高层建筑抗震优化设计

高层建筑抗震优化设计（精选12篇）

高层建筑抗震优化设计 篇1

1 高层住宅结构抗震设计原则

高层住宅建筑建造时, 要有明确的目标作为建房的指导方向, 以及建造住宅高层结构抗震设计的原则, 建造人员按照指导方向建造可靠、防震的高层住宅。

1.1 高层住宅结构抗震设计的目标

高层住宅抗震设计时, 要保证发生小地震时安全, 不会给住宅造成毁坏;当发生中级地震时, 住宅所受的损坏不大, 不会为居民带来安全威胁, 并且住宅所损坏的结构可以修复并继续使用;当出现大地震时, 高层住宅不会倒塌, 可以给人们空间、时间及时逃离。高层住宅结构抗震设计目标总得来讲就是:小震安全可靠、中震损坏可修、大震高楼不倒。

1.2 高层住宅结构抗震设计的原则

高层住宅结构设计时要考虑几个方面的因素, 以达到优化结构抗震设计的目的。首先, 住宅结构设计要具备一定的刚性和弹塑性, 在地震力影响住宅时不会因为刚性过硬或者弹塑性过大, 使得其的结构发生无法修复的形变。其次, 由于强震都伴随着不同程度的余震, 这时就不允许住宅结构过度追求抗震能力, 这会导致住宅刚性过大, 而无法承受余震带来的压力, 这就要求高层住宅在抗震设计时既要抗住强震的破坏力, 又要承受得了余震的多次侵扰。最后, 为了避免高层住宅刚性太小, 导致住宅结构在余震攻击下变形过大而无法修复, 所以要求高层住宅具备延性良好的分体系, 防止住宅在强震中集体崩塌。

2 高层住宅建筑结构抗震设计的思想

高层住宅在建设时, 要明确几点抗震设计思想, 这样更能够保证所建造的住宅具备就好的结构抗震能力。

2.1 住宅结构具备规则特性

高层住宅在建造思想要符合结构抗震设计的目标和原则, 还有保证住宅结构规则。这样的设计可以确保高层住宅具备较强的扭转刚度和结构承载力均匀分布。结构规则对称的高层住宅能够在地震侵扰时, 住宅结构自身所产生的内应力和建筑扭转力不至于破坏整栋高层住宅。同时高层建筑在设计时要保证其的竖向压力均匀分布, 结构简单, 刚柔并济。高层住宅结构规则性还要求其的平立面均匀对称, 以达到抗震效果, 保护住宅在强震中坚挺竖立着。

2.2 高层住宅层间位移约束

高层住宅建设时都要求其的高和宽的比例比较大, 而约束高层住宅层间位移大小的因素一般有住宅结构建筑材料、结构建筑体系、住宅装修要求和侧向承受的负荷等。所以在高层住宅结构建造时, 要严把建材质量, 即钢筋和混凝土在使用时要注意住宅结构位移约束的要求, 还要结合住宅所在的地理环境, 尽可能地保证高层住宅建造具备可靠性和抗震等作用。高层住宅要具备适度的刚度和层间高度比, 当地震对其的攻击时具有比较大的层间位移, 达到承载荷载的作用;同时当住宅收到水平冲击力时, 其也能够承受住较大的结构位移, 确保其的安全性。

2.3 控制地震对住宅的扭转效应

高层住宅的结构不均匀, 刚性中点和几何中心不重合时, 其的抗震能力都是有限的。当强震袭击时, 这样的住宅甚至会坍塌、损坏。这就要求住宅设计时设计好预防地震对住宅的扭转效应。提高高层住宅的扭转效应一般采取提高最大位移住宅结构的刚性, 尽可能地保证刚性中心和几何中心重合在一起。高层住宅由于高度的原因, 层间的扭转效应不一样, 这就需要处理好个层间的扭转抗性, 提高层间扭转修复的可行性。同时高层住宅的抗侧力结构的设计也要加以重视, 确保同一楼层间远离刚心的结构刚性不断增加, 不同楼层间的刚心不在一条轴线上时, 要确保住宅外围结构具有足够的刚度。

3 住宅结构抗震的优化设计

优化设计住宅结构抗震能力, 关键是在把控好整个高层住宅结构规则, 几何中心和刚心尽可能于重合, 进一步提高住宅结构抗震能力。这就需要住宅结构设计时, 考虑抗震能力的提高。最终做到整个住宅能够抵抗地震的突然袭击与余震来带的多重压力。

3.1 高层住宅建造地理位置的选择

高层住宅在建造前要选择地理位置好的场地, 减少场地不好给住宅带来的危害。当没办法完全避开危险地段时, 尽可能远离容易出现地震的地段, 避免在较危险的场地建筑甲、乙、丙类型的住宅。同时高层住宅的选址时, 要提高勘察力度, 充分了解由于场地的原因给住宅结构带来的危害, 在建造住宅时尽可能避开这些危害因素, 保证住宅的安全性。

3.2 高层住宅的平面、空间的设计

高层住宅的结构抗震优化设计时, 要结合最新的《建筑抗震设计规范 (GB50011—2001) 》的要求, 保证选择恰当的持力层。高层住宅平面设计时, 要保证其的形状和抗侧力构件有规律、整体性, 尽量避免使用轴压比较大的钢筋混凝土作为住宅抗震的第一个保护层。住宅结构抗震设计时, 还有考虑其具备抵抗多个余震的袭击, 尽肯能地建造规则的住宅, 提高住宅的固有频率, 降低地震对住宅整体的影响。住宅结构抗震设计时, 能够均匀分布刚度和强度, 才有经济、有效的设计方案, 提高住宅的抗震能力。同时住宅结构抗震设计应该具备较容易分析地震对住宅的影响能力, 以提高住宅维护的能力。

3.3 住宅结构抗震体系

高层住宅结构抗震优化设计的关键技术就是高层住宅具备一个科学、合理的结构抗震体系。在高层住宅结构抗震体系的设计时, 要充分分析住宅的场地、建造资金、可能发生的地震的性质, 寻找最优的结构抗震体系。首先, 分析可能发生的地震具备性质和破坏能力, 其对高层住宅存在哪些潜在的危险因素, 设计好住宅尽可能少地吸收地震的能量, 可以在高层住宅顶层铺设一层保护层———橡胶层, 其可以缓冲地震带来冲击力, 减少住宅所受的压力, 提高住宅的抗震能力。其次, 高层住宅在结构抗震设计时, 要设计好多个防震保护层, 确保住宅在多重余震的侵扰下能够安然无恙。这就需要首先选择在整个住宅中不承担重力负载的结构, 如住宅的框架墙结构。住宅建造时要才有一定建造技术, 提高住宅传递地震能量能力, 减少受破坏的结构影响到整栋住宅的抗震能力。这就需要住宅建设时, 要保证住宅结构抗震体系是一个完整的体系, 内部各结构件虽然协同工作, 共同构成抗震体系, 但是各个结构间尽可能地相对独立, 不受太大的影响, 保证其被破坏时不会殃及整个住宅。

4 总结

根据上文浅要分析高层住宅结构抗震优化设计的内容, 首先, 在设计其抗震系统时, 要明确建造高层住在的目标、建造原则, 抗震系统能够做到小震安全可靠、中震损坏可修、大震袭击不倒。其次, 高层住宅结构抗震设计要合理, 结构规则, 刚性分布合理, 各层间的位移有度, 同时还要尽可能地保证几何中心和刚心在同一轴线上, 提高抵抗住宅的扭转效应, 保证住宅的安全。最后, 根据住宅设计的目标和要点, 建设符合住宅的结构抗震体系, 保证整体的完整性和各个构件的独立性。安全可靠的结构抗震系统就是优化住宅抗震能力, 提高住宅的可靠性。

参考文献

[1]刘建政.住宅高层建筑结构抗震的优化设计[J].建筑设计管理, 2012 (02) :121-125.

[2]李明艳.住宅高层建筑结构抗震的优化设计[J].科技创业家, 2012 (09) :162-167.

[3]谢邦煜, 杨慧.高层住宅建筑结构的抗震优化设计[J].科技资讯, 2012 (06) :142-148.

高层建筑抗震优化设计 篇2

高层建筑的抗震设计与抗震结构初探

5.12汶川大地震中,建筑的倒塌是造成人员伤亡的最重要原因.地震灾难警示人们:防震减灾任重道远.针对高层建筑的抗震设计与抗震结构进行了阐述.

