小议高层建筑抗震结构设计

　　摘要：本文阐述了我国高层的发展情况，通过对建筑抗震进行理论分析，进而探索了高层建筑抗震设计理论及方法，并提出了抗震抗震措施，以达到改善建筑物抗震性能的目的。
　　关键词：高层建筑，结构设计，抗震方法
　　引言地震作用影响因素极为复杂，它是一种随机的、尚不能准确预见和准确计算的外部作用，目前规范给出的计算方法还是一种半经验半理论的方法，要进行精确的抗震计算还有一定的困难，因此高层建筑抗震问题必须引起建筑师们的高度重视，及时采取有效的措施，防患于未然。
　　1.现代抗震设计思路及关系
　　在当前抗震理论下形成的现代抗震设计思路，其主要内容是：
　　1.1合理选择确定结构屈服水平的地震作用。一般先以一具有统计意义的地面峰值加速度作为该地区地震强弱标志值(即中震的)，再以不同的R(地震力降低系数)得到不同的设计用地面运动加速度(即小震的)来进行结构的强度设计，从而确定了结构的屈服水平。
　　1.2制定有效的抗震措施使结构确实具备设计时采用的R所对应的延性能力。主要包括内力调整措施(强柱弱梁、强剪弱弯)和抗震构造措施。现代抗震设计理念是基于对结构非弹性性能的研究上建立的，主要指在不同滞回规律和地面运动特征下，结构的屈服水平与A振周期以及最大非弹性动力反应问的关系。
　　随着对地震作用规律认识的深入，这一规律已被各国规范所接受。在抗震设计时，对在同一烈度区的同一类结构，可以根据情况取用不同的R，也就是不同的用于强度设计的地震作用。当R取值较大，即用于设计的地震作用较小时，对结构的延性要求就越严；反之，当R取值较小，即用于设计的地震作用较大时，对结构的延性要求就町放松。
　　2.影响筑物抗震效果的因素
　　研究高层建筑结构的抗震设计，必须明确建筑物抗震效果的主要影响因素。下面，将从建筑结构本身的设计效果、施工材料和施工过程以及建筑场地情况三个方面进行分析。
　　2.1建筑物自身的结构设计
　　建筑物的结构设计是影响抗震效果极为关键的一个因素,建筑物若要达到抗震目的，无论点式住宅或是版式住宅，都必须进行合适的结构设计，保证抗震措施合理，能够基本实现
　　小震不坏、大震不倒这样的目标，提高建筑结构的抗震性能。如果建筑物对平面的布置较为复杂，质心与刚心不一致，将会加剧地震的作用影响力，增强破坏性。所以，建筑物的结构平面布置应尽量保证质心和刚心重合，提高建筑物的抗震能力。
　　在建筑结构的设计中，出屋面建筑部分不宜太高，以降低地震过程中的鞭梢影响；平面布置不规则的房屋注意偏离建筑结构刚心远程的抗震墙等等。
　　2.1建筑结构建造材料和施工过程
　　建筑结构的材料是影响抗震效果非常重要的因素，但是这个因素往往被人们忽视，工作人员需要明确这样一点：在一般情况下，地震对建筑物作用力的大小与建筑物的质量成正比。在同等地震环境下，建筑物使用的材料越好，其受到的地震作用力也相对较小；反之，建筑物就会遭到地震很大的作用力。所以，在实际的建筑物的建设中，建议多采用隔断、板楼、维护墙等构件，广泛采用空心砖、加气混凝土板、塑料板材等质轻的建筑材料，这将会有利于建筑物抗震性能的提高。建筑结构施工过程同施工材料共同影响整个建筑工程的质量，在施工过程中，每一个环节都可以影响建筑结构抗震效果。所以，高层建筑在具体施工中，要加强监管和规范，严格做好高层建筑施工管理，从建筑结构的质量上来提高抗震效果。
　　2.3建筑物所处地质环境情况
　　在地震中，对建筑物造成破坏的原因是多方面的，比如岩石断层、山体崩塌、地表滑坡等使得地表发生运动，造成建筑物的破坏，或海啸、水灾等次生灾害对建筑物造成破坏。在造成建筑物破坏的诸多原因中，有些是可以通过工程措施加以预防的。所以，在选择建筑工地的位置之前，要进行详尽地勘探考察，分析地形和地质条件，避开不利地段，挑选对建筑物抗震有利的地点。
　　3.抗震措施
　　3.1尽可能设置多道抗震防线
　　（1）一个抗震结构体系应由若干个延性较好的分体系组成，，并由延性较好的结构构件连接协同工作。例如框架—剪力墙结构由延性框架和剪力墙两个分体组成，双肢或多肢剪力墙体系组成。
　　（2）强烈地震之后往往伴随多次余震，如只有一道防线，则在第一次破坏后再遭余震，将会因损伤积累导致倒塌。抗震结构体系应有最大可能数量的内部、外部冗余度，有意识地建立一系列分布的屈服区，主要耗能构件应有较高的延性和适当刚度，以使结构能吸收和耗散大量的地震能量，提高结构抗震性能，避免大震时倒塌。
