高层建筑结构抗震设计刍议

高层建筑结构抗震设计刍议

夏星星

夏星星(浙江华越建筑设计有限公司310003)

摘要：我国是一个地震灾害比较频繁的国家，对于高层建筑来说，一旦遭遇地震，往往会遭受巨大的损失。建筑工程具有很多环节，而设计这个环节是整个工程最为关键的这个环节，对于高层建筑结构抗震而言，其设计也是非常重要的。本文首先提出了高层建筑结构抗震设计的原则，进而就建筑抗震设计及注意问题进行了分析。

关键词：高层建筑；结构设计；抗震设计

地震的等级是要按照地震的强弱程度来进行划定的。在中国，地震等级的划定有6个大类：三级是小地震，三级到四点五级是有感地震，四点五级到六级是中强地震，六级到七级是强烈地震，七级到八级则是大地震。设计单位依照有关规范，根据建筑物的类别划分和设防标准，根据房屋的高度、结构设计等等方面，采用不一样的抗震等级。

在进行高层建筑结构抗震设计时，混凝土结构应该按照建筑的高度、结构形式及设防烈度选用不同的抗震等级，而且应当满足相关的计算及抗震措施。

一、高层建筑抗震结构设计的基本原则1、结构构件应具有必要的承载力、刚度、稳定性、延性等方面的性能(1)结构构件应遵守“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件、强底层柱(墙)”的原则。(2)对可能造成结构的相对薄弱部位，应采取措施提高抗震能力。(3)承受竖向荷载的主要构件不宜作为主要耗能构件。

2、尽可能设置多道抗震防线(1)一个抗震结构体系应由若干个延性较好的分体系组成，并由延性较好的结构构件连接协同工作。例如框架―剪力墙结构由延性框架和剪力墙两个分体组成，双肢或多肢剪力墙体系组成。

(2)强烈地震之后往往伴随多次余震，如只有一道防线，则在第一次破坏后再遭余震，将会因损伤积累导致倒塌。抗震结构体系应有最大可能数量的内部、外部冗余度，有意识地建立一系列分布的屈服区，主要耗能构件应有较高的延性和适当刚度，以使结构能吸收和耗散大量的地震能量，提高结构抗震性能，避免大震时倒塌。(3)适当处理结构构件的强弱关系，同一楼层内宜使主要耗能构件屈服后，其他抗侧力构件仍处于弹性阶段，使“有效屈服”保持较长阶段，保证结构的延性和抗倒塌能力。

3、对可能出现的薄弱部位，应采取措施提高其抗震能力(1)构件在强烈地震下不存在强度安全储备，构件的实际承载能力分析是判断薄弱部位的基础。

(2)要使楼层(部位)的实际承载能力和设计计算的弹性受力的比值在总体上保持一个相对均匀的变化，一旦楼层(部位)的比值有突变时，会由于塑性内力重分布导致塑性变形的集中。

(3)要防止在局部上加强而忽视了整个结构各部位刚度、承载力的协调。

二、基于抗震性能的高层建筑结构设计1、选择合理的高层建筑结构体系（1）要将抗震概念融汇在高层建筑设计中，全面考虑建筑物的平立面外形尺寸，抗侧力构件布置、质量分布、承载力分布等诸多因素，提倡简单对称，构建规则的建筑布置，采取相应的抗震构造措施和细部处理，确保抗侧力体系的刚度承载力上下变化连续均匀。

（2）要对有关建筑结构的弹塑性变形和建筑结构构件承载力实施严谨的验算。建立起具有良好性能的多重抗震结构框架。主体抗侧力结构刚度的选择应大于规范的阙值，对结构层间位移实行控制。形成良好的塑性内力重分布能力，有效吸收和消耗地震能量所带来的压力。

（3）遵守“强柱弱梁.强剪弱弯.强节点弱构件.强底层柱（墙）”的原则，对结构承载力.刚度.稳定性.延性等性能相对薄弱部位采取辅助措施。

2、尽量选择抗震性能突出的结构材料从某种意义上讲，高层建筑结构体系的抗震能力，实质是不同建筑构件在地震来袭时其承载能力与延展能力的集合。这就要求我们在高层建筑中，根据建筑工程的条件，优选抗震性能突出的结构材料。

