关于高层建筑抗震设计问题探析

摘 要：近年来了,为了更好的节约用地,增加建筑的容积率,高层建筑得以快速的发展起来,高层建筑由于垂直高度高,结构较为复杂,所以需要具有良好的抗震性能,特别是近几年,地震灾害发生的较为频繁,这就对高层建筑的抗震设计有了更高的要求.本文对我国高层建筑抗震设计中存在的问题,并进一步对高层建筑抗震设计的方法进行了具体的阐述.

关 键 词：高层建筑；结构；抗震设计

高层建筑在地震中一旦受到损害,其损害往往要比多层建筑严重得多,所以经过对历次地震中高层建筑的抗震性能分析,对工程结构抗震性能来讲,概念设计更重于数值设计,需要从设计开始就要对结构抗震设计中的问题进行处理,同时还要对其进行必要的计算和构造措施,这样就会在很大程度上会将建筑物抗震上的薄弱环节进行降低,从而达到更好的抗震性能.利用概念设计对工程师的思维和判断力都有较高的要求,需要工程师更好的结构抗震特点进行了解,从而更好的对结构的受力特征进行掌握,从而在设计中更好的设置受力点,达到合理抗震设计的目的.

1我国高层建筑抗震设计中存在的问题

1.1目前高层建筑超出了最佳抗震的限高

在当前我国现有的科研水平、技术水平和施工水平下,对我国高层建筑在设防烈度和结构形式下都有一个适宜的高度规定,这个高度对于高层的抗震性能是最为稳妥的,而且也与土建规范体系相互协调.但在实际建设当中,许多混凝土结构往往都超过了这个高度限制,所以对于这些超高限的建筑,在进行抗震设计时一定要谨慎.需要在有抗震设计和模型振动台试验的基础上进行抗震设计.因为超高限的建筑物,其高度的增加,会导致对建筑结构影响的许多因素发生变化,特别是安全参数、延性、材料性能等都会超出现有高层建筑规范规定的范围.

1.2注意高层建筑材料和结构体系的选用

目前在超过一百五十米以上的建筑中,通常会选择框―筒、筒中筒和框架三种支撑体系来作为建筑结构.目前我国钢材生产量较大,而且类型和品种也不断的增加,而随着钢结构加工制造能力的增加,在高层建筑中尽可能的选择钢骨混凝土结构、钢管混凝土结构和钢结构,这样不仅可以有效的使柱断面的尺寸能够减小,同时也可以对结构的抗震性能有较大的改善.而当高层建筑超过一定的高度后,单凭钢结构是不行的,而且钢结构自身质量较轻,不利于抵抗风振所带来的损害,所以需要将混凝土材料利用上,形成钢骨混凝土结构来作为超高层建筑物的材料和结构.

1.3现在抗震设计标准较低

目前我国高层建筑结构设计的抗震标准基本上属于世界安全度最低的水平,已不适应当前我国的基本国情,而且现在依据的抗震设计原则在新形势下也需要对其进行重新审视.由于我国抗震设计标准较低,所以在具体抗震计算方法和构造上的规定也不高,而在一些抗震延性的要求上更无法与国外相关.由于在当前高层建筑结构设计中,其造价比例呈下降趋势,所以在设防烈度的设计上还有人主张利用弹性设计.不管何种设计,保证结构的抗震性能良好是至关重要的,当前由于社会财富的不断增加,如果由于结构抗震性能较低而导致失效,则会带来不可估量的损失发生.

2高层建筑抗震设计的方法

2.1采用位移的结构抗震方法进行设计

当高层建筑结构在地震作用下时,则会发生变形,所以在结构设计方法选择时,要使其能够满足结构弹性变形的需求,所以在设计中通常都会得利用基于位移的结构抗震方法来进行设计.而构件的变形则需要通过控制地震的层间位移限值、构件变形和结构位移之间的关系来进行确定变形值.而建筑构件的构造需求则需要根据界面的应变分布大小来进行确定.另外在进行高层建筑选址时,通常选择坚固的场地来进行施工,可以有效的控制地震发生时能量的输入,减弱地震所带来的破坏作用.

2.2运用高延性结构来进行消震和隔震

目前在我国的高层建筑抗震设计中,都会通过对建筑结构的刚度进行控制,即利用延性结构来使地震发生时,确保其结构构件进入到一个具有较大延性的塑性状态下,以此来减弱地震作用时的能量,降低地震的反应,从而降低地震所带来的破坏作用.即使高层建筑承载力较小时,如果具有较高的延性,其在地震中延性构件也会吸收较多的能量,从而承受较大的结构变形,不容易发生倒塌事故.通过对延性结构的运用,有效的减轻了地震所带来的反应,降低了结构物倒塌的机率,而且随着科学的发展,对建筑物抗震设计水平的提高,设计者们通过使用阻尼器来有效的吸收地震所产生的能量,从而有效的减弱了地震所给高层建筑带来的破坏性.

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150米以上的建筑,采用的三种主要结构体系（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.我国钢材生产数量较大,钢结构的加工制造能力已有了很大提高,因此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,改善结构的抗震性能.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、刚柔相济的目的,有效地减弱地震作用过程中释放的冲击力.

2.4建立多层地震防线

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,也是主要的抗侧力构件.所以为保证它的承受能力较高,剪力墙要足够多.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倍中两者的较小值.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）使其具有多道抗震防线性能.

3结束语

目前高层建筑结构抗震也发生了较大的变化.高层建筑的抗震结构体系将从硬性为主向柔性为主的结构转变,通过“以柔克刚”的方式调整建筑结构构件的隔震、减震和消震,从而实现抗震目的.建筑材料对结构抗震的影响越来越受到重视.建筑材料各个抗震指标的提升可以提高高层建筑的抗震能力,研制新的建筑材料可推动高层建筑结构抗震技术的发展.通过优化的抗震方法设计来实现高层建筑的抗震要求.计算机模拟抗震试验得到广泛应用.将制作好的模型或结构构件放在模拟地震振动台上,台面输人某一确定性的地震记录,能够较好地反映该次确定性地震作用的效果.计算机模拟环境可以拟真抗震效果,帮助科学改进各因素,有效抗震.