小议高层建筑抗震结构设计

【摘 要】随着国民经济水平的提高,建筑事业也随之快速发展,尤其是高层建筑.但是由于地震等自然灾害的频发,严重影响了人们的日常生活和生命财产安全,因此,在高层建筑的结构设计中,对于抗震的结构设计是非常必要的.本文即针对高层建筑抗震结构设计中的常见问题进行了分析,并探讨了高层建筑抗震结构设计的原则以及基本方法,同时分析了高层建筑抗震结构设计的前景.

【关 键 词】高层建筑；抗震；结构设计

现今,我国的大部分城市内都是高楼耸立,对于高层建筑结构的设计是一项较复杂责任繁重的系统工程,尤其是抗震的结构设计,其设计的好坏将直接影响高层建筑的工程质量,特别是在地震多发区,因此,这就需要设计人员要充分认识高层建筑抗震结构设计中容易出现的问题,不断进行总结和改进,以完善高层建筑的抗震结构设计.

1高层建筑抗震结构设计中的常见问题

1.1高层建筑的高度问题

根据我国现行的相关结构技术规定,在一定设防烈度和一定结构型式下,钢筋混凝土高层建筑要有一个适宜的高度.也就是说,在这个高度的范围内,建筑的抗震性能是比较可靠地,但是目前,存在少数的高层建筑的高度超过了规定的范围,如果在地震力的作用下,极易改变超过限制的高层建筑物的变形破坏性态以及其他影响因素,那么就会大大降低高层建筑的抗震能力,对于抗震结构设计的一些相关参数也要重新选取.

1.2结构体系以及建筑材料的选用

结构体系以及建筑材料的选用对于高层建筑的抗震性能具有非常重要的意义,尤其是在地震的多发区,更应该重视科学合理的结构体系以及建筑材料的选用.在我国,多部分的高层建筑结构体系是钢筋混凝土核心筒以及混合结构为主,所以对于变形的控制通常要以这种结构的位移值为基准.但是,这种情况下,如果发生弯曲变形,导致的侧移会比较大,进而增加钢结构的承受压力,为了保证效果,使其控制在规范的侧移值内,通常需要设置伸臂结构或加大混凝土筒的刚度.

1.3抗震设防烈度过低

根据可靠的数据以及专家分析,我国现行的高层建筑抗震的结构设计的安全度远远不能满足社会的需求,有数据显示,我国的高层建筑抗震实际的安全度很可能是世界上最低的一个国家.在经济科技都快速发展的情况下,我国的高层建筑抗震结构的设计原则,即“小震不坏,中震可修,大震不倒”,在这种新形势下,有必要进行重新的修订.由于我国现行的高层建筑抗震结构的设防标准过低,由于其结构失效,经常会导致严重的后果.

1.4轴压比与短柱问题

在高层建筑结构设计中,如果是采用钢筋混凝土的结构体系中,为了控制柱的轴压比,增加柱的横断面,而柱的纵向钢筋却为构造配筋.对柱的轴压比进行限制主要是为了使柱子处于较大的偏压状态下,避免受拉钢筋的破损,进而降低高层建筑的整体结构延性.

2高层建筑抗震结构设计的原则以及基本方法

2.1抗震结构的设计原则

2.1.1结构设计的整体性

高层建筑的楼盖对于其结构的整体性占据着不可或缺的位置.楼盖就类似于一个横向的水平隔板,将惯性力聚集起来,并向各个竖向抗侧力的子结构传递,尤其是当这些子结构的布置不均匀或过于复杂时,楼盖就可以很好的将这些抗侧力子结构组织起来,进行协同合作,来承受地震的作用.

2.1.2结构设计的简单性

高层建筑结构设计的简单性主要是指在地震的作用下,具有极其明确清晰的直接传力方式.在相关的规范中对于结构体系有明确的要求,即结构体系要有明确的计算简图以及合理的地震作用传递途径.换句话说,只有高层建筑结构的设计越简单,才能够分析出结构的计算模型、内力以及位移,进而提高对高层建筑结构的抗震性能的预测的可靠性.

