高层建筑结构抗震技术研究与探讨

韩海利

摘 要：建筑结构的抗震问题对人类财产及生命安全至关重要。文章在前期建筑结构抗震设计的基础上，阐述了目前高层建筑结构抗震性能所存在的主要问题，并提出了几种常用的增强高层建筑结构抗震能力的设计方法，从而为增强高层建筑抗震效果起到极其重要的作用。

关键词：建筑结构；抗震；设计方法

随着我国国民经济的快速发展，建筑技术水平日益提高，不同种类、不同风格的高层建筑物拔地而起。然而，在高层建筑物日益发展的同时，建筑安全问题也显得越发严重，给人民的财产和安全带来了极大的安全隐患危害，其中近几年来由地震带来的危害显得尤为突出。如果高层建筑结构的抗震性能较低，一旦有强烈等级的地震发生，不仅将造成重大的财产损失，而且还将将会产生无法挽回的人员伤亡。基于此，本文在前期设计的基础上，介绍了目前高层建筑结构抗震性能所存在的问题，并提出了几种增强高层建筑结构抗震能力的设计方法。

1 高层建筑结构抗震性能存在的问题

目前，在工民建抗震结构中，等效斜撑模型的应用最为普遍，但是其精度不高，且等效宽度较难确定，在不同受力情况下等效宽度也不相同，从而导致施工过程较为复杂。虽然国内外一些学者采用非线性有限元模型来填充墙框架结构，但由于施工工艺太过于复杂，不能应用到实际工程当中。同时，由于存在填充墙刚度效应，加速了高层建筑结构物振动频率，从而使其整个高层建筑上的水平地震作用力增大。而在采用非线性元模型模拟地震中框架的过程中，规范只规定了在一个变化范围内的周期修正系数，但由于范围太大，从而造成结构的计算精确不够。此外，在高层建筑结构的抗震设计分析方面，虽然目前我国要求在建设前期需对建设工程进行地震安全性评价，并根据抗震设防的要求进行抗震设防，设防分类如表1所示。然而由于地震时间、地点及强度等级等存在较大的随机性，导致建筑结构物存在建筑结构的性质、建筑材料以及环境引起变化等多种不确定因素，由于这种复杂性的存在致使设计人员在抗震设计过程中不能够进行充分的考虑。所以建筑结构的抗震设计不能够全部的取决于计算结果，应根据实际需求，以前期总结出的高层建筑结构抗震性能所存在的问题为基本出发点，采用整体设计的思想，从而更好的提高高层建筑结构物的抗震性能。

2 增强结构抗震能力的设计方法

在高层建筑物钢结构以及钢筋混凝土的设计过程中，采用一些基本的原则不仅能够改善结构物的受力性能，而且还能够提高结构物的抗震能力。

2.1 调整结构的抗侧刚度。增大弯拉体系的有效宽度是一种最直接也是一种最有效的方式。通过增加有效宽度能够直接增大其抵抗力臂，以此来减小抗倾覆力。从材料力学中我们可以发现，同样面积的抗倾覆力与结构宽度密切关系，可以得到不同的几何特征。

2.2 选择合理的倒塌机制。高层建筑同其他多层建筑一样，当建筑结构物出现一定的塑性变形以后，整个结构将丧失承载能力。而结构物产生破坏的最佳机制应该是在结构构件出现塑性铰之后，此时其承载能力不发生变化，基本保持稳定，能够出现持续变形但却不至于发生倒塌现象，从而最大限度地消耗地震时所产生的能量。

2.3 定制多道设防体系。目前，世界各国工程的抗震思想都较为统一，基本上为大震不倒，中震可修，小震不坏。由于地震灾害具有随机性和不确定性，防止高层建筑物发生倒塌，设置多道抗震防线的理念对于实现这一目标极为重要，从而有效的保障了人民和财产安全。在竖向支撑构件的选取上，理论上应优先选择不负担或者负担重力荷载很少的构件，或者选取轴压较小的实腹筒体、抗震墙之类的构件（如图1所示）以此来作为防震的第一道防线，不能够选用轴压比很大的框架柱，但可以利用其他杆件来增强多抗震体系。

2.4 在结构体系设计时，使不同构件相互作用。例如，可以采用具有有效受力状态的斜杆和弦杆的衍架体系（如图2所示）；也可在设计中对钢筋混凝土抗震墙内部配置交叉钢筋，以此来增强其抗剪能力，或调整构件的刚度，使框架的刚度比达到最优从而来取得良好的受力效果。

2.5 增大最有效承受荷载构件的面积。例如，在建筑结构设计过程中，通过增大较低楼层框架梁和框架柱的受压面积或截面高度，就能够直接增大建筑结构物的抗侧刚度，从而有效减小结构侧向位移，以此改善结构的抗震性能。

2.6 加大整体性及延性在抗震设计中的作用。当建筑结构在地震过程中不能够承受荷载和变形，将产生严重的破坏甚至倒塌，其最主要原因是其整体性不足及延性较差所造成的。对于不同的高层建筑结构均可以根据其构造上的特点及组成材料的性质来增加延性与提高整体性能。

3 结论与展望

由于建筑物的抗震问题不仅关系到财产安全，而且与人类的生命安全息息相关。因此，在今后对高层建筑物进行结构设计时，必须把建筑物的抗震问题放到非常重要的位置，并通过采取适当的措施，尽量避免地震对建筑物的损坏。目前国内外的技术水平均不能准确的对未来发生地震的时间、地点和大小进行预报，人们对地震作用的破坏机理认识还不够，在高层建筑物结构设计中加强抗震设防问题很有必要。

参考文献

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