作 者：张学智 作者单位：中房集团张家口房地产开发公司,河北,张家口,075000刊 名：黑龙江科技信息英文刊名：HEILONGJIANG SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION年，卷(期)：2009“”(24)分类号：关键词：高层建筑 抗震 结构

高层建筑抗震优化设计 篇3

摘要：随着社会的进步，经济逐步发展，我国的建筑行业也取得了很大的进步，高层混凝土建筑日益增多。但是，目前地震频发，并且很难被避免和预防，因此建筑的抗震设计十分重要，尤其对于高层混凝土建筑而言，更是具有重要意义。在高层混凝土建筑的施工中，要确保其具备较好的抗震结构和抗震能力，并且要注意对其后期进行维护。本文主要针对高层混凝土建筑的抗震结构设计进行了分析和探讨。

关键词：高层；混凝土；抗震；结构优化

1.高层建筑抗震结构优化设计与概念设计

建筑结构设计是建筑结构设计工程师对所要施工建筑的外形和空间构造的表达，分上部结构设计和基础设计两部分。而建筑结构的优化设计是指设计的建筑结构在满足约束需求条件下，按预定目标设计出最优化方案的设计方法。

在历年的地震灾害中，结构工程师逐渐认识到工程结构中宏观的“概念设计”比“数值设计”的抗震更为重要，所以对“概念设計”越来越重视。抗震概念设计就是再结构的宏观整体基础上，根据结构系统及结构整体的要求，正确处理结构体系、刚度分布、构件延性等问题，从宏观角度对其进行鉴别、选择处理。因此，在进行抗震设计时，结构工程师要充分理解结构抗震的特点，抓住关键问题，用正确的思维才能得到科学合理的结构设计。

2.高层混凝土建筑抗震结构设计中易出现的问题

2.1地基的选取不合理

由于城市人口的增多和相对空间的缩小，不少建筑商忽略了这一问题，哪里商业空间大就在哪里建。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。

2.2结构布置不合理

高层混凝土建筑结构设计不合理的情况下，很容易在地震影响下导致扭转破坏、薄弱层破坏、应力集中以及防震缝处碰撞等情况。

2.3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建筑的抗震要求。

3.高层混凝土建筑抗震结构优化设计方法

3.1减少地震发生时能量的输入

在具体对高层混凝土建筑的抗震结构进行设计时，要积极采用基于位移的结构抗震方法，对于具体的方案进行定量分析，这样可以使抗震结构的变形弹性满足预期地震作用力下的变形需求。在对建筑构件的承载力进行验收时，要控制建筑结构在地震作用下的层间位移限制。对于高层建筑而言，选择一个较为坚固的场地可以有效减少地震发生时的能量的输入，在很大程度上提高建筑的抗震能力，从而减少地震所带来的损失。

3.2运用高延性设计、推广消震和隔震措施

目前我国的很多高层建筑的抗震设计都采用了延性结构。延性结构指的是通过适当对建筑结构的刚度进行控制，可以使得地震发生时结构的构件进入到具有很大延性的塑性状态，从而可以在一定程度上延缓地震发生时产生的能量，使地震反应减小，这样可以降低地震给高层建筑带来的破坏程度，减少损失。可以利用阻尼器来提高建筑物的抗震能力，阻尼器可以对地震能量进行有效吸收，从而达到减震的目的，也可以使高层建筑避免受到地震较大程度的破坏。

3.3重视建筑材料的选择

在高层建筑的抗震方案设计中，建筑结构材料也有着十分重要的作用，材料选择得好也可以在一定程度上增加高层建筑的抗震能力。在对建筑材料进行选择时，首先要先对建筑材料的参数进行抗震性能上的分析，从整体上对材料的参数变异性进行研究，不能只是关注建筑材料的承载力而不注意其他参数的影响。如果要求高层建筑可以抵抗地震灾害，那么在选取建筑材料时要把握好建筑结构的延性需求。因此，在实际设计和施工时，要综合考虑高层建筑施工的各个因素，以此为依据来选择符合抗震需求并且经济适用的建筑结构材料。

3.4增加抗震防线的建设

在对高层混凝土建筑的抗震结构进行设计时，可以通过增加抗震防线来增强建筑对地震的抵抗能力。抗震防线有很多种，比如可以借助具有多个肢节和壁式框架的“框架剪力墙”等防震结构。框架剪力墙是具有良好的性能的多道防线抗震结构，其中的剪力墙是其第一道抗震防线，并且也是最主要的抗测力构件。因此，有必要对高层建筑设置多道抗震防线。在一个高层建筑的抗震体系下，应该由多个延性较好的分体系组成，当第一道抗震防线遭到冲击时，其他的抗震防线便能够接替第一道防线继续抵挡随后的地震冲击，通过多道防线的协同合作，可有效地防止高层建筑的倒塌。

3.5 降低高层建筑结构的自重

如若是在相同的地基承载能力条件下，降低高层建筑结构的自身重量可以使在不增加地基以及其造价的情况下，可以在相关的规定范围内，尤其是在软土层的地基上，可以增加高层建筑的层数。研究显示，由于高层建筑的高度很大，重心也相应较高，所以，建筑的重量越大，受地震作用的倾覆力矩的效应就越大。

4.高层混凝土建筑抗震结构设计注意的几点

4.1在进行高层混凝土建筑抗震结构规划与设计时，应该经过精确的计算与分析，合理的掌握结构刚度，充分的了解施工现场的地质条件、所有设备的运行参数、建材的性能以及物理力学知识，以此确定高层混凝土建筑结构的整体高度大小，并设置科学的连接，以此实现对刚度的合理调整。

为了提高高层混凝土建筑的抗震能力，应该尽可能的将建筑波动受力控制在地质支撑范围以内，即当高层混凝土建筑基础结构出现变形之后，抗震结构通过自身的调节，能够尽可能的降低整体结构的变形幅度，然后通过有效的维护工作，保证高层混凝土建筑的安全和使用价值。

4.2在进行高层混凝土建筑抗震结构设计时，设计人员应该正确的分析关键部位或者重要部件和其他部件之间连接点的受力状况，通过合理的计算，采取有效的措施进行调整，以此提高高层混凝土建筑的抗震能力，当地震灾害发生之后，能够最大限度的降低地震给建筑物带来的损失。

此外，通过对当地历年的地震灾害进行分析，如果高层混凝土建筑采用柔和刚度设计，当地震灾害发生之后，将会导致主体内部结构遭到损坏，在余震的作用下，会导致建筑结构发生连锁反应，对建筑结构造成持续破坏，最终导致建筑倒塌。对此，在进行高层混凝土建筑抗震结构设计时，应该充分的研究与分析混凝土抗震结构，以此保证高层建筑的结构刚度满足相关的设计规范，同时对强化建筑结构的延伸性，进而提高高层建筑的抗震性能，最大限度的降低地震灾害给建筑造成的损失。

5.结语

总之，高层建筑的抗震结构设计是整个建筑工程的关键环节，但是在我国高层建筑的抗震结构设计上处于起步阶段，仍需要进一步的完善。总之，设计人员要严格按照规范的规定进行设计，对自己设计的每一项工程负责，不断学习、汲取前人的经验和教训，才能真正地做好结构设计。

参考文献：

[1]都凤强，高层建筑结构设计的实践探讨[J]，科技创新导报，2013，（21），23-24

高层建筑抗震优化设计 篇4

高层建筑最容易受到自然灾害的破环, 尤其是地震灾害。在世界范围内的高层建筑史上, 受到自然灾害最为严重的就是地震灾害, 地震存在着一定的随机性和不确定性, 因此高层建筑的抗震结构设计主要是为了防止地震发生所造成的危害。高层建筑科学的抗震结构设计、正确的施工以及良好的使用材料对于防止高层建筑垮塌具有重要性。在发生地震区域, 那些没有倒塌或倒塌不严重的高层建筑, 在查看它的建筑资料是会明显发现它的抗震结构设计比其他已倒塌高层建筑的抗震结构设计要科学的多。高层建筑倒塌会带来严重的人员伤亡和巨大的财产损失, 因此, 做好高层建筑的抗震结构优化工作是非常有必要的。

1 高层建筑抗震结构设计的主要内容

在我国的《高层建筑混凝土结构技术规程》中规定:10层及10层以上或高度超过28m的钢筋混凝土结构称为高层建筑结构。当建筑高度超过100m时, 称为超高层建筑, 30层左右接近100m称为高层建筑, 而50层左右200m以上称为超高层。我国对于高层建筑房屋的防裂度一般为8度, 相当于6级地震。高层建筑的抗震结构必须具有高强的承载力、刚度、以及稳定性能, 在发生地震灾害时, 要求地震等级低于6级以下, 高层建筑在承受剧烈抖动时不易倒塌。我国《建筑结构抗震规范》中规定:建筑设计应该符合抗震结构设计的概念, 不能采用严重不符合设计要求的方法和设计。建筑及其抗侧力结构的平面布置宜规则、对称, 并应具有良好的整体性;建筑的立面和竖向剖面宜规则, 结构的侧向刚度宜均匀变化, 竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自下而上逐渐减小, 避免抗侧力结构的侧向刚度和承载力突变。

2 高层建筑抗震结构的设计现状

我国从上世纪八十年代开始兴起高层热, 改革开放以来, 我国对外贸易越来越频繁, 许多国外企业开始到中国投资建设, 居民的生活条件也要求得到改善, 因此高于100m以上的高层建筑开始建设。而随着高层建筑的不断兴起, 高层建筑的抗震设计结构开始受到人们的重视。目前我国高层建筑抗震结构主要存在以下几种问题。

(1) 只注重理论优化

建筑设计师的设计理论大多是在学校学习的, 我国高校的教育方式普遍存在重理论而轻视实践的问题, 因此造就建筑设计师在设计师也只是注重理论抗震结构, 而不去实地考察分析是否符合标准设计。

(2) 优化的目标还不完全符合抗震设计要求

目前我国的高层建筑抗震理论还与外国的理论存在一定差距, 我国高层建筑抗震设计虽然经过20多年的发展, 但是存在的问题隐患有很多, 当前我国的高层建筑抗震设计还不能完全抵御六级地震的危害。

(3) 只注重抗震结构优化, 忽视整体建筑要求

我国高层建筑抗震结构只注重抗震这一部分的优化, 却忽视了建筑是一个整体, 抗震结构只是其中的一部分, 建筑设计师在设计抗震结构优化时只考虑了单纯的对抗震结构优化, 没有考虑到是否符合整体要求。

