高层结构抗震设计方法研究

高层结构抗震设计方法研究

姜久强

（中油辽河工程有限公司辽宁盘锦124000）

摘要：高层结构的结构体系是随着社会生产的发展和科学技术的进步而不断发展的随着经济水平的增反和高层结构的增多，结构抗震分析和设计已经变得越来越重要特别是我国处于地震多发国，高层结构抗震设防是工程设计面临的迫切任务，高层结构的抗震仍然是结构物安全考虑的重要问题。本文就高层建筑中抗震设计的原则与存在的问题进行了简要的总结，并就改进措施提出一些见解，希望对这方面的研究工作有所帮助。

关键词：抗震，结构，方法，设计

所谓高层建筑，通常是指八层及八层以上的民用建筑。由于其层数多、高度大，在荷载作用下的受力特点、变形状态以及对结构体系和各种服务设施的要求等与低层和多层建筑相比均大为不同，高层结构主要随垂直和水平荷载作用(风荷载及水平地震作用)，随着建筑物高度的增加，这两种荷载对结构产生的效应也随之而变化，水平荷载产生的弯矩和剪力迅速增大，甚至起着控制设计的作用。一幢高层建筑结构的设计是集概念、计算、构造于一体，特别是抗震结构的构造措施和设计概念更胜于计算机程序计算的颇为复杂的过程。以下仅从抗震概念、构造及设计过程中如何解决遇到的问题等方面加以探讨。

1 当前我国高层建筑在抗震设计方面存在的问题

有些结构物高度超过极限。按我国现行高层结构混凝土结构技术规程规定，在一定设防烈度和一定结构型式下，钢筋混凝土高层结构都有一个适宜的高度。在这个高度，抗震能力还是比较稳妥的，但是目前不少高层结构超过了高度限制。在震力作用下，超高限建筑物的变形破坏性态会发生很大的变化，建筑物的抗震能力会下降，很多影响因索也发生变化，结构设计和工程预算的相应参数需要重新选取。地基的选取不合理。由于城市人口的增多和相对空间的缩不。不少建筑商忽略了这问题，哪里商业空间大就在哪里建高层结构应选择位于开阔平坦地带的坚硬土场地或密实均匀中硬土场地，远离河岸，不应垮在两类土壤上，避开不利地形、避免在断层、山崖、滑坡、地裂等抗震危险地段建造房屋。高层‘结构的地基选取不恰当可能导致抗震能力差。材料的选用不科学，结构体系不合理在地震多发生，采用何种建筑材料或结构体系较为合理应该得到人们的重视。由于我国建筑结构主要以钢筋混凝土核心筒为主，变形控制要以钢筋混凝土结构的位移限值为基准。但因其弯曲变形的侧移较大，靠刚度很不的钢框架协同工作减小饲移，不仅增大了钢结构的负担。而且效果不大，有时不得不加大混凝土筒的刚度或设置伸臂结构，形成加强层才能满足规范侧移限值。较低的抗震设防烈度现在许多专家提出，现行的建筑结构设计安全度已不能适应国情的需要，建筑结构设计的安全度水平应该大幅度提高我国现行抗震设防标准是比较低的，中震相当于在规定的设计基准期内超越概率为10％的地震烈度，较低的抗震设防烈度放松了高层结构的抗震要求。

2 高层建筑结构的抗震设计

2.1高层结构抗震设计基本原则

(1) 场地设计。地震对结构物的破坏程度，首先取决于地震释放能量的大不，同时还和震源深浅程度、结构物与震中距离以及结构物所处场地土性质有关。因此，在大范围上说，对不同抗震烈度地区要采取不同的结构选型和高度控制，在越高级抗震的地区建设高层结构应该更为注意。

(2) 材料和结构体系的选择

我国高层结构中常采用的结构体系有 : 框架、框架一剪力墙、剪力墙和筒体等几种体系，这也是其他国家高层结构采用的主要体系。但国外，特别地震区，是以刚结构为主，而在我国钢筋混凝土结构和混合结构却占了 90%。高层结构的抗侧力体系是高层结构是否合理、经济的关键，随着结构高度及功能的发展需要而不断发展变化。

