高层建筑结构抗震设计优化措施解析

韩炯

（九源（北京）国际建筑顾问有限公司宁夏银川　750001）

高层建筑结构抗震设计优化措施解析

韩炯

（九源（北京）国际建筑顾问有限公司宁夏银川750001）

随着社会的高速发展，人们对高层抗震的需求日益增高，下面由高层建筑结构抗震设计的原则开始，对于高层建筑抗震设计中的问题展开相关探究，并对高层建筑结构抗震设计的优化措施展开一系列的阐述。

高层建筑结构；抗震设计；优化；措施

这几年，国内地震灾害出现的次数比较多，在地震出现时，建筑受到很大的破坏，而且一些建筑还会出现倒塌的状况，因此而带来的经济损失与人员伤亡特别大。因为高层建筑层数特别多，容积率特别大，若在地震中出现坍塌将带来很大的损害。所以做好建筑抗震设计具有特别关键的意义，因此需在设计时对其抗震特性进行重点关注与优化，在一定程度上的提升高层建筑的抗震特性。

1　建筑抗震结构设计原则

1.1关于结构的规则性

对于建筑防震结构设计，需先弄清楚建筑抗震结构设计的需求，在此基础之上，优化建筑平面和建筑物的应用性能，并对其进行适当的布局，对于高层建筑而言，务必要保证其具有足够的刚度，从而减小结构扭转的影响，对于建筑物来说需确保其平面均匀对称，建筑物的柱网剪力墙务必要科学布置。因为此类建筑结构可以很容易出现建筑物多地震的反应，对于建筑防震结构设计需对建筑进行适当布置，如此一来对于减小竖向构件间的差异形变和结构内应力对建筑结构的不利影响具有非常大的作用。

1.2关于层间的位移限制

在建筑结构工程师进行建筑防震结构设计期间需参考下建筑结构材料、位移的约束、结构体系、侧向荷载和高比宽等问题。对于建筑防震结构设计需在一定程度上要求钢筋混凝土结构的位移限值，还要对建筑的所处位置进行优化设计，保证其稳定性及功能的稳定使用等。建筑在地震或者是风力之层间常常会产生很大位移，对于建筑防震结构设计不但要满足其刚度，还要防止超过其承载力。

2　高层建筑结构抗震设计的主要内容

抗震设计的基本原则为需符合大震不倒、中震可修、小震不坏的要求，针对于这一原则，需依抗震设计的两阶段来设计，依次为多遇地震下的状况与罕遇地震的状况，前者使用弹性反应谱法，后者使用抗倒塌弹塑性变形验算。对部分超越规范的高层建筑，能够使用基于结构性能的抗震设计理论来设计。

3　高层建筑抗震设计中常出现的问题

3.1建筑平面和竖向不规则

由于经济水平的提升和大家对流动的艺术的追求，建筑师创作的平面与立面日益复杂。进而平面与立面规则性超限的状况越日益普遍。这就促使建筑的抗震性能有很大的削弱。

3.2地基的选取不科学

不同的地基类型对地震力的传递有不一样的特点，高层建筑因为垂直高度较高，自身重量较大，因此在选址时，对于土质的硬度、密实度与对地形的开阔和平坦性具有很高的要求，而且需远离河岸，防止抗震危险性路段，如此一来才可以保证高层建筑的基础具有较好的抗震性能，可以在地震力作用下具有非常好的承受能力。然而目前因为国内城市发展速度的加快，城市人口日益增加，很大一部分房地产开发商在进行高层建筑选址时均会更多的对其商业利益与商业开发空间进行考虑，这就造成高层建筑地基在选取上具有特别多的适宜性与不科学性，进而使其抗震性能降低，在地震发生时高层建筑的基础破坏更加严重。

3.3材料的选取不科学

这几年，国内地震出现的次数特别多，因此在对地震频发区域进行高层建筑设计时，务必保证其结构体系的科学性性，另外还需适当选择结构材料。然而由于施工、经济等因素，轻质高强材料并未适当的采用。

3.4抗震设防烈度较低

由于我国的经济发达程度还不够高，现在国内的建筑的抗震设防烈度不高，中震和规定的设计基准期内超越概率大约为10豫的地震烈度相似，较低的抗震设防烈度减小了高层建筑的抗震需求。

