高层住宅建筑结构的抗震优化设计策略研究

高层住宅建筑结构的抗震优化设计策略研究

弓哲昊

天津中机建设工程设计有限公司 天津 300081

摘要：在高层住宅的结构中，抗震设计的合理性是非常重要的，它的好坏直接关系到建筑结构的施工质量。这时应从建筑结构着手，进行抗震优化设计，建立起一套完整的抗震系统，为建筑物的安全运行提供支撑。

关键词：高层住宅；建筑结构；抗震设计；策略研究

引言

高层住宅的出现，在某种程度上缓解了土地的紧缺与人口增长的矛盾，同时也解决了居住这个最根本的民生问题。然而，随着科学技术的进步，建筑结构的高度不断提高，人们对住宅的质量要求也在不断提高，这不仅需要满足住宅的美观、舒适度和使用功能，还需要考虑到结构体系的抗震性能。

1论述高层住宅建筑结构抗震设计的必意义

我国处于两大震区，即环太平洋与喜马拉雅山—地中海两大震带，有的甚至是两大震区的一部分。根据统计，我国的大陆地震占全球总地震总量的三分之一，我国是一个多地震大国。另外，我国城镇人口密度大，部分建筑质量低，抗震能力低，因此在地震中受到的损害也比较大。因此，为了减少地震的影响，应加强对高层住宅的抗震设计，特别是涉及国家和人民生活的高层住宅，提高其抗震性能。

目前的科技水平尚不能精确预报地震，只有通过探测和采取有效的救灾措施才能实现。地震是在地底进行的，通常浅层地震震源至少有10公里，但以科技手段无法探测到。此外，目前使用的地震干扰、超低频电磁波追踪和地震勘探等手段对地震进行探测。然而，使用地震噪音或超低频电磁波进行追踪，不但要布置相当密集的震源站，还要进行大量的工程计算，最后得出的结果，还是10 d以前的一小块区域。在地震勘探中，通常以炸药为震源，通过控制距离、深度和炸药量，人为制造出地震波，并依据地下不同岩层中地震波的传播路径和时间来进行探测，但这种取样率非常低，也不可能天天进行，因此，可行性和精确度都很低。

2改善高层住宅结构抗震性能的优化

2.1构造有效的地震活动转移途径

在高层建筑不设转换层时，必须充分考虑竖向荷载下的轴压，并确保其作用点正好在竖向构件的几何中心，从而合理安排竖向构件，减少偏心。

在超高层建筑中，必须建立具有穿透性的抗侧力结构体系。在结构体系上，框架、剪力墙、筒体和支承是主要构件，辅助结构是辅助结构。

2.2保证抗震部件的强度

在高层建筑结构抗震设计中，重点是保证合理的冗余和再分配内力。在这种情况下，当高层建筑发生地震时，虽然有一部分构件损坏，但其余的构件仍然可以承受荷载，避免由于结构局部不稳定而造成的结构不能有效地进行抗震。

在地震时，框架、柱头、柱根等受力关系比较复杂，容易受到外力的影响，所以在抗震设计时应注意这一问题。首先，要尽量控制节点首先受力的部位，也就是不能发生在柱的结点上，而要使梁端的破坏发生在柱的前部，这样可以有效地防止整个结构的倒塌。另外，在剪力墙和框-剪力墙结构中，应注意高、宽的比值，也就是要大于2以上。

2.3设置多条防震墙

框架-剪力墙结构具有多层抗震设防的特性。作为主要的抗侧向力构件，剪力墙起到了最重要的作用。在剪力墙的设计中，应重点关注其所承受的结构底面的地震倾覆力矩，而这一力矩不能少于底层整体的一半。另外，在布置剪力墙时，间距也不能太大，以免造成楼面严重变形。

