小議高層建筑抗震結構設計

【摘 要】隨著國民經濟水平的提高，建筑事業(yè)也隨之快速發(fā)展，尤其是高層建筑。但是由于地震等自然災害的頻發(fā)，嚴重影響了人們的日常生活和生命財產安全，因此，在高層建筑的結構設計中，對于抗震的結構設計是非常必要的。本文即針對高層建筑抗震結構設計中的常見問題進行了分析，并探討了高層建筑抗震結構設計的原則以及基本方法，同時分析了高層建筑抗震結構設計的前景。

【關鍵詞】高層建筑；抗震；結構設計

現(xiàn)今，我國的大部分城市內都是高樓聳立，對于高層建筑結構的設計是一項較復雜責任繁重的系統(tǒng)工程，尤其是抗震的結構設計，其設計的好壞將直接影響高層建筑的工程質量，特別是在地震多發(fā)區(qū)，因此，這就需要設計人員要充分認識高層建筑抗震結構設計中容易出現(xiàn)的問題，不斷進行總結和改進，以完善高層建筑的抗震結構設計。

1 高層建筑抗震結構設計中的常見問題

1.1 高層建筑的高度問題

根據我國現(xiàn)行的相關結構技術規(guī)定，在一定設防烈度和一定結構型式下，鋼筋混凝土高層建筑要有一個適宜的高度。也就是說，在這個高度的范圍內，建筑的抗震性能是比較可靠地，但是目前，存在少數的高層建筑的高度超過了規(guī)定的范圍，如果在地震力的作用下，極易改變超過限制的高層建筑物的變形破壞性態(tài)以及其他影響因素，那么就會大大降低高層建筑的抗震能力，對于抗震結構設計的一些相關參數也要重新選取。

1.2 結構體系以及建筑材料的選用

結構體系以及建筑材料的選用對于高層建筑的抗震性能具有非常重要的意義，尤其是在地震的多發(fā)區(qū)，更應該重視科學合理的結構體系以及建筑材料的選用。在我國，多部分的高層建筑結構體系是鋼筋混凝土核心筒以及混合結構為主，所以對于變形的控制通常要以這種結構的位移值為基準。但是，這種情況下，如果發(fā)生彎曲變形，導致的側移會比較大，進而增加鋼結構的承受壓力，為了保證效果，使其控制在規(guī)范的側移值內，通常需要設置伸臂結構或加大混凝土筒的剛度。

1.3 抗震設防烈度過低

根據可靠的數據以及專家分析，我國現(xiàn)行的高層建筑抗震的結構設計的安全度遠遠不能滿足社會的需求，有數據顯示，我國的高層建筑抗震實際的安全度很可能是世界上最低的一個國家。在經濟科技都快速發(fā)展的情況下，我國的高層建筑抗震結構的設計原則，即“小震不壞，中震可修，大震不倒”，在這種新形勢下，有必要進行重新的修訂。由于我國現(xiàn)行的高層建筑抗震結構的設防標準過低，由于其結構失效，經常會導致嚴重的后果。

1.4 軸壓比與短柱問題

在高層建筑結構設計中，如果是采用鋼筋混凝土的結構體系中，為了控制柱的軸壓比，增加柱的橫斷面，而柱的縱向鋼筋卻為構造配筋。對柱的軸壓比進行限制主要是為了使柱子處于較大的偏壓狀態(tài)下，避免受拉鋼筋的破損，進而降低高層建筑的整體結構延性。

2 高層建筑抗震結構設計的原則以及基本方法

2.1 抗震結構的設計原則

2.1.1 結構設計的整體性

高層建筑的樓蓋對于其結構的整體性占據著不可或缺的位置。樓蓋就類似于一個橫向的水平隔板，將慣性力聚集起來，并向各個豎向抗側力的子結構傳遞，尤其是當這些子結構的布置不均勻或過于復雜時，樓蓋就可以很好的將這些抗側力子結構組織起來，進行協(xié)同合作，來承受地震的作用。

2.1.2 結構設計的簡單性

高層建筑結構設計的簡單性主要是指在地震的作用下，具有極其明確清晰的直接傳力方式。在相關的規(guī)范中對于結構體系有明確的要求，即結構體系要有明確的計算簡圖以及合理的地震作用傳遞途徑。換句話說，只有高層建筑結構的設計越簡單，才能夠分析出結構的計算模型、內力以及位移，進而提高對高層建筑結構的抗震性能的預測的可靠性。

