高层建筑结构抗震设计分析张继平

张继平

地震是一种突发性的自然灾害，也是一种突发性的随机振动。地震对高层建筑设计是一个重要因素，尽管高层建筑所处震中距较大，但是有时会比当地底层建筑承受的地震作用要大。面对地震作用的不确定因素很多，简单的依靠数值计算得出的结果不能充分解决现实中的抗震问题。到目前为止，抗震设计包括结构的概念设计、计算设计和构造设计三大部分。而抗震计算设计的计算模型与计算理论还未达到令人满意的程度，单纯依靠计算并不能保证结构具有可靠的抗震安全度：应用概念设计进行建筑结构总体布置并确定基本的抗震措施对高层结构的抗震设计来说是十分重要的。

2多种结构抗震性能分析

2.1砌体结构

砌体结构是我国建筑结构的主体，实际上这种结构不利于抗震。对2008年汶川地震致使房屋倒塌的分析表明，其中大部分房屋为砌体结构，砌体结构在抵抗拉力和抵抗剪切力方面的能力不足，在地震的纵波影响下房屋很容易坍塌。由于砌体本身是脆性材料，因此主体结构的承载能力取决于块体的强度以及连接砂浆的砂浆接头的强度。砌体结构的施工看似很容易实施，但是其实需要非常高的技术支持。砌块必须横平竖直，砌块和砂浆必须完全连接以增加其抗震能力。

2.2钢结构

钢结构作为我国新兴的结构形式，逐渐普及开来，不过其造价成本较高和耐腐蚀性差的缺点也值得研究改进。钢结构作为一个不错的抗震结构，当遭受地震波力影响时，钢材的塑性发挥了作用，体现出抗震结构需要延性的要求。在抗震结构设计时应选取B级Q235碳素结构的钢材和Q345低合金高强度结构的钢材，也可根据实际采用其他型号的钢种，只要符合钢材屈强与实际测量值的比率大于1.2，伸长率大于20%，并且有明显的屈服台阶，有良好的焊接性和冲击韧性，在偏心支撑框架中，连梁不得采用屈服强度高于Q345的钢材，一样可以起到优良的抗震效果。

2.3框架结构

框架结构广泛应用于多层高层民用建筑施工中，框架结构可灵活布置在平面上。框架结构的特点是自然振动周期长、结构重量轻，在刚性地基上受地震影响不大。框架结构的缺点是其自身的结构形式无法避免侧向刚度。框架结构是一种柔性结构。在中等或更高强度的影响下，结构的上下层会出现大的变形，并且它们之间的非框架结构元素将被破坏。

2.4剪力墙结构

顾名思义，剪力墙结构是一个完全由剪力墙组成的结构。由于这种结构在承载力或刚度方面具有明显的优势，可以说剪力墙结构是一个较好的抗震结构。剪力墙结构比纯粹的框架结构更适合高层建筑。但剪力墙也有其缺点。一是剪力墙横截面短而高，对剪切变形较为敏感，容易出现裂缝或脆性剪切破坏。其次，如果建筑物底部需要占用较大的空间，剪力墙底层需要被强制替换为框架结构。这也将导致底层刚度和承载力发生突变，不利于抗震性能的提高。为了防止剪力墙结构刚度和承载力不足，需要在地面施工中加强一点的技术措施，例如，增加底层水平方向的刚度，使水平剪力传递到落地剪力墙上。

3提高建筑结构抗震性能的合理措施

3.1合适的结构类型

民用建筑的多样化发展，典型的就是高层住宅建筑。竖向荷载产生轴向作用力，而水平荷载主要产生弯矩。随着高度不断增加，在竖向荷载固定不变的情况下，水平荷载增大，使得水平荷载引起的侧移非常大，而竖向荷载所引起的建筑物侧移很小。因此在建筑结构中，高度越大，越要注意对水平荷载的控制。同样，类似一些大型的实验室之类的科研建筑也要考虑其两项的承载力。

民用建筑常用的结构类型主要有钢筋混凝土结构和钢结构，自身各有优缺点。钢结构的优点是自重轻、强度高、抗震性能好、施工工期短等，钢结构构件截面相对较小，延性较好，适合采用柔性方案的结构，其缺点是造价相对较高，在一定条件下，易发生共振。因此，不论建筑采用什么结构形式，应取决于其结构体系和材料性能，同时受限于场地材料类型，应尽量避免共振现象。

3.2地震能量的耗散

建筑结构要求结构的变形能力能够满足在预期的地震力作用下的变形要求。因此在设计过程中，除了控制构件的承载力外，还应控制结构的层间位移极限值。然后根据构件变形与结构位移的关系来确定构件的变形值，同时根据截面达到的应变大小及分布来确定构件的构造要求，选择合适的场址，减少地震能力的输入。

3.3结构质量

建筑物的质量越大，结构越易破坏。在同样的地基基础条件下，进行建筑结构抗震设计，如果要减轻结构自重，就可以相应增加建筑层数，还可以减少地基处理费用。在软土基础上进行结构设计作用非常明显。同时由于地震对建筑物造成的破坏与建筑物质量成正比，而高层的建筑高度大重心高，在地震作用时其倾覆力矩也随之增加。为了减小其倾覆力矩应对结构各部分应做得轻一些，如用加气混凝土砌块、轻质材料等砌筑墙体以减轻结构自重。

3.4设置多道抗震防线

在地震面前，只设置一道防线是远远不足的，地震强度较大时会对建筑产生较大的破坏。另外，地震的发生往往会伴随着多次余震，如果只设置了一道防线，就算抵抗了地地震，也并不能抵抗一次次余震的破坏，多次的余震会导致建筑物的彻底倒塌。因此，为提高建筑的抗震性能，还应该多设置几道地震防线，建立多个具有良好延展性的建筑分体体系，并使得多个建筑构件同时协调工作。如果只是将其中一部分构件的抗震性能提升了，并没有提升其其他的构件的抗震性能，其整体的抗震性能是没有很明显的变化的。因此，要提升各个部件的综合抗震性能，才能顺利抵抗地震。

4结语

现代城市的发展促使高层建筑的不断增多，抗震结构设计也显得越来越重要。而新型结构体系结构形式复杂，分析难度大，全面细致的考虑结构各个构件和每个组成部分，成为今后新型结构体系设计和考虑的重点。

参考文献

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