關于建筑抗震結構設計問題的思考

【摘要】本文首先分析了地震作用下高層建筑結構的破壞特點，然后就高層建筑抗震設計具體方法進行了闡述，望能為解決高層建筑抗震相關問題提供一定的參考。

【關鍵詞】高層建筑；抗震；結構；設計

前言

地震是人類在繁衍生息、社會發展過程中遇到的一種可怕的自然災害。強烈地震常常以其猝不及防的突發性和巨大的破壞力給社會經濟發展、人類生存安全和社會穩定、社會功能帶來嚴重的危害。研究表明，在地震中造成人員傷亡和經濟損失最主要的因素就是房屋倒塌及其引發的次生災害（約占95%）。無數次的震害告訴我們，抗震設計是防御和減輕地震災害最有效、最根本的措施。高層建筑結構的抗震仍然是建筑物安全考慮的重要問題。

一、地震作用下高層建筑結構的破壞特點分析

1、①在具有較厚軟弱沖積土層場地，高層建筑的破壞率顯著增高；②地基土液化導致地基不均勻沉降，從而引起上部結構損壞或整體傾斜；③建造在不利或危險地段的房屋建筑，因地基破壞導致房屋損壞。④當建筑結構的基本周期與場地自振周期相近時，因共振效應破壞程度將加重。

2、結構體系方面。①采用“填墻框架”的房屋結構，鋼筋混凝土框架結構平面內柱上端易發生剪切破壞，外墻框架柱在窗洞處因受窗下墻的約束而發生短柱型剪切型破壞；②采用框架一抗震墻體系的房屋結構，破壞程度較輕；③采用“底框結構”體系的房屋，剛度柔弱的底層破壞程度十分嚴重；采用“填墻框架”體系的房屋，當底層為敞開式框架間未砌磚墻，底層同樣遭到嚴重破壞；

3、剛度分布方面。①矩形平面布置的建筑結構，電梯井等抗側力構件的布置當存在偏心時，因發生扭轉振動而使震害加重；②采用三角形、L 形等不對稱平面的建筑結構，同樣在地震作用因發生扭轉振動而使震害加重。

4、構件形式方面。①在框架結構中，通常柱的破壞程度重于梁、板；②鋼筋混凝土多肢剪力墻的窗下墻通常會出現斜向或交叉裂縫；③配置螺旋箍筋的混凝土柱，當層間位移角達到較大數值時，核心混凝土仍保持完好，柱仍具有較大的抵抗能力；

二、高層建筑抗震設計方法分析研究

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、建筑結構的規則性。為了保證建筑的可靠性以及其所承載的力量的分布均勻，在進行建筑結構設計過程中，一定要盡量保證建筑結構的規則性，并且也要使抗側力結構盡量保證簡單化。在選擇建筑結構平面布置圖形時，應該選擇較為規整的圖形，因為只有規則的圖形，才能使建筑在面對地怎發生時所帶來的承載力的均勻分布。對于不規則的建筑結構平面，應該盡量避免，因為不規則的建筑平面容易造成建筑結構質心與鋼心間的交錯，這樣的建筑在面對地震時，容易產生鋼心距離較大，剛性不足，最終建筑將會面臨倒塌的危險。

3、建筑結構材料的選取。建筑結構材料的好壞決定著建筑在地震發生時的安全性。事實上，高層建筑抗震結構設計的實質就是將各個建筑構件的延性整合起來，并對其進行相應的協調與把握，其目的就使建筑在面對地震時能夠安全穩定。在選擇建筑鋼筋時，一定要盡量選擇那些具有較高韌性的材料。對于在垂直方向受力的鋼筋，要采用熱軋鋼筋，以 HRB400 級和 HRB335級為標準，對于箍筋，則是以 HRB335、HRB400 和 HPB235級熱軋鋼筋為佳。在選取建筑結構材料過程中，一定要時時考慮材料抗震方面的性能，當然，在建筑過程中，建筑成本、造價控制也是建筑企業必須要考慮的問題，因此，在對建筑結構材料選取的過程中，一定要找到建筑成本與抗震新性能之間的點，兼顧二者，以期實現以最少的材料獲取最佳的抗震效果。

4、隔震和消能減震設計。有些高層建筑對于抗震的要求較為嚴格，除了要實現一般的抗震效果外，還有保證隔振、消能等方面的需求。因此，為了達到這些效果，首先，從場地與地基的角度來看，應該選擇具有較高密實度的地基，因為高密實度的地基，可以減輕地震發生時所產生的能量給建筑造成的破壞，降低共振發生幾率。對于不同建筑，其所要求的隔振系數有所不同，因此，在進行建筑結構設計時，一定要具體問題具體分析，選擇相應的隔震支座，并且，也要考慮因風力所給建筑帶來的負荷。對于隔振、消能方面的建筑構件的選擇上，盡量采用延性好的材料，使建筑受地震能力帶來的破壞降低。

5、抗側力體形的優化。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。

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。

三、結語

現代城市的發展促使高層建筑的不斷增多，抗震結構設計也顯得越來越重要。而新型結構體系結構形式復雜，分析難度大，全面細致的考慮結構各個構件和每個組成部分，成為今后新型結構體系設計和考慮的重點。所以同行在以后的設計過程中應該明了結構設計的重點在哪里。高層建筑結構的抗震設計方法和技術是不斷變化和進步的，我們需要在具體的實踐中對高層建筑所處的地質和環境進行詳細的分析和研究，選用適合的抗震結構，注重建筑結構材料的選擇，減小地震的作用力，增強地震的抵抗力，從而達到高層建筑抗震的目的。

參考文獻

[1] 張振璽. 高層建筑結構的抗震設計分析[J]. China’s ForeignTrade，2012

[2] 李彬. 對于高層建筑結構的抗震設計探討[J]. 中國新技術新產品，2012

[3] 王道星. 芻議高層建筑中抗震設計必要性[J]. 能源與節能，2012