高层建筑抗震设计论文

2024-06-03

高层建筑抗震设计论文（共11篇）

高层建筑抗震设计论文篇1

1.1 抗震设防标准

抗震不仅仅是取决于建筑的抗震设防标准, 还要严格的遵循建筑抗震设计规范。国家根据地震发生的可能性和震害的严重性确定各地区基本设防烈度, 这是各地区抗震设计的基本参数, 主要代表地面加速度的大小。对具体房屋, 需要结合建筑使用功能的重要性确定建筑的抗震设防标准, 即确定设计烈度和抗震等级。对一般建筑, 设计烈度就是本地区设防烈度。设计烈度愈高, 抗震能力愈强, 但建筑造价也愈高。

1.2 合理的抗震设计

抗震设计就是要选择合适的结构形式, 确定合理的抗震措施, 保证结构的抗震性能, 确保建筑物满足“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震目标。高层住宅主要采用现浇剪力墙结构、框架-核心筒或框架-剪力墙结构, 具有较好的强度和变形能力, 抗震性能相对较好。因此, 无论板式住宅还是点式住宅, 只要设计合理, 都可满足抗震要求。多层住宅大部分采用砖混结构, 目前多采用现浇楼板, 并采取设构造柱和圈梁等抗震措施, 或者采用框架结构, 大大增强了抗震能力。

1.3 施工质量等因素

在建筑房屋是还应加强施工质量监督、规范, 对建筑的使用管理是十分必要的。

2 合理的抗震结构和建筑材料的应用

2.1 在地震多发区, 结构体系的合理性应该得到充分的重视

我国高层建筑中常采用的结构体系有:框架、框架-剪力墙、剪力墙和筒体等几种体系, 这也是其它国家高层建筑采用的主要体系。但国外, 特别地震区, 是以钢结构为主, 而在我国钢筋混凝土结构和混合结构却占了90%。钢结构同混凝土结构相比, 具有优越的强度、韧性和延性, 强度重量比, 总体上看抗震性能好, 抗震能力强。

震害调查表明, 钢结构较少出现倒塌破坏情况。在高层建筑中采用框架-核心筒体系, 因其比钢结构的用钢量少, 又可减少柱子断面, 故常被业主所看中。混合结构的钢筋混凝土内往往要承受80%以上的震层剪力, 有的高达90%以上。由于结构以钢筋混凝土结构的位移值为基准。但因其弯曲变形的侧移较大, 靠刚度很小的钢框架协同工作减小侧移, 不仅增加了钢结构的负担, 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。

2.2 建筑材料的抗震探讨和应用

从建筑材料的角度分析抗震要求, 一方面材料应具有足够的强度, 虽然强度高并不等于高抗震, 但对于具有脆性材料特征的建筑材料, 其抗折、抗拉强度更为重要;另一方面是材料应具有优异的耐久性和安全可靠性, 用以抵御不同使役环境下、不同介质对材料产生的各种不利影响, 以提高材料使役中的安全性和延长使役寿命。

水泥、混凝土目前作为人类使用量最大的建筑材料, 自1824年诞生至今, 在人类社会经济与文明发展的过程中起到非常重要的作用。但从抗震的角度, 水泥混凝土由于属于脆性材料, 这对于作为结构材料尤其是有高抗震要求的地区建筑的结构材料是不利的。这一问题既可以在混凝土工程中通过结构设计或采用钢筋增强等途径得到解决, 也可以通过对水泥混凝土自身的改性进行应对。

从提高水泥混凝土抗震性能而言, 对水泥混凝土自身的改性途径很多, 一般可以包括 (但不限于) 以下几个方面或它们的组合:

首要的是要严格控制混凝土拌合用水量。混凝土的工作性、强度、耐久性各项性能均对用水量非常敏感, 水胶比从0.5降低到0.3以下可使混凝土的强度至少提高一倍, 其主要途径掺加高效减水剂, 不仅大大改善混凝土的工作性, 而且能够通过降低混凝土用水量而大幅度提高混凝土强度, 进而提高混凝土结构的致密性、耐久性和可靠性;但必须指出, 强度不是万能的方案, 混凝土强度越高, 极限压应变越小, 混凝土破坏时脆性特征越明显, 这对于抗震来说是不利的, 必须复合采用增韧技术。

采用聚合物改性, 可以显著提高混凝土的抗渗性、抗侵蚀能力, 改善浆体与集料界面的结合, 而且掺加达到一定量时, 脆性的混凝土开始呈现聚合物良好的延性特征, 在国际上已经开发成功的超高强水泥弹簧, 即是该应用的一个极端例证。

掺加聚合物纤维可有效地提高混凝土的早期抗裂能力, 混凝土的延性也可得到提高。研究结果表明:掺加体积份数2%的PVA纤维, 可提高混凝土的3~7%的拉应变, 而不引起试件的强度损失或折断, 目前该技术已在日本的新建大型建筑中应用。

掺加钢纤维可以显著提高混凝土的机械性能。由于钢纤维阻止混凝土的开裂和裂缝扩展, 从而使其抗拉、抗弯、抗剪强度等较普通混凝土显著提高, 其抗冲击、抗疲劳、裂后韧性和耐久性也有较大改善, 因此钢纤维混凝土是一种性能良好的新型复合材料。钢纤维对基体混凝土的增强作用随着纤维的体积含量、长径比的增大而增大, 但在工程实际中, 纤维含量有一定限值, 超过这一限值, 用一般方法搅拌、成型就有困难。对于一般常用的钢纤维混凝土, 其体积含量建议取1.0%-2.0%。应用于一些结构部位, 如柱梁节点、柱子、扁梁柱节点、桩基承台、屋面板、转换梁、筏形基础等。采用钢纤维混凝土梁柱节点的框架与普通钢筋混凝土框架相比, 结构的延性提高57%, 耗能能力提高130%, 荷载循环次数提高了15%, 在框架梁柱节点采用钢纤维混凝土可代替部分箍筋, 既改善了节点区的抗震性能, 又解决了钢筋过密、施工困难等问题。

在保证混凝土足够的碱度防止钢筋锈蚀破坏以及碳化破坏的同时, 适宜掺加掺合料可降低混凝土结构中主要存在于孔隙和浆体与集料界面的氢氧化钙的含量, 改善界面结构, 提高混凝土的抗渗性。

集料质量也是影响混凝土质量、尤其是混凝土的耐久性的重要因素。例如, 用碱活性集料或含有害组分的集料制备的混凝土不仅可导致混凝土耐久性的降低和寿命的缩短, 而且可能在突发灾害中加速破坏而导致巨大损失。2003年土耳其地震后对倒塌建筑调查的结果表明, 由于不当使用含氯离子高的海砂作为集料制备混凝土是导致增强钢筋加速锈蚀而使混凝土建筑在震中倒塌的主要原因。

