住宅高層建筑結構抗震的優化設計

摘要：隨著各行業都更加講究效率和效益。未來建筑行業的發展一定是經濟性和實用性相結合的，高層建筑正是順應這個發展特點，而高層建筑結構抗震優化設計是一個不斷發展和進步的過程，需要我們不斷努力去發展、創新、完善。本文結合高層建筑的設計，提出了結構抗震優化設計的原則并分析了提高高層建筑結構抗震能力的具體措施。

關鍵詞：高層建筑;抗震設計;結構優化

建筑抗震的實踐表明，高層建筑物如果缺乏良好的抗震設計，沒有良好的總體布置方案，僅僅依靠結構抗震計算，采取抗震構造措施是遠遠不夠的，不能達到良好的抗震效果。當較強地震發生的時候，高層建筑物無法發揮很好的抗震效果，不能起到降低震害的效果。因此，在高程建筑設計的實際工作中，為了提高設計水平，保證高層建筑的強度和質量，提高高層建筑的抗震能力，必須重視采取相應的策略，從多個方面入手，優化高層建筑結構的抗震設計，提高建筑結構的抗震能力，為人們的生產生活創造良好的條件。

一、住宅高層建筑結構抗震設計原則

抗震設計要剛柔相濟，選擇合適的結構形式，在增加結構剛度的同時也要增強地震作用，需要確定合理的抗震措施。保證結構的抗震性能主要是確保建筑物滿足“小震不壞、中震可修、大震不倒”的抗震目標。在地震力作用下，要求結構保持在彈性范圍內正常使用。建筑物的變形破壞性態后不能發生很大的變化，經簡單的修復后可正常使用。隨著建筑物高度的增加，允許結構進入彈塑性狀態，但必須保證結構整體的安全。因此，六級以上必須進行抗震設計。每次強震之后都會伴隨多次余震，在建筑抗震設計過程中如果若一味的提高結構抗力，就會增加結構剛度。若只有一道設防，則會導致結構剛度大。所以，建筑物在地震過程中既能滿足變形要求，又能減小地震力的雙重目標。因此，只有這樣才能使建筑物抗震設計過程中防止造成建筑物局部受損。建筑物的抗震結構體系如果剛度太柔，首次被破壞后而余震來臨時其結構將因損傷，結構構件協同工作來抵擋地震作用容易導致建筑物過大形變而不能使用。延性較好的分體系組成，地震發生時不會發生整體傾覆。因此，由若干個在地震發生時由具有較好延性。

二、高層建筑結構抗震的具體設計措施

1、高層建筑結構抗震設計應重視建筑結構的規則性

在高層建筑中，結構的均勻性主要體現在以下幾個方面：

（1）高層建筑主體抗側力結構兩個主軸方向的剛度要比較接近、變形特性要比較相近。這是因為實際的高層建筑結構都是三維的，實際的地震作用、風荷載具有任意的方向性，高層建筑主體抗側力結構兩個主軸方向的剛度比較均勻，就能具有比較良好的抗震、抗風性。

（2）高層建筑主體抗側力結構沿豎向斷面、構成變化比較均勻，不要突變。這里主要是指主體結構的層剪切剛度不要突變，這種均勻的高層建筑結構可以避免因薄弱層的破壞而引起的結構整體破壞，尤以強震區的高層建筑結構需特別注意。

（3）高層建筑主體抗側力結構的平面布置，應注意同一主軸方向各片抗側力結構剛度盡量均勻，應避免在主體結構的布置中設置一、二片剛度特別大而延性較差的結構，如長窄的實體剪力墻。此時，即使結構仍滿足對稱性和剛度的要求，但由于個別結構剛度巨大，地震發生時，將首先吸收極大的能量，應力特別集中，容易首先招致破壞，從而引起整體結構的破壞。同一主軸方向的各片抗側力結構剛度均勻，水平荷載作用下應力分布將比較均勻，有利于結構抗震延性的實現。

2、合理的建筑結構體系選擇

高層建筑結構體系選擇是結構設計應考慮的關鍵問題，結構方案的選取是否合理，對安全性和經濟性起決定的作用。

（1）結構體系應具有明確的計算簡圖和合理的地震作用傳遞途徑：樓屋蓋梁系的布置，應盡量使垂直重力荷載以最短的路徑傳遞到豎向構件墻、柱上去。豎向構件的布置，應盡量使豎向構件在垂直重力荷載作用下的壓應力水平按近均勻，以避免豎向構件之間壓應力的二次轉移。而垂直重力荷載下豎向構件壓應力水平接近均勻是最合理優化的結構選擇。轉換結構的布置，應盡量做到使上部結構豎向構件傳來的垂直重力荷載通過轉換層1次至多2次轉換，即能傳遞到下部結構的豎向構件上去。整體抗側力結構必須體系明確，傳力直接。抗側力結構一般由框架、剪力墻、筒體、支撐等組成，它們宜盡量貫通連續，若它們沿豎向要有變化，則變化要緩慢均勻。

