高层建筑抗震结构设计

马 旭 蒙武楠 李文硕/华北理工大学

高层建筑抗震结构设计

马 旭 蒙武楠 李文硕/华北理工大学

随着我国经济的快速发展，越来越多的高层建筑出现在我们的生活之中。由于我国有许多地区都处于地震频发地带，所以高层建筑结构在抗震设计方面的问题变得尤为突出。本文针对高层建筑结构在抗震设计中出现的问题及所采取的具体措施进行阐述，以期能够为高层建筑结构能够在地震发生时减少损失做出贡献。

高层；建筑结构；抗震设计

一、高层建筑物在抗震设计中存在的问题

（一）高度规范问题

高层建筑结构在目前的工程领域中被广泛应用，在许多引起结构破坏的影响因素中，地震荷载是主要原因之一，建筑结构抗震设计是经过长期结合建筑结构的实践和经验总结出来的设计思想。在高度规范上，虽然我国制定了相关的法律法规以保证高层建筑能够达到‘小震不坏，中震可修，大震不倒’的级别，但是从现阶段实际执行情况来看，许多地区为了追求更高的经济效益，使得高层建筑的高度远远超过了科学合理的范围，导致在遭遇地震时，这些违规高层建筑往往不能有效抵抗地震威胁。

（二）抗震材料问题

高层建筑在设计时，结构材料的选择是非常重要的，必须要测量材料的抗震能力，要做到综合考虑材料参数的变化、地震烈度以及认识材料的模糊性等等。在发达国家，地震多发地带的高层建筑多采用钢架结构，以期提高建筑的稳定性和安全性。但是我国很多地震区域的高层建筑仍然采用钢筋混凝土的普通结构，该结构的抗震性能远不及钢结构，所以在我国的地震多发地域应推广使用钢结构材料。

（三）施工位置问题

高层建筑物所处的位置的抗震性是建筑物抗震设计的重要依据，因此，在对建筑物进行抗震设计和建设时设计人员应根据所在场地的抗震性和有助于抗震设计的场地进行建设。高层建筑要注意选取土质比较厚实的场地来建造，这个能够很好的避免地震能量的输入，从而可以减轻建筑物的破坏程度。

二、高层混凝土建筑抗震结构设计的要求

（一）良好的结构体系

高层建筑结构体系在设计时，应注意使结构平面布置满足均匀、对称、规整等原则。高层混凝土建筑物各楼层在地震作用下会导致侧移，会导致转动、平移、剪切变形以及弯曲变形，针对不同的结构要采取不同的方法来减小结构的变形。应该采取如下的方法来减小结构侧移，采取弯双重抗侧力体系，减小框架的梁距与柱距，在建筑设计时要尽量采取立体结构；通过倾斜里面和扭转体型，采取围护结构来增强建筑物的抗震力；在抗震设计过程中，要有意识地控制薄厚层，这种设计既能够提高建筑结构的抗震性，又避免让薄弱层发生变形，大大地提高了高层混凝土建筑物整体的抗震性能。同时，要通过定量的分析和计算对关系到体系整体性能的设计参数进行优化。高层建筑结构形式有许多种选择，例如框架结构、剪力墙结构等。由于对结构的要求有很多，导致结构的选型十分复杂，所以需要对各方面的因素进行确定，并且要将结构、建筑、经济上各方面的协调平衡，才能对结构体系进行优化处理。