当然, 从通用水泥自身也可提出许多有益于提高混凝土耐久性的要求, 如降低熟料矿物组成的C3A含量、适宜控制水泥比表面积和水化热、降低水泥中氯离子含量、碱含量等。

此外, 还可以从根本上调整水泥品种, 例如选用低水化放热、高后期强度、尤其是抗折强度高、抗侵蚀性好的低热硅酸盐水泥, 即高贝利特水泥, 对于重点工程建设是一种更好的技术途径。高贝利特水泥低热高强的特性表明, 它是配制高强高性能混凝土的理想的胶凝材料, 所配制的高贝利特大体积混凝土抗裂性优越、且具有良好的体积稳定性和优越耐久性, 已在国家重点工程应用中得到证明。

3 结论

经济和安全的关系, 是结构抗震设计的重要技术政策。从长远观点看, 如何从我国高层建筑抗震设计现状及国际高层抗震设计发展的趋势出发, 探求一种新型的结构与材料的应用, 应该成为地震区高层建筑发展的新方向。

参考文献

[1]刘大海.高层建筑结构方案优选[M].北京:中国建筑工业出版社, 2004.[1]刘大海.高层建筑结构方案优选[M].北京:中国建筑工业出版社, 2004.

高层建筑抗震设计技术分析篇2

引言

我国地域内所发生的地震，绝大部份属于这种“构造地震”的类型。由火山爆发所产生的“火山地震”或因岩洞崩塌、局部地面陷落所引起的地震，在我国很少发生。

许多国家在高层建筑的抗震设计方案中，已经出现了新的结构。如美国纽约的高层建筑物，建在于基础分离的98个橡胶弹簧上，日本的建在弧型钢条上防地震建筑物，明显的在建筑结构体型上，改变了传统的插入式刚箍捆住内力的结构体系。

在2010年12月1日施行的《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）和2011年10月10日开始施行的《高层建筑混凝土结构技术基础》（JGJ 3-2010）是综合了各国高层建筑设计的成功经验，同时结合我国地震灾害的特点，对我国高层建筑设计提出了新的标准和要求。

世界抗震设计经验

1.美国抗震措施

美国是一个地震较多的国家，其西海岸重要城市洛杉矶正好处在环太平洋地震带上，而整个加州也是全球地震高发地区之一。高层建筑的抗震问题以及如何将地震带来的损失降到最低，一直是人们密切关注的问题。其中关于高层建筑的一些抗震措施。

（1）控制高层建筑的层高

在地震频发的洛衫矶市，除了市中心作为地标建筑的一些超高层建筑，其余地段均是多层低层建筑。尤其值得注意的是在土层薄弱和不利地段加州政府通过立法禁止建造高层建筑。对于高层建筑而言，地震力和风力是控制荷载，且都是水平作用力，层高过高，对建筑抗震和抗风都十分不利。控制在地震区域的建筑层高，是有效降低震害的手段之一。

（2）选用轻质建材

美国大部分地区均是低层建筑，且均是木结构，围护材料和隔墙也多采用石膏板、刨花板等轻质板材。采用轻质建材的建筑，在地震力作用下，自身结构受到更小的影响，且即使受到破坏，较轻的建材也能有效减轻造成的二次破坏。

（3）选用高强度高延性建材

美国另一重要的防震措施是在高层建采用钢结构，而低层建筑就采用木结构。钢材与木材都是高延性的材料，具有足够的柔度。在地震发生时，可以通过自身变形消耗掉地震能量，在抗震要求更高的超高层建筑中，则添加上阻尼减震器，也可以大大提高建筑的延性和抗震性能。

2.日本抗震措施

日本全岛都处在地震频发区域，每年都会发生约1000余次地震，在高层建筑防震抗震方面，有丰富的经验。

（1）提高建筑物的强度和刚度

日本的高层公寓很多，大部分的住户在购买公寓中都会特别看重抗震设计水平。号称日本第一高层公寓的大楼中，采用了与美国世贸大厦相同的钢管，其抗震性能主要来源于采用高强度高刚度的优质建材，确保了建筑物的抗争性能，也是公寓能得以畅销的重要原因

（2）选用橡胶材料加强延性

日本东京的一些超高层建筑都进行了严密的抗震设计，其中一个重要措施就是在建筑外围使用高强度的橡胶作为基底材料，同时在建筑中心也选用天然橡胶作为基层，提高了建筑物的抗震性能。

（3）“局部浮力”抗震系统

近年来日本新研制了“局部浮力”抗震系统，将建筑物的上层结构与基础部分分离开，采用这种“局部浮力”系统进行连接，借助水的浮力来加强建筑整体的延性，其工作原理大体上与阻尼减震系统和橡胶减震系统类似，但据报告有更好的抗震效果。

新增条款的意义分析

《建筑抗震设计规范》和《高层建筑混凝土结构技术基础》新增了若干条款，本文列出对抗震设计影响较大的条款进行分析。

1. 新增的通用条款

（1）抗震设计的高层建筑混凝土结构，当其房屋高度、规则性、结构类型、场地条件或抗震设防标准等有特殊要求时，可采用结构抗震性能设计方法进行分析和论证。

此条款明确了在高层建筑设计中，抗震设计的核心地位，高层建筑采用抗震性能设计已形成一种发展趋势。

（2）楼层质量沿高度宜均匀分布，楼层质量不宜大于相邻下部楼层质量的1.5倍。

此条规定限定了荷载沿竖向的不规则分布，可有效地降低震害，明确了高层结构设计的标准。

（3）增加了结构抗连续倒塌设计基本要求。安全等级为一、二级时，应满足抗连续倒塌概念设计的要求。安全等级为一级且有特殊要求时，可采用拆除构件方法进行抗连续倒塌设计。

连续倒塌是指结构因突发事件或严重超载而造成局部结构破坏失效，继而引发与失效破坏构件相连的构件连续破坏，最终导致相对于初始局部破坏更大范围的倒塌破坏。在高层建筑抗震设计中，对上部结构进行连续性倒塌分析时，其首先要保证下部基础不会发生破坏，加强结构基础设计是整个设计工作的根本。

2.修订条款的意义分析

（1）明确将扭转位移比不规则判断的计算方法，改为“在规定的水平力作用下并考虑偶然偏心”，以避免位移按振型分解反应谱组合的结果，有时刚性楼盖边缘中部的位移大于角点位移的不合理现象。

（2）根据汶川地震的经验，提高了框架结构中框架柱的内力调整系数，而其他各类结构中框架柱的内力调整系数保持不变。

框架结构柱的最小截面尺寸，除不超过2层和四级外，比旧版增加100mm；柱纵向受力钢筋的最小总配筋率比一般框架增加0.1%、最大轴压比控制比旧版加严0.05。

（3）根据汶川震害调查，将防震缝的最小宽度由70mm提高到100mm。

相邻结构在地震过程中的碰撞是导致结构损坏甚至倒塌的主要原因之一。为防止建筑物在地震中相碰撞，防震缝必须留有足够的宽度。原则上防震缝净宽应大于两侧结构允许的地震水平位移之和。

