高層建筑結構抗震設計優化措施解析

韓炯

（九源（北京）國際建筑顧問有限公司寧夏銀川　750001）

高層建筑結構抗震設計優化措施解析

韓炯

（九源（北京）國際建筑顧問有限公司寧夏銀川750001）

隨著社會的高速發展，人們對高層抗震的需求日益增高，下面由高層建筑結構抗震設計的原則開始，對于高層建筑抗震設計中的問題展開相關探究，并對高層建筑結構抗震設計的優化措施展開一系列的闡述。

高層建筑結構；抗震設計；優化；措施

這幾年，國內地震災害出現的次數比較多，在地震出現時，建筑受到很大的破壞，而且一些建筑還會出現倒塌的狀況，因此而帶來的經濟損失與人員傷亡特別大。因為高層建筑層數特別多，容積率特別大，若在地震中出現坍塌將帶來很大的損害。所以做好建筑抗震設計具有特別關鍵的意義，因此需在設計時對其抗震特性進行重點關注與優化，在一定程度上的提升高層建筑的抗震特性。

1　建筑抗震結構設計原則

1.1關于結構的規則性

對于建筑防震結構設計，需先弄清楚建筑抗震結構設計的需求，在此基礎之上，優化建筑平面和建筑物的應用性能，并對其進行適當的布局，對于高層建筑而言，務必要保證其具有足夠的剛度，從而減小結構扭轉的影響，對于建筑物來說需確保其平面均勻對稱，建筑物的柱網剪力墻務必要科學布置。因為此類建筑結構可以很容易出現建筑物多地震的反應，對于建筑防震結構設計需對建筑進行適當布置，如此一來對于減小豎向構件間的差異形變和結構內應力對建筑結構的不利影響具有非常大的作用。

1.2關于層間的位移限制

在建筑結構工程師進行建筑防震結構設計期間需參考下建筑結構材料、位移的約束、結構體系、側向荷載和高比寬等問題。對于建筑防震結構設計需在一定程度上要求鋼筋混凝土結構的位移限值，還要對建筑的所處位置進行優化設計，保證其穩定性及功能的穩定使用等。建筑在地震或者是風力之層間常常會產生很大位移，對于建筑防震結構設計不但要滿足其剛度，還要防止超過其承載力。

2　高層建筑結構抗震設計的主要內容

抗震設計的基本原則為需符合大震不倒、中震可修、小震不壞的要求，針對于這一原則，需依抗震設計的兩階段來設計，依次為多遇地震下的狀況與罕遇地震的狀況，前者使用彈性反應譜法，后者使用抗倒塌彈塑性變形驗算。對部分超越規范的高層建筑，能夠使用基于結構性能的抗震設計理論來設計。

3　高層建筑抗震設計中常出現的問題

3.1建筑平面和豎向不規則

由于經濟水平的提升和大家對流動的藝術的追求，建筑師創作的平面與立面日益復雜。進而平面與立面規則性超限的狀況越日益普遍。這就促使建筑的抗震性能有很大的削弱。

3.2地基的選取不科學

不同的地基類型對地震力的傳遞有不一樣的特點，高層建筑因為垂直高度較高，自身重量較大，因此在選址時，對于土質的硬度、密實度與對地形的開闊和平坦性具有很高的要求，而且需遠離河岸，防止抗震危險性路段，如此一來才可以保證高層建筑的基礎具有較好的抗震性能，可以在地震力作用下具有非常好的承受能力。然而目前因為國內城市發展速度的加快，城市人口日益增加，很大一部分房地產開發商在進行高層建筑選址時均會更多的對其商業利益與商業開發空間進行考慮，這就造成高層建筑地基在選取上具有特別多的適宜性與不科學性，進而使其抗震性能降低，在地震發生時高層建筑的基礎破壞更加嚴重。

3.3材料的選取不科學

這幾年，國內地震出現的次數特別多，因此在對地震頻發區域進行高層建筑設計時，務必保證其結構體系的科學性性，另外還需適當選擇結構材料。然而由于施工、經濟等因素，輕質高強材料并未適當的采用。

3.4抗震設防烈度較低

由于我國的經濟發達程度還不夠高，現在國內的建筑的抗震設防烈度不高，中震和規定的設計基準期內超越概率大約為10豫的地震烈度相似，較低的抗震設防烈度減小了高層建筑的抗震需求。

4　高層建筑結構抗震設計的優化措施

若想設計出具有特別好的抗震性能的建筑需要從結構概念設計與構件設計兩個角度著手。抗震概念設計對結構的抗震功能具有很大的作用，所以新規范都在有關條文中提出了建筑和結構概念設計的關鍵性，還要求建筑師與結構工程師在高層建筑設計中需特別關注建筑結構設計中的概念設計。