3 高层建筑抗震结构的优化方法

对于当前我国高层建筑结构设计现状以及存在的问题, 笔者提出自己的看法与意见方法。

(1) 把建筑优化理论与实践相结合

我国的建筑设计是应该实践到工地上去, 去一线考察与分析, 不同的建筑在不同的地方建设, 其抗震结构设计也会不一样。我们要具体问题具体分析, 针对不同的建筑采取符合实地要求的设计方法。

(2) 把高层建筑设计融合到整体建筑设计中去

建筑是一个整体, 人们评论建筑也是从整体上去分析的, 而高层建筑的抗震结构是建筑结构中最重要的一环, 我们要根据建筑的整体要求, 具体分析我们设计的抗震结构是否是这一建筑中最为符合的抗震结构。

(3) 科学运用建筑材料

建筑材料的选择对于高层建筑来说是至关重要的。建筑材料的质量好坏将直接影响着建筑的安全与抗震性能, 选择质量好的建筑材料, 符合建筑设计要求的建筑材料有利于提高建筑的抗震性能。

4 结语

随着社会经济的发展, 科技的进步, 人们对于建筑的抗震性能要求越来越高, 高层建筑的抗震设计结构也会更完善。为了防止地震灾害对于高层建筑造成更大伤害, 我们要不断完善高层建筑抗震结构设计, 不断把理论与实践结合起来, 根据不同地形, 不同建筑, 具体分析高层建筑的抗震结构设计。

参考文献

[1]孙建超, 徐培福, 肖从真, 孙慧中, 王翠坤.钢板-混凝土组合剪力墙受剪性能试验研究[J].建筑结构, 2008 (06) .

建筑抗震设计教案2 篇5

撰写：兰州理工大学土木学院党育

教材：吕西林等，建筑结构抗震设计理论与实例（第三版），同济大学出版社，2011 参考书：建筑抗震设计规范GB50011-2010 建筑抗震设计规范GB50011-2010统一培训教材 场地、地基和基础

一、建筑场地的抗震设防要求

2.1 1.建筑场地指建造建筑物的地方，不同地质条件的场地，地震时的破坏情况不同。分为：有利、一般、不利、危险四种。2.各类地段划分规范表4.1.1 1）土的类型（基岩、坚硬土、中硬土、软弱土）土的类型划分：性状和剪切波速。表2-2。等效剪切波速。

培训教材，p33，图4-1, 4-2例。场地类别

规律：软弱地基上的建筑物震害重于硬土地基；深土层土地基上建筑物震害重于浅层。与土的类型和覆土层厚度有关，分为I—IV类。表2-3 例2-1 3）局部地形

孤立的小山包和非岩质的陡坡，震害较平地的建筑物重。地震力放大1.1~1.6。4）断裂带

8度以下；非全新世活动断层；8,9度时，断裂带覆盖土层厚度分别大于60m，90m，不考虑。

否则应避让断层一定距离，规范表4.1.7习题1 5）液化

2.3 液化：地面运动使得饱和砂土和粉土颗粒相对位移，结构趋于密实，孔隙水排泄不出去，水压力增加，砂土颗粒处于悬浮状态，土体的抗剪强度为0，类似于液体。图2-2 影响因素：土层的地质年代，液化层埋深，地下水位深度，地震烈度和持续时间。液化判别：二阶段：初步，试验

初步：a，地质年代，地震烈度；b.粉土黏粒含量；c 非液化土层厚度和地下水位深度 例题

试验：a标准贯入试验，打入土层30cm的锤击数。，即实测锤击数小于容许值，液化。

b液化指数和液化等级

液化除与液化土质有关外，还与此土层的厚度和埋深有关。故引入液化指数，式（2-13）液化等级是对液化指数的定性描述，由此来选择相应的工程措施，表2-8,2-9

二、地基和基础的抗震验算

2.2 1.地基、基础的区别，天然地基的概念。

高层住宅建筑的抗震设计要求 篇6

关键词：高层住宅建筑；抗震；设计原则

【中图分类号】 TU318 【文献标识码】 A 【文章编号】 1671-1297（2013）01-0469-01

高层住宅建筑按抗震设计要求进行结构分析与设计，其目标是希望使所设计的结构在强度、刚度、延性及耗能等方面达到最佳，从而实现“小震不坏，中震可修，大震不倒”的目的。但是，由于地震作用是一种随机性很强的循环、往复荷载，建筑物的地震破坏机理又十分复杂，存在着许多未知和不确定因素。在结构内力分析方面，由于未能充分考虑结构的空间作用、非弹性性质、材料时效、阻尼变化等多种因素， 加之计算方法的不够完善，所以单靠微观的数学力学计算还很难使建筑结构在遭遇地震时真正确保具有良好的抗震能力。

现在，各地高层住宅越来越多，为此，住宅建筑的安全已经是重中之重了。

一 建筑抗震结构设计的基本原则

建筑抗震结构设计的基本原则是，结构构件应具有必要的承载力、刚度、稳定性、延性等方面的性能。结构构件应遵守“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件、强底层柱（墙）”的原则。对可能造成结构的相对薄弱部位，应采取措施提高抗震能力。承受竖向荷载的主要构件不宜作为主要耗能构件。

二 尽可能设置多道抗震防线

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。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。

要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，保证结构的延性和抗倒塌能力。另外，在抗震设计中某一部分结构设计太强，也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。

三 对可能出现的薄弱部位，应采取措施提高其抗震能力

例如：（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在总体上保持一个相对均匀的变化，一旦楼层（部位）的比值有突变时，会由于塑性内力重分布导致塑性变形的集中。（3）要防止在局部上加强而忽视了整个结构各部位刚度、承载力的协调。（4）在抗震设计中有意识、有目的地控制薄弱层（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。

四 提高短柱的抗震性能

有抗震设防要求的高层建筑除应满足强度、刚度要求外，還要满足延性的要求。钢筋混凝土材料本身自重较大，所以对于高层建筑的底层柱，随着建筑物高度的增加，其所承担的轴力不断增加，而抗震设计对结构构件有明确的延性要求，在层高一定的情况下，提高延性就要将轴压比控制在一定的范围内而不能过大，这样则必然导致柱截面的增大，从而形成短柱，甚至成为剪跨比小于1.5的超短柱。众所周知，短柱的延性很差，尤其是超短柱几乎没有延性，在建筑遭受本地区设防烈度或高于本地区设防烈度的地震影响时，很容易发生剪切破坏而造成结构破坏甚至倒塌。

混凝土短柱的延性主要受轴压比的影响，同时配箍率、箍筋的形式对混凝土短柱的影响也很大。高层混凝土结构短柱，特别是结构低层的混凝土短柱，其轴压比很大，破坏时呈脆性破坏，其塑性变形能力很小。提高混凝土短柱的抗震性能，主要也就是提高混凝土短柱的延性。因此，可以从以下几方面着手，采取措施提高混凝土的抗震性能。

五 提高短柱的受压承载力

提高短柱的受压承载力可减小柱截面、提高剪跨比，从而改善整个结构的抗震性能。减小柱截面和提高剪跨比，最直接的方法就是提高混凝土的强度等级，即采用高强混凝土来增加柱子的受压承载力，降低其轴压比；但由于高强混凝土材料本身的延性较差，采用时须慎重或与其他措施配合使用。此外，可以采用钢骨和钢管混凝土柱以提高短柱的受压承载力。

六 采用钢管混凝土柱

钢管混凝土是套箍混凝土的一种特殊形式，由混凝土填入薄壁圆形钢管内而形成的组合结构材料。由于钢管内的混凝土受到钢管的侧向约束，使得混凝土处于三向受压状态，从而使混凝土的抗压强度和极限压应变得到很大的提高，混凝土特别是高强混凝土的延性得到显著改善。同时，钢管既是纵筋，又是横向箍筋， 其管径与管壁厚度的比值至少都在90以下，相当于配筋率2至少都在4.6%。

当选用了高强混凝土和合适的套箍指标后，柱子的承载力可大幅度提高，通常柱截面可比普通钢筋混凝土柱减小一半以上，消除了短柱并具有良好的抗震性能。

七 采用分体柱

由于短柱的抗弯承载力比抗剪承载力要大得多，在地震作用下往往是因剪坏而失效，其抗弯强度不能完全发挥。因此，可人为地削弱短柱的抗弯强度，使抗弯强度相应于或略低于抗剪强度，这样，在地震作用下，柱子将首先达到抗弯强度，从而呈现出延性的破坏状态。分体柱方法已在实际工程中得到应用。人为削弱抗弯强度的方法，可以在柱中沿竖向设缝将短柱分为2或4个柱肢组成的分体柱，分体柱的各柱肢分开配筋。在组成分体柱的柱肢之间可以设置一些连接键，以增强它的初期刚度和后期耗能能力。一般，连接键有通缝、预制分隔板、预应力摩擦阻尼器、素砼连接键等形式。

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。

参考文献

[1] 朱镜清.结构抗震分析原理[M].地震出版社.2002，11

高层建筑抗震优化设计 篇7

在当前城镇化快速发展的背景下, 钢混住宅建筑在城乡居住建筑中的占据着最大的比重, 而在全国范围内推广建设生态节能建筑也已成为必然的大趋势。我国作为多地震国家, 可在抗震条件下结合生态节能的特点, 达到优化设计的目的。所谓“优化设计”是指研究问题和寻求解决问题的最优方案, “最优”两字应理解为在给定条件下得到尽可能满意的结果[1]。而探索构建符合我国国情的钢混住宅建筑结构优化设计综合评价指标体系, 是该类住宅方案优化设计的前提, 具有重要的理论意义, 并可带来可观的社会、经济、环境效益。