结语

在预报地震相对无法实现的情况下，高层建筑采取必要的抗震设防措施，保证建筑物可以做到“小震不坏、中震可修、大震不倒”，便可以有效地减少地震造成的损失。

超高层建筑结构抗震设计论文篇3

超高层建筑高度要求与结构类型和抗震烈度密不可分，超高层结构设计要进行两种方法以上的抗震核算，并且进行抗震设防专项审查。世界超高层建筑有迪拜哈利法塔，高828m；广州塔，高600m、上海环球金融中心，高492m等。超高层建筑因其超高的高度而具有不同于普通建筑和高层建筑的特点。首先，对于超高层建筑，传统的砖、石等材料已难以适用，其结构类型也更具选择多样性，如钢筋混凝土结构、全钢结构和混合结构等。其次，超高层建筑的垂直交通与消防，由于其超高的高度，较依赖于垂直交通，同时也给消防增加了困难，这就要求超高层建筑的每一层都需设置灵敏的烟雾报警器、自动喷淋和适当的避难所。最后，超高层建筑通过对风作用效应、重力荷载作用效应、施工过程的影响、空间整体工作计算、结构整体内力与位移、抗震性能等设计计算分析，进而提高超高层的抗震性和安全性。

2超高层建筑结构抗侧刚度设计与控制

为了提高超高层建筑的抗震性，其足够的结构侧向刚度必不可少。足够的结构侧向刚度不仅可以保障建筑物的安全性、抗震性，还可在一定程度上有效抵抗建筑结构构件的不利受力情况及极限承载力下的安全稳定性。设计超高层建筑的结构抗震侧向刚度，应重点从其结构体系和刚度需求进行。

2.1结构设计。结构初步设计根据建筑高度和抗震烈度确定高度级别和防火级别。超高层结构设计首先满足规范要求的高宽比限值和平面凹凸尺寸比值限值，其次控制扭转不规则发生：在考虑偶然偏心影响的规定水平地震力作用下，扭转位移比不大于1.4；最大层间位移角不大于规范限值的0.4倍时，扭转位移比不大于1.6；混凝土结构扭转周期比不大于0.9，混合结构及复杂结构扭转周期比大于0.85。最后设计过程中严格控制偏心、楼板不连续、刚度突变、尺寸突变、承载力突变、刚度突变等现象。满足结构设计规范的同时，还应考虑建筑师的设计意图和功能需求，同时满足设备专业设计要求。结构平面的规整程度直接影响着抗震设计的强弱，尽量采用筒体结构，以使得承受倾覆弯矩的结构构件呈现为轴压状态，且其中的竖向构件应最大程度的安置在建筑结构的外侧。各竖向构件和连接构件的受力合理、传力明确，降低剪力滞后效应，杜绝抗震薄弱层产生。

2.2结构侧向刚度控制。超高层建筑的抗震性能设计主要与结构侧向刚度的最大层间位移角和最小剪力限制相关。对于层间位移角限值，其是衡量建筑抗震性的刚度指标之一，地震作用应使得建筑主体结构具有基本的弹性，保证结构的竖向和水平构件的开裂不会过大。同时，因超高层建筑的底部楼层、伸臂加强层等特殊区域的弯曲变形难以起主导作用，所以应采取剪切层间位移或有害层间位移对其变形进行详细的分析与判断。对于最小地震剪力，其最重要的两个影响因素是建筑结构的刚度和质量，当超高层建筑难以达到最小地震剪力要求时，设计人员应该结合具体情况适度的增加设计内力，提高其抗震能力和稳定性，然而，当不能满足最小地震剪力时，还需通过重新设计或调整建筑结构的具体布置或提高刚度来提高建筑物在地震作用下的`安全性，而非单纯增高地震力的调整系数。

3超高层建筑的性能化抗震设计

超高层建筑的抗震性能设计，国内主要根据“三个水准，两个阶段”，即“小震不坏、中震可修、大震不倒”。超高层建筑来说，其建筑工程复杂、高度极高、面积大、成本高，一旦受到地震损害，其损失程度会更高，因此，必须充分考虑各方理论、实际情况和专家意见，兼顾经济、安全原则，定量化的展开超高层建筑的性能化抗震设计。同时，相关文件虽针对超高层建筑结构的性能化设计制定了较具体且系统的指导理念，涉及宏观与微观两个层面。但是，由于结构构件会受到损坏，且损坏与整体形变情况的分析计算都需进行专业的弹塑性静力或动力时程计算，而目前我国尚未形成相关的定量化的评价体系，因此，设计人员应在积极参考ATC-40和FEMA273/274等规范。此外，对于弯曲变形为主导的建筑结构，在大震作用后应尤其注重构件承载力的复核。

4超高层建筑多道设防抗震设计

除了上述注意事项外，针对超高层建筑进行抗震性设计时，还因注重设计多道的抗震防线。多道抗震防线是指一个由一些相对独立的自成抗侧力体系的部分共同组成的抗震结构系统，各部分相互协同、相互配合，一同工作。当遭遇地震时，若第一道防线的抗侧移构件受到损害，其后的第二道和第三道防线的抗侧力构件即会进行内力的重新调整和分布，以抵御余震，保护建筑物。目前，我国超高层建筑主要依靠内筒和外框的协同工作来达到提供抗侧刚度的目的，包含两种受力状态：首先，建筑的内外结构通过楼板和伸臂析架来协调作用，进而使得外部结构承受了较多的倾覆弯矩和较少的剪力，而内筒则承受了较大的剪力和一些倾覆弯矩，广州东塔就是此受力方式的典型；其次，以交叉网格筒或巨型支撑框架为代表的建筑外部结构，其十分强大，依靠楼板的面内刚度，外部结构即可同时承受较大的倾覆弯矩和剪力，如广州西塔。

5结语

高层建筑抗震设计论文篇4

竖向规则性超限(如：立面收进，连体建筑，立面开大洞，转换层结构，大底盘多搭楼等)

设计要点：

1)立面收进引起的超限，应确保结构的层受剪承载力不小于相邻上一楼层的80%，并使结构扭转效应控制在合理范围内，收进部位竖向构件及楼板宜加强。立面收进若造成偏心，底部结构会因扭转而产生较大内力，因此，底部结构周边构件的配筋应加强。在可能的情况下，宜采用台阶形多次内收的立面。结构分析的重点应是检查结构的位移有无突变，结构刚度沿高度分布有无突变，结构的扭转效应是否能控制在合理的范围内。

2)连体建筑连接部位及其周边应采用弹性板计算，连接体与主体宜采用弱连接(如：铰接)，其重量应尽可能减轻，并应优先采用钢结构。连接体及与主体相邻的结构构件的抗震等级应提高一级采用，