如果剪力墙之间的楼面有很大的空洞，应适当减小楼、屋盖的长宽比。当剪力墙发生裂缝时，由于地震作用的再分布，需要使结构与墙体之间的相互配合，从而达到稳定的目的。

2.4保证结构的抗侧刚度

在进行结构抗震设计时，必须考虑水平位移、强度和延性等因素，并合理设置强度，以确保高层建筑的安全。在实际应用中，应遵循中等强度的原则，即：不能太大，一般应稍高于标准或刚好为宜。

3探讨高层住宅建筑抗震效果影响因素

3.1精选建筑地基

地基的稳定是改善结构抗震能力的必要条件。在高层住宅建筑中，当地基处于稳定和平坦状态时，其建筑结构的整体抗震性能是良好的。如果建筑地基的质量不理想，比如存在松软、含水量过高等，那么结构的抗震能力就会受到很大的影响，这对建筑结构的安全运行是不利的。从这个观点出发，应注意对建筑地基的选取，如果由于土地计划问题，需要在软基上进行施工，则应加强基础的稳定。

3.2建筑材料

材料是建筑的基本元素，目前不同的建筑材料种类和性能不同，所具有的地震作用也不同。采用加气混凝土板等材料，可以充分利用其高强度、轻质的特点，从而大大降低整体重量，改善建筑物的整体强度。在结构抗震设计时，应通过比较和分析材料的性能，合理选用结构，以达到强度高、质地轻的双重目的。

3.3建筑高度

随着现代建筑的发展，高层建筑逐渐占据主导地位，但随着高度的增大，其中心高度也相应地增大，使得结构的稳定性很难保证。从现实生活中可以看出，建筑结构的高耸是非常常见的，当发生大范围的地震时，很可能会导致房屋的整体崩塌，从而导致人员伤亡。为了提高建筑物的使用价值，必须在提高建筑物的高度的同时，防止重心偏高。

4关于高层住宅结构抗震设计思考策略

4.1抗震设计的规范性

在进行结构抗震设计时，必须按照相关的抗震设计规范和规范，有深厚的专业知识基础，并根据工程实际和财力，科学地安排建筑空间和使用功能，科学优化设计建筑结构体系，一一列举出相应的限制条件。在高层住宅建筑的设计中，必须明确其设计目的与原则，确保其具有一定的规律性，以使其具有充分的扭转刚度以减小其扭转效应，使其具有均匀的平面对称和均匀的承载力。只有如此，才能提高房屋的承载能力和刚性，在地震发生时，才能起到最大的缓冲作用，减少房屋的损坏。

4.2层间位移极限

高层住宅结构的抗震性能与结构体系、结构材料等因素密切相关，而其高宽比、侧向承载力又与其抗震性能有很大的影响。在进行高层住宅结构抗震设计时，必须严格控制高宽比、建材等因素。目前大部分的房屋均为钢筋混凝土结构，但由于受风、震等因素的影响，出现了大量的分层变形。因此必须严格控制施工材料的质量，保证其刚度和承载力，特别是钢筋混凝土结构的变形极限。最大限度地保障了高层住宅结构的稳定与可靠，保障了居民的生命和财产的安全。

4.3受控扭转作用

当建筑构件的横向受力不能均匀分布于建筑物周围时，其重量重心与刚性中心无法相互叠加，从而使建筑物的抗倾性大大下降，从而导致建筑物的坍塌。另外，高层住宅因其高度的问题，其中心位置较高，且各高度间的扭转作用也有差异。因此，在进行结构优化时，必须注意扭转作用的影响，并严格控制各高度之间的扭转作用，并使其合理布置。

5结束语

综上述，建筑物的抗震性能是指在发生地震时，通过多层防御体系和构造体系，使建筑物在地震中受到的冲击和损伤最小化，从而达到最小化的目的。随着我国经济的快速发展，特别是近几年房地产行业的迅猛发展，土地资源的紧缺，以及人口的增长，使得居民住宅朝着更高的方向发展。但高层住宅重心高，稳定性差，安全性差，人口密度大，一旦发生地震，伤亡将会非常严重。因此，必须对高层住宅的结构进行抗震优化，确保其抗震性能和安全性。

参考文献

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