笔者以系统设计法为工具, 在生态化理念指导下, 进行了实地调研, 应用层次分析法 (AHP) 构建了钢混住宅建筑结构优化设计综合评价指标体系, 直观地体现了优化设计的准则, 并具有很强的可操作性 (图1) 。以期研究成果能对城乡钢混住宅建筑结构的优化设计理论作出贡献, 并可供全国同行们参考、借鉴。

2抗震条件下生态节能钢混住宅建筑结构优化设计综合评价指标体系的建立

本综合评价指标体系分三层, 如图1。

2.1总目标层

总目标层为抗震条件下生态节能钢混住宅建筑结构优化设计综合评价, 从建筑结构优化设计的角度出发, 以节约能源、有效利用资源的方式, 建设抗震性能优越、与环境生态相容性高的钢混住宅建筑, 达到人及建筑与环境共生共荣、永续发展。总目标坚持前瞻性和可操作性的有机统一, 既要立足当前实际, 使目标具有可行性, 措施具有可操作性, 又要充分考虑发展的需要, 使规划设计方案具有一定的超前性。

2.2子目标层

2.2.1建筑结构设计

在结构设计能够实现抗震和生态节能目标的前提下, 评价住宅建筑结构设计是否遵循经济、适用、安全、 美观的设计准则, 结构设计时应充分考虑建筑功能的完善性和可改造性, 提高施工便利性, 结合当地地理、地质、气候条件, 尽可能做到节能、节地, 降低建筑全寿命周期投资费用, 尽可能采用高质量材料, 选用有利于抗震减灾的平、立面布置方式和结构体系, 保证建筑的安全性[2]。注重对当地建筑特色的继承和保护, 体现建筑设计的地域性和时代性。

2.2.2建材使用

评价建筑材料是否符合兼顾生态性、经济性的指标:是否充分考虑材料的本地性、易得性, 鼓励因地制宜地尽量选用本地的、运输便利的材料作为建筑的营造原料;是否在条件允许的情况下, 利用3R建材作为建筑材料;是否合理使用长寿命材料和环保节能的新材料。

2.3准则层及下辖的基本指标层

2.3.1经济

评价建筑是否能在设计与建造中, 因地制宜、就地取材, 做到尽量节省劳动力, 节约建筑材料和资金;是否有周密的计划与核算, 重视经济规律, 讲究经济效益;房屋的设计使用要求和技术措施是否与相应的造价、建筑标准统一起来。

(1) 节能节地的结构选型。评价建筑的结构形式对建筑节能、节地的影响。一般基于建筑形体、几何形式展开, 通过结构选型的优化设计, 增加可使用空间;合理控制住宅体型, 实现土地资源的集约有效利用;结构形式应有利于改善住宅围护结构的热工性能和室内外物理环境, 增加建筑对可再生能源的利用, 以达到节能的目的[4]。

(2) 与当地地理、地质、气候的适应性。评价建筑与当地自然环境的适应性问题, 由于不同地区所处的纬度不同, 在太阳辐射量、温度、湿度、季节周期及地理、地质条件上存在明显差异, 为满足建筑经济性要求、节约造价, 建筑的布局以及功能组织、空间形式、构造等方面应合理利用当地地理、地质、气候等有利条件[5]。

(3) 全寿命费用。包括一次性造价与维护费用等。 评价建筑在全寿命周期过程中, 能否合理运用新型生态环保技术和管理方法, 从全寿命周期角度出发研究建筑成本与回报。

(4) 施工便利性。评价建筑设计在施工中是否有较好的可操作性, 在施工方式上能有较大的可选择空间, 显著缩短结构施工周期, 使建筑能更早地投入使用, 带来可观的经济效益。

2.3.2适用性

评价在保证结构安全的基础上, 建筑结构对建筑功能、设备与设施正常运行的影响。

(1) 功能完善性。评价建筑是否满足用户的使用需求, 包括:空间布局是否具有明确的功能分区;空间组合、划分时是否以主要空间为核心, 次要空间的安排是否有利于主要空间功能的发挥;空间的联系与隔离是否合理。

(2) 室内空间的可改造性。评价在保证建筑使用过程中在对主要结构部件、设备管井等尽可能减少改动的前提下, 充分利用住宅实体空间功能变化的内在潜力。 这种潜力是能在明确的住宅空间格局中, 在一定的程度上适应不同居住者或居住群体的各自需求。同一空间格局应具有适应多种使用功能并扩展其用途的能力, 例如住宅在适应居住的同时, 延展出的诸如个体型办公或小型商务的功效, 而无须将住宅空间布局结构调整与改变以适应其功能变化, 从而能够延长住宅合理的使用寿命和住宅品质。

2.3.3安全

确保整个结构体系的安全性能, 达到建筑结构既安全耐用又经济合理的目标[3]。故应评价建筑在结构自重、地基变形、预加压力、混凝土收缩变形等永久作用, 风荷载、雪荷载、冰荷载、温度变化等可变作用以及地震、爆炸、撞击、火灾等偶然作用下而不发生破坏的能力, 其中特别强调抗震的相应指标。

(1) 平、立面结构形式与布置。评价建筑承重结构的空间分布, 要求布置尽量避免构件处于复杂受力状态, 在满足承载力的条件下, 符合功能的要求。建筑及其抗侧力结构的平面布置宜规则、对称, 并应具有良好的整体性;建筑的立面和竖向剖面宜规则, 结构的侧向刚度宜均匀变化, 竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自下而上逐渐减少, 避免抗侧力结构的侧向刚度和承载力突变。竖向布置力求均匀和连续, 尽可能使竖向刚度、强度均匀变化, 避免出现薄弱层, 并应尽可能降低房屋的重心。此外, 如通过对结构墙、柱的布局和墙肢长短的调节, 使不规则的建筑体型和平面布置产生规则结构的效应, 同样可以使建筑结构达到经济合理和安全耐用的预定目标[5]。

(2) 抗震结构体系的设计。评价建筑抗震体系抗震能力大小, 应具备必要的抗震承载力, 良好的变形能力和消耗地震能量的能力, 应避免因部分结构或构件破坏、薄弱楼层屈服而导致整个结构丧失抗震能力或对重力荷载的承载能力, 并合理设置防震构造措施。此外, 在地震力作用下建筑倒塌的主要原因, 也大多是由于墙、柱等竖向构件首先遭到破坏所致。为此, 在实际的结构设计工作中, 如不同构件采用不同的安全系数的结构优化设计原则, 对独立构件、静定结构和竖向构件应采用较大的安全系数, 而对楼板和楼盖梁的安全系数可予以适当降低, 这样处理既可以降低工程造价, 又可提高结构的综合安全度。

(3) 多道抗震设防。多道抗震防线对抗震结构是必要的, 当第一道防线的抗侧力构件在强烈地震袭击下遭到破坏后, 后备的第二道至第三道防线的抗侧力构件立即接替, 抵挡住后续的地震的冲击, 可保证建筑物最低限度的安全, 免于倒塌。

(4) 施工质量。评价建筑在按照施工工艺施工生产的条件下, 构件质量由于工人操作的不稳定性造成实际与设计的偏差, 如混凝土的密实度、强度, 钢筋接茬, 构件尺寸等是否满足要求。

(5) 其它灾害防御。评价建筑结构对火灾、防盗等人为灾害及龙卷风、雪灾、泥石流、洪水等自然灾害的防范措施设计。

(6) 基于抗震防灾的基地选址。评价建筑所处位置的有无不良地质现象, 其成因、分布范围、地震效应, 有无新构造运动, 该地区的地层结构, 和岩土的物理力学性质, 地下水的埋藏条件, 水位变化幅度与规律及其腐蚀性。此外, 应使结构自振周期避开场地特征周期。

2.3.4美观

基于社会生态效益进行评价, 应把建筑美与环境美列为设计的重要内容, 建筑只有融合地域特色, 紧跟时代步伐, 才能完全地实现建筑的生态性。

(1) 地域性。评价是否能做到因地制宜设计, 整体设计考虑当地环境的亲和性、适应性和当地传统建筑文化的传承性, 既能充分体现生态观, 又能保持多姿多彩的建筑风格;居住环境能否与自然景观相融合, 规划布局能否结合当地自然条件, 充分挖掘地方文化内涵, 突出地域和民俗特色。

(2) 时代性。建筑体现着一个时代的物质和文化发展水平, 同时也显示着那个时代的意识形态和美学观念, 因此它总是具有时代标记的意义。

(3) 与周围环境的亲和性。评价建筑在建筑位置、 建筑外形、建筑功能等方面是否与周围建筑、自然景物相互协调, 相互统一, 与城市整体规划相符。

2.3.5建材性价比

评价建筑建设与使用过程中在建筑材料上的资金投入;材料是否具有最优性价比。

(1) 建材易得性。评价建筑材料的生产过程中是否原料来源广, 生产工艺简单, 低能耗, 利于大范围推广与使用。

(2) 本地建材。评价建筑在建造过程中是否就地取材, 因地制宜地尽量选用当地的、采集运输便利的材料作为建筑和营造环境的原料和装饰元素。

2.3.6建材的生态性

本指标评价使用建材是否性能可靠、耐久与长寿命以及建筑材料的生产, 加工, 对原料产地、原料生产工厂等当地的生态环境造成的影响程度。

(1) 材料质量。评价材料的抗拉, 抗压, 抗剪, 抗扭, 抗弯性能, 密度以及耐久性, 强调禁止采用高耗能、污染超标的材料。

(2) 长寿命建材。评价建筑是否使用长寿命建材, 优先采用高性能、高强度新型材料, 减少构件的维修, 替换概率, 提高建材的利用效率, 延长结构生命周期。

(3) 3R建材。评价建筑是否使用减量化、再使用和再循环利用 (资源化) 建材, 即在条件允许的地方, 利用可再生的材料作为建筑材料, 或在建筑物中增加可再生资源的使用量, 减少建筑废物。