3)立面开大洞着重加强洞口四角及洞边周边，避免在小震时洞角开裂。

4)对于悬挑结构，设计时应考虑竖向地震作用。悬挑结构的上部结构质量较大，扭转惯性矩也大，若存在质量偏心，会造成严重的扭转效应，设计时应予避免。

5)带转换层结构，尽可能多布置成上下主体竖向结构连续贯通，核心筒宜尽量上下贯通，强化下部主体结构刚度，弱化上部主体结构刚度，采取措施控制转换层上下等效刚度比，增大框支柱承担地震剪力的比例，提高框支层的延性及抗震能力。可通过减少上部各层刚度(如部分墙肢改用短肢墙)，降低转换层上下等效刚度比。转换层越高，高振型影响越大，转换层上下层间位移角及内力突变也越明显，因此，应严格控制转换层的设置高度。

高层建筑抗震结构设计篇5

现阶段, 土与结构物共同工作理论的研究与发展使建筑抗震分析在概念上进一步走向完善, 如果可以在结构与地基的材料特性, 动力响应, 计算理论, 稳定标准诸方面得到符合实际的发展, 自然会在建筑结构抗震领域内起到重要的作用。

1 高层建筑发展概况

80年代, 是我国高层建筑在设计计算及施工技术各方面迅速发展的阶段。各大中城市普遍兴建高度在100m左右或100m以上的以钢筋为主的建筑, 建筑层数和高度不断增加, 功能和类型越来越复杂, 结构体系日趋多样化。比较有代表性的高层建筑有上海锦江饭店, 它是一座现代化的高级宾馆, 总高153.52m, 全部采用框架一芯墙全钢结构体系, 深圳发展中心大厦43层高165.3m, 加上天线的高度共185.3m, 这是我国第一幢大型高层钢结构建筑。进入90年代我国高层建筑结构的设计与施工技术进入了新的阶段。不仅结构体系及建筑材料出现多样化而且在高度上长幅很大有一个飞跃。深圳于1995年6月封顶的地王大厦, 81层高, 385.95m为钢结构, 它居目前世界建筑的第四位。

2 建筑抗震的理论分析

2.1 建筑结构抗震规范

建筑结构抗震规范实际上是各国建筑抗震经验带有权威性的总结, 是指导建筑抗震设计 (包括结构动力计算, 结构抗震措施以及地基抗震分析等主要内容) 的法定性文件它既反映了各个国家经济与建设的时代水平, 又反映了各个国家的具体抗震实践经验。它虽然受抗震有关科学理论的引导, 向技术经济合理性的方向发展, 但它更要有坚定的工程实践基础, 把建筑工程的安全性放在首位, 容不得半点冒险和不实。正是基于这种认识, 现代规范中的条文有的被列为强制性条文, 有的条文中用了“严禁, 不得, 不许, 不宜”等体现不同程度限制性和“必须, 应该, 宜于, 可以”等体现不同程度灵活性的用词。

2.2 抗震设计的理论

拟静力理论。拟静力理论是20世纪10~40年代发展起来的一种理论, 它在估计地震对结构的作用时, 仅假定结构为刚性, 地震力水平作用在结构或构件的质量中心上。地震力的大小当于结构的重量乘以一个比例常数 (地震系数) 。

反应谱理论。反应谱理论是在加世纪40~60年代发展起来的, 它以强地震动加速度观测记录的增多和对地震地面运动特性的进一步了解, 以及结构动力反应特性的研究为基础, 是加理工学院的一些研究学者对地震动加速度记录的特性进行分析后取得的一个重要成果。动力理论。动力理论是20世纪70-80年广为应用的地震动力理论。它的发展除了基于60年代以来电子计算机技术和试验技术的发展外, 人们对各类结构在地震作用下的线性与非线性反应过程有了较多的了解, 同时随着强震观测台站的不断增多, 各种受损结构的地震反应记录也不断增多。进一步动力理论也称地震时程分析理论, 它把地震作为一个时间过程, 选择有代表性的地震动加速度时程作为地震动输入, 建筑物简化为多自由度体系, 计算得到每一时刻建筑物的地震反应, 从而完成抗震设计工作。

3 高层建筑结构抗震设计

3.1 抗震措施

在对结构的抗震设计中, 除要考虑概念设计、结构抗震验算外, 历次地震后人们在限制建筑高度, 提高结构延性 (限制结构类型和结构材料使用) 等方面总结的抗震经验一直是各国规范重视的问题。当前, 在抗震设计中, 从概念设计, 抗震验算及构造措施等三方面入手, 在将抗震与消震 (结构延性) 结合的基础上, 建立设计地震力与结构延性要求相互影响的双重设计指标和方法, 直至进一步通过一些结构措施 (隔震措施, 消能减震措施) 来减震, 即减小结构上的地震作用使得建筑在地震中有良好而经济的抗震性能是当代抗震设计规范发展的方向。而且, 强柱弱梁, 强剪弱弯和强节点弱构件在提高结构延性方面的作用已得到普遍的认可。

3.2 高层建筑的抗震设计理念

我国《建筑抗震规范》 (GB50011-2001) 对建筑的抗震设防提出“三水准、两阶段”的要求, “三水准”即“小震不坏, 中震可修, 大震不倒”。当遭遇第一设防烈度地震即低于本地区抗震设防烈度的多遇地震时, 结构处于弹性变形阶段, 建筑物处于正常使用状态。建筑物一般不受损坏或不需修理仍可继续使用。因此, 要求建筑结构满足多遇地震作用下的承载力极限状态验算, 要求建筑的弹性变形不超过规定的弹性变形限值。当遭遇第二设防烈度地震即相当于本地区抗震设防烈度的基本烈度地震时, 结构屈服进入非弹性变形阶段, 建筑物可能出现一定程度的破坏。但经一般修理或不需修理仍可继续使用。因此, 要求结构具有相当的延性能力 (变形能力) 不发生不可修复的脆性破坏。当遭遇第三设防烈度地震即高于本地区抗震设防烈度的罕遇地震时, 结构虽然破坏较重, 但结构的非弹性变形离结构的倒塌尚有一段距离。不致倒塌或者发生危及生命的严重破坏, 从而保障了人员的安全。因此, 要求建筑具有足够的变形能力, 其弹塑性变形不超过规定的弹塑性变形限值。

三个水准烈度的地震作用水平, 按三个不同超越概率 (或重现期) 来区分的:多遇地震:50年超越概率63.2%, 重现期50年;设防烈度地震 (基本地震) :50年超越概率10%, 重现期475年;罕遇地震:50年超越概率2%-3%, 重现期1641-2475年, 平均约为2000年。

对建筑抗震的三个水准设防要求, 是通过“两阶段”设计来实现的, 其方法步骤如下:第一阶段:第一步采用与第一水准烈度相应的地震动参数, 先计算出结构在弹性状态下的地震作用效应, 与风、重力荷载效应组合, 并引入承载力抗震调整系数, 进行构件截面设计, 从而满足第一水准的强度要求;第二步是采用同一地震动参数计算出结构的层间位移角, 使其不超过抗震规范所规定的限值;同时采用相应的抗震构造措施, 保证结构具有足够的延性、变形能力和塑性耗能, 从而自动满足第二水准的变形要求。第二阶段:采用与第三水准相对应的地震动参数, 计算出结构 (特别是柔弱楼层和抗震薄弱环节) 的弹塑性层间位移角, 使之小于抗震规范的限值。并采用必要的抗震构造措施, 从而满足第三水准的防倒塌要求。

