對于高層建筑結構的抗震設計探討

李彬

（河北冶金建設集團勘察設計有限公司，河北 邯鄲 056003）

隨著現代城市的不斷發展，高層建筑逐漸成為城市經濟發展的象征。當前我國高層建筑數量不斷的增加，一方面提高了有限的土地的使用效率，促進了我國建筑行業的發展，另一方面給建筑結構抗震設計工作帶來極大的挑戰。我國是一個地震多發國家，很多城市都位于地震帶上，因此在高層建筑結構設計過程當中一定要做好相應的結構設計工作，從而減少地震帶來的破壞和損失。

1 抗震設計目標

國家為了規范建筑的抗震設計，出臺了一系列的標準，其中的抗震設防烈度就是一個十分重要的標準，對于規范我國的建筑抗震設計具有十分重要的意義。在實際的抗震設計當中主要包括以下幾個方面的工作：第一，根據建筑所在地區的小震效應對建筑的各個構建的承載能力進行科學的計算，從而了解高層建筑在小震情況下的結構彈性形變的情況。第二，計算大震情況下的建筑彈性形變，從而確保設計能夠達到第三水準的抗震要求。抗震設計目標是整個高層建筑抗震設計的大方向，所有的抗震設計工作都圍繞著抗震設計目標而進行，因此對于建筑的抗震設計具有重大的意義。

2 高層建筑抗震設計分析方法

2.1 場地和地基的選擇

建筑的場地以及地基的選擇對于高層建筑的抗震能力具有直接的影響，是建筑抗震設計的基礎。在進行建筑場地以及地基的選擇時，應該充分的了解當地的地震活動情況，對當地的地質情況進行科學的勘察，在收集豐富資料的基礎之上對場地進行綜合的分析和評價，評估當地的抗震設計等級。對于一些不利于抗震設計的場地應該盡可能的進行規避，而實在無法規避的應該有針對性的做好相應的處理措施。在高層建筑地基選擇過程當中應該盡可能的選擇巖石或者是其它具有較高密實度的基土，從而提高建筑地基的抗震能力，盡可能的避開不利于抗震的軟性地基土。對于一些達不到抗震要求的地基應該采取相應的措施進行加固和改造，使其能夠符合相應的標準。

2.2 建筑結構的規則性

在進行建筑結構設計的過程當中，應該盡可能的做到規則，尤其是抗側力結構應該盡可能的簡單化，從而保證可靠性和承載力分布的均勻性。建筑結構的平面布置應該選擇形狀比較規則的圖形，這樣在發生地震的時候能夠確保建筑整體的承載力均勻分布。應該盡可能的避免不規則的結構平面，造成建筑結構質心和剛心出現交錯，這樣一旦出現地震，一些和剛心距離比較大，剛度不足的構件就會發生側移，受到較大的地震力的影響，有可能因為承受不住而發生損壞，最終導致建筑由于某個構件的損壞而發生傾斜和倒塌。為了防止抗側力結構橫向剛度突然出現變化，應該使垂直方向的抗側力的截面積從上到下逐漸的遞減。

2.3 建筑結構材料的選取

除了結構設計之外，高層建筑的結構材料質量的高低以及選擇的正確與否都會對抗震效果產生直接的影響。高層建筑的結構抗震設計在本質上就是對建筑中各個構件的延性進行整體的協調和把握，最后總使建筑整體在發生地震的時候能夠保持穩定。在鋼筋的使用上應該盡可能的選擇韌性較高的產品。垂直方向受力鋼筋應該選擇熱軋鋼筋，等級至少達到HRB400級和HRB335級，而箍筋宜選用HRB335、HRB400和HPB235級熱軋鋼筋。在進行建筑材料的選擇過程當中應該充分考慮抗震的性能，但是在實際的建設過程當中還要兼顧建筑的成本和造價控制，盡可能通過科學合理的設計在，用盡可能少的材料達到最佳的抗震效果，在二者之間尋找一個最佳的位置。

2.4 隔震和消能減震設計

對于一些有特殊要求的高層建筑，除了一般的抗震設計之外，還需要進行隔振以及消能減震設計，從而達到最佳的抗戰效果。首先在場地和地基的選擇上應該盡可能的選擇密實度較高的地基，從而在地震發生的時候能夠有效的減少地震能量對建筑的破壞，減少共振發生的可能性。根據建筑的實際需要設計建筑的隔震系數，選擇相應的隔震支座，同時考慮風力對建筑所產生的載荷。在建筑構件的選擇上應該使用延性較好的材料，從而減少地震能量對建筑的破壞。

2.5 抗側力體系的優化

對一般性構造的高樓，剛比柔好，采用剛性結構方案的高樓，不僅主體結構破壞輕，而且由于地震時的結構變形小，隔墻，圍護墻等非結構部件將得到保護，破壞也會減輕。提高結構的超靜定次數，在地震時能夠出現的塑性鉸就多，能耗散的地震能量也就越多，結構就愈能經受住較強地震而不倒塌。改善結構屈服機制，使結構破壞十按照整體屈服機制進行，而不是樓層屈服機制。設計結構時遵循強節弱桿、強柱弱梁、強剪弱彎，強壓弱拉的原則。在進行結構設計時，應該選定構件中軸力小的水平桿件，作為主要耗能桿件，并盡可能使其發生彎曲耗能。從而使整個構件具備較大的延性和耗能能力。

2.6 常用的加固設計

為了有效的提高建筑結構的抗震能力，應該根據建筑結構的實際情況采取相應的加固措施，在進行加固方法選擇的時候應該具體考慮以下幾個方面的因素：第一，對于一些機構設計存在缺陷的情況，應該根據實際情況增加構件進行加固，或者是采取具有較高抗震能力的構件代替原有構件。對于需要提高承載力或結構整體剛度的情況，可以增設構件，擴大原截面，設置套箍等方法；很多建筑結構整體性連接達不到抗震的標準，可以有針對性的對結構進行相應的調整，這樣可以分散地震力，減少破壞。建筑中的一些與建筑結構不相關的構件，在地震時有可能倒塌而造成危害，應該適當進行加固。

2.7 控制結構變形

建筑整體結構變形程度對于整個建筑的抗震能力具有直接的影響。在發生地震的過程當中，建筑在水平地震力的作用下出現側移，從而導致建筑結構發生變形，導致破壞的產生。因此應該充分的考察高層建筑的結構類型，然后有針對性的采取相應的措施來減少建筑機構在地震力作用下出現的變形。

相關的時間證明。在對高層建筑結構的損壞程度進行評估的過程當中，間層側移角度是一個十分重要的指標，而國家對此也進行了相應的規定。因此應該采取相關的措施來對結構側移情況進行控制，比較常見的方法有：減小框架的柱距和梁距，采用彎-剪雙重抗側力體系，設置剛臂，豎向支撐的交錯布置，變平面構件為立體構件，圍護結構參與抗震，傾斜立面的利用，扭轉體型的應用，雙曲線圓筒的應用，加大房屋等有效寬度。

結論

我國是一個地震災害比較頻繁的國家，對于高層建筑來說，一旦遭遇地震，往往會遭受巨大的損失。因此在進行高層建筑結構抗震設計的過程當中應該充分考慮當地的地質情況，有針對性的進行相應的設計，盡可能的降低地震造成的損壞。

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