高层建筑抗震设计论文

高层建筑抗震设计论文摘要：高层建筑结构抗震设计是一项较为繁杂性的工程项目，需要设计人员用科学的角度去审视整个工程项目，并且根据工程的实际情况去分析和研究，从而到处科学合理的设计方案，保障建筑的施工质量。前言随着高层建筑的增多，结构抗震分析和设计已越来越重要。本文结合了自身工作经验对高层建筑设计中抗震设计进行了分析，并对抗震设计中存在的常见问题进行深入分析，并提出相应的改进方法和措施。1建筑抗震设计的重要意义分析我国地处世界上两个最活跃的地震带，东濒环太平洋地震带，西部和西南部是欧亚地震带所经过的地区；受太平洋板块，印度板块和菲律宾海板块的挤压，地震断裂带十分发育，是世界上多地震的国家之一。我国位于强地震区的城市占有较大的比例，位于6度区以上的城市有210个，占城市总数的70%以上，近60%的大城市位于7度及7度以上的地震区。因此我国地震频繁，大陆强震多发。2008年5月12日我国四川汶川地震以来，各级地震更是频频发生，对人民群众的生命安全造成了危害，国民经济损失严重，同时影响了国家的发展。面对地震带来的惨痛教训，建筑设计师们也应清醒的认识到，建筑不仅要提供相应的功能更重要的是它的安全性能，尤其是抵抗地震的能力。在项目设计的过程中，建筑设计是主导，结构设计配合建筑完成相应的功能。建筑设计方案是一个项目的开始点，由建筑设计师根据业主方的要求与相应指标，结合国家的各类标准进行设计。在设计过程当中，设计师首先要在思想上对于抗震设计有着足够的重视，应在满足相关抗震规范的基础上，进行总体设计。在设计时不能只考虑到建筑造型的新颖、现代，而忽略了建筑抗震的要求。同时结构设计如果只是为了节约成本，而降低了抗震标准，一旦大震来临将面临不可估量的严重后果。2高层建筑抗震设计原则2.1结构构件应具有必要的承载能力与变形能力高层建筑物要具备抗震能力，则构成该建筑的各构件应该具备必要的承载力，其刚度、强度、稳定性等性能都应满足相应的要求。为此，建筑物的结构构件在设计的时候应该要注意“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件、强底层柱，强墙肢弱连梁等”的设计原则。同时，对于整个结构中抗震性能较弱的地方要注意采取抗震加强措施，增强其抗震性能，而对于建筑结构的关键构件，可采取提高其承载力或抗震等级或采用抗震性能化设计。2.2尽可能设置多道抗震防线高层建筑的抗震系统应该由若干个单元抗震系统组成。这些单元抗震系统之间相互协作共同起到抗震作用。一般强地震过后还会有一些余震，如果高层建筑只是设置了一道抗震防线，那么当遇到余震时建筑物就没有抵抗余震的能力，很可能出现倒塌的情况。因此，高层建筑应尽可能设置多道防线，尽可能多的冗余度，如此就能够增强建筑物的抗震性能。实际上，有多道防线的建筑，实际上是给建筑装上了抗震保险丝，当第一波强震后，保险消除了地震能量，保护了第二道防线，也为人员安全撤离提供了时间。除此之外，对于构件各部分之间的强弱关系应当引起注意，在进行结构设计的时候要注意“当强则强，当弱则弱”；当地震使各耗能构件遭受损坏的时候，其他的主要构件（主要是竖向受力构件）应该仍处于完好的状态或较为完好状态或可承受重力荷载状态，能够抵御后续余震作用及竖向重力作用而不致倒塌。2.3增强薄弱构件的抗震能力一般情况下承载力是衡量一个构件强弱的主要因素。要想使高层建筑具备较强的抗震能力，就必须要使楼层的实际承受能力和设计计算的弹性受力的比值保持在一个相对数值范围之内，这样一旦楼层受到地震的重创就会有一定的弹性变形能力或塑性变形能力。另一方面，应该有意识的加强薄弱构件的抗震性能，使之有足够的承载能力与变形能力而不会发生承载能力破坏或先行错位倒塌，而使整个结构破坏或倒塌，因此，抗震能力与承载能力、构件延性等密切相关。对于薄弱构件如转换柱除加强其主筋配置量提高配筋率外，同时更严限制其轴压比，提高其配箍率，这实际是提高构件承载力与延性共同入手。3高层建筑的抗震设计要点在进行高层建筑物结构设计时，首先着眼于结构的总体地震反应，从整体方面把握建筑结构的抗震性能，然后按照地震作用对结构的破坏机制和破坏过程，灵活运用抗震设计原则，全面合理地解决结构设计中的基本问题，既注意总体布置上的大原则，又顾及到关键部位的细节，从根本上提高结构的抗震能力。即结构抗震设计让建筑按“预定的破坏机制”形成。接下来将对高层建筑物抗震设计中的要点进行阐述。3.1结构规则性高层建筑设计应该根据抗震概念设计的要求明确规定建筑形体的规则性，重视建筑平面、立面以及竖向剖面的规则性对建筑物抗震性能的影响。《建筑抗震设计规范》GB5011-2010第3.4.2条建筑设计应重视其平面、立面和竖向剖面的规则性对抗震性能及经济合理性的影响，宜择优选用规则的形体，其抗侧力构件的平面布置宜规则对称、侧向刚度沿竖向宜均匀变化、竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自下而上逐渐变小、避免侧向刚度和承载力突变。