本站原创【摘 要】本文主要对高层建筑结构的抗震设计进行了相关阐述,随着我国经济的飞速发展,高层结构建筑大幅增加.由于我国地处地震多发带,高层建筑结构的抗震仍然是建筑物安全考虑的重要问题,抗震设防更是工程设计面临的迫切任务.本文通过分析地震作用下高层建筑结构的破坏特点,针对高层建筑结构抗震设计的基本方法进行探讨,以期通过本文的阐述对抗震设计方法进行总结,促进高层建设技术进步.结合自身工作经验,提出相关问题及看法,以便同行借鉴参考.
【关 键 词】高层建筑；抗震设计；破坏特点；设计方法
1．地震作用下高层建筑结构的破坏特点
随着社会经济的飞速发展,关于抗震设计也在不断优化.近几十年国内外发生的多次大地震资料中可以得出,在静荷载下受力合理的结构,在地震作用下就呈现出受力不合理而破坏,这是因为在地震作用下建筑物的动力反应有其特殊性,主要表现在以下几个方面.
1.1地基方面
（1）在具有较厚软弱冲积土层场地,高层建筑的破坏率显著增高；（2）地基土液化导致地基不均匀沉降,从而引起上部结构损坏或整体倾斜；（3）建造在不利或危险地段的房屋建筑,因地基破坏导致房屋损坏.（4）当建筑结构的基本周期与场地自振周期相近时,因共振效应破坏程度将加重.
1.2结构体系方面
（1）采用“填墙框架”的房屋结构,钢筋混凝土框架结构平面内柱上端易发生剪切破坏,外墙框架柱在窗洞处因受窗下墙的约束而发生短柱型剪切型破坏；（2）采用框架一抗震墙体系的房屋结构,破坏程度较轻；（3）采用“底框结构”体系的房屋,刚度柔弱的底层破坏程度十分严重；采用“填墙框架”体系的房屋,当底层为敞开式框架间未砌砖墙,底层同样遭到严重破坏；（4）采用钢筋混凝土板、柱体系结构的建筑,因楼板冲切或因楼层侧移过大、柱脚破坏,各层楼板坠落重叠在地面.
1.3刚度分布方面
（1）矩形平面布置的建筑结构,电梯井等抗侧力构件的布置当存在偏心时,因发生扭转振动而使震害加重；（2）采用三角形、L形等不对称平面的建筑结构,同样在地震作用因发生扭转振动而使震害加重.
1.4构件形式方面
（1）在框架结构中,通常柱的破坏程度重于梁、板；（2）钢筋混凝土多肢剪力墙的窗下墙通常会出现斜向或交叉裂缝；（3）配置螺旋箍筋的混凝土柱,当层间位移角达到较大数值时,核心混凝土仍保持完好,柱仍具有较大的抵抗能力；（4）钢筋混凝土框架如在同一楼层出现长、短柱并用的情况,短柱破坏较为严重.
1.5房屋体形方面
（1）L形、T形、Y形等不规则平面房屋建筑破坏率显著增高；（2）有大底盘的高层建筑,裙房顶面与主楼相接处面积突然减小的楼层,即相邻楼层质量突变较大时,破坏程度加重；（3）防震缝设置宽度太小导致建筑物间发生碰撞破坏；（4）楼层平面形心与重心偏移越大,震害越严重.
2．高层建筑结构抗震设计的方法
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.
2.1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,使结构的弹性变形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算的同时,还要控制建筑结构在地震作用下的层间位移限值；并且根据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要求.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.
2.2运用高延性设计、推广消震和隔震措施
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弹塑性或塑性状态,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,并取得了显著的成果,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.
2.3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”具有较高的思想价值,可以指导结构抗震设计中的很多实际问题.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.
2.4重视建筑材料的选择
在高层建筑的抗震方案设计中,建筑结构材料的选择也非常重要.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而忽略其他因素.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料.
当然,在非结构材料的选用中,我们应优先选用轻质的建筑材料,以最大限度的减轻结构自重,从而有效地减少地震作用.
2.5增多抗震防线的建设
高层建筑结构防震可以通过设置多道抗震防线,增强对地震的抵抗力.高层建筑物设置多道地震抵抗防线,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-剪力墙是具有性能较好的多道防线的抗震结构,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剪力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设防性能.
3结束语
现代城市的发展促使高层建筑的不断增多,结构的抗震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.所以我们在以后的设计过程中应该明了结构设计的重点在哪里.