建筑结构抗震设计理念及抗震措施探究

罗国恒

摘要：高层建筑越来越多，对其结构的抗震设计方法和技术亦在不断地变化和进步之中，选用适合的抗震结构和结构材料，能够有效地减小地震的作用力，增强对地震的抵抗力，本文从高层建筑结构抗震设计的目标进行分析，接着探讨了影响建筑物抗震效果的因素和提高高层建筑抗震效果设计的方法。

关键词：高层建筑；结构；抗震设计；抗震效果

中图分类号：TU208文献标识码： A

随着世界工程人员和研究人员对地震作用研究的深入，抗震理论研究的越来越完善，工程人员和研究人员对抗震设计的经验总结也越来越全面。同时，抗震设计也越来越受到重视，更多的研究会更专注于抗震设计。弹性理论分析已经相当成熟，现代的弹塑性分析取得了很大的进展，但是还有很多关键的问题尚未得到很好地解决，这也将是今后结构弹塑性抗震分析科研和工程实践的发展方向。结构的抗震作用是直接关乎人类生命和财产安全的，因而结构的抗震性能亟待提高，抗震理论分析亟待完善。

一、高层建筑结构抗震设计的目标分析

随着现今的高层建筑愈来愈多，高层建筑基于性态的抗震设计必然显得尤为重要，传统的“小震不坏，中震可修，大震不倒”的抗震设防目标显然是不够水准的，设计上的突破就显得势在必行，笔者认为还要从以下两个评价水准进行考察：

1、正常使用水准评价

一般情况下，对于重现期大约为50a的地震，建筑物只能出现的损伤应该可以忽略，结构在设计时要求结构的反应状态基本处于弹性反应状态。

2、倒塌水准评价

大量研究表明，对于重现期与2 500 a的地震水准非常接近的地震，要对最大地震振动有所预计，并设计为真正遇袭的条件能有效防止倒塌，并能证实以下几点：

（1）、对于结构中所有的延性构件，其非弹性变形需求必须都比其变形能力要低；

（2）、对于具有非延性破坏模式的结构部件，其中对力的需求应大于等于其名义上的强度；

（3）、对于超高建筑物，又或者是复杂建筑物在设计上，对于起控制作用的构件还必须要证实其受到中等地震的振动作用，仍能保持弹性。

二、影响建筑物抗震效果的因素

要提升高层建筑物其结构的抗震效果，在设计前就必须对影响建筑物抗震效果因素有所了解。笔者结合工程实践，可以从以下几个方面进行分析：

1、建筑使用材料

建筑结构选用什么样的材料将直接对抗震效果构成影响，不过目前由于种种原因，这个因素往往被人们忽视了。大量理论研究和实验证实：通常情况而言，建筑物受到地震作用力的大小与其质量构成线性关系，两者成正比例。实验表明，在同等地震环境下，对建筑物材料的选择就相当关键，选用越合理，可以促使其受到越小的地震作用力；相反，材料选择的不恰当，不精细，容易导致建筑物因此而遭到来自地震的作用力达到很大。正因为如此，在实际的建筑物的设计和建设中，应多采用隔断、维护墙、板楼等构件，尽量采用质轻的建筑材料如加气混凝土板、空心砖、塑料板材等等，如此一来，能有效的提高建筑物的抗震性能。

2、工程的施工质量

光有好的材料，如果建筑结构施工过程不科学，如果不是每一个环节的质量控制都能做到位，也必然会影响建筑结构的抗震效果。为此，在高层建筑项目的具体施工中，相关部门一定要强化监管，严格把各个环节做到规范，提高高层建筑施工管理的质量，通过对建筑结构质量严格的控制来提升结构抗震的效果。

3、建筑的结构设计质量

大量工程实践表明，结构设计是影响抗震效果一个最大的因素，实践经验告诉我们，无论点式住宅或是版式住宅，只有进行科学的、合理的结构设计，保证抗震措施合理，建筑物才能达到抗震的目的。