3.3 高层建筑结构的抗震设计方法

我国的《建筑抗震设计规范》 (GB50011-2001) 对各类建筑结构的抗震计算应采用的方法作了以下规定:高度不超过40m, 以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀的结构, 以及近似于单质点体系的结构, 可采用底部剪力法等简化方法;除1款外的建筑结构, 宜采用振型分解反应谱方法;特别不规则的建筑、甲类建筑和限制高度范围的高层建筑, 应采用时程分析法进行多遇地震下的补充计算, 可取多条时程曲线计算结果的平均值与振型分解反应谱法计算结果的较大值。

摘要：对于一个高层结构的设计, 遇到的问题可能错综复杂, 只能具体问题具体分析。工程实践表明在高层结构的设计过程中, 设计人员只有抗震概念清晰, 构造措施得当, 应用合适的结构分析软件三者有机结合才能取得比较理想的结果, 在这个过程中抗震构造重于结构计算。本文对建筑抗震进行必要的理论分析, 从而探索高层建筑的设计理念、方法, 采取必要的抗震措施。

关键词：高层建筑,抗震,结构设计,探讨

参考文献

我国高层建筑抗震设计的若干问题篇6

【关键词】高层建筑抗震设计建筑特点

一、高层建筑设计特点

地震是一种对房屋建筑危害极为严重的自然灾害，在地震发生的过程中，地面摇晃促使地面建筑随之颠簸摇晃，而对于一些高层建筑来说，当强大的地震波袭来时，楼体会自动顺着地震波方向摇摆，如果这些建筑在结构设计上打不到标准的抗震要求，就会在剧烈的摇晃中大面积的坍塌，造成更大的人员伤亡以及经济损失。要使房屋能够抵抗地震的作用，对其结构也有一定的要求。房屋在抵御地震破坏时，刚度和强度起到了非常重要的作用，其中刚度是房屋抵抗变形能力的大，而强度则是抵抗破坏能力的大小。房屋面积小、质量轻对于地震带来的危害也相对较小，因为房屋质量小，地震力也相对较小，地震力的分配是与刚度相适应的，刚度大也就意味着具有较高的地震力。因此，要格外重视房屋的钢结构设计。根据房屋在历次地震中的破坏形态归纳为以下几类：

（一）结构倒塌。结构倒塌是地震中高层钢结构房屋破坏最为严重的形式。其中结构楼层屈服强度系数和抗侧刚度沿高度分布不均匀所形成的结构薄弱层是引发结构坍塌最主要原因，这就要求在设计过程中应该尽量做到结构楼层屈服强度系数和抗侧刚度沿高度的合理分布。

（二）节点破坏。节点破坏是高程钢结构房屋在地震中发生最多的一种破坏形式。由于钢结构连接一般采用铆接或者焊接形式连接，如果在节点的设计和施工中，结构或者焊缝存在缺陷，节点可能存在受力过于集中，一旦发生地震，就很容易出现节点破坏。由地震引发的梁柱节点破坏现象主要表现为铆接以及焊接部位断裂、腹板断裂或者加劲板变形等。

（三）构件破坏。高层建筑钢结构构件破坏的形式主要有支撑的破坏与失稳以及梁柱局部破坏两种。支撑的破坏与失稳是指当遇到强度较大的地震时，支撑构件由于承受反复拉压的作用力，一旦作用力超过支撑构件的临界力时，就会出现损坏或者失稳；而对于梁柱局部破坏来说，框架柱主要有翼缘屈曲、翼缝撕裂甚至框架柱会出现水平裂缝或者断裂。框架梁，主要有翼缘屈曲、腹板屈曲和开裂、扭转屈曲等破坏形态。

二、高层建筑抗震设计要求

在地震作用下，建筑物的破壞机理和破坏过程十分复杂，所以要对高层建筑进行严密的抗震设计。

（一）高层建筑的结构类型。结构类型直接影响着高层钢结构房屋的抗震性能，所以在进行实际工程设计时，需要综合考虑多种因素对方案进行优化设计，在优化过程中确定最佳的结构体系。现阶段，我国高层钢结构房屋的结构体系主要可以分为框架结构、框架支撑结构、框架抗震墙板结构、简体结构以及巨型框架结构等。

（二）高层建筑结构布置原则。高层钢结构房屋的结构体系和结构布置的选择关系到整体建筑结构的安全性、适用性以及经济性。和其他类型的建筑结构一样，高层钢结构房屋应该尽量采用规则的建筑方案，当结构体型复杂、平立面不规则时，可根据实际情况在适当部位设置抗震缝，从而形成多个规则的抗侧力结构单元，由于钢结构可耐受的结构变形大于混凝土结构，一般来说不宜设抗震缝，必须设置时，应该将建筑物分割成规则的结构单元。

（三）高层建筑适用的最大高度和高宽比。高宽比指房屋总高度与平面较小宽度之比。在抗震结构体系中，根据结构总体高度和抗震设防烈度确定结构类型和最大适用高度。钢结构的高宽比是影响结构整体稳定性和抗震性能的重要参数，它直接影响着结构刚度、侧移以及振动形式。当高宽比值较大时，可以使结构产生较大的水平位移，而且由于倾覆力矩使支撑柱产生很大的轴向力。因此，需要限定钢结构房屋的最大高宽比值，使其保持在一个合理范围内，超过时应该进行专项研究，采取必要的抗震措施。

三、高层钢结构房屋抗震性能的调整

在高层建筑抗震设计中体现强柱弱梁的原则，这样可以有效地避免了结构在地震作用下支撑柱先进入塑性区破坏导致整个房屋的倒塌。这就要求通过调整结构中不同部分的地震效应或者不同构件的内力设计值，使框架具有较大的内力重分布和消耗地震能量的能力。

（一）框架支撑结构中框架的水平力分配。多道设防是抗震设计的重要原则，对于框架支撑结构体系，在水平地震作用下，不仅要求支撑或者抗震墙板等抗侧力构件具有较大的刚度和强度，还需求框架部分也具有一定的抗侧能力，因为在地震的作用下，支撑刚度退化将引起结构内力重新分布，此时的框架部分所负担的地震剪力增大，所以只有框架部分具有一定的安全储备时才能实现框架作为二道设防的要求。

（二）框架中心支撑结构构件的内力调整。支撑于框架连接处支撑杆应该呈弧形，当中心支撑的斜杆轴线偏离梁柱轴线交点不超过支撑杆件的宽度时，仍然可以按照中心支撑框架分析，但应该考虑因偏离而产生的附加弯矩。当采用人字型和V形支撑组合时，应该设置侧向支撑，梁柱与支撑连接处还应该设置加劲柱。