4　高层建筑结构抗震设计的优化措施

若想设计出具有特别好的抗震性能的建筑需要从结构概念设计与构件设计两个角度着手。抗震概念设计对结构的抗震功能具有很大的作用，所以新规范都在有关条文中提出了建筑和结构概念设计的关键性，还要求建筑师与结构工程师在高层建筑设计中需特别关注建筑结构设计中的概念设计。

结构构件抗震的优化原则，就是“四强四弱”“强柱弱梁”，指节点处柱端实际受弯承载力超过梁端实际受弯承载力；“强剪弱弯”为避免构件剪切的破坏，对于杆件的受剪承载力最好大于受弯承载力；“强节点弱杆件”为避免节点比构件破坏的早；对杆件截面来说，“强压弱拉”为防止杆件由于弯曲而出现受压混凝土破裂的脆性破坏，让受拉区钢筋的承载力小于受压区混凝土受压承载力，具体的能够从以下几点来考虑：

4.1选择有利的抗震场地

由于地质条件的不同地震对建筑设施的破坏具有很大的差异。在施工前要勘察好地基状况，保证建筑场地有助于建筑设施的抗震，应尽量不在抗震不利地段建设建筑构，在不能避开时，需采用恰当的措施提升抗震性能。根据建筑场地地基地质特征与受地震破坏作用的强弱来进行分类，依据建筑场地的实际状况适当采取抗震措施，比方说依据地基地质抗震设防种类、地基液化等级等实际状况科学采用适当的基础形式。

4.2选用合理的结构体系

体系问题为结构设计需要把握的关键问题。需注意体系的科学性问题，优先使用抗震性能高、延性优、耗能性能强、有利于施工的具有多道防线的体系。防止选用抗震性能特别低的板柱-抗震墙结构、框架结构、特别是单跨框架结构等。

4.2.1优化平面和立面设计

结构的简单性，就是尽可能地均匀、对称。结构简单为结构在地震之力下具有直接与清晰的传力方式。对于简单的结构，可以简单地把握建筑结构的计算模型、内力位移分析以及结构薄弱部位，进而对结构的抗震功能也具有良好的估计。对于为了符合建筑性能要求的平面与立面的不规则，能够采取以下几点进行改善。

4.2.2提高结构的刚度和抗震能力

水平地震是双向的，对于建筑结构设计需让高层建筑可以抵抗任意方向的地震破坏。一般设计能够让结构沿平面上两个主轴方向具有充足的刚度与抗震性能，结构的抗震性能就是结构强度和延伸的反映。结构刚度的选择不但可以减轻地震破坏作用，还需注意控制结构形变的增幅，太大的形变将出现重力二阶效应，造成结构破坏、失稳。

4.2.3结构的整体性

对于高层建筑结构，楼盖的设计对高层建筑整体性来说具有非常重要的作用，楼盖和水平隔板类似，其不但聚集与传递惯性力到任意一竖向抗侧力结构，而且还需要这些结构可以协同承受地震作用。尤其是抗侧力构件水平形变特征不同步的结构，就需要楼盖让抗侧力和结构可以协同工作。

4.2.4设置完善的抗震措施

抗震建筑结构体系需全方位考虑到建筑物的设防烈度、场地、地基、材料以及施工等因素，通过技术、经济技术、经济条件综合考虑进行确定。首先需多设几道抗震防线，进而防止由于部分结构或构件破坏而造成一个高层建筑结构体系不具备抗震性能。适当的刚度与强度分布，将防止由于局部消弱、突变性、太大的应力集中可能出现的薄弱部位。

4.3选用合适的建筑材料

科学选用高层建结构材料对提升建筑设施的抗震性能是非常有利的。就抗震设计方面来讲对建筑工程用到材料参数展开合理分析，选择适合高层建筑抗震条件的工程材料。尽可能使用高性能混凝土和高强钢筋及别的高强轻质的材料，用来提升构件内力及抗震能力，同时需要积极使用新型减震及隔震材料。

5　结语

随着高层建筑技术的持续发展，它的抗震设计水平也在提高，高层建筑抗震设计的措施也是变得越来越科学及合理，外加上多种多样的新技术和新材料的出现，高层建筑抗震能力一直在提高，很好的提升了地震出现时建筑的安全性能。

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2015-11-1