抗震優化設計在高層住宅結構的應用

【摘要】在建筑事業快速發展的今天，抗震優化設計在住宅高層建筑結構中的應用十分重要。其不僅能夠讓整體的抗震效率得到相應的提升，還能讓高層建筑的結構體系得到相應的優化。本文主要針對抗震優化設計在住宅高層建筑結構中的應用進行分析，并提出了相應的優化措施。

【關鍵詞】抗震優化設計；住宅；高層住宅結構

1、高層住宅結構抗震設計原理

1.1高層住宅結構抗震設計目標原則

在設計具有抗震性能的高層住宅時，應確保：在發生低級地震時，高層建筑具有極大的安全性；發生中級地震時，住房建筑存在的損壞不會危及居民生命安全；而當發生大型地震時，則需要保證高層住房不會存在倒塌的風險，從而給居民創造出較大的時間和空間撤離居所。

1.2高層住房結構抗震設計基本原則

為了不斷優化高層住宅結構抗震設計目的，需要講以下原則融合到住宅的抗震設計中來。其一，住宅建筑應具有一定的剛性和彈塑性，這樣就可以保證高層住宅在發生地震時，由于剛性過硬和彈塑性過大而導致建筑結構出現形變。其二、地震過后一般都會伴發余震，因此過度追求建筑的抗震性能就會導致建筑整體剛性偏大，而對余震所帶來的壓力則難以承受而易出現結構的損毀。其三，依據地震后對建筑產生的結構變形程度，需要高層住宅具有備延性良好的分體系，從而防止整體塌陷的后果發生。

2、高層住宅結構設計方法

2.1高層建筑設計方法

高層住宅設計應嚴格按照兩階段設計和三標準設防進行。兩階段即為對住宅建筑第一階段設計的地震動參數應與第一標準相同，地震參數的設計應嚴格按照結構彈性理論，通過精確計算高層結構地震作用效應，并結合實際建筑中存在的重力載荷、風荷載和實際所需承載抗震調整系數，促使第一階段設計能與第一標準完全匹配。而第二階段需要將以上設計的地震動參數與第二、三標準相匹配，確定合理的地震彈塑性位移角，并不高于抗震規范最大值，并嚴格符合建筑第三標準中的防倒塌要求，從而在結構設計上確保高層建筑的抗震性能。

2.2結構規則設計

對住宅高層建筑而言，足夠的扭轉剛度是確保其抗震性能良好的另一標準。在其結構設計中，需要確保結構平面對稱均勻，并符合 抗震設計規范，由此能更好的減小建筑結構內里和書香內力因存在的差異而出現變形的影響。此外，還需保證建筑整體體型簡單、結構剛度適宜以及書香重力載荷受力均勻等，將應力集中的地方進行細部處理，當地震出現時，才可以有效的抵抗所產生的摧毀力而保證高層住宅的安全性。

2.3層間位移和地震扭轉效應

高層建筑的抗震性能與整體的結構體系、結構材料和為宜顯著都有著極為重要的內在聯系。同時還與整體建筑的高寬比、側向載荷有關。在對高層建筑進行抗震設計時，這些因素都需嚴格進行考慮。處理好層間位移限制，加強建筑整體穩定性和正常使用的功能性。此外，還需合理的布置建筑群構建的抗測力，增強建筑結構的抗倒塌能力，因此注重建筑結構扭轉效益的影響，就需要適宜的降低最大位移處構件的剛度，由此可以有效地提高距鋼芯較遠的結構邊緣的抗測力，并提高層間側移，從而有效的增大結構的抗扭轉剛度，加強高層住宅建筑對地震的抗震能力。

2.4強節點弱構件設計

在設計的過程中，還應當對其強節點以及弱構件的方法進行相應的對比分析。其大致的設計方法就是“強柱弱梁，強剪弱彎”是一個從結構抗震設計角度提出的一個結構概念。這個時候就要對其內部預應力做出相應的計算。一般情況下可以采用牛頓第二定律：F=m.a進行相應的合理計算。在節點設計的過程中，一定要保證受力的穩定性輸出。只有這樣其節點才能得到有效地強化。與此同時在進行負載計算的過程中，需要結合其負載參數進行精準計算。其相關參數表如下圖所示：

鋼結構抗震設計負載計算參數表

從以上數據中我們可以較為清晰的看到，在進行參數的設計過程中首先就要對其荷載的整個結構體系進行全面的數據分析，然后對其荷載的總和進行計算。同時也要做好節點抗震平衡設計，而平衡的基礎就在于對稱。其次在設計的過程中還要保證其負載的平衡，這需要相應參數進行科學的設計。并結合其屋面的預應力指數進行相應的計算。

3、抗震優化設計在高層住宅結構的應用

3.1多道抗震防線應用

在地震作用下，抗震結構體系中延性好的要最大限度的發揮耗散和吸收地震能量的作用，要起到第一抗震防線的作用，其他的依次形成第二、第三甚至是更多的防線，這就是多道抗震防線。多道抗震防線可以有效的避免個別構件和建筑結構在地震作用下遭到嚴重破壞。因此，設計多道抗震防線是必要不可缺少的一部分。在進行多抗道設計的過程中，其需要做好以下兩方面的準備工作。

①具備良好的耗能、變形能力和必要的強度。如果沒有較強的抗側力強度和很強的延性在地震中是很容易遭到破壞的。但是兩者之中，如果只具有很大的延性，而抗側力強度不大，那么在地震也會受到破壞，但是如果地震作用不大的情況下，就只會產生變形，建筑結構不會收到破壞。

②剛度以及強度的分配要協調。結構的剛度和強度要合理分布，如果它們分布不合理，就會產生變形或者造成應力過大，那么一來，結構就會發生突變，也可能造成局部的強度變弱，從來成為薄弱的部位。一旦結構上出現薄弱部位，我們就要采取相應的措施來增加它們抗擊地震的能力。

3.2建筑平面和立面的質量分布和剛度要相對稱

如果建筑的質量分布和剛度不對稱，那么在地震作用下就會發生非常明顯的扭曲和震動，因此，在建筑當中，不管是整體還是獨立的單元我們都要做到質量分布和剛度對稱。

結語：

抗震優化設計在住宅高層建筑結構的應用十分重要，其能夠讓整體的抗震體系得到相應的優化。在進行設計的過程中，其需要結合高層建筑結構體系讓高層建筑的受力更加平衡。與此同時，還要做好強節點，弱構件的相關設計。最終讓高層建筑抗震結構體系的效果全面的發揮出來。

參考文獻：

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