（二）加固设计

在高层混凝土建筑抗震结构设计中，主要构件要满足所必需的延性要求，在楼层较高时，通过调节轴压比以增强建筑物的延性，但轴压比又不宜过小，否则会造成结构短柱，以免限制延申性。同时其延性也会受到影响，在高强度的地震作用下，造成建筑物的坍塌，因而应对高层建筑物进行加固设计。首先，在地震的加固设计中宜选用螺旋复合箍筋，使用螺旋复合箍筋可使柱的抗剪能力和短柱的抗震性能得到有效提高。由于地震时建筑的短柱没有发挥抗弯性能时，就会出现显著的剪性破坏，因为建筑的短柱具备的抗剪性能力低于抗弯能力，所以设计过程中要保障短柱承受抗弯的屈服强度。在强剪弱弯和强柱弱梁时，短柱不会破坏剪切性，继而提高了短柱的抗震性能。强剪弱弯和剪压比对应着框架柱的抗剪力，并且柱子顶端的抗弯力要在强柱弱梁值的界限内，这样就可以在强柱弱梁和强剪弱弯的情况下，短柱也不会破坏其剪切性，加强建筑物的抗震能力。由于短柱自身的抗剪性比较弱，在地震时短柱先发生剪切破坏，其抗弯能力没有发挥作用，在设计过程时应注意减小短柱的抗弯力，以平衡其抗剪能力，在地震来临时让短柱达到抗弯屈服。为了减弱短柱的抗弯强度，在柱子沿竖向设缝的情况下，可以将其划分成多个分体柱，并利用通缝或分隔板等连接，增强建筑物的抗震性能，以促进建筑物的抗震加固设计。

（三）建立多层地震防线

高层混凝土建筑的抗震结构性能不是由单一部分组成而是由众多的延性结构形成的，而且不同的延性结构也不是独立地工作，比如框剪结构是由剪力墙和框架分体组合而成的多肢剪力墙结构体系，在两者合作下能在余震发生时中发挥作用，从而增加建筑的抗震性能。而增加抗震防线的意义在于即使一道防线破坏，另一道防线也会继续发生作用，减轻地震对建筑物的破坏。通过建立多层地震防线的方式能提高高层建筑抗震的性能，满足高层对于房屋安全的要求。当高层建筑在遭遇地震时，如果只有一道地震防线，当遇到级别高的地震时，就难以阻挡地震的摧毁和破坏，因此，一定要设置出备用防线，在高层建筑中设置第二道、第三道防线，以防一道地震防线崩溃后造成建筑物的整体崩塌。高层建筑在进行抗震设计时，可以使用多段强框架结构，最常见的是抗震剪力墙设计，该设计因其抗震性能好，因此被广泛的作为抗震墙的第一层防线，发挥着最为重要的作用。所以，为了保证墙体的抗震能力足以防止地震的损害，有效减轻地震造成的墙体裂痕或者倒塌，就应当科学建立防震结构，多层防线形成合力。

（四）减震与隔震

在目前的抗震设计和施工中通过加强刚度、韧性与抗地震构造，使高层建筑的结构变得很有韧性，使建筑物在塑性状态下减弱地震的影响。在地震释放能量时，能够保证建筑物延性结构来进行消震与隔震。同理，当高层建筑物的承载力比较小时，高韧性，高延性可以吸收更多地震所释放的能量，使建筑物不易发生变形，合理使用韧性的方法可以减少建筑物倒塌的概率，随着建筑抗震设计的进步，最近设计出来的阻尼器可以更有效地吸收地震能量。

三、结语

本文介绍了高层建筑抗震设计的概念以及所涉及到的问题，在进行抗震设计工作时，结合施工场地的实际情况，并遵守建筑结构的抗震设计原则。高层建筑在设计与施工对建筑物使用的安全性要求较高，大多数采用型钢混凝土结构，主要是该结构有良好的抗震效果。在进行抗震设计时要注意许多因素，设计人员需要考虑建筑结构自身刚度，要考虑施工场地是否存在地震隐患等等。综上所述，进一步加强建高层筑结构抗震设计的研究和讨论，对于高层建筑抗震来讲意义重大。

[1]丁灿.基于高层混凝土建筑抗震结构设计探究.城市建筑，2015.

[2]刘建飞．我国高层建筑抗震设计的若干问题．黑龙江科技信息，2015．

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[4]郑欢.探析高层混凝土建筑抗震结构设计.企业技术开发（下半月），2015.