（三）框架偏心支撑结构构件的内力调整。为了确保偏心支撑框架在大地震作用下，各消能梁段发生所期望的纯剪切屈服或者梁端同时发生弯曲屈服，其他构件除柱底部形成弯曲以外其他均处于弹性状态。偏心支撑框架构件的内力设计值应该通过乘以增大系数进行调整，从而实现抗震设计的目标。此外，耗能梁段的腹板不得贴焊补强板，不得开洞，耗能梁段与支撑柱连接时还应该在其腹板两侧配置加劲柱。

四、结束语

综上所述，伴随着自然灾害的频发，尤其是地震灾害的不断发生，为了尽可能的减小地震造成的人员伤亡以及经济损失，使得人们对高层钢结构房屋的抗震性能有了更高的要求，这也就要求相关设计人员对高层钢结构房屋进行优化设计，从设计理念入手参考对高层钢结构房屋结构抗震的具体要求，制定科学合理的设计方案，从而确保实现高层建筑的抗震设计目标。

参考文献：

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[2]崔烨、孙晓红.高层建筑结构抗震设计与分析[J].科技资讯，2011年第17期

[3]董心德、周连明、曹建良.高层建筑结构基于性态的抗震设计[J]. 工业建筑，2011年第S1期

[4]徐炳填.高层建筑的抗震设计[J].企业家天地，2011年第05期

高层建筑抗震设计论文篇7

(1)应具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径，

(2)宜有多道抗震设防，一般来说超静定次数越高对抗震越有利，避免因部分结构或构件失效而导致整个体系丧失抗震能力或丧失对重力的承载能力，

(3)应具备必要的承载力，良好变形能力和耗能能力。

高层建筑抗震设计论文篇8

地震何时发生我们虽不能预知，但我们可以探讨建筑物于地震中受损倒塌的原因，并加以防范，从工程上建造经得起强震的抗震建筑。说到这里那么尼泊尔地区的建筑抗震性到底怎么样呢?4月25日下午2点11分，尼泊尔发生7.8级地震(中国地震台网测定是8.1级)，还有4月26凌晨2：30左右此次地震至少造成超过1100人遇难;地震还引发了珠穆朗玛峰雪崩，大批游客和登山者被困，准确伤亡暂无法统计。另据报道，此次地震波及中国西藏，至少13人遇难4人失踪(另有4位同胞在尼境内遇难)。这是1934年尼泊尔比哈尔8.2级地震以来最强地震。

这几天连续发生的尼泊尔地震和珠穆朗玛峰雪崩引起了全球各国的重视，地震何时发生我们虽不能预知，但我们可以探讨建筑物于地震中受损倒塌的原因，并加以防范，从工程上建造经得起强震的抗震建筑，这是减少地震灾害最直接、最有效的方法。提高建筑物抗震性能，是提高城市综合防御能力的主要措施之一，同时也是防震减灾工作中一项“抗”的主要任务。说到这里那么尼泊尔地区的建筑抗震性到底怎么样呢?2013年春天，尼泊尔建筑界开了一次交流会，得出一个结论：在首都加德满都市区、巴丹市(Lalitpur)、巴克塔普尔地区(Bhaktapur)的绝大多数建筑，抗震能力极其脆弱。专家说：“这些地方的绝大多数房子和建筑，都未能严格遵守施工管理规定、采用合格建筑材料。”加德满都建设部的高级工程师乌塔尔·库马尔·雷格米博士2013年说：“(加德满都)住房建设根本没按照基本的建筑安全标准进行，这让成千上万人的生命都处于风险中。”

可见尼泊尔地区的绝大多数建筑，抗震能力极其脆弱，雷格米博士指责说，尼泊尔建筑质量差的一个主要原因，是建筑材料质量不达标。负责钢材贸易的加德满都钢铁公司的负责人阿南达当时回应并承认，尼泊尔绝大多数厂商制造的钢材都是低级、劣质的，这些劣质钢材非常容易生锈。尼泊尔国家地震科技学会的专家相信：根本无需高烈度的地震，一场小震就可以把尼泊尔很多房子震塌。尼泊尔的建筑专家2013年公开建议：老百姓造房子时，一定要选择那些最高级别、最好质量的建筑材料，还要严格遵守相关建筑标准，并在建筑时采用抗震技术，这样才能让房子“安全一点”。

这此地震对尼泊尔来讲是一场巨大灾难，救援必须跟时间赛跑。也是一个很大的经验教训，希望经历过此次地震后，尼泊尔应将提高建筑抗震能力、生产发展高质量钢材和普及抗震知识重视起来。过去几年里,中国也发生了不少地震，造成了大量的人员伤亡。从汶川到雅安，岷县鲁甸，统计表明在我国发生的地震中，大多数发生在农村地区。震灾所到之处，断壁残垣，房屋损毁严重，大量人员伤亡。这是因为在农村地区，房屋以“砖混合土木结构为主”，抗震性能差。那么什么样的建筑物抗震性能最好呢?

钢结构建筑，它具有着非常卓越的抗震性能。不同的结构形式，抗震性能明显不同。混凝土结构的房屋受压较好，但不抗拉力，两种力的差距达10倍。当地震来临时，房屋在地震波循环荷载情况下，极易发生整体垮塌。而钢结构具有良好的延展性，可以将地震波的能耗抵消掉。钢材基本上属各向同性材料，扛拉、抗压、扛剪强度均很高，而且具有良好的延展性，特别是钢结构凭着自己特有的高延展性减轻了地震反应。钢结构还可以看作比较理想的弹塑性结构，可以通过结构的塑性变形吸收和消耗地震输入能量，从而具有较高的抵抗强烈地震的能力。钢结构相对于其他结构自重轻，这也大大减轻了地震作用的影响。

四川汶川地震时，大量民房倒塌，但只有钢结构建筑的绵阳体育馆安然无恙。日本阪神地震后资料显示，钢结构建筑在地震中的受损率远低于混凝土结构建筑。钢结构建筑无论是从理论上还是从结构上都优于其他结构体系的建筑。

据四川省金属结构行业协会会长刘兴元介绍，在成都，很多日本人租写字楼，首先要求是钢结构的。他们认为，工作的前提是要保证生命安全。“5·12”汶川地震后，成都的老百姓明白了一个简单的道理：房子不倒，没有死人的；凡是房子倒了，没有不死人的。目前，在成都，钢结构建筑的抗震性能、安全性已得到认同。

日本是多地震的国家，钢结构建筑在日本的占有率更是达到了65%左右。据宝钢钢构有限公司总工程师介绍，20多年前，他在日本求学期间曾遭遇地震，他当机立断地冲出房屋，随即他发现，除他外，所有日本人依然在按部就班地工作。导师告诉他，由于日本是多地震国家，国家对建筑物的抗震性能有严格的规定，在一定级别地震的情况下要保证建筑物不倒。正因为如此，抗震性能优异的钢结构建筑在日本所占的比例较大，地震发生时人们也不会恐慌。