(3) 选择有利的结构体型。

平面布置，在满足结构功能的前提下，结构平面布置应该简单、规则、对齐、对称，力求使平面刚度中心和质量中心重合，尽量减少偏心，以减小地震作用下的扭转。

2.2抗震设计计算方法

当前，对于高层建筑的抗震设计主要采用以下几种方法：

（1）底部剪力法。当建筑物高度小于四十米，且质量.刚度分布均匀.以剪切变形为主时，采用底部剪力法进行抗震设计计算。此种方法是将地震作用看作是等效静载荷，从而计算出结构的最强地震反应。

（2）振型分解反应谱法。主要是利用振型分解以及反应谱理论计算结构的最强地震反应。

（3）时程分析法。这种方法主要是通过选定一定的地震波，对结构的运动平衡微分方程进行数值积分，从而得到在整个地震时程区域内的地震反应。

2.3 抗震设计时重力载荷的考虑

结构的重力载荷包括自重和可变载荷这两种，可变载荷的变动较大，当发生地震时，可变载荷不一定到底我国载荷规范规定的可变载荷标准值，一般都会比标准值小。

3 加强高层建筑抗震设计的措施

3.1充分考虑位移的影响

高层建筑在地震力作用下往往会出现一些位移，并且这种情况是十分常见的，所以在高层建筑抗震设计中要充分考虑到位移的影响。

3.2设置多层地震防护设施

在实际的高层建筑设计与施工中，为了提高其抗震性，往往设置多层的地震防护设施，比如一般设计多段墙框架，这样可以提高高层建筑的抗震性，有力地减少地震对高层建筑的破坏。

3.3利用高延展性结构进行消震与隔震

在高层建筑的抗震性设计中除了考虑到建筑的强度之外，还要考虑到延展性，这样可以提高建筑的消震与隔震性能，从而减少地震对高层建筑的损害。同时，高延展性的建筑结构在地震发生时可以有效地吸收地震的能量，从而减少高层建筑坍塌的可能，比如在建筑中经常使用的阻尼器就是一种可以有效吸收地震能量的装置。

3.4高层结构应设置多道抗震防线

建筑物应设置多道抗震防线，当第一道防线的构件在强烈地震作用下遭到破坏后，后备的第二道乃至第三道防线能抵挡后续的地震动的冲击，使建筑物免于倒塌。减少地震能量输入。积极采用基于位移的结构抗震设计，要求进行定量分析，使结构的变形能力满足在预期的地震作用下的变形要求。除了验算构件的承载力外，要控制结构在大震作用下的层间位移角限值或位移延性比; 根据构件变形与结构位移关系，确定构件的变形值 ; 并根据截面达到的应变大不及应变分布，确定构件的构造要求。对于高层结构，选择坚硬的场地土建造高层结构，可以明显减少地震能量输入减轻破坏程度。错开地震动活越周期，可防止共振破坏。 

4 结 语

可以看出现行抗震设计方法不能完全反应强震特征及在强震下的结构性能，按现行抗震设计方法所设计的复杂高层结构的结构安全性还有一定的不确定性因素。当今我国已经建成的大量复杂高层结构，虽然有一定的试验和理论研究作为依据，但经过强震作用检验的结构为数较少，这些复杂高层结构在大震下的真实性能还有待地震检验。并且新型结构原理的进步，高性能材料的共同发展，计算机技术水平的不断提高，促使人类建筑精品再上一个新的台阶。新型结构体系结构形式复杂，受力分析难度大，全面细致的考虑结构各个构件和每个组成部分，成为今后新型结构体系设计和考虑的重点。新型结构体系的发展和广泛应用满足了现代社会对建筑物的使用功能和外观的要求，抗震的要求使得结构的发展日益趋于成熟，人类建筑结构抗震设计的研究成果将越来越多地被应用于实践。

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