高层建筑结构抗震分析和设计的探讨

高层建筑结构抗震分析和设计的探讨

摘要：高层抗震结构设计是一个长期、复杂甚至循环往复的过程, 任何一个过程中的遗漏或错误都有可能使整个设计过程变得更加复杂或使设计结果存在不安全因素。因此, 我们应该严格按照规范要求, 总结经验, 使我们的抗震设计更加完善。本文阐述了建筑结构抗震概念设计，分析了影响建筑物抗震效果的因素，探讨了高层建筑抗震分析和设计的趋势。 关键词：高层建筑结构抗震分析设计

中图分类号：s611文献标识码：a文章编号：

建筑设计为了追求多功能、多变的使用空间及丰富的立面设计效果，常采用较为复杂的高层建筑结构体系，从而使高层建筑抗震工作成为结构设计的重点。从20 世纪最初提出简单的抗震设计思想，到目前国际上普遍认可的“小震不坏、中震可修、大震不倒”的设计理念，再到基于性能的抗震设计思想，结构抗震设计经过两次质的飞跃。我国是一个地处多地震带国家，东邻太平洋地震带，南接欧亚地震带，地震分布较为广泛，地震活动频度高、震级大，是世界上遭受地震灾害较为严重的国家之一。因此，房屋建筑的抗震设防问题，是处于地震设防区域城市建设发展中所面临的重要问题。

一、建筑结构抗震概念设计

地震作用影响因素极为复杂，是一种随机、尚不能准确预见、

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，因此人们在工程实践中提出了“建筑抗震概念设计”。抗震概念设计就是以工程概念为依据，从有利于提高结构抗震力的概念上，用符合工程客观规律和本质的方法对所设计的对象进行宏观的控制。结构的抗震设计应该是综合概念设计、计算和结构措施等完整的一系列设计。概念设计强调在工程设计应把握好场地选择、能量输入、房屋体型、结构体系、刚度分布、构件延性等方面，从根本上消除建筑中的抗震薄弱环节，再辅以必要的计算和构造措施，使设计出的房屋建筑具有良好的抗震性能和足够的抗震可靠度。 二、影响建筑物抗震效果的因素

研究高层建筑结构的抗震设计，必需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、施工材料施工过程以及建筑场地情况3 个方面进行分析。

1、建筑结构建造过程中所使用的材料和施工过程。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，建筑物材料使用越好，其受到的地震作用力也相对较小；反之，建筑物就会遭到来自地震的很大的作用力。所以，在实际的建筑物的建设中，建议他们多采用隔断、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、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，必须进行合适的结构设计，保证抗震措施合理，能够基本实现小地震不坏、大地震不倒这样的目标。无论点式住宅或是版式住宅，都要进行合理的结构设计，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，在地震情况下，将会加剧地震的作用影响力，破坏性增强。所以，建筑物的结构平面布置尽量保证建筑物质心和刚心重合，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端的抗震墙等等。

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；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，要进行详尽的勘探考察，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。

三、高层建筑抗震分析和设计的趋势 1、基于位移的结构抗震设计

我国目前的建筑结构抗震设计基本是以承载力为基础的。设计人员用线弹性方法计算结构在小幅度震动下的内力、变形；用组合的内力验算构件截面，保证结构的稳定性；位移限值是建筑物投入使用阶段的要求，主要是为了保护非结构的安全；结构的延性和耗能能力是利用构造措施获得的。

为了做好基础位移的抗震设计，首先应认清简单结构的构件变形与配筋关系，根据变形结构的要求进行设计；从而对整个建筑结构进入抗震阶段的变形做分析研究。所以，除了小震阶段的计算外，还应根据大震来做统计分析，这才是第二阶段的抗震设计，也是未来结构抗震设计的发展趋势。

2、材料参数随机性的抗震模糊可靠度分析

从结构的整体性出发，从前，设计人员中针对抗震的可靠性进行研究，只考虑到建筑的负荷问题，但没有综合考虑了材料参数的变化、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。这些研究成果都可以作为建筑抗震设计的重要参数，并指导设计人员开展科学的抗震设计工作。

3、改善短柱抗震性能的措施 （1）使用复合螺旋箍筋

高层建筑的框架结构和一般建筑不同，它的抗剪能力需要满足剪压比限值和“强剪弱弯”的要求，而柱体的承重能力也应满足“强柱弱梁” 的要求。而针对短柱，只要符合“强剪弱弯”和“强柱弱梁”的要求，都可以保证其不发生剪力破坏的。因此，利用复合螺旋箍筋可提高柱体的剪力承重能力，改善对砼的约束作用，提高其短柱的抗震性能。 （2）采用分体柱

短柱的抗弯能力比抗剪承载力要大得多，所以在地震中，短柱往往是因为剪力而遭到破坏的，它的抗弯功能完全不能发挥。因此，我们可以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，在地震中可以使柱子提前达到抗弯强度，提高其抗震能力。

4、隔震和消能减震设计的推广和应用

目前，我国已经普遍开始采用传统的抗震结构体系，并在此基础上适当控制结构物的刚度，但准许结构在地震中达到非弹性状态，这样做可以增强其延长性，抵消地震能量减轻地震反应，保证结构不会倒塌。这种抗震设计在大多情况下是有效地，但也有其局限性。

随着社会经济的发展，人们对建筑物的抗震减震要求越来越高，

这种延性结构体系在使用过程中已经受到了限制，传统的抗震结构体系和理论也很难再满足建设的需求了，但由于隔震消能和各种减震控制体系具有传统抗震体系所难以比拟的优越性，在今后的建筑中还是会得到广泛的使用。

科学的发展是无止境的, 高层建筑结构的抗震分析与研究前景将是辉煌灿烂的。在不远的将来, 人类一定可以探索出更加合理的高层建筑抗震方法, 更加齐备的高层建筑抗震设防设施与装置来对付地震灾害。 参考文献：

[1] 陈维东.高层建筑结构抗震设计存在的问题及其对策[j]. 中国高新技术企业. 2009(05)

[2] 范俊梅.有关高层建筑结构设计抗震的几点思考[j]. 中国新技术新产品. 2009(09)

[3] 张勇.高层建筑结构概念设计应注意的问题[j]. 价值工程. 2011(11)

[4] 李志德.抗震分析与设计在高层建筑结构中的应用研究[j]. 科技创新导报. 2008(32)