（2）結構體系宜有多道抗震防線，框架-剪力墻結構是具有良好性能的多道防線的抗震結構，其中剪力墻既是主要抗側力構件，又是第一道抗震防線。因此，剪力墻應有相當數量，其承受的結構底部地震傾覆力矩不應小于底部總地震傾覆力矩的50%。同時，為承受剪力墻開裂后重分配的地震作用，任一層框架部分按框架和墻協同工作分配的地震剪力，不應小于結構底部總地震剪力的20%和框架各層地震剪力最大值的1.5倍兩者的較小值。剪力墻結構中剪力墻可以通過合理設置連梁（包括非建筑功能需要的開洞）組成多肢聯肢墻，使其具有優良的多道抗震防線性能。連梁的剛度、承載力和變形能力應與墻肢相匹配，避免連梁過強而使墻肢產生較大拉力而過早出現剛度和承載力退化。一般情況下，聯肢墻宜采用弱連梁。

（3）結構體系宜具有合理的剛度，主體抗側力結構的剛度合理是高層建筑結構設計的重要指標之一。首先，主體抗側力結構的剛度要滿足規范規定的水平位移、整體穩定、強度延性的要求，保證高層建筑結構能正常工作，這是高層建筑主體抗側力結構剛度的下限值，必須滿足。但是，總結工程設計經驗，高層建筑主體抗側力結構的剛度不宜過大，應該合理，這是因為：合理的高層建筑主體抗側力結構剛度以滿足和略大于規范限值即可，結構的延性和安全儲備主要依靠合理的結構構造和精心的設計。主體抗側力結構剛度過大，結構的基本自振周期較短，地震作用加大，結構承受的水平力、傾覆彎矩加大，地基基礎的負擔加大，此時結構的截面和相應的構造配筋增加較大，不經濟。

3、抗側力結構和構件的延性設計

為提高結構和構件的延性水平，避免脆性破壞，應注意以下幾點：①鋼筋混凝土框架結構應設置為“強柱弱梁”。②剪壓比限制。現行的鋼筋混凝土構件斜截面受剪承載力的設計表達式，是基于斜截面上箍筋基本能達到抗拉屈服強度，其受剪承載力隨配箍特征值的增長呈線性關系。試驗表明，配箍特征值過大時箍筋不能充分發揮其強度，構件將呈腹部混凝土斜壓破壞;同時剪壓比對構件變形性能也有顯著影響，因此限制剪壓比，實質上也是對構件最小截面的要求。③鋼筋混凝土框架的梁、柱應避免剪切破壞，即形成“強剪弱彎”。④軸壓比限制。軸壓比是控制偏心受拉邊鋼筋先到抗拉強度，還是受壓區混凝土邊緣失達到其極

限壓應變的主要指標。試驗研究表明，柱的變形能力隨軸壓比增大而急劇降低，尤其在高軸壓比下，增加箍筋對改善柱變形能力的作用并不甚明顯。所以，抗震結構應限制偏心受壓構件的軸壓比。⑤注意其他影響構件延性的因素，如剪跨比、縱向鋼筋配筋率、配箍率和箍筋型式、混凝土和鋼筋材料、鋼筋連接和錨固方式等，均應滿足抗震設計規范要求。

結語

高層建筑是城市未來發展的趨勢，所以，對于建筑結構的安全及抗震性的研究是十分必要的。設計者應根據工程抗震概念各方面的知識和經驗，作出正確的工程判斷，找出結構安全與經濟合理的最佳結合點，探求出一種實用可行的二步或三步設防的合理有效的抗震設計方法，以更好地適應社會經濟和科學技術的發展。

參考文獻：

[1]劉光紳.建筑結構抗震設防設計中的若干問題探討[J].山西建筑，2010（3）

[2]董麗媛.探討高層建筑結構抗震的優化設計[J].中華民居，2012（6）

[3]戰宇.高層建筑結構抗震優化設計探討[J].低溫建筑技術，2011（1）