以明显减少地震能量输入减轻破坏程度。错开地震动卓越周期，可防止共振破坏。隔震设计应根据预期的水平减震系数和位移控制要求，选择适的隔震支座及为抵抗地基微震动与风荷载提供初刚度的部件组成的隔震层。提高结构阻尼，采用高延性构件，能够提高结构的耗能能力，减轻地震作用，减小楼层地震剪力。

　　2.5抗侧力体系的优化

　　对一般性构造的高楼，刚比柔好，采用刚性结构方案的高楼，不仅主体结构破坏轻，而且由于地震时的结构变形小，隔墙，围护墙等非结构部件将得到保护，破坏也会减轻。提高结构的超静定次数，在地震时能够出现的塑性铰就多，能耗散的地震能量也就越多，结构就愈能经受住较强地震而不倒塌。改善结构屈服机制，使结构破坏十按照整体屈服机制进行，而不是楼层屈服机制。设计结构时遵循强节弱杆、强柱弱梁、强剪弱弯，强压弱拉的原则。在进行结构设计时，应该选定构件中轴力小的水平杆件，作为主要耗能杆件，并尽可能使其发生弯曲耗能。从而使整个构件具备较大的延性和耗能能力。

　　2.6常用的加固设计

　　针对抗震鉴定结论，根据建筑结构不同体系及不同特点，在抗震加固时宜从以下几个方面来考虑具体的加固方法：对了原有结构体系存在明显不合理的情况，条件许可时可采用增设构件的方法予以改善，否则采取能同时提高承载力和变形能力的方法，使整体抗震能力满足要求;对于需要提高承载力或结构整体刚度的情况，可以增设构件，扩大原截面，设置套箍等方法;对了结构的整体性连接不符合抗震要求的情况，可以以提高变形能力为思路;对于局部构造不符合要求时，可进行局部处理或改变传力途径，使地震作用由增设的构件承担，从而保护局部薄弱构件;对于次要的非结构构件不符合抗震要求的情况，可仅对可能倒塌伤人的部位加以处理。

　　2.7控制结构变形

　　地震时建筑物的破坏程度，主要取决于主体结构变形的大小。水平地震作用下高层结构各楼层的侧移，包含四种成分：整体剪切变形，整体弯曲变形，整体平移，整体转动。对不同的结构应采取针对性的措施，控制结构的变形。结构实验和震害调查表明，采用层间侧移角度来评估结构的损坏程度是比较合理的，《抗震规范》对高层结构不同水准下的层间侧移角限值作出了规定。减小结构侧移的途径主要有：减小框架的柱距和梁距，采用弯-剪双重抗侧力体系，设置刚臂，竖向支撑的交错布置，变平面构件为立体构件，围护结构参与抗震，倾斜立面的利用，扭转体型的应用，双曲线圆筒的应用，加大房屋等有效宽度。

　　2.8减轻房屋自重

　　在高层地上部分的总重之中，各层楼盖的自重越占40%左右，所以可通过采用密肋楼板、无粘结预应离平板，预制多孔板，现浇多孔板、应用防火隔热涂料等方法减轻楼板重量。钢筋混凝土墙体较多的高层结构中，应在满足承载力要求的前提下，适当减薄墙体。使用高强混凝土、轻骨料混凝土、加气混凝土、轻型隔墙、轻型围护墙等措施也是减轻房屋自重的有效途径。

　　3结论

　　高层建筑结构的抗震是非常有必要也是非常重要的一个方面，必须考虑地基基础，结构的材料等，因而对于不同的建筑，不同的情况应区别对待，从而寻求最合理的抗震设计。

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文章名称： 刍议高层建筑结构的抗震设计

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