因此，建筑结构的规则性不仅指的是建筑物平面的尺寸满足规范要求，同时建筑平面的承载力、刚度、稳定性等性能也应该根据具体的设计合乎规范。一般对于建筑物的平面要求其对称、造型简单，承载力、刚度等均匀分布，并且竖向构件要有必要的抗扭转能力。在遭遇地震时可以尽量降低整体结构扭转的影响。合理的建筑形体布置，在抗震设计尤其重要。平面、立面简单对称。震害相对较小，这是实践已检验的结果。3.2层间位移限制在正常使用条件下，高层建筑除有足够的强度外，应有足够的刚度。因为过大的位移，会使其承载力、稳定性受较大影响，同时也不满足正常使用要求。地震作用下高层建筑的位移用层间位移角控制。高层建筑的抗震设计，按抗震规范，采用二阶段的设计方法：在多遇地震作用下，建筑主体结构不受破坏，非结构构件破坏不严重并不致使人员伤亡，保证建筑的正常使用功能；在罕遇地震作用下，建筑主体结构遭受破坏或严重破坏，但不倒塌。各类高层建筑均要求进行多遇地震下的弹性变形验算，实现第一水准的设防要求。对于地震时易倒塌的结构、有明显薄弱层的不规则结构和专业要求的建筑，应进行弹塑性变形验算，并采取抗震构造措施满足第三水准的设防要求。3.3控制地震的扭转效应高层建筑的扭转大多是于建设筑本身不规则引起，按抗震规范有平面不规则：扭转不规则、凹凸不规则、楼板局部不连续；立面不规则：侧向刚度不规则、竖向抗侧刚度不连续，楼层承载力突变。高层建筑在大震作用下、因不规则引起的倒塌是主要原因。建筑结构构件承受扭转的能力相对较弱，一旦因扭转变形过大，其倒塌在所难免，因此，高层建筑应控制结构扭转在结构能接受的范围，即抗震规范3.4.5要求的在考虑偶然偏心影响的规定水平地震力作用下，楼层竖向构件最大水平位移和层间位移，A级高度不应大于该楼层平均值的1.5倍，B级高度建筑或超过A级高度的混合结构或复杂高层不应大于1.4倍。结构扭转为主的第一自振周期与平动为主的第自振周期之比，A级高度建筑不大于0.9，B级高度建筑或超过A级高度的建筑或复杂高层不应大于0.85。这是从宏观角度控制建设筑的扭转。3.4减小地震能量输入地震的对建筑结构的影响实际是一个能量输入的过程，因此采用减少能量输入的措施，也就减少了地震对建筑的影响，目前采用建筑隔震和消能减震设计的技术就是一种减少地震能量的方法。从能量角度讲，可以把结构体系的动能和弹性应变能合为“结构能容”；将滞回耗能和黏滞阻尼能合称为“结构能耗”。当输入的地震能量小于能容时，则结构还未损坏。处于弹性阶段；当输入能量大于能容时，则结构屈服进入塑性，开始滞回耗能；如果地震期间结构总储能能力大于输入能量。那么结构不会倒塌；当输入能量大于结构总储能能力时，结构失效。结构物阻尼耗能：使自由振动的振幅稳定衰减的作用称为“阻尼”。阻尼作用耗散结构体系的动能和应变能。因此，在结构设计时，结构某些部位设置阻尼器，在主体结构进入非弹性状态前率先进入耗能工作状态，充分发挥耗能作用，耗散大量输入结构体系的地震能量，则结构本身耗散的能量很少，这意味着结构反应将大大减少，从而有效地保护了主体结构，延缓或者减轻其损伤或破坏程度。高层建筑尽量采用重度较轻、强度也高的建筑材料，减轻建筑物总体重量，也就是减小地震的作用。采用较轻型的建筑结构，不仅能减少建筑的地震作用，也同使建筑的经济效益提高。3.5合理选择结构体系抗震结构体系是抗震设计应考虑的关键问题，结构方案的选取是否合理，对安全与经济性起决定作用。因此，应注意：（1）应具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径。（2）应避免因部分结构或构件破坏而导致整个体系丧失抗震能力或对重力荷载的承载能力。抗震设计的一个重要原则是结构应具有必要的赘余度的内力重分布功能，即使地震中部分构件退出工作，其余构件仍能将竖向荷载承担下来，避免整体结构失效或失稳。（3）应具备必要的抗震承载力，良好的变形能力和消耗地震能量的能力。对结构体系来说足够的承载能力和变形能力是两个同需要满足的条件。有较高的承载能力现时缺较大的变形能力（如不加约束的砌体结构）很容易引起脆性破坏而倒塌；有较大变形能力而缺少较高抗侧向能力（如钢或钢筋混凝土纯框架结构），也由于不大的地震作用下产生较大的变形，现时导致非结构构件的破坏或结构本身失稳，不能满足结构抗震能力的需要，必要的承载能力和良好的变形能力的结合便是结构在地震作用下具的耗能能力。（4）对可能出现的薄弱部位，应采取措施提高抗震能力。（5）宜具有多道抗震防线。（6）宜具有合理的刚度和承载力分布，避免因局部削弱或突变形成薄弱部位，产生过大的应力集中或塑性变形集中。（7）结构在两个主轴方向的动力特性宜相近。4结语综上所述，高层建筑结构抗震设计是一项较为繁杂性的工程项目，需要设计人员用科学的角度去审视整个工程项目，并且根据工程的实际情况去分析和研究，从而到处科学合理的设计方案，保障建筑的施工质量。参考文献：[1]GB50011―2010建筑抗震设计规范[S][2]JGJ3―2010高层建筑混凝土结构技术规程[S][3]GB50011―2010建筑抗震设计规范应用与分析[S][4]JGJ3―2010高层建筑混凝土结构技术规程应用与分析[S]