基于高层建筑结构抗震的优化设计研究

基于高层建筑结构抗震的优化设计研究

随着经济的发展与科技的进步，以及人民对居住环境的要求越来越高，现在的建筑高度也在不断地刷新纪录。在此背景下，对高层建筑结构的抗震设计提出了更高的要求。因此，提高建筑的抗震性，增强建筑的安全性、稳定性，为我国人民的生命安全、经济安全提供必要的保障尤为重要。本文将简要介绍高层建筑结构抗震设计的准则，列举高层建筑结构抗震设计的要点，并从建筑的场地选择、建筑的平立面布置和结构体系角度探讨了设计当中应该注意的要点。

标签：高层建筑；结构；抗震；设计

一、建筑抗震的三水准

我国在89规范修订中明确提出了建筑的三级性能标准：允许建筑能抵抗较低水准的地震动而不破坏；在中等水平地震动作用下主体结构不被破坏；在强烈地震作用下，建筑不会倒塌，确保生命安全。同时还有如下一些规定：在遭受本地区规定的基本烈度地震影响时，建筑（包括结构和非结构部分）可能有损坏，但不致危及人民生命财产安全，不需修理或稍加修理即可恢复使用；在遭受较常遇到的、低于本地区规定的基本烈度的地震影响时，建筑不损坏；在遭受预估的、高于基本烈度的地震影响时，建筑不致倒塌或发生危及人民生命财产的严重破坏。上述三点规定可概述为“小震不坏、中震可修、大震不倒”这样一句话，这成为了我国建筑抗震设计中的抗震预防理念。

二、建筑体型设计

建筑的不同体型会对建筑的抗震性、稳定性产生不同的影响。因此在高层建筑结构的抗震设计中同样需要关注建筑的体型设计[1]。建筑的体型设计不当也会削弱建筑的抗震性能。平面复杂的房屋，比如L型、Y型形状的建筑在地震中破坏率比较高；建筑屋顶的裙房顶面与主楼相连接的地方如果面积很小也容易遭受破坏；房屋的高度与宽度比值过大、重心过高、刚度过大的高层建筑，容易在地震中倾倒，在巨大的压力下发生剪压破坏、拦腰倒下；高层建筑相互之间的距离太小、宽度不够也会在地震中发生碰撞破坏。因此，在高层建筑的抗震性能设计中要注意建筑的体型设计，增强建筑的抗震性能与稳定性。

三、建筑结构设计

在高层建筑中由于建筑楼层较高、重心较高，如果建筑的结构设计不合理的话极容易带来很大的安全隐患[2]。所以，在高层建筑中对建筑结构的科学合理设计尤其重要。在高层建筑中应该采用抗震性能好的建筑平面及立面设计，采用结构比较稳定规则的设计，避免严重不规则的结构设计，平面的布局也应该追求简单简洁、规则对称，避免某一个点的力度集中，楼梯与电梯的布局也应该尽量放在建筑正中，减少建筑压力力度的偏位，增强建筑受力的均匀，提升高层建筑的稳定性与抗震性。节点是梁柱钢筋的锚固区，对结构性能影响很大，为保证建

筑在地震中与竖向的压力承载下能够有较强的抗剪能力，要将节点的核心区剪压设計稍微低一点。

对高层建筑的结构设计要合理布局建筑的刚度与承载力的分布，使建筑的各个部分的受力比较均匀，避免受力严重不均的情况，否则容易使建筑在地震中产生变形集中[3]。在高层建筑中采用L型、三角形等不对称平面设计，容易在地震中变形严重。在建筑的受力分布设计中，要避免建筑竖向的体型复杂，减少建筑竖向的凹凸设计过多，电梯的布局也尽量避免放置在建筑的偏位，这样容易造成建筑在地震中发生扭转变形，使建筑破坏严重。

四、延性框架设计

结构抗震的本质就是延性，提高延性可以提高建筑的抗震性能，提高建筑的抗坍塌性。框架是建筑的灵魂支撑，框架的设计很大程度上决定了建筑的稳定性、牢靠性与抗震性。因此在高层建筑的抗震性结构设计中，尤其要注重建筑的框架设计。高层建筑中采用框-墙体系的应用，能够提升建筑的稳定性，有利于减轻在地震中的破坏程度[4]。减少“框架结构+填充墙”，底部纯框架+上部砌体结构”、要钢筋混凝土框架等结构。加强结构空间的整体性，增加超静定次数、组织多重抗震防线。要尽量减少结构的自重，结构中的节点的承载力要大于非节点的承载力，对建筑中的薄弱点要采取有效措施增强抗震性能。对构件的相接缝隙处要进行混凝土浇筑，减少构件相接处的稳定性不强的程度。

在高层建筑中要遵循“强柱弱梁”的设计理念，使建筑的柱相对于梁有较强的抗压力、抗弯力与承载力，这样能够保证框架具有一个较为稳定的塑性耗能机构和较大的塑性耗能能力，从而保证建筑在地震中能够有较强的稳定性、牢靠性，能够在地震中减少破坏与损失。柱为压弯型受力构件，轴压比较小，建筑的延性好、耗能性低，轴压比较大，建筑的延性较差、耗能性增大。为了增强建筑的抗震性，建筑的延性比耗能性相对重要些，所以在柱的设计中，要使柱的轴压比设计稍大些[5]。剪切破坏是一种脆性的破坏，没有延性，没有预兆的，瞬时发生，没有防范，一旦某部位发生剪切破坏，该部位就将彻底退出结构抗震能力，对于柱端的剪切破坏还可能导致结构的局部或整体倒塌。因此在高层建筑的结构抗震设计中还要遵循“强剪弱弯”的原则，加强建筑中柱子、梁、节点的组合剪力值，减少建筑在地震中的剪切破坏。

结语：

我国地形比较复杂，地震多发，地震给我国带来巨大的人员伤亡与财产损失。因此，提高我国高层建筑的结构抗震性尤为必要且重要，增强高层建筑的结构抗震性，才能为我国人民提供安全的生活环境，为我国的经济发展提供坚强的保障。高层建筑的结构抗震设计关乎人民的生命安全与经济安全，我国的高层建筑的结构抗震设计的研究仍然需要不断的努力与探索。

参考文献：

[1]徐宜和，丁勇春.高层建筑结构抗震分析和设计的探讨[J].江苏建筑.2004，（03）.

[2]金海军.基于高层住宅中混凝土剪力墙结构优化设计研究[J].价值工程.2012，（02）.

[3]冯丽娟，尚晓江，徐自国.基于ABAQUS程序的结构静力和动力弹塑性分析[J].工程抗震与加固改造.2008，（05）.

[4]阎红霞，杨庆山，张丽英.ABAQUS在超高层结构动力弹塑性分析中的应用[J].震灾防御技术.2010，（01）.

[5]柳国环，练继建，孙雪艳，国巍.结构动力弹塑性和倒塌分析（Ⅲ）——地震差动作用下输电塔—线体系的弹塑性与倒塌分析[J].地震研究.2014，（01）.