理论研究表明，建筑物一旦对平面的布置呈现为复杂情况，导致质心与刚心有不一致的时候，一旦发生地震，在地震的作用下，将会加剧地震的作用影响力，导致破坏性有所增强。所以，我们在对建筑物的结构进行平面布置设计时，应尽量将建筑物质心和刚心设计在同一点，借此使得建筑物的抗震能力能有效地提升。具体进行建筑结构设计的时候应注意以下几点：

（1）、控制出屋面建筑部分的高度，不宜太高，借此有效地降低地震过程的鞭梢影响；

（2）、在设计中如果遇到平面布置不规则的建筑，设计时应注意偏离建筑结构刚心远端的抗震墙等等。

4、地质环境情况

实践证实，在地震中地质环境对建筑物造成破坏的原因可以是多方面的，包括以下几个方面：

（1）、因为岩石断层、地表滑坡、山体崩塌等等因素导致地表发生了运动，引发对建筑物的破坏；

（2）、海啸、水灾等次生性灾害引发对建筑物的破坏。

而这些因素中，有些影响因素是能够借助具体的工程措施进行有效预防的。对于具体的建筑项目，对于建筑工地的位置的选择，必须事先对场区实施详尽的勘测，对地形和地质条件进行详尽的分析，对于不利地段要有效避开，挑选出能有效提升建筑物抗震效果的地点。

三、高层建筑抗震设计的方法

在具体的高层建筑进行结构抗震设计时，我们应该重点从减小地震作用力的输入，以及如何增强地震抵抗力两个方面进行思考，具体的有以下5个方法：

1、促进地震发生时能量的输入能有效地减少

（1）、对于具体的工程设计，应采用积极的、基于位移的结构抗震方法，定量分析具体的设计方案，有效地保证结构的变形弹性能够达到预期地震作用力下变形的需求。

（2）、在验收建筑构件的承载力的同时，对建筑结构在地震作用下的层间位移限值实施有效的控制。

（3）、应综合分析建筑构件的变形和建筑结构的位移两者之间精确的关系，有效地确定构件的变形值；

（4）、结合建筑物的实际如建筑界面的应变分布及其大小来对建筑构件的构造需求进行有针对性的设计。

（5）、选择坚固的场地，实施建筑施工，亦是有效减少地震发生作用时能量的输入的另一个方面。

2、运用高延性设计

理论研究和实践表明，对于一个具体的高层建筑而言，如果其承载能力不是很大，但是其具有的延性较高，那么当地震发生时，它也是不容易倒塌，这是由于延性构件能够充分地吸收地震带来的能量，使得建筑物能经受住很大的结构变形。实践证明，延性结构的运用，在很多情况下是有效的，它可以消耗地震能量，有效减轻地震反应，促使地震给高层建筑带来的破坏被有效地减弱，避免重大损失的发生。

3、注重抗震结构的设计

设计的质量和方法决定着抗震效果的高低，因此，高层建筑抗震设计的结构必须得到足够的重视。从国内外高层建筑结构的设计上来看，主要为如下三种：“框——筒”、“筒中筒”和“框架——支撑体系”。

4、重视建筑材料的选择

在高层建筑的抗震方案设计中，建筑结构的材料选择也非常重要。首先，我们可以对建筑材料的参数进行抗震性能的分析，从整体上对材料的参数变异性进行研究，而不能仅考虑建筑材料的承载力忽略其他因素。从抵抗地震的角度来讲，就是要控制建筑结构的延性需求，这就要求我们从高层建筑建设施工的各方面，来选择符合抗震需求而且经济适用的建筑结构材料。

5、增多抗震防线的建设

高层建筑结构防震可以设置多道抗震防线，增强对地震的抵抗力。高层建筑物设置多层的地震抵抗防线，第一道防线遭到破坏之后，有后备的第二道、第三道甚至更多的防线对地震的作用力进行阻挡，避免高层建筑物的倒塌。高层建筑结构进行抵抗地震设计时，可以采用具有多个肢节和壁式框架的“框架剪力墙”等防震结构。框架剪力墙具有性能较好的多道防线抗震结构，其中的剪力墙是第一道抗震防线也的主要的抗侧力构件。所以，剪力墙要足够多，保证它的承受能力较高，不小于高层建筑底部地震倾覆力矩的一半。

参考文献：

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