浅析高层建筑的抗震设计

倪 楠

（吉林省经济管理干部学院，长春 130012）

浅析高层建筑的抗震设计

倪 楠

（吉林省经济管理干部学院，长春 130012）

本文着重介绍了目前高层建筑结构抗震设计中出现的问题，对目前出现的问题提出了几点建议。

弹塑性时程动力分析方法；弹塑性时程静力分析方法；高层建筑结构设计；抗震设防类别

1 引言

自世界上第一幢高层建筑出现后。高层建筑不仅在建筑高度大幅度加大，，而且在结构类型和材料的选用上也发生了巨大的变化。中国处于地震多发带，抗震设防是工程设计必须解决的东西，因而建筑结构抗震设计中的高层建筑处于非常重要的位置。

2 建筑抗震设计中高层建筑的主要内容

2010年（修订版）抗震设计规范中高层建筑部分的抗震设计计算是在多遇地震作用下，用反应谱理论计算地震作用， 用弹性方法计算位移和内力， 构件设计用极限状态方法。重要建筑和有特殊要求的建筑， 补充计算采用时程分析法，同时在大震作用下的进行变形验算。要求弹塑性计算，在加强高层建筑物的抵抗地震作用方面是十分有用的。在高层结构弹塑性分析方面，主要用弹塑性动力分析和弹塑性静力分析两种方法。

弹塑性动力分析方法，用层模型和杆模型等简化的结构计算模型，地震波被直接输入，考虑弹塑性性能情况，根据弹塑性恢复特性构建动力方程，采用逐步积分方法求出地震作用过程中速度、加速度和位移的时程变化， 弹塑性动力分析方法描述建筑结构在强震作用下，在非弹性和弹性阶段的内力的变化过程，以及结构各种构件逐渐开裂、各种构件弯曲屈服、破坏直到完全倒塌的整个过程。

弹塑性时程分析方法，要求结构设计人员有很高水平的结构专业知识， 地震波对计算结果的影响很大。一些专家提出弹塑性静力分析方法进行抗震分析的方法。弹塑性静力分析方法，应用三维空间模型或者空间协同平面结构模型，根据墙、柱、梁的材料、配筋及截面尺寸来计算确定其弹塑性力—变形关系；在施加荷载结构上，荷载逐步加大，杆端出现屈服，随后塑性铰出现，直至层间位移角数值足够大或，塑性铰数量足够多，最后计算结束。弹塑性静力分析方法可以知晓结构中墙、柱、梁的承载力与内力之间的变化关系，以及墙、柱、梁承载力间的关系，得出的结果看否符合抗震设计的要求，并可知道整个结构的薄弱部位，还可知道不同受力阶段的侧移变形，给出底部剪力—顶点侧移关系曲线以及层剪力—层间变形关系曲线等等。

3 高层建筑抗震设计中的一些问题

3.1 设防标准和抗震设防依据的一些问题

1）建筑结构设计说明图纸中没有写出建筑物抗震设防类别和设防烈度，图纸中没有抗震设防标准，无法进行抗震设计。

2）设计文件中虽然有抗震设防烈度，但是设计文件与地质勘察报告中抗震设防烈度数值不一样。

3） 建筑物抗震设防类别和抗震设防烈度数值出现错误。

3.2 设计中地基和基础的一些问题

1）工程地质勘察与抗震设防要求不相符。

2）场址选择中，场地的地质构造、土质和地形没有完全勘察清楚。

3）建筑地基处理中，对一些特殊土质的判别和采取处理措施不合理。

4）基础设计偏于保守，造成浪费。

3.3 结构布局不合理。

3.4 抗震构造不满足抗震的要求。

4 高层建筑抗震设计的未来发展

4.1 避开地震动的卓越周期

在场地地面的运动过程中，都会有一个破坏性最大的周期，这个卓越周期如果和建构筑物的结构自振周期相近或相等，就会加重建构筑物的破坏程度，反之则会减少。 高层建筑在进行设计时，第一要计算在地震作用下在场地中建筑物的地震动卓越周期.之后，在建筑结构方案选择时，采取改变建筑结构类型和建筑高度，尽可能的拉开地震动卓越周期与建筑物基本周期数值。

4.2 基础的隔震措施的采用

为了建筑物免于损坏和倒塌，以前的结构抗震设计是依靠建筑的承载能力和变形能力，来抵消地震作用。地震对建筑的破坏能量来自地面，通过地基和基础向上部建筑传递。从历史上地震过程中发现，在地震作用过程中建筑底部的一定滑动，极大地减少了上部建筑的损坏程度。

目前有很多在可动概念下的基础隔震的方案，（1）软垫基础隔震。建筑底部部置带铅芯的钢板橡胶基础隔振装置，让整个建筑在软垫层上，在发生地震时，建筑底部与地平面之间发生相对的水平位移，建筑自振周期加大，建筑的主要变形大都发生在软垫层处，上部建筑的层间侧移移动的距离很小，以使整个建筑物免于倒塌。（2）滑移基础隔震。建筑基础底面位置部置砂粒、钢球、石墨、钢珠等多种材料形成的滚动层或滑移层，房屋在地震发生时在滚动层或滑移层发生较大位移的滑动，达到保护建筑的目的。（3）摆动基础隔震。摆动基础隔震方式本质上是柔性底层方法的引伸和改进加强。（4）悬吊基础隔震。整个房屋悬布置在支架下方，避免地震作用的直接作用，以使建筑物的地震惯力大幅度减少。

4.3 结构阻尼的提高

在建筑结构上设置一定的阻尼器，用来吸收地震产生的能量，减小建筑结构的变形，使结构阻尼的得以提高。

5 结束语

目前，中国各个城市出现了许多高层建筑和超高层建筑，对其建筑抗震设计的要求越来越高。建筑的抗震设计方案要根据建筑物体型、结构特点、荷载性质和地质条件等综合分析。

［1］王全凤.高层建筑结构力学分析的进展［J］.力学与实践，1994，Vol.16，No.2，P10.

［2］方鄂华，钱稼茹.我国高层建筑抗震设计的若干问题［J］.土木工程学报，1999，Vol.32，No.1，P3.

［3］喻永声，钟万勰.复杂高层建筑整体结构抗震分析［J］.建筑结构，1998，No，2，P3.

［4］包世华，方鄂华，高层建筑结构设计（第二版）［M］.清华大学出版社，1990.22.福建建设科技，2002.NO.1.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.20.110

倪楠（1981-），男，吉林长春人，结构工程专业，讲师，主要研究建筑安全。