2.2 抗震結構的設計方法

2.2.1 基于水平位移的抗震結構設計

基于水平位移的抗震結構設計主要是為了使結構的變形能力能夠保持在預期的地震作用下（通常是在大地震的情況下）的變形要求。此外，要根據界面的應變大小以及分布，來確定建筑的構件標準，同時在確定構件的變形值時，要以構件的變形以及其與結構位移的關系來確定。首先，要充分研究高層建筑的一些簡單結構的構件變形，以及其與配筋的關系，嚴格按照變形的要求來設計合理的構件，進而對建筑的整體結構進入彈塑性后的變形與構件變形的關系。因此，這時就要設計在大地震的作用下的變形，這也將是高層建筑抗震結構的未來的發(fā)展趨勢。

2.2.2 推廣使用隔震和消能減震設計

現(xiàn)今，在高層建筑的抗震設計中，多采用的是傳統(tǒng)的抗震結構體系，也就是延性結構體系，主要是控制建筑結構的剛度，如果發(fā)生地震，就會使建筑的構件進入非彈性的狀態(tài)中，使其具有較大的延性，進而有助于地震作用下的能量的消耗，盡可能的減小地震效應，避免建筑物的倒塌。此外，通過采用相關的隔震措施，如軟墊隔震、擺動隔震以及滑移隔震等，可以改變高層建筑的動力特性，進而減少所受到的地震能量的作用，同時通過采用高延性構件，也可以增加高層建筑結構的耗能能力，有助于減輕地震效應。

2.2.3 降低高層建筑結構的自重

如若是在相同的地基承載能力條件下，降低高層建筑結構的自身重量可以使在不增加地基以及其造價的情況下，可以在相關的規(guī)定范圍內，尤其是在軟土層的地基上，可以增加高層建筑的層數。研究顯示，由于高層建筑的高度很大，重心也相應較高，所以，建筑的重量越大，受地震作用的傾覆力矩的效應就越大。

因此，在高層建筑的抗震結構設計中，要盡量采用輕質材料來填充高層建筑物的填充墻及隔墻。

2.2.4 設置多道抗震防線

通常在地震后都會伴有多次的余震，那么對于高層建筑結構如果只設置一道抗震防線，往往會只因首次的強烈地震就會遭到嚴重的破損，甚至倒塌。因此，有必要對高層建筑設置多道抗震防線。在一個高層建筑的抗震體系下，應該由多個延性較好的分體系組成，當第一道抗震防線遭到沖擊時，其他的抗震防線便能夠接替第一道防線繼續(xù)抵擋隨后的地震沖擊，通過多道防線的協(xié)同合作，可有效地防止高層建筑的倒塌。

3 高層建筑抗震結構設計的前景

雖然我國的高層建筑水平穩(wěn)步的提升，但是在高層建筑抗震的結構設計中仍然面臨很多新的問題和挑戰(zhàn)。其中，首先對于影響高層建筑抗震結構的設計效果的關鍵因素就是建筑材料的選用，提高每一項建筑材料的抗震指標可以很好地提高高層建筑的整體抗震性能，因此，科研人員要加強對于新型復合高性能的建筑材料的研發(fā)，以促進抗震技術，進而滿足高層建筑抗震結構設計的需求。其次，對于不同的抗震能力的需求，要采取相應的抗震措施，設置是對于同一個高層建筑的不同部位和樓層以及對于性能的要求不同時，都要選用不同的標準的構件。因此，高層建筑抗震結構的設計人員在實際工作中，要根據自身的專業(yè)水平知識以及實際經驗，并結合對具體的高層建筑的抗震性能要求及措施，來設計出符合抗震設防烈度標準的高層建筑結構。另外，高層建筑的抗震結構體系也開始逐漸以柔性為主，而不在是傳統(tǒng)中的以硬性為主的結構體系。最后，對于高層建筑抗震結構的計算方式也發(fā)生了改變，即從線性分析向非線性分析轉變，從確定性分析向非確定性分析轉變，從振型分解反應分析向時程分析法轉變。

4 總結：

綜上所述，高層建筑的抗震結構設計是整個建筑工程的關鍵環(huán)節(jié)，但是在我國高層建筑的抗震結構設計上處于起步階段，仍需要進一步的完善。因此，設計人員用綜合多方面的因素進行分析，同時，結合新型的高性能材料以及抗震結構理念，以提高高層建筑抗震結構的設計水平，進而促進我國高層建筑的抗震結構設計方法的發(fā)展。

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