3结语

在利用AHP模型构建“抗震条件下生态节能的钢混住宅建筑结构优化设计综合评价指标体系”后, 可将评价体系中有关控制因素明确地表达出来, 在统计有关专家或有经验的专业人员、用户等对相关评价指标的相对重要性进行打分后, 构造各层次的判断矩阵, 通过AHP程序在计算机上进行单排序及总排序计算, 从而得到各层因素相对于总目标的组合权重值。在求出各基本指标权重值后, 可结合待评价设计方案或已完成的评价对象对应的各有关评价指标所得“评价值”, 利用改进的TOPSIS方法或模糊综合评判法等进行计算, 即可直观得出各待评价对象的优劣程度[4], 从而实现钢混住宅建筑结构设计方案的优选, 也可用于评定已有建筑在抗震、生态节能方面的优劣程度, 因此本研究成果具有很强的可操作性。

本研究曾详细分析了西安某大学家属区的一些已有多层、高层钢混住宅的建筑方案, 以此为参考, 对形成本综合评价指标体系, 起到了重要作用, 特向有关专家及工程技术人员表示衷心的感谢。

摘要：从建筑结构设计的角度出发, 针对钢混住宅在经济、适用、安全、美观、建材成本与生态性等方面的性能进行了分析, 综合考虑抗震与生态节能的影响因素, 并作了较深入的探讨, 利用层次分析法 (AHP) 模型构建了抗震条件下生态节能钢混住宅建筑结构优化设计综合评价指标体系。以期对城乡钢混住宅建筑结构的优化设计理论作出贡献, 并可供全国同行们参考、借鉴。

关键词：抗震, 生态节能,钢混住宅,优化设计,AHP模型

参考文献

[1]刘启泓, 田静峰.基于复合生态系统平衡概念的新农村居住环境规划设计优化的原则及综合评价的探讨—以陕西关中地区农村为例[J].基建管理优化, 2015 (1) .

[2]胡庆昌.多层和高层钢筋混凝土房屋抗震设计规定:《建筑抗震设计规范》修订简介 (九) [J].工程抗震, 2000 (1) .

[3]杨生龙.多层及高层钢筋混凝土房屋抗震设计[J].城市建设理论研究, 2011 (30) .

[4]刘启波, 周若祁.绿色住区综合评价及设计准则[M].北京:中国建筑工业出版社, 2006 (10) .

高层建筑抗震优化设计 篇8

近些年来,随着国家建设脚步的加快、市场经济的推动以及建设场地的不断紧缩,高层建筑慢慢占据了建筑市场的主导地位。而在高层建筑范围内,虽然随着国力的不但增强、技术的不断进步、施工工艺的不断先进,超高层占据的比例越来越大,但总体而言目前建筑市场仍以高度在60～100 m范围内的建筑居多。由工程设计及建筑市场的现状不难看出,高度在60～100 m间的高层建筑,大量采用的结构体系为现浇钢筋混凝土剪力墙结构或框架-剪力墙结构。从而可见,剪力墙在工程结构实体中得到了越来越多的应用。

2010年至今,新版设计规范不断更新,有关剪力墙抗震构造措施设计的部分较前一版设计规范有了较大的改进及修改,本文将简单罗列出新旧规范对比下修改的内容。随着国力的增强以及近几年地震灾害的频发,为了减少人身的伤害以及经济的损失,建筑结构抗震设计要求越来越严格,含钢量也随之增大。本文通过新版规范有关剪力墙抗震构造措施在工程设计中实际应用的经验进行简单对比,提出一些剪力墙结构设计时的优化设计建议。

二、2012与2001版结构设计规范有关剪力墙抗震构造措施修改内容的对比

自2010年以来,新版设计规范陆续更新。《建筑抗震设计规范》GB50011-2010、《混凝土结构设计规范》GB50010-2010、《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010三大混凝土结构设计规范均对剪力墙设计时抗震构造措施提出了新的要求。以《高层建筑混凝土结构技术规程》为参照,与前一版规范相比,主要修改内容如下。(1)剪力墙底部加强部位的范围,由原来的底部两层和墙体总高度的1/8二者的大值修改为底部两层和墙体总高度的1/10二者的大值,且明确了底部加强部位的高度应从地下室顶板算起。当结构计算嵌固端不在地下室顶板时,应向下延伸至计算嵌固端。(2)新版规范明确的定义了短肢剪力墙的概念。对于L形、T形、十字形剪力墙,其各肢的肢长与截面厚度之比的最大值大于4且不大于8时,才划分为短肢剪力墙。(3)与02版规范相对比,新版规范取消了短肢剪力墙抗震等级提高一级的要求,剪力墙的轴压比规定更为严格。一、二、三级短肢剪力墙的轴压比,分别不宜大于0.45、0.50、0.55,一字形截面短肢剪力墙轴压比限值应相应减小0.1。(4)与02版规范相比,新版规范取消了剪力墙分布钢筋之间的拉筋在底部加强部位应适当加密的要求。(5)与02版规范相比,新版规范剪力墙约束边缘构件设置的范围有所变化,设置约束边缘构件与剪力墙的轴压比相关联起来。当剪力墙墙肢的轴压比不大于0.1(9度一级)、0.2(6、7、8度一级)、0.3(二、三级)时,可以不设置约束边缘构件而只设置构造边缘构件即可。另外,新版规范中增加了三级剪力墙亦应设置约束边缘构件的要求,这是特别要强调的。(6)与02版规范相对比,新版规范剪力墙约束边缘构件延墙肢的长度Lc及其配箍特征值λv有很大变化,其值与剪力墙墙肢的轴压比相关连起来。具体变化内容详见表1。其中,黑体字部分为新版规范新增加或修改的内容。(7)与02版规范相对比,新版规范剪力墙约束边缘构件竖向钢筋的最小配筋率,增加了三级剪力墙为1.0%的规定,竖向钢筋配筋量由原6φ16(一级)、6φ14(二级)修改为8φ16(一级)、6φ16(二级)及6φ14(三级),增加了箍筋、拉筋沿水平方向的肢距不宜大于300 mm,不应大于竖向钢筋间距的2倍的条款。(8)新版规范将一般剪力墙竖向和水平分布钢筋间距由不应大于300 mm修改为不宜大于300 mm,且由强制性条文修改为一般条款。(9)新版规范中,增加了一、二级抗震等级剪力墙底部加强部位构造边缘构件的配筋要求(一级:纵筋0.010 Ac与6φ16中的大值,箍筋直径不小于φ8且间距不大于100 mm;二级:纵筋0.008 Ac与6φ14中的大值,箍筋直径不小于φ8且间距不大于150 mm),并修改了三级剪力墙构造边缘构件竖向钢筋的最小配筋要求(底部加强部位修改为0.006 Ac与6φ12中的大值,其他部位修改为0.005 Ac与4φ12中的大值)。(10)新规范中增加了跨高比不大于1.5的连梁纵向钢筋的最小配筋率的要求,同时提出了连梁纵向钢筋的最大配筋率的要求。(11)在新版《建筑抗震设计规范》GB50011-2010中,修改了关于剪力墙分布钢筋的要求,在剪力墙结构体系中,剪力墙竖向分布钢筋直径不宜小于10 mm,而在框架—剪力墙结构体系中,水平与竖向分布钢筋直径均不宜小于10 mm。

三、新版规范下剪力墙结构抗震构造措施在剪力墙含钢量优化设计中的应用

随着改革开放的不断发展,我国国民生产总值的不断提高,保护人民生命与经济财产的目标成为抗震设计的重中之重。因此抗震设计标准要求越来越严格,建筑结构的含钢量随之也不断得到提高。而在现实社会中,为了积极响应国家可持续发展的战略目标以及绿色环保低碳的发展理念,并且可以让建筑开发得到经济利益的最大化,含钢量成为了结构设计中的焦点。通过应用新版规范在工程设计中的经验,充分利用关于剪力墙结构设计抗震构造措施的规定,从而达到了剪力墙含钢量的优化设计。