在中国，尽管钢结构建筑已逐渐被政府部门、开发商、设计师、用户等相关方面认同，但作为钢结构建筑之一的钢结构住宅目前的市场占有率远不及传统的混凝土住宅。有专家认为，建设体育场馆、机场等公共建筑选择钢结构已成为绝对之选，钢结构住宅不及公共建筑应用广泛与开发商需要在短期内获得最大经济利益的目的有关，随着政府相关政策的陆续出台、老百姓对钢结构住宅的认知度越来越高，这一现状一定会逐步改善。

随着相关政府部门陆续出台了一系列政策，钢结构行业涉足钢结构住宅的企业越来越多。在中国，相信钢结构住宅也不会遥远。仙泊绿建筑，仙泊保护生命的绿建筑。

高层建筑结构的抗震设计探讨篇9

关键词：高层建筑、结构、抗震设计

高层建筑是社会生产的发展和人类物质生活的产物，是现代社会工业化、商业化和城市化的必然结果。当前我国高层建筑数量不断的增加，一方面提高了有限的土地的使用效率，促进了我国建筑行业的发展，另一方面给建筑结构抗震设计工作带来极大的挑战。我国是一个地震多发国家，很多城市都位于地震带上，因此在高层建筑结构设计过程当中一定要做好相应的结构设计工作，从而减少地震带来的破坏和损失。

一、抗震设计目标

国家为了规范建筑的抗震设计，出台了一系列的标准，其中的抗震设防烈度就是一个十分重要的标准，对于规范我国的建筑抗震设计具有十分重要的意义。抗震设防烈度是指按国家规定的权限批准作为一个地区抗震设防依据的地震烈度。我国《建筑抗震设计规范》提出三个水准的设防要求，即“小震可修，中震不坏，大震不倒”。它是通过二阶段设计方法来实现的。（1）按小震作用效应和其他荷载效应的基本组合演算结构构件的承载能力，以及在小震作用下演算结构的弹性变性。（2）在大震作用下验算结构的弹塑性变形，以满足第三水准抗震设防目标的要求。第二水准抗震设防目标的要求，是以抗震构造措施来保证的。抗震设计目标是整个高层建筑抗震设计的大方向，所有的抗震设计工作都围绕着抗震设计目标而进行，因此对于建筑的抗震设计具有重大的意义。

二、高层建筑抗震设计中存在的问题。

研究高层建筑结构的抗震设计，必须要先明确目前高层建筑抗震设计中所存在的问题，影响抗震设计效果的因素。

1、地基选取不合理。

高层建筑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、不采用震陷土作天然地基，避免在断层、山崖、滑坡、地陷等抗震危险地段建造房屋。高层建筑的地基选取不恰当可能导致抗震能力差。

2、建筑物高度过高

根据我国现行的高层建筑混凝土结构技术规程规定，在标准的设防烈度和科学的结构形式下，高层建筑需要有合理的建设高度，只有在这种高度下，抗震设计才会稳定安全，但是，我国有不少建筑已经超过的高度限制，当遇到震力时，这些超高的建筑物的变形破坏性会发生很大的变化，因而会降低建筑物的抗震性能，同时，其它的不良的因素也会被诱发出来，导致结构设计和工程预算参数的改变。

3、材料选用不科学，结构体系不合理。

目前，我国建筑物主要是由钢筋混凝土组成的。因此，变形的控制与设计必须以钢筋混凝土结构的位移限值为准。但是，钢筋混凝土的弯曲变形侧移较大，如果利用钢框架来减少位移，不仅会增加钢筋的负荷，且无明显的辅助效果，为此，有时还必须加大混凝土的刚度或设置伸臂结构，这样才能勉强满足其位移控制标准。

三、、高层建筑抗震设计探讨

1、场地和地基的选择

建筑的场地以及地基的选择对于高层建筑的抗震能力具有直接的影响，是建筑抗震设计的基础。在进行建筑场地以及地基的选择时，应该充分的了解当地的地震活动情况，对当地的地质情况进行科学的勘察，在收集丰富资料的基础之上对场地进行综合的分析和评价，评估当地的抗震设计等级。对于一些不利于抗震设计的场地应该尽可能的进行规避，而实在无法规避的应该有针对性的做好相应的处理措施。在高层建筑地基选择过程当中应该尽可能的选择岩石或者是其它具有较高密实度的基土，从而提高建筑地基的抗震能力，尽可能的避开不利于抗震的软性地基土。对于一些达不到抗震要求的地基应该采取相应的措施进行加固和改造，使其能够符合相应的标准

2、选择合理的结构类型

高层建筑从本质上讲是一个竖向悬臂结构，垂直荷载主要使结构产生轴向力与建筑物高度大体为线性关系；水平荷载使结构产生弯矩。从受力特性看，垂直荷载方向不变，随建筑物的增高仅引起量的增加；而水平荷载可来自任何方向，当为均布荷载时，弯矩与建筑物高度呈二次方变化。从侧移特性看，竖向荷载引起的侧移很小，而水平荷载当为均布荷载时，侧移与高度成四次方变化。由此可以看出，在高层结构中，水平荷载的影响要远远大于垂直荷载的影响，水平荷载是结构设计的控制因素，结构抵抗水平荷载产生的弯矩、剪力以及拉应力和压应力应有较大的强度外，同时要求结构要有足够的刚度，使随着高度增加所引起的侧向变形限制在结构允许范同内。

3、建筑结构材料的选择

结构材料选用也很重要。可以对材料参数随机性的抗震模糊可靠度进行分析，改变过去对结构抗震可靠度的研究只考虑荷载的不确定性而忽略了其他多种不确定因素，综合考虑了材料参数的变异性，地震烈度的随机性及烈度等级界限的随机性与模糊性对结构抗震可靠度的影响。在钢筋的使用上应该尽可能的选择韧性较高的产品。垂直方向受力钢筋应该选择热轧钢筋，等级至少达到HRB400级和HRB335级，而箍筋宜选用HRB335、HRB400和HPB235级热轧钢筋。在进行建筑材料的选择过程当中应该充分考虑抗震的性能，但是在实际的建设过程当中还要兼顾建筑的成本和造价控制，尽可能通过科学合理的设计，在用尽可能少的材料达到最佳的抗震效果，在二者之间寻找一个最佳的位置。

4、消震和隔震措施设计

在我国，许多高层建筑进行抗震设计时，多采用延性结构，也就是适当控制建筑结构的刚度，允许地震时结构的构件进入到具有很大延性的塑性状态，从而消耗地震作用时的能量，使地震反应减小，减弱地震给高层建筑带来的破坏。如果某高层建筑的承载能力较小，但是具有较高的延性，那么在地震中它也不容易倒塌，因为延性构件可以吸收较多的能量，经受住很大的结构变形。延性结构的运用，在很多情况下是有效的，它可以消耗地震能量，减轻地震反应，使结构物“裂而不倒”。

进入20世纪以来，人们对建筑物抗振动能力的提高做出了巨大的努力，取得了显著的成果，其中阻尼器的使用在高层建筑的抗震方面有很大的作用。通过对使用阻尼器进行减震和能量的吸收，可以巧妙地避免或减弱地震对高层建筑的破坏。

