分析高層住宅建筑結構抗震結構優化設計

夏銅

【摘要】城市化加快，土地使用的增大，促使城市建筑越來越高層化。然而我國由于地理原因，又是一個地震多發生的地區，近幾年的發生的幾起大的地震給國家和人民帶來了嚴重的損失，所以建筑抗震設計就更加重要了。為了減少災難帶來的損失，維護人們的生命安全，就必須優化高層住宅結構的抗震結構。本文從優化抗震結構的原則出發，提出了影響抗震能力的因素，并提出了相應的解決措施，希望能對高層住宅結構的抗震優化設計提供幫助。

【關鍵詞】高層住宅；抗震結構；優化設計

前言

隨著社會經濟的快速發展，人們的生活水平不斷提高，越來越多的人開始追求更高品質的生活條件，由此，建筑行業高層住宅的建筑結構發生了變化，由原來的多層混磚結構變為現在的鋼筋混凝土結構。城市化進程的不斷加快，城市的規模不斷擴大，土地資源日漸緊張，住宅建筑逐漸以高層為主，高層建筑聚集了更多的人民群眾，一旦發生地震災害，由于人員的密集和住宅的高度等因素，會在很大程度上加大地震災害，因此，為減少災害損失，就必須做好建筑抗震結構優化設計，提高高層住宅建筑的抗震能力。

1 高層住宅建筑結構抗震設計的重要性

由于我國是一個地震多發國，最早的有關于地震的記載大概在3000年之前，我國地震帶分布較多，6級以上的地震在我國很多地方都有發生的記錄，除此之外還有很多地區曾經發生過7-8級左右的強烈地震，這對于建筑物的安全和人民的生命財產安全來說無非是最大的威脅，正由于高層建筑物的高度問題，致使其中心很高，由于地震作用，會造成高層建筑物的擺動，這樣極容易導致建筑物出現損壞甚至倒塌，因此，在對高層建筑進行設計時，萬萬不能疏忽其抗震能力設計工作，要求設計人員在設計過程中要重視建筑結構的平、立面布置，要盡可能的保持建筑物的平面規整、勻稱、簡單，忌諱建筑物中有大的凹進和凸出，另外在立面體型方面，同樣要求規整、勻稱，堅決杜絕出現較大的外挑和內收，我國的高層建筑相關要求中都已有明確規定。

然而當今設計人員對千篇一律、過于規整的高層建筑有所厭煩，故而設計一些形狀獨特的建筑，這對于建筑的防震能力是十分不利的，因此，要求設計師在設計時，要保證高層建筑的抗震能力的前提下進行有沒外形設計，應以保證建筑物的結構安全和人們的生命財產為基本宗旨，另外還應吸取歐美和日本等先進建筑防震技術，他山之石可以攻玉。只有這樣才能維持我國建筑行業的健康發展，為我國的城市建設作出貢獻。

2 高層住宅建筑結構抗震設計的原則

為保證高層住宅建筑在經受地震等自然災害時損失最小、安全性最高，就需要在進行住宅結構抗震設計時結合實際的工程情況和施工地點，保證高層住宅建筑具有較好的抗震能力。抗震設計時要采取剛柔并濟的原則，選擇適合的抗震結構，制定合理的抗震設計措施，保證在遭遇較小的地震時，不影響建筑結構，在遭遇較大地震時也要保證建筑物的變形變化不能太大，且經修復后不影響正常使用。住宅建筑較高時，可以在保證整體結構安全的同時，允許加入彈塑性狀態。另外，六級以上地震一般都伴有多次余震，若建筑構件的剛度小，則會導致初次地震時建筑損壞，無法抵御余震的沖擊，因此，住宅建筑應既滿足變形要求，也要減小地震作用，避免建筑的局部受損。

3 高層住宅建筑結構中抗震設計存在

（1）抗震規范問題。在進行抗震建筑結構設計時，應根據當地的實際情況，對使用抗震材料的延性進行等級劃分，利用不同的地震強度來確定所需要的延性，用較小地震的最高強度來確定所需延性的最低要求，同時，在較低烈度的區域使用較低延性的材料，在較高烈度的區域使用較高延性的材料。但是，在我國，沒有對地震作用進行細致的劃分，而是將不同地震取一個固定數字進行分析，這樣就導致不同地震作用下的延性相同，在地震作用較大時，也就無法滿足抗震所需的延性，從而增加了災害造成的損失。