2.2抗震结构的设计方法

2.2.1基于水平位移的抗震结构设计

基于水平位移的抗震结构设计主要是为了使结构的变形能力能够保持在预期的地震作用下（通常是在大地震的情况下）的变形要求.此外,要根据界面的应变大小以及分布,来确定建筑的构件标准,同时在确定构件的变形值时,要以构件的变形以及其与结构位移的关系来确定.首先,要充分研究高层建筑的一些简单结构的构件变形,以及其与配筋的关系,严格按照变形的要求来设计合理的构件,进而对建筑的整体结构进入弹塑性后的变形与构件变形的关系.因此,这时就要设计在大地震的作用下的变形,这也将是高层建筑抗震结构的未来的发展趋势.

2.2.2推广使用隔震和消能减震设计

现今,在高层建筑的抗震设计中,多采用的是传统的抗震结构体系,也就是延性结构体系,主要是控制建筑结构的刚度,如果发生地震,就会使建筑的构件进入非弹性的状态中,使其具有较大的延性,进而有助于地震作用下的能量的消耗,尽可能的减小地震效应,避免建筑物的倒塌.此外,通过采用相关的隔震措施,如软垫隔震、摆动隔震以及滑移隔震等,可以改变高层建筑的动力特性,进而减少所受到的地震能量的作用,同时通过采用高延性构件,也可以增加高层建筑结构的耗能能力,有助于减轻地震效应.

2.2.3降低高层建筑结构的自重

如若是在相同的地基承载能力条件下,降低高层建筑结构的自身重量可以使在不增加地基以及其造价的情况下,可以在相关的规定范围内,尤其是在软土层的地基上,可以增加高层建筑的层数.研究显示,由于高层建筑的高度很大,重心也相应较高,所以,建筑的重量越大,受地震作用的倾覆力矩的效应就越大.

因此,在高层建筑的抗震结构设计中,要尽量采用轻质材料来填充高层建筑物的填充墙及隔墙.

2.2.4设置多道抗震防线

通常在地震后都会伴有多次的余震,那么对于高层建筑结构如果只设置一道抗震防线,往往会只因首次的强烈地震就会遭到严重的破损,甚至倒塌.因此,有必要对高层建筑设置多道抗震防线.在一个高层建筑的抗震体系下,应该由多个延性较好的分体系组成,当第一道抗震防线遭到冲击时,其他的抗震防线便能够接替第一道防线继续抵挡随后的地震冲击,通过多道防线的协同合作,可有效地防止高层建筑的倒塌.

3高层建筑抗震结构设计的前景

虽然我国的高层建筑水平稳步的提升,但是在高层建筑抗震的结构设计中仍然面临很多新的问题和挑战.其中,首先对于影响高层建筑抗震结构的设计效果的关键因素就是建筑材料的选用,提高每一项建筑材料的抗震指标可以很好地提高高层建筑的整体抗震性能,因此,科研人员要加强对于新型复合高性能的建筑材料的研发,以促进抗震技术,进而满足高层建筑抗震结构设计的需求.其次,对于不同的抗震能力的需求,要采取相应的抗震措施,设置是对于同一个高层建筑的不同部位和楼层以及对于性能的要求不同时,都要选用不同的标准的构件.因此,高层建筑抗震结构的设计人员在实际工作中,要根据自身的专业水平知识以及实际经验,并结合对具体的高层建筑的抗震性能要求及措施,来设计出符合抗震设防烈度标准的高层建筑结构.另外,高层建筑的抗震结构体系也开始逐渐以柔性为主,而不在是传统中的以硬性为主的结构体系.最后,对于高层建筑抗震结构的计算方式也发生了改变,即从线性分析向非线性分析转变,从确定性分析向非确定性分析转变,从振型分解反应分析向时程分析法转变.

4总结：

综上所述,高层建筑的抗震结构设计是整个建筑工程的关键环节,但是在我国高层建筑的抗震结构设计上处于起步阶段,仍需要进一步的完善.因此,设计人员用综合多方面的因素进行分析,同时,结合新型的高性能材料以及抗震结构理念,以提高高层建筑抗震结构的设计水平,进而促进我国高层建筑的抗震结构设计方法的发展.