高层建筑的抗震设计方法

摘 要：随着城市建设的快速发展,高层建筑不断出现.和日本大地震的发生,使得人们对建筑物的抗震设计越来越重视,特别是高层建筑.本文阐述了高层建筑抗震设计的一些方法.

关 键 词：高层建筑；抗震设计；方法

随着我国城市建设和经济的快速发展,由于建设者开发、使用功能上的要求,高层建筑越来越多,体型也越来越多样化,各种体型复杂、内部空间多变的复杂高层建筑大量涌现.我国是地震多发带,在此情况下,高层建筑必须要考虑抗震设防.下面谈谈高层建筑抗震设计的具体方法.

一必须减少地震能量输入

积极采用基于位移的结构抗震设计,要求进行定量分析,使结构的变形能力满足在预期的地震作用下的变形要求.除了验算构件的承载力外,要控制结构在大震作用下的层间位移角限值或位移延性比；根据构件变形与结构位移关系,确定构件的变形值；并根据截面达到的应变大小及应变分布,确定构件的构造要求.选择坚硬的场地土建造高层建筑,可以明显减少地震能量输入减轻破坏程度.

二隔震和消能减震设计的推广使用

目前我国和世界各国普遍采用的传统抗震结构体系是“延性结构体系”,即适当控制结构物的刚度,但容许结构构件在地震时进入非弹性状态,并具有较大的延性,以消耗地震能量,减轻地震反应,使结构物“裂而不倒”.采取软垫隔震、滑移隔震、摆动隔震、悬吊隔震等措施,改变结构的动力特性,减少地震能量输入,减轻结构地震反应,是一种很有前途的防震措施.提高结构阻尼,采用高延性构件,能够提高结构的耗能能力,减轻地震作用,减小楼层地震剪力.随着社会的不断发展,对各种建筑物和构筑物的抗震减震要求越来越高,地震控制体系具有传统抗震体系所难以比拟的优越性,在未来的建筑结构中将得到越来越广泛的应用.

三注重结构材料的选用

可以对材料参数随机性的抗震模糊可靠度进行分析,改变过去对结构抗震可靠度的研究只考虑荷载的不确定性而忽略了其他多种不确定因素,综合考虑了材料参数的变异性,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.从抗震角度来说,结构体系的抗震等级,其实质就是在宏观上控制不同结构的廷性要求.这要求我们应根据建设工程的各方面条件,选用符合抗震要求又经济实用的结构类别.

四高层建筑减轻结构自重

一方面从地基承载力来看,如果是同样的地基条件,减轻结构自重意味着在不增加基础或地基处理造价的情况下,可以多建层数,特别是对于软土更为明显.另一方面地震效应与建筑质量成正比,结构质量的增加必然引起地震力的增大.高层建筑由于其高度较大,重心较高,地震作用倾覆力矩也随质量的增加而增大.设计时要求高层建筑物的填充墙及隔墙应采用轻质材料.

五设置多道抗震防线

当第一道防线的构件在强烈地震作用下遭到破坏后,后备的第二道乃至第三道防线能抵挡后续地震的冲击,使建筑物免于倒塌.高层结构形式应采用具有联肢、多肢及壁式框架的框架剪力墙,剪力墙框架简体,筒中筒等多道抗震防线结构体系.需要强调的是设计不能陷入只凭计算的误区,若结构严重不规则,整体性差,仅按目前的结构设计计算水平,是难以保证结构的抗震、抗风性能,尤其是抗震性能.因此,要求建筑师与结构工程师共同把好初步设计这一环节.关于高层建筑混凝土结构概念设计的一般原则和具体内容,高层建筑混凝土结构技术规程有关章节作了规定.

一是结构的简单性.结构简单是指结构在地震作用下具有直接和明确的传力途径.建筑抗震设计规范要求,“结构体系应有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径.”只有结构简单,才能够对结构的计算模型、内力与位移分析,限制薄弱部位的出现易于把握,因而对结构抗震性能的估计也比较可靠.二是结构的规则性和均匀性建筑抗震设计规范要求,“建筑及其抗侧力结构的平面布置宜规则、对称,并应具有良好的整体性；建筑的立面和竖向剖面布置宜规则,结构的侧向刚度宜均匀变化,竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自下而上逐渐减小,避免抗侧力结构的侧向刚度和承载力突变.”建筑平面比较规则,不应采用严重不规则的平面布置,对高度建筑宜平面简单、规则、对称、减小偏心；而对B级高度建筑则应简单、规则、减小偏心.平面布置均匀规则,使建筑物分布质量产生的地震惯性力能以比较短和直接的途径传递,并使质量分布与结构刚度分布协调,限制质量与刚度之间的偏心.结构布置均匀、建筑平面规则,有利于防止薄弱的子结构过早破坏、倒塌,使地震作用能在各子结构之间重分布,增加结构的赘余度数量,发挥整个结构耗散地震能量的作用.沿建筑物竖向,建筑造型和结构布置比较均匀,避免刚度、承载力和传力途径的突变,以限制结构在竖向某一楼层或极少数几个楼层出现敏感的薄弱部位.三是结构的刚度和抗震能力水平.地震作用是双向的,结构布置应使结构能抵抗任意方向的地震作用.通常,可使结构沿平面上两个主轴方向具有足够的刚度和抗震能力,结构的抗震能力则是结构强度及延性的综合反映.结构刚度的选择既要减少地震作用效应又要注意控制结构变形的增大,过大的变形会产生重力二阶效应,导致结构破坏、失稳.结构应具有足够的抗扭刚度和抵抗扭转振动的能力,现有的抗震设计计算中不考虑地震地面运动的扭转分量,在抗震概念设计中应注意提高结构的抗扭刚度和抵抗扭转振动的能力.四是结构的整体性.在高层建筑结构中,楼盖对于结构的整体性起到非常重要的作用,楼盖相当于水平隔板,它不仅聚集和传递惯性力到各个竖向抗侧力子结构,而且要求这些子结构能协同承受地震作用,特别是当竖向抗侧力子结构布置不均匀或布置复杂或抗侧力子结构水平变形特征不同时,整个结构就要依靠楼盖使抗侧力子结构能协同工作.楼盖体系最重要的作用是提供足够的平面内刚度和内力,并与竖向子结构有效连接,当结构空旷、平面狭长、平面凹凸不规则,楼盖开大洞口时更应特别注意,设计中不能错误认为,在多遇地震作用计算中考虑了楼板平面内弹性变形影响后,就可以削弱楼盖体系.

总之,在高层建筑的抗震设计中,设计人员必须在结构设计中正确的应用规范,把握好抗震概念设计,吸取新的理论知识,确保建筑结构在遭遇地震时真正具有良好的抗震能力.