1. 应用剪力墙轴压比的规定,优化剪力墙结构设计

新版设计规范中,剪力墙边缘构件的设置与剪力墙墙肢的轴压比紧密的联系到了一起,而在上一版设计规范中这是没有的,只是笼统的提出了剪力墙下部应设置约束边缘构件、上部设置构造边缘构件的理念。旧版规范已经执行了10年,很多设计人员已经形成了固定的设计习惯,而且随着现在社会发展脚步的加快,设计人员的工作强度越来越大,造成了很多设计人员设计时就高不就低的理念,从而忽视或忽略了新版设计规范的规定。为了达到优化结构设计的目标,当结构平面布置已经确定、并经结构整体计算满足规范各项规定的要求下进行剪力墙施工图具体的设计时,第一步就应先核查剪力墙墙肢的轴压比,从而确定剪力墙在底部是设置约束边缘构件还是构造边缘构件;在剪力墙设置约束边缘构件确定的情况下,区分确定Lc的范围及箍筋配箍特征值的取值,从而达到优化设计的目标。简单举例,某工程中剪力墙抗震等级二级,其中一200厚L形剪力墙中一墙肢长5 m,其轴压比为0.27。按照新版规范规定,在该墙肢端头可以直接设置构造边缘构件(暗柱200×400),纵筋614即可满足要求。而按笼统的全楼剪力墙均设置约束边缘构件设计,其最小纵筋配筋为616(暗柱还按200×400考虑),纵筋用钢量就提高了约30%。

2. 应用箍筋、拉筋水平肢距间距的规定,优化剪力墙结构设计

依据新版规范规定,箍筋、拉筋沿水平方向的肢距不宜大于300 mm,不应大于竖向钢筋间距的2倍。依据此条规定,当剪力墙纵筋间距不大于150 mm时,剪力墙箍筋或拉筋可以采用隔一拉一的方式布置,从而达到优化设计的目标。简单举例,某一抗震等级二级的L形剪力墙(200厚)转角部位设置转角构造边缘构件,布置12根纵筋,采用箍(拉)筋8@200。若每根纵筋均设置拉筋,则箍筋每米用钢量为5.73 kg;若采用隔一拉一的方式,则箍筋每米用钢量为5.05 kg,用钢量下降了约0.7 kg。

3. 使用高强度钢筋,优化剪力墙结构设计

推广应用高强度钢筋是落实中央节能减排决策的重要措施,是推动建筑业技术进步的有效途径。使用高强度钢筋可以大大降低用钢量,从而达到优化剪力墙结构设计的目标。简单举例,某8度抗震设防工程中剪力墙抗震等级一级,底部采用混凝土C40,某片300厚剪力墙轴压比为0.45,其一端头设置暗柱300×400,箍筋配置3×4。在满足规范的要求下,λv=0.2。当采用HPB300级钢时,其规定体积配箍率为1.415%,箍筋需配置10@100(ρv=1.721%);当采用HRB400级钢时,其体积配箍率为1.061%,箍筋需配置8@100(ρv=1.103%)。如此看出,使用HPB300级钢较使用HRB400级钢用钢量提高了约56%,每米范围内用钢量增加了4.862 kg。

四、结语

高层建筑抗震优化设计 篇9

一、框架-剪力墙结构的受力特点与抗震分析

在受力过程中，当框架体系的强度和刚度不能满足要求时，需要在框架结构平面的适当部位设置剪力墙来抵抗水平荷载，这就形成了框架-剪力墙结构。框架主要作为体系中承受垂直荷载的结构，而大部分水平荷载由剪力墙承担。

高层框剪结构中，剪力墙刚度往往比框架的刚度大得多，所以在框剪结构体系中，剪力墙刚度的大小在很大程度上决定了整个结构的刚度。然而自从建筑抗震问题被提出来以后，工程界关于框架和剪力墙结构抗震性能何者为优的问题一直争执不下，存在着结构刚和柔的争议。一般来说，多设剪力墙对抗震是有利的。但是，这不仅会增加经济成本，同时由于刚度太大，周期太短，地震反应可能加大。从抗震的角度看，剪力墙数量以多为好;但从经济性来说，剪力墙则不宜过多。

笔者认为，在独立的结构单元内，抗震墙的设置数量，应符合下列原则：

(1)为能充分发挥框剪体系的结构特性，抗震墙在结构底部所承担的地震弯矩值 (可按第一振型计算) 应不少于总地震弯矩值的50%。否则，应按框架体系对待。

(2)沿结构单元的两个主轴方向，按《抗震规范》地震力计算出的结构弹性阶段层间侧移角的最大值，对于一般高楼和具有高级装修的高层公共建筑，应分别不大于1/600和1/800，同时还应满足《高层规程》中关于顶点侧移角限值的规定。

二、框架-剪力墙结构的抗震优化

传统条件下，框架-剪力墙结构抗震分析的方法主要有手算法和电算法两种，前者是在假定基础上的近似简化计算方法，后者常用矩阵位移法求解，相对而言，是一种较前者为精确的计算方法。随着地震调查分析及理论的不断深化，框架-剪力墙结构的优化分析逐渐盛行，国内外陆续出现了一系列结构优化的观点。有学者认为合适的剪力墙数量以使其能承受基底总剪力的65%～80%为宜，也有学者提出根据高层规程和抗震规范对结构顶点侧移的限制和对框架剪力墙比例的要求提出了一种简单的结构刚度优化方法。

在进行框架-剪力墙结构设计时，框剪结构中剪力墙刚度的确定，除了必须满足强度条件外，还必须使结构具有一定的侧向刚度。因此，在优化时，调整剪力墙的混凝土强度与改变剪力墙截面尺寸均是优化剪力墙抗侧刚度有效措施，此外，与框架梁、柱、建筑层高有关的框架柱平均剪切刚度也可以同时作为设计变量。大量研究表明，改变剪力墙的弯曲刚度对柱的内力影响不大，因此，当剪力墙的高宽比比较大，剪切变形的影响比较小时，可取剪力墙的弯曲刚度为设计变量。

三、框架-剪力墙结构抗震优化的计算工具-TAT软件的运用

1. TAT软件介绍

TAT软件由中国建筑科学研究院研发，是一个三维空间分析程序，它采用薄壁柱原理计剪力墙，可以用来计算高层和多层的框架，框-剪力墙和剪力墙，适用于平面和立面体型复杂的结构形式。在恒、活、风、地震作用下，TAT可以完成建筑结构内力计算和地震作用计算，完成荷载效应组合，并对钢筋砼结构完成截而配筋计算。

2. TAT软件计算原理

在动力分析中，结构的有限元素系统平衡方程一般可表达为：

式中：M、C、K分别为结构的质量、阻尼和刚度矩阵：、、

分别为位移、速度、加速度;为地面加速度。

从数学上看，方程代表的是一组常系数的二阶线性微分方程，求解 (1) 程的方法较多，基于工程中高层结构分析与设计的实际需要，TAT软件提供了两种法，分别为振型叠加法和直接积分法，本文着重介绍振型叠加法。

振型叠加法是对原结构动力平衡方程 (1) 在求解之前进行一次坐标变换。

其中：是特征方程的特征向量， (i=1，…n) 所织成的矩阵，关于M正交，即有:

Φ为振型向量，ω是它所对应的圆频率、与必，相应的结构的同期为

3．计算实例

本文的所有计算模型是根据某高层剪力墙结构住宅楼，该建筑楼层数为26层 (地下2层) ，建筑高度71.95m，总建筑面积18574.6m2，层高2.90m，结构型式为现浇纯剪力墙结构。依据《建筑抗震分类标准》(GB50223-95)，本建筑属丙类建筑，所处地区抗震设防烈度为8度，工程震级为二级，结构抗震设计构造措施按上述相应的抗震等级采用，并按该市抗防区划提供的设计地震动分区及参数进行该建筑的结构抗震设计。本工程的基本风压值为0.4KN/m2，工程所在地属Ⅱ类场地土。

在剪力墙结构布置不变的情况下，主要选取对建筑物刚度影响最大的三个因素：开洞率a、墙率b、砼强度等级C的不同值得到计算模型，取值如下表：

通过计算可知：(1)可以得出多高层框架-剪力墙结构中洞口率、墙率和混凝土强度三个最突出影响因素的等级。(2)高层剪力墙结构的自振周期和最大位移与该结构的墙率、开洞率、混凝土强度等级有着一定关系。在这二个影响因素中，墙率对结构刚度影响最为显著，其次为开洞率，混凝土强度等级影响较小。

高层建筑抗震优化设计 篇10

1.1 建筑结构的抗震设计标准

建筑结构抗震设计标准要根据国家对不同地区地震可能发生的情况以及对地震的危害程度所进行的初步预测来确定不同地区的基本设防烈度。设防烈度的确定是对抗震标准进行设计的主要参考依据, 只有抗震烈度测量预测的准确性, 才能够保障抗震设计标准的科学性与正确性。建筑施工单位根据抗震设计标准以及工程项目开发对住宅使用性能的要求, 来进行抗震设计, 提高建筑物抗震设计的烈度, 设计烈度与建筑物的抗震能力成正比, 与建筑工程造价成反比。

1.2 建筑工程抗震设计是否合理

所谓抗震设计主要是对建筑的结构形式进行合理的设计, 并对建筑结构抗震措施加以选择, 保障建筑结构具有稳定的抗震性, 在地震灾害威胁的情况下要确保建筑结构不倒。高层建筑物对抗震设计有着比普通建筑更高的设计要求, 通常选择现浇剪力墙结构、框架———剪力墙结构作为高层建筑物的首选结构类型。这种类型的建筑结构强度高、在外力的强烈作用下, 能够维持建筑结构的平稳性, 抗震效果非常明显。建筑工程抗震设计的合理性是确保建筑抗震性能的基本保障。

1.3 建筑工程施工质量

建筑工程施工质量直接影响建筑物的使用性能, 在地震振幅的强烈刺激下, 建筑物的稳固性很难得到保障, 为此必须对建筑物施工质量进行严格的控制, 规范建筑施工工序, 加强质量监督与检验工作, 提高建筑物的整体质量, 保障建筑物的高抗震性。