5、设置多道抗震防线

高层建筑结构防震可以设置多道抗震防线，增强对地震的抵抗力。高层建筑物设置多层的地震抵抗防线，第一道防线遭到破坏之后，有后备的第二道、第三道甚至更多的防线对地震的作用力进行阻挡，避免高层建筑物的倒塌。高层建筑结构进行抵抗地震设计时，可以采用具有多个肢节和壁式框架的“框架剪力墙”等防震结构。

框架剪力墙具有性能较好的多道防线抗震结构，其中的剪力墙是第一道抗震防线，也是主要的抗侧力构件。所以为保证它的承受能力较高，剪力墙要足够多。同时，为承受剪力墙开裂后重分配的地震作用，任一层框架部分按框架和墙协同工作分配的地震剪力，不应小于结构底部总地震剪力的20%和框架各层地震剪力最大值的1.5倍中两者的较小值。

随着经济的不断发展，我国的高层建筑将会不断增加。高层建筑结构的抗震是非常重要的一方面，在设计过程中，必须以抗震设防为目标，不断优化方案，对不同地区不同建筑采用不同的抗震方案，从而寻求最合理的抗震设计。

参考书目

[1] 刘华新，孙志屏，孙荣书. 抗震概念设计在高层建筑结构设计中的应用[J]. 辽宁工程技术大学学报， 2007（02）

[2] 李志. 高层建筑抗震设计分析[J]. 中外建筑， 2010（01）

我国高层建筑抗震结构设计初探篇10

20余年来, 世界上一些大城市先后发生了若干次大地震, 有不少高层建筑遭受破坏或倒塌。通过震害分析及专门研究, 对高层建筑的破坏规律逐步有了更多的认识。在一次大地震中破坏严重的往往不是高层建筑。正确设计与良好施工的高层建筑在强震作用下可以具有可靠的抗震性能。当然高层建筑遭到地震破坏会比一般建筑带来更大的生命和经济上的损失, 因此必须慎重对待。高层建筑抗震是通过结构耗能来实现, 因此必须采取有效措施保证整体结构及构件具有较高的延性, 否则在大震作用下就可能造成严重破坏。对高层建筑而言, 基础结构必须有足够的承载力和抗转动能力。同一地区的房屋由于设计考虑不同, 结构的抗震能力有较大差别, 这也是同一地震造成建筑的不同程度损失的一个重要因素。

1 我国高层建筑抗震设计中存在问题的反思

1.1 高度问题

按我国现行高层建筑混凝土结构技术规程 (JGJ3-2002) 规定, 许多混凝土结构高层建筑的高度超过了国家规定的高度。对于这种超过国家高度限制的高层建筑项目, 应当采取科学严谨的措施:首先必须要经过相关专家的论证, 其次要进行模型振动台试验。在地震力影响下, 超过国家高度限制的高层建筑项目的变形破坏性态会发生巨大的变化。因为随着建筑项目高度的不断增加, 许多影响因素也会跟着发生质变, 即有些参数本身超出了现有规范的适宜范围, 例如安全指标、延性要求、材料性能、荷载取值、力学模型选取等。

1.2 材料的选用和结构体系问题

在地震多发区, 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。由于结构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, 靠刚度很小的钢框架协同工作减小侧移, 不仅增大了钢结构的负担, 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;此外, 在结构体系或柱距变化时, 需要设置结构转换层。加强层和转换层都在本层形成大刚度而导致结构刚度突变, 常常会使与加强层或转换层相邻的柱构件剪力突然加大, 加强层伸臂构件或转换层构件与外框架柱连接处很难实现强柱弱梁。因此在需要设置加强层及转换层时, 要慎重选择其结构模式, 尽量减小其本身刚度, 减小其不利影响。

1.3 轴压比与短柱问题

在钢筋混凝土高层建筑结构中, 往往为了控制柱的轴压比两使柱的断面很大, 而柱的纵向钢筋却为构造配筋。即使采用高强混凝土, 柱断面尺寸也不能明显减小。限制柱的轴压比是为了使柱子处于大偏压状态, 防IE受拉钢筋未达屈服而混凝土被压碎, 柱的塑性变形能力小, 则结构的延性就差。当遭遇地震时, 耗散和吸收地震能量少, 结构容易被破坏。

2 高层建筑抗震设计的对策

高层建筑抗震设计除了选择合理的结构类型和结构体系以及必要的计算分析以外, 更重要的是在设计中全面考虑以下几点要求:

1) 结构的承载力和刚度要均匀连续分布适应结构反应的要求。结构某一部位超强或强度不足, 在地震作用下都可能形成结构的相对薄弱部位而导致破坏。以上不仅是对主体结构而言, 非结构墙体的不规则和不连续布置也会引起同样的后果。底层相对薄弱比上层相对薄弱更为不利。要控制刚度和承载力的变化幅度, 进行必要的变形分析。高层建筑的顶部往往有突出的塔楼。由于高振型的作用对塔楼要求有较高的承载力与延性, 钢筋混凝土结构往往不能满足要求, 可以采用型钢一混凝土组合结构或钢结构。当然要注意两类结构的连接;

2) 尽可能从设计和构造上实现多道抗震防线。例如框架结构首先是框架梁屈服, 最后是柱屈服。在框剪结构中第一道防线是剪力墙的约束梁, 其次是剪力墙和框架。在剪力墙结构中利用连梁的屈服耗能防止或推迟剪力墙肢的屈服。要实现这一要求必须根据结构反应控制各部件的强弱关系;

3) 控制结构的屈服部位尽可能实现理想的机制, 也就是横向构件屈服而竖向构件除根部外均处于弹性。例如框架结构要求强柱弱梁, 剪力墙结构要求强墙肢弱连梁等。要完全实现理想的机制, 需要有较大的强弱差别, 在设计中可以按照不同抗震标准适当掌握;

4) 平面和外型比较复杂的建筑, 为了减轻破坏防止倒塌各结构单元之间可以设缝彻底分离也可以不设缝而加强连接。对于高层建筑而言应尽可能创造条件不设防震缝, 这样对于建筑处理、防止碰撞以及提高抗倒塌能力都是有利的。当然不设缝要考虑刚度突变、沉降不均等不利作用。必须设缝时, 缝宽除考虑结构的侧移外还应考虑由于基础转动带来的位移增大影响;

5) 节点连接的承载力和刚度要与构件的承载力和刚度相适应。节点的抗力应大于被连接构件的全截面抗力。要从构造上采取措施避免节点的刚度和承载力过早退化, 导致结构变形过大而失稳破坏。这对于无支撑体系的框架特别是装配式钢筋混凝土框架是非常重要的问题。装配式钢筋混凝土大板结构剪力墙的连接, 特别是水平连接很难保证接缝密实均匀受力, 在强震作用下容易产生楼层滑移影响整体稳定。加强剪力墙的竖向边缘结构或沿竖向施加预应力可以增强抗滑移能力。

参考文献

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