高层建筑抗震设计结构设计探析

1、高层建筑抗震设计结构设计探析摘要：地震是一种随机振动，建筑结构设计人员 为防止、减少地震给建筑造成的危害，就需要分析研究建筑 抗震问题不断总结工程经验，妥善处理这一工程问题。本文 阐述了建筑抗震的理论分析，探讨了高层建筑抗震设计结构 设计的方法。关键词：高层建筑抗震设计结构设计方法中图分类号：tu97文献标识码：a文章编号：我国是一个地震灾害比较频繁的国家，对于高层建筑来 说，一旦遭遇地震，往往会遭受巨大的损失。因此在进行高 层建筑结构抗震设计的过程当中应该充分考虑当地的地质 情况，有针对性的进行相应的设计，尽可能的降低地震造成 的损坏。一、建筑抗震的理论分析1、建筑结构抗震规范建筑结构抗震规

2、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、抗震设计的理论拟静力理论。拟静力理论是20

3、世纪 1040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20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

4、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。二、高层建筑抗震设计结构设计的方法对高层建筑结构的抗震设计时，要从减小地震作用力的 输入和增强地震抵抗力两个方面进行考虑。下面将从五个方 面进行分析：尽可能减小地震作用能量的输入，运用高延性 设计、推广消震和隔震措施的运用，注重抗震结构的设计， 重视建筑材料的选择，增多抗震防线的建设。将减小地震作 用力

5、和增强建筑的地震抵抗力二者结合起来，从两方面入 手，进行建筑抗震的设计施工。1、减少地震发生时能量的输入在具体的设计中，积极采用基于位移的结构抗震方法， 对具体的方案进行定量分析，使结构的变形弹性满足预期地 震作用力下的变形需求。对建筑构件的承载力进行验收的同 时，还要控制建筑结构在地震作用下的层间位移限值；并且 更具建筑构件的变形和建筑结构的位移之间的关系，确定构 件的变形值；根据建筑界面的应变分布以及大小，来确定建 筑构件的构造需求。对于高层建筑来讲，在坚固的场地上进 行建筑施工，可以有效减少地震发生作用时能量的输入，从 而减弱地震对高层建筑的破坏程度。2、运用高延性设计、推广消震和隔震措

6、施的运用现在在我国，许多高层建筑进行抗震设计时，多采用延 性结构，也就是适当的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 破坏和重大损失。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

7、用。通过对阻尼器的利用， 进行减震和能量的吸收，可以巧妙的避免或减弱地震对高层 建筑的破坏作用。3、注重抗震结构的设计高层建筑抗震设计的结构应该得到人们的重视。我国 150m以上的建筑，采用的3种主要结构体系（框.筒、筒中 筒和框架-支撑体系），都是其他国家高层建筑采用的主要 体系。我国钢材生产数量已较大，钢结构的加工制造能力已 有了很大提高，因此在有条件的地方，建议尽可能采用钢骨 混凝土结构、钢管混凝土 （柱）结构或钢结构，以减小柱断面 尺寸，并改善结构的抗震性能。我国传统文化中“以柔克刚”具有价高的思想价值，可 以指导很多实际问题。在高层建筑结构的抗震设计中，可以 从传统的硬性为主的抗震模

8、式向以柔性为主的抗震模式转 变，实现以柔克刚、刚柔相济，有效地减弱地震作用过程中 释放的冲击力。比如，在高层建筑的拱形结构中有这样一个 例子：迪拜帆船酒店，外观如同一张鼓满了风的帆，一共有 56层、321m高，就是运用拱结构抗震减灾的很好的例子。4、重视建筑材料的选择在高层建筑的抗震方案设计中，建筑结构的材料选择也 非常重要。首先，我们可以对建筑材料的参数进行抗震性能 的分析，从整体上对材料的参数变异性进行研究，而不能仅 考虑建筑材料的承载力忽略其他因素。从抵抗地震的角度来 讲，就是要控制建筑结构的延性需求，这就要求我们从高层 建筑建设施工的各方面，来选择符合抗震需求而且经济适用 的建筑结构材

9、料。5、增多抗震防线的建设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的主要的抗侧力构件。所以，剪 力墙要足够多，保证它的承受能力较高，不小于高层建筑底 部地震倾覆力矩的一半。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倍两者的较小值。剪力墙结构中剪力墙 可以通过合理设置连梁(包括非建筑功能需要的开洞组成多 肢联肢墙，使其具有优良的多道抗震防线性能。总之，在建筑结构抗震设计方法的研究与进展，尤其是 各国历次大地震对人类造成的严重灾害的经验教训，使世界 各国地震工程学者及抗震设计人员逐步取得了较为一致的 认识，经济与安全的关系，是建筑结构