2 选择适合的抗震结构与高质量的建筑材料

2.1 建筑结构体系对建筑抗震性能的重要作用

现阶段在我国建筑结构体系中主要包含了框架结构体系、框架-剪力墙结构体系、剪力墙结构体系与筒体结构体系等主要结构体系表现形式。这些结构体系根据建筑物的实际需要被广泛的运用到高层建筑物中。而目前国外在地震多发区, 已经开展广泛的采用钢结构体系, 作为提高建筑结构防震的主要结构体系, 我国目前所采用的多为钢筋混凝土结构, 其抗震性能远远比不上钢结构的抗震性能。钢结构在强度、韧性以及延展性上具有明显的优势。

通过对地震区建筑房屋的倒塌情况进行调查我们可以发现, 钢结构建筑物的倒塌机率是最小的。我国工程建造开发者在进行高层建筑物设计时, 为了节省用钢数量, 往往采用框架-核心筒体系。在混合结构震层中所产生的剪应力的八成以上都由内部的混凝土来承担。钢筋混凝土结构在外力的作用下容易出现弯曲变形, 为了减少建筑结构的侧移, 往往需要采用小的钢结构对框架-核心筒结构加以辅助, 这不但没能达到节省建筑钢材用量的目的, 还增加了建筑结构的负担, 不利于建筑整体结构稳固性的发挥, 为此我国要积极推进钢结构在建筑领域的应用。

2.2 建筑材料对建筑物抗震效果的影响与应用

建筑材料的使用性能对建筑物的质量有着决定性的影响, 而高质量的建筑物又具有良好的抗震效果, 为此若想提高建筑物的抗震性, 首先要确保建筑材料的质量。在对建筑材料进行选择时, 通常要选择强度高、安全性好, 以及具有良好耐久性的建筑材料, 研究实践表明, 高性能的建筑材料在提高建筑结构的使用性能与使用寿命方面具有不可替代的作用。

混凝土是目前我国建筑工程领域所普遍运用的人工石材, 它产生于1824年, 它的出现极大的改变了世界建筑工程领域的发展状况, 为促进我国建筑工程领域的发展起到了极大的推动作用。但混凝土建筑材料却属于脆性材料, 从建筑结构抗震的角度进行分析, 混凝土材料不利于建筑结构的抗震性, 为此不应作为结构性材料应用到建筑结构当中。为解决这一问题, 建筑工程领域展开了广泛的研究与讨论。目前主要通过对建筑结构进行科学合理设计以及采用钢筋来化解混凝土的脆性。同时也可以通过对混凝土自身的性能加以改变来实现对混凝土脆性的改良, 达到提高混凝土材料抗震效果的目的。

通常状况下对混凝土自身的性能进行改良, 提高混凝土建筑结构的抗震性能主要从以下几个方面加以着手:首先, 要对混凝土搅拌过程中的用水量进行严格的控制, 水对混凝土的水化反应以及混凝土的和易性都产生至关重要的影响, 决定混凝土的性能, 为此在混凝土加工、搅拌、运输、使用的全过程要通过会混凝土用水量的控制, 来确保混凝土的强度及其耐久性。然而为了确保混凝土建筑结构的抗震性能, 我们不能一味的增加混凝土的强度, 因为混凝土强度与极限压成反比, 当混凝土的强度达到一定高度时, 在外力作用下一旦混凝土遭到破坏, 此时混凝土的脆性特征就会变得更加明显, 为此必须在考虑增强混凝土强度的同时要考虑增强混凝土的韧性, 只有这样才能够确保混凝土具有较好抗震性能。

提高混凝土的使用性能还可以采用聚合物改性, 这样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。

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。

结束语

良好的抗震设计与抗震结构对建筑物抵抗地震灾害的威胁起到良好的保护作用, 为确保我国建筑使用者的生命财产安全提供了可靠的保障, 我国必须努力通过合理的设计创造出高性能的抗震结构, 提高我国建筑物的抗震效果, 对人们的生命财产安全实施全面的保护, 避免汶川地震的惨剧再次上演。

参考文献

[1]王丽霖.我国高层建筑抗震结构设计初探[J].山西建筑, 2011, (03) .

[2]和佳一.浅谈高层建筑结构抗震设计[J].中国新技术新产品, 2011, (12) .

建筑抗震设计内容简析 篇11

关键词地震作用;变形;设计

中图分类号TU2文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)072-0102-01

进入21世纪以来,全球地震呈现多发态势,而大量的高楼出现也给建筑结构抗震设计带来了新的挑战。由于建筑通常耗资巨大,且内部人员较多,当其遭到破坏后带来很大的生命财产损失,因此必须慎重对待。

1水平地震作用分析

1.1单质点体系地震作用

对于只有单个自由度的质点体系,其计算模型可作为一悬臂梁结构;而对于高度不超过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,近似于单质点体系的结构。

根据《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)单质点体系的水平地震作用下计算表达式为

(称为地震影响系数)

再由抗震设防烈度、地震发生频率高低、场地类型、设计地震分组依次查出“水平地震影响系数”、“特征周期值”。最后通过“地震影响系数曲线”计算出

1.2多质点体系地震作用

多质点体系地震作用采用振型分解反应谱法,利用振型分解法,将多自由度体系的地震反应分解为多个独立的单自由度体系的振型反应,利用地震反应谱先求出各振型下的最大地震作用及相应的地震作用效应,然后将这些效应组合,求得结构的最大地震作用效应。

其中是多质点结构中i质点的j振型水平地震作用标准值;表示j振型i质点的水平向振型位移,可通过振型图按比例求出;为第j振型的振型参与系数;为j振型地震影响系数,先查出后,通过“地震影响影响系数曲线”求出。

2抗震设计原则及构造要求

2.1抗震结构设计宜考虑的几点要求

1)简单对称;2)平面不要太长;3)不要狭而高;4)水平构件要比竖向构件先出现塑性绞;5)正确处理地基上部结构刚度的关系;6)承载力刚度要均匀、连续分布。均匀连续的含义为质量均匀分布,墙、柱不中断、不偏心,梁在轴线上不错位,柱与梁中线宜重合,主要构件的断面不要突变,结构平面的横向和纵向刚度相差不要太大。

2.2重要设计要点

1)承载力与延性的关系。抗震结构不但要求有足够的承载力,还要求有适当的延性,承载力要设计得合理,并不是越大越好,各部分承载力要与地震反应想适合。2)要考虑两道防线。一次大地震往往还要经历多次余震。为了提高结构的延性,做到裂而不倒,结构设计最少应考虑有两道防线。3)合理选择结构体系。钢筋混凝土纯框架结构、框剪与框筒结构、剪力墙结构都可以作为抗震结构,但是要根据当地的实际来选择。

2.3变形缝的处理

高层建筑最后不做防震缝,由于留缝会带来施工复杂,建筑处理困难、地震后难免碰损。当建筑的体型比较复杂时可以利用地下室和基础连成整体,这样可以减少上部结构反应,加强了结构整体性。考虑温度影响一般不超过100m可不做缝,但要采取防止收缩的措施。

2.4温度的影响

按弹性计算求的钢筋混凝土结构的温度应力偏大,主要由于升温后混凝土的弹性模量降低,混凝土开裂后温度应力将大为降低,再加上徐变与温度场分布的影响,计算数值很难说明问题,目前多用构造解决,如屋顶隔热层,减小变形的约束及适当配置温度筋等。一般是建筑上下两端温度影响较大。

对于高度在60m一下的建筑一般可不考虑竖向温度应力的影响,当外柱露明考虑内外柱变形差异对结构及隔墙开裂的影响,当不允许墙体抹灰开裂时,相对变形不得大于L/300或1.5cm,二者取较小值,L为梁跨,如无限制墙体开裂的要求时,变形可达L/200。

3高层建筑抗震设计特殊处理

3.1针对抗震结构设计

当地震来临时,高层建筑通常为上端摆动距离因此在保证底层连接牢固的前提下,下部三分之一处容易发生断裂。在上端三分之一处可设计井筒,井筒内部由瞬变体系钢架相连。小地震时瞬变体系钢架可吸收能量,限制其变形。大地震时,当摆动超过一定计算要求,钢架自行断裂,从而直接将能量耗散,可迅速减少大楼变形。

3.2限制结构变形

由于几乎所有高层建筑都有突出塔楼,因此可以充分利用塔楼的重量,在塔楼与建筑接触的四个角装上高强液压弹簧。并有电脑进行系统控制。这样在沿海地区遇见大风时,塔楼与弹簧相连可以消耗掉大楼摆动的部分能量,从而加速能量衰减,控制楼层的摆动量。当遇到较大地震时,由于地震的短暂性,因此只要保证地震时的几分钟之内大楼安然无事,就可以通过计算机系统对液压弹簧的控制,调整重量塔楼的姿态,对建筑结构的晃动进行微调,逐步耗散能量,保证“小震不坏,大震不倒”的设计要求。

3.3楼层底部与基础设计

高层建筑由于倾覆力矩的作用,以及现代建筑多不规则形态,易产生转动力矩,因此地基与相交处的刚度要求极高。必须保证高层建筑与基础连为整体。除了为楼层下端大量配筋等措施外,可以在楼层底部设计四个四分之一圆弧状的固定结构,与大楼和地表自然相切。相当于将下端更加牢固的固定在地面。

建筑体型比较复杂时可以利用地下室和基础连接成整体,这样可以减小上部结构反应,加强结构整体性。

3.4松软土层中抗沙土液化措施

松软土层在受到地震的振动作用后,容易出现沙土液化,这对建筑来说是致命的。因此需要采取措施减少沙土液化对大楼的影响。高层建筑的基础桩基应该穿过沙土层直接打入地下岩层,保证上层建筑的稳定。基础与地下室连成整体,同时扩大基层的面积,使上部结构的力均匀传递到基础,避免不均匀沉降,加重沙土液化对建筑的影响。

3.5避免建筑与地震产生共振

首先应该估计建筑所在位置的地震振动周期,然后将建筑自振周期与地震振动周期错开来进行设计,以避免产生共振。

3.6减轻大楼自重

尽量减轻在高层建筑顶端数层楼重量,隔墙可采用防火轻质的材料,一方面F=ma,地震力与质量成正比。減轻质量即可减小地震力;另一方面,自重越大,P-效应愈严重。愈容易造成房屋倒塌,整体结构失稳。

参考文献

[1]胡庆昌.建筑结构抗震设计与研究[M].中国建筑工业出版社,1999.