按照抗震性能比较，不同材料的结构类型性能等级排序为：钢结构、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、钢筋砌体结构。目前我国钢材产量巨大，供应充沛。因此，尽可能采用钢结构或型钢混凝土结构。通过减小柱断面尺寸，提高结构的抗震性能。在高层建筑中还应注意选用新型建筑结构和材料，减轻结构自重。

在相同地基处理的情况下，利用钢管混凝土承重柱自重可减轻65%左右，从而降低建筑体的重心，减小地震作用时倾覆力矩，提高建筑体稳定性，优化其抗震性能。

3、构设多道抗震技术措施构设有效的技术措施，是提高高层建筑抗震性能的重要因素。

（1）在建筑结构体系设计中保持比较充裕的内部、外部冗余度，适当处理结构构件的强弱关系，建立一系列分布的屈服区，使“有效屈服”保持较长阶段，吸收和耗散地震能量；（2）改变结构的动力学特性，采取软垫隔震.滑移隔震.摆动隔震等方式，减少地震能量输入，减轻地震引发的结构反应；(3）采用新型复合材料钢纤维混凝土，阻滞带基体混凝土裂缝的形成，提高建筑混凝土的抗拉、抗弯、抗剪强度，改善建筑结构的抗冲击、抗疲劳、裂后韧性和耐久性；(4）采用钢管混凝土柱。在钢管混凝土组合结构中，钢管既是纵筋，又是横向箍筋。通过钢管内混凝土受到钢管侧向约束导致的三向受压，以及钢骨本身良好的塑性，提高混凝土的延性、抗压强度和极限压应变。

三、高层建筑结构抗震设计应注意的问题1、应重视建筑结构的规则性结构的平面布置不规则、平面布局的刚度不均都会对抗震效果产生不利影响。因此，在高层建筑结构抗震设计中，不应采用严重不规则的设计方案。在高层建筑中抗震设计中，提倡平、立面布置规正、对称、减少偏心，建筑的质量分布和刚度变化均匀。以往震害经历表明，此种类型的建筑在地震时比较不容易受到破坏，容易估计出其地震反应，易于采取相应的抗震措施。

2、对地基的选择选择坚硬的场地土建造高层建筑，可以明显地减少地震能量输入，从而减轻地震的破坏程度。高层建筑宜避开对抗震不利的地段，当条件不允许时应采取可靠措施，使建筑在地震时不致由于地基失稳而遭受破坏，或者产生过度下沉、倾斜。为了保证高层建筑的稳定性，要求基础要有一定的埋置深度。埋深基础四周土壤的被动土压力，能够抵抗高层建筑承受水平载荷所产生的倾覆和滑移。天然地基基础埋深为建筑高度的1/15，桩基基础埋深为建筑高度的1/18。针对地下室分缝处，应有500以上空隙用砂回填夯实；若地下室一面为开口，应保证开口以下至少2米以上覆土。

3、抗侧力结构和构件应设计成延性结构或构件目前我国采用的传统抗震结构体系是延性结构体系，即适当地控制结构的刚度，但容许结构构件在地震时进入非弹性状态，并具有较大的延性，提高结构的耗能能力，以消耗地震能量，减轻地震作用，减小楼层地震剪力，使结构物裂而不倒。在施工时应采取软垫隔震、滑移隔震、摆动隔震、悬吊隔震等措施，改变结构的动力特性，减轻结构的地震反应。

4、多道设防多道设防，就是设有多道抗震防线，避免因部分结构的破坏而导致整个体系丧失抗震能力。一个好的抗震结构体系应由若干个延性较好的分体系组成，并由延性较好的结构构件连接来协同工作。强烈的地震后往往伴随多次余震，倘若只有一道设防，在首次受到破坏后再遭余震，建筑结构将会因损伤积累而导致倒塌。抗震结构体系应有最大可能数量的内部、外部冗余度，并建立一系列分布的屈服区，主要的耗能构件应有较高的延性和适当刚度，以提高结构的抗震性能，尽量避免倒塌。

结语：高层建筑结构的抗震设计方法和技术是不断变化和进步的，我们需要在具体的实践中对高层建筑所处的地质和环境进行详细的分析和研究，选用适合的抗震结构，注重建筑结构材料的选择，减小地震的作用力，增强地震的抵抗力，从而达到高层建筑抗震的目的。