結構構件抗震的優化原則，就是“四強四弱”“強柱弱梁”，指節點處柱端實際受彎承載力超過梁端實際受彎承載力；“強剪弱彎”為避免構件剪切的破壞，對于桿件的受剪承載力最好大于受彎承載力；“強節點弱桿件”為避免節點比構件破壞的早；對桿件截面來說，“強壓弱拉”為防止桿件由于彎曲而出現受壓混凝土破裂的脆性破壞，讓受拉區鋼筋的承載力小于受壓區混凝土受壓承載力，具體的能夠從以下幾點來考慮：

4.1選擇有利的抗震場地

由于地質條件的不同地震對建筑設施的破壞具有很大的差異。在施工前要勘察好地基狀況，保證建筑場地有助于建筑設施的抗震，應盡量不在抗震不利地段建設建筑構，在不能避開時，需采用恰當的措施提升抗震性能。根據建筑場地地基地質特征與受地震破壞作用的強弱來進行分類，依據建筑場地的實際狀況適當采取抗震措施，比方說依據地基地質抗震設防種類、地基液化等級等實際狀況科學采用適當的基礎形式。

4.2選用合理的結構體系

體系問題為結構設計需要把握的關鍵問題。需注意體系的科學性問題，優先使用抗震性能高、延性優、耗能性能強、有利于施工的具有多道防線的體系。防止選用抗震性能特別低的板柱-抗震墻結構、框架結構、特別是單跨框架結構等。

4.2.1優化平面和立面設計

結構的簡單性，就是盡可能地均勻、對稱。結構簡單為結構在地震之力下具有直接與清晰的傳力方式。對于簡單的結構，可以簡單地把握建筑結構的計算模型、內力位移分析以及結構薄弱部位，進而對結構的抗震功能也具有良好的估計。對于為了符合建筑性能要求的平面與立面的不規則，能夠采取以下幾點進行改善。

4.2.2提高結構的剛度和抗震能力

水平地震是雙向的，對于建筑結構設計需讓高層建筑可以抵抗任意方向的地震破壞。一般設計能夠讓結構沿平面上兩個主軸方向具有充足的剛度與抗震性能，結構的抗震性能就是結構強度和延伸的反映。結構剛度的選擇不但可以減輕地震破壞作用，還需注意控制結構形變的增幅，太大的形變將出現重力二階效應，造成結構破壞、失穩。

4.2.3結構的整體性

對于高層建筑結構，樓蓋的設計對高層建筑整體性來說具有非常重要的作用，樓蓋和水平隔板類似，其不但聚集與傳遞慣性力到任意一豎向抗側力結構，而且還需要這些結構可以協同承受地震作用。尤其是抗側力構件水平形變特征不同步的結構，就需要樓蓋讓抗側力和結構可以協同工作。

4.2.4設置完善的抗震措施

抗震建筑結構體系需全方位考慮到建筑物的設防烈度、場地、地基、材料以及施工等因素，通過技術、經濟技術、經濟條件綜合考慮進行確定。首先需多設幾道抗震防線，進而防止由于部分結構或構件破壞而造成一個高層建筑結構體系不具備抗震性能。適當的剛度與強度分布，將防止由于局部消弱、突變性、太大的應力集中可能出現的薄弱部位。

4.3選用合適的建筑材料

科學選用高層建結構材料對提升建筑設施的抗震性能是非常有利的。就抗震設計方面來講對建筑工程用到材料參數展開合理分析，選擇適合高層建筑抗震條件的工程材料。盡可能使用高性能混凝土和高強鋼筋及別的高強輕質的材料，用來提升構件內力及抗震能力，同時需要積極使用新型減震及隔震材料。

5　結語

隨著高層建筑技術的持續發展，它的抗震設計水平也在提高，高層建筑抗震設計的措施也是變得越來越科學及合理，外加上多種多樣的新技術和新材料的出現，高層建筑抗震能力一直在提高，很好的提升了地震出現時建筑的安全性能。

[1]趙建榮.建筑結構抗震設計若干問題的探究[J].科技創新導報，2012 （6）：45.

[2]王海翠.我國高層建筑抗震結構設計初探[J].科技傳播，2011（10）：29，41援

[3]郭霞飛.高層建筑結構抗震設計思想與工程實例分析[J].四川建材，2010（3）：120～121援

TU973.2

A

1673-0038（2015）49-0080-02

2015-11-1