　　（3）适当处理结构构件的强弱关系，同一楼层内宜使主要耗能构件屈服后，其他抗侧力构件仍处于弹性阶段，使“有效屈服”保持较长阶段，保证结构的延性和和抗倒塌能力。
　　（4）在抗震设计中某一部分结构设计超强，可能造成结构的其他部位相对薄弱，因此在设计中不合理的加强以及在施工中以大带小，改变抗侧力构件配筋的做法，都需要慎重考虑。
　　3.2对可能出现的薄弱部位，应采取措施提高其抗震能力
　　（1）构件在强烈地震下不存在强度安全储备，构件的实际承载能力和设计计算的弹性的比值分析是判断薄弱部位的基础。
　　（2）要使楼层（部位）的实际承载能力和设计计算的弹性受力的比值有突变时，会由于塑性变形的集中。
　　（3）要防止在局部上加强而忽视了结构各部位刚度、承载力的协调。
　　（4）在抗震设计中有意识、有目的的控制薄弱层（部位），使之有足够的变形能力又不使薄弱层发生转移，这是提高结构总体抗震性能的有效手段。
　　（5）考虑上部结构嵌固于基础结构或地下室结构之上时，应使基础结构或地下室保持弹性工作状态，使塑性脚出现在结构的嵌固部位。由以上可以知道：高层建筑设计（尤其是高层建筑抗震设计）中应非常注重概念设计。这是由于高层高层建筑结构的复杂性、发生地震时地震运动的不确定性、人们对地震结构响应认识的局限性和模糊性、高层结构计算尤其是抗震分析计算的精确性及其他不可预测的因素，致使设计计算结果可能和实际相差很大，甚至有些作用效应至今无法定量计算出来。因此在设计中，结构分析计算虽然是结构设计的重要依据，但必须注重结构设计中的概念设计。因为仅仅靠结构分析计算往往不能满足结构安全性、可靠性的要求，不能达到预期的设计目标。从某种意义上说，结构概念设计比结构分析计算更为重要。
　　4.常用抗震分析方法
　　伴随着抗震理论的发展，各种抗震分析方法也不断出现在研究和设计领域。在结构设计中，需要确定用来进行内力组合及截面设计的地震作用值。对结构抗震性能进行分析是抗震研究的一项重要内容，非线性时程分析非线性静力分析是目前常用的几种抗震分析方法。它们的基本原理和步骤是先以某种方法得到结构在可能遭遇地震作用下所对应的目标位移，然后对结构施加竖向荷载的同时，将表征地震作用的一组水平静力荷载以单调递增的形式作用到结构上，在达到目标位移时停止荷载递增，最后在荷载中止状态对结构进行抗震性能评估，判断是否可以保证结构在该水平地震作用下满足功能需求。
　　从现代抗震设计思路提出至今，世界各国的抗震学术界和工程界又取得了许多新的成果，比如进行了大量钢筋混凝土构件的抗震件能试验：通过迅速发展的计算机技术编制了准确性更好的非线性动力反应程序；在设计方法上也不再拘泥于以前单一的基于力的传统抗震设计方法，开始尝试基于性能和位移的新的抗震设计理念。在这样的环境中，我国的抗震设计思路也应该在完善自身不足的同时，不断向前发展。
　　5.高层建筑结构抗震设计展望
　　今后，中国仍将是世界上修建高层建筑最多的国家，这将会给高层建筑抗震设防带来新的难题。高层建筑结构抗震将有如下变化：
　　高层建筑的抗震结构体系将从硬性为主向柔性为主的结构转变，通过“以柔克刚”的方式调整建筑结构构件的隔震、减震和消震，从而实现抗震目的。
　　建筑材料对结构抗震的影响越来越受到重视。建筑材料各个抗震指标的提升可以提高高层建筑的抗震能力，研制新的建筑材料可推动高层建筑结构抗震技术的发展。通过优化的抗震方法设计来实现高层建筑的抗震要求。
　　计算机模拟抗震试验得到广泛应用。将制作好的模型或结构构件放在模拟地震振动台上，台面输人某一确定性的地震记录，能够较好地反映该次确定性地震作用的效果。计算机模拟环境可以拟真抗震效果，帮助科学改进各因素，有效抗震。
　　另外，高层建筑结构抗震设计的计算方法也有了新的转变：从线性分析向非线性分析转变，从确定性分析向非确定性分析转变，从振型分解反应分析向时程分析法转变。
　　6.结束语
　　现阶段，我国高层建筑的抗震设防仍然处在摸索阶段，尽管通过实践积累了一些经验，不过在建筑抗震分析在概念上还需要进一步完善，如果可以在结构与地基的材料特性，动力响应，计算理论，稳定标准等方面得到实际的发展，自然会在建筑结构抗震领域起到重要的作用。
　　参考文献
　　[1]李志.高层建筑抗震设计分析[J].中外建筑,2010(01)
　　[2]于险峰.高层建筑结构抗震设计[J].
　　[3]闫旭梅.高层建筑抗震设计分析

《小议高层建筑抗震结构设计》

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