[2]李爱群,高振世.工程结构抗震设计[M].中国建筑工业出版社,2005.

高层建筑抗震设计分析 篇12

随着我国社会主义现代化建设和城市化进程的不断向前推进, 建设用地日趋紧张, 促使建筑功能越来越多样化, 高层建筑得的发展是大势所趋。高层建筑的特点是高度比较高, 所以地震荷载和风荷载在设计过程中占主导和控制地位, 而我国又是地震多发国家, 因此高层建筑的抗震设计分析显得尤为重要。

1 高层建筑抗震设计特点

第一, 控制建筑物的侧移是重要的指标。在地震荷载作用下, 建筑结构所产生的水平剪切力占主导地位, 所以建筑物会产生明显的侧移, 随建筑结构的高度不断曾加, 结构的侧向位移迅速增大, 但该变形要在一定限度之内, 这样才能保证结构安全以及使用功能。

第二, 地震荷载中的水平荷载是决定因素。水平荷载会使建筑物产生倾覆力矩, 并且在结构的竖向构件中引起很大的轴力, 这些都与建筑物高度的两次方成正比, 故随建筑结构高度的曾加, 水平载荷大相径庭。对高度一定的建筑物而言, 竖向荷载基本上是不变的, 但是随着建筑物的质量、刚度等动力特性的不同, 水平地震荷载和风荷载的变化是比较大的。

第三, 要重视建筑结构的延性设计。高层建筑结构随着高度增加, 刚度减小, 显得更柔, 在地震荷载作用下变形较大。这就要求建筑结构要有足够的变形能力, 使结构进入塑性变形阶段仍然安全, 需要在结构构造上采取有利的措施, 使得建筑结构具有足够的延性。

2 结构体系的合理选择

地震对建筑物的伤害主要是水平地震力所造成的剪切破坏, 所以根据结构体系对抗侧力能力的不同, 钢筋砼结构主要可分为框架结构、框架-剪力墙结构、剪力墙结构、筒体结构等, 这也是我国高层建筑长采用的结构形式。由于这些体系的结构形式、抵抗水平力的能力有所区别, 尤其是对地震反映大不相同, 因此它们适用于不同的场合。

2.1 框架结构

框架结构由框架梁、柱构件组成。其特点是柱网布置灵活, 便于获得较大的使用空间。框架结构的框架梁和柱既承受竖向荷载, 又承受水平荷载。当建筑物高度较低、层数相对较少时, 其水平荷载对结构的影响不大, 这时采用框架结构还是比较合适的, 既满足受力要求, 也提供了很大的使用空间。但框架结构侧向刚度很小, 随着建筑物高度的曾加, 框架结构水平荷载分布呈现出不均匀的现象, 有的楼层相对薄弱, 很容易屈服。地震荷载对柱子的破坏作用要相对强烈, 而对梁的破坏相对较轻, 而柱子顶端的破坏比底端要严重, 特别是对角柱和边柱来说破坏更加严重。短柱的剪跨比较小, 发生柱中剪切破坏几率较大, 对一般的柱而言, 发生的是柱端弯曲破坏。故框架结构在很高的建筑中应用的不多, 尤其是是采用砌体填充墙时, 地震荷载作用下填充墙破坏严重, 修复费用很高。

2.2 剪力墙结构

剪力墙由纵、横方向的墙体组成的抗侧力体系, 属于以弯曲变形为主的结构体系。该体系的特点是, 侧向刚度比较大, 抗侧移能力明显优于框架结构, 而且整体性好, 有利于结构整体受力。因此, 剪力墙结构可以用于比较高层住宅, 性能稳定。但是剪力墙结构也有其自身的缺点。从动力学角度来看, 刚度越大周期越短, 动力反映就会越强烈, 即使建筑结构抗力满足要求, 建筑内设备会产生严重破坏;除此之外, 剪力墙结构有大量的墙体结构采用钢筋砼而使得自重大, 对建筑平面设计产生很大局限, 很难提供足够大的空间。所以, 剪力墙结构主要用于高层建筑并且对建筑空间要求不大的结构中。

2.3 框架-剪力墙结构体系

框架-剪力墙结构是在框架结构中的基础上, 在适当部位曾加了剪力墙, 使得该结构继承和发展了框架结构和剪力墙结构的优点, 既有足够的刚度也具备一些柔性。框架-剪力墙结构的特点是, 不但可以满足大空间的建筑要求, 建筑布置灵活, 又提供了较大的侧向刚度。框架-剪力墙结构以其优越的抗震性能和灵活的空间布置、建筑功能, 在当今高层建筑中得到广泛的应用。

2.4 筒体结构体系

筒体结构包括框架-核心筒结构与筒中筒结构框架-核心筒结构有外框架和内部核心筒组成。内部核心筒具有很大的刚度, 很好的满足侧向变形和结构强度要求;外部框架可以提供大空间来满足建筑布置上对空间的要求。而筒中筒结构是由薄壁的内筒与密柱的外框筒组成, 筒中筒结构最大的优点是具有比剪力墙结构更大的侧向刚度, 抗侧移性能更好, 所以, 适用于超高层建筑。

每种建筑结构的抗震性能和适用的范围都不相同, 并且高度不同采用的抗震等级也不尽相同, 具体见表1所示。

3 结构设计的抗震措施

3.1 框架结构抗震构造措施

框架结构的抗震能力相对来说比较弱, 但通过采用一些抗震措施也可以得到些许提高。以框架结构的梁为例, 其必须满足以下几点要求:1) 梁的截面宽度不宜小于200mm;2) 梁的截面高宽比不宜大于4;3) 梁的净跨与界面高度之比不宜小于4。而对于框架结构的柱子, 规范规定其柱内纵向钢筋配置须满足如下措施:1) 框架柱的布置必须对称;2) 当柱的截面尺寸大于400mm时, 其内纵向钢筋的间距不宜大于200mm;3) 柱总配筋率不大于5%;4) 一级且剪跨比不大于2的柱, 每侧纵向钢筋配筋率不大于1.2%;5) 柱纵向钢筋的绑扎接头应避开柱端的箍筋加密区。

3.2 剪力墙结构抗震构造措施

剪力墙结构中起抗震作用的主要是剪力墙, 剪力墙的厚度, 一、二级不应小于160mm且不小于层高的1/20, 三、四级不小于140mm且不小于层高的1/25。底部加强部位的墙厚, 一、二级不小于200mm且不小于层高的1/16;无端柱或翼墙时不应小于层高的1/12。剪力墙厚度大于140mm时, 竖向和横向分布钢筋应双排布置;双排分布钢筋间拉筋的间距不大于600mm, 直径不小于6mm;在底部加强部位, 边缘构件以外的拉筋间距应适当加密。

3.3 框架-剪力墙结构抗震构造措施

该结构体系中, 剪力墙的厚度不小于160mm且不小于层高的1/20, 底部加强部位的剪力墙厚度不小于200mm且不小于层高的1/16, 剪力墙周围设置梁和端柱组成的边框。对剪力墙中的竖向和横向钢筋来说, 配筋率不小于0.25%, 并双排布置, 拉筋间距不大于600mm, 直径不小于6mm。

3.4 筒体结构抗震措施

对框架-核心筒结构来说, 核心筒与框架之间的楼盖宜采用梁板体系。当地区设防列度高于9度时设防必须采用加强层, 且在对结构进行整体分析时必须要考虑加强层变形的影响。加强层的大梁或桁架应与核心筒内的墙肢贯通, 大梁或桁架与周边框架柱的连接宜采用铰接或半刚接。

4 结论

在汶川地震之后, 地震灾害已经成为人们关注的一个焦点。框架结构、框架-剪力墙结构以及剪力墙结构等都是被广泛应用的抗震结构形式, 但是这些结构都存在着不足之处, 那就是采用传统的设计理念, 加强配筋, 对地震灾害作用采取“硬抗”的方式, 为了弥补这个不足, 近几年来出现了一种新型设计-隔震房屋, 隔震结构通过改变结构周期来降低地震对建筑物的伤害, 由于减小了层剪力, 不但保证结构的安全, 也减小了室内设备的损害, 有很大的发展空间。

参考文献

[1]胡聿贤.地震工程学[M].北京:地震出版社, 2005.

[2]GB50011-2001, 建筑抗震设计规范[S].