（2）抗震設防目標不明確。我國的抗震設防目標一直是以“大震不倒、中震可修、小震不壞”為原則，來規范抗震建筑的抗震效果，但是，這樣的抗震設防目標太過籠統，不適用于所有的建筑，目標范圍太過模糊，違背了國際上“多層次、多形態”的控制目標，因此，應對不同地震等級中，不同的抗震建筑進行靈活的等級劃分，比如，可以分為，一類是經過地震災害后可能會出現次生災害的建筑，另一類是在遭遇地震后影響其使用而必須進行及時的搶修的建筑等。靈活的抗震設防目標才能使抗震工作更細致、更深入，保證抗震設計的抗震作用。

4 抗震結構優化設計方案

（1）地理位置選擇。不同的地理位置，發生地震時的破壞程度也是明顯不同的，因此，應選擇抗震能力較強的地區避免危害性大的地區進行建設，在住宅建筑開始之前，進行必要的地基勘察，根據建設場地的實際情況進行不同標準的分類和等級劃分，以便對該地區進行合理的抗震設計。比如根據地區地基液化等級和抗震設防類別，進行相應的消除地基液化或采取鞏固地基的措施，以達到更好的抗震效果。同時，避免選擇不利于住宅建設的地區，為日后的建筑安全排除隱患。

（2）優化建筑結構。抗震優化設計中的一個很重要的原則是力求對稱，對整個建筑結構中的構造和承載能力進行綜合的考量，以此來判斷整個結構的抗震能力。地震時高層建筑所承受的地震作用取決于它的動力特性，與建筑所具有的剛度、承載力力度分布和延性有關。高層建筑的結構是由縱向和橫向的承重結構組成的，承重結構的穩定性和剛度決定著建筑抗震能力的大小，因此，要提高建筑的抗震能力，就應首先增加承重構件的延性，可以采取增加構造柱，并配置鋼筋構造的方式來增強結構的整體穩定性。另外也可以配置鋼筋圈梁來解決散落問題，增強建筑的抗震性能。在地震作用較大時，就需要結構的延性來避免建筑的變形，因此，建筑的延性也是增強抗震能力的重要因素，為了在地震作用下使鋼筋混凝土保持足夠的延性，就需要把塑性變形集中在具有良好延性的構件上，首先是選擇合適的塑性變形構件，然后人為地增加構件的抗剪力，避免在地震作用下出現剪切破壞，影響構件及建筑的延性，最后通過相應的措施，保證塑性鉸的位置具有較強的轉動能力和耗能能力。

（3）抗震材料的選擇。對于許多多發地震區來講，結構上的抗震性設計遠遠無法滿足抗震要求，還應當把高性能的資料結合使用，并且結構體系要優質。目前為止，我國住宅建筑中高層建筑使用的結構體系主要有剪力墻、框架、兩者結合及簡體等。然而，外國地區抗震住宅建筑多采用鋼結構，但我國抗震住宅仍有90%以上使用鋼筋混凝土，兩者相比較，鋼結構的延性、韌性和強度都比混凝土結構好得多，因此，鋼結構的抗震能力更強。且據實踐證明，鋼結構出現破壞倒塌的情況較少，是適合做抗震建筑材料的首選，況且，我國的鋼產量居世界前列，鋼材的品種和類型也在不斷增加，因此，應在抗震建筑中多使用鋼結構或者鋼管混凝土結構，來提高高層住宅建筑的抗震性能。

結語

隨著城市化進程的不斷加快，人口居住也越來越密集，住宅建筑樓層越來越高，但我國又是處于地震帶交匯處、地震災害頻發的國家，為避免在人口密集的地區發生較大的災害損失，就必須加強住宅結構的抗震設計，從地理位置的選擇、建筑結構的優化和建筑材料的選擇等多個方面進行優化設計，達到增強建筑抗震能力、減少災害損失的目的，保證人們的人身安全和財產安全。

參考文獻

[1] 陳昌坤，潘寵平 . 某高層住宅抗震安全性評估 [J]. 工程抗震與加固改造，2014，

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