高层建筑结构抗震设计研究.pdf

建筑设计 Architectural Design 52 前言当地震发生时，可能导致严重的人员伤亡和财产损失，特别是对于固定资产的影响。这种影响在建筑物上更加突出，因此，加强建筑物的抗震设计变得更加紧迫。同时，由于经济的快速增长，人们的建筑需求也在不断扩大，因此，建筑设计和抗震设计之间的协调配合变得更加重要，以确保建筑物的可靠性、安全性和经济效益。作为一名建筑结构设计人员，应该认真设计建筑的各个方面，以确保它们的功能分配、结构安全、外观美观以及经济效益的最佳平衡。1 建筑抗震设计的意义及作用1.1 建筑抗震设计意义随着地震灾害给社会带来的严重影响，人们开始更加重视建筑的抗震能力。因此，政府出台了一系列有助于降低地震风险的政策，其中包括：严格按照抗震设防烈度的标准，在建筑设计时，应当特别考虑到这一点。为了确保在遭受地震灾害的情况下，建筑物能够得到有效的抗震措施，避免发生意想不到的损失，建筑设计必须将最有效的抗震措施纳入考虑，这也是确保建筑安全的关键因素，更关乎建筑的经济效益。1.2 建筑抗震设计中的重要作用当地震发生时，由于震源产生的纵向和横向波动，会给建筑物带来极大的冲击力，从而破坏其结构，严重降低其安全性。为了减轻这种影响，高层建筑的抗震技术采用了缓冲阻尼装置，它可以有效地分解和吸收地震能量，从而减少地震对其的破坏。通过采用支座和建筑构件，可以有效减少地震对建筑物的破坏，从而提高其抗震性能。此外，还可以采用隔震技术，通过特殊的结构设计，有效地增强建筑物的抗震能力。采用隔震技术的小型地震灾害预警系统具有良好的预测能力，即使发生地震，也仅仅是轻微的晃动，而不会造成严重的破坏，从而有效地保护建筑物的完整性。而在高层建筑的设计过程中，采用适当的抗震技术，将大幅提升其抗震性能，从而确保其安全性与稳定性。2 高层建筑常见类型结构2.1 框架结构框架结构在当今的高层建筑中占据着重要的地位，它具有良好的工程适用性、广泛的应用范围，而且相对于其它结构形式，它的建设成本也更加经济实惠。然而，由于它的支撑结构，它的侧向刚度往往不够，因此，在进行抗震设计时，必须加强对梁柱结构的支撑，以便有效抵御地震横波带来的侧向剪切力，从而保证高层建筑的安全可靠。通过改进建筑的抗震能力，确保其结构能够满足设计标准。2.2 剪力墙结构由于剪力墙结构的侧向刚度优越，它可以有效地抵御外力，但其空间布局的灵活性有限，使得施工的成本也相对较高。因此，在抗震设计中，最关键的任务就是如何有效地实现层间变形的协调，以达到最佳的抗震效果。由于剪力墙结构的特殊性质，其侧向刚度优异，因此，为了更好地抵御来自不同方向的水平力，建议采用双向布局，而且要求沿着高度方向垂直排列，以有效防止刚度的急剧波动。此外，叠合错洞墙的受力分布也十分复杂，因此，在设计过程中，应当尽量避免洞口的上下错位，如果建筑方案不得已，则需要对洞口周围的受力情况进行分析和计算，以便采取有效的措施来增加结构的强度。高层建筑结构抗震设计研究黄健 侯英杰（淄博市规划设计研究院有限公司，山东 淄博 2 5 5 0 0 0）摘 要：为了确保建筑物的安全，国家强制执行严格的抗震设计标准。特别是对于高层建筑，其结构复杂，楼层众多，抗震设计的难度更大。因此，工程设计人员需要认真负责地完成这项任务，以便满足相关的规范和标准，确保建筑物的可靠性、安全性和经济效益。文中对高层建筑结构抗震设计进行论述，期待能起到一定的借鉴意义。关键词：高层建筑；建筑结构；抗震设计现代物业Modern Property Management 53 2.3 框架剪力墙结构通过将框架结构与剪力墙相结合，可以利用它们的优势来抵御地震的冲击。这种结构不仅能够抵消框架结构的侧向刚度不足的问题，而且还能够提高建筑物的总体稳定性。在进行抗震设计时，需要根据地震倾覆力矩的大小来决策，并且要充分考虑梁柱框架和剪力墙的刚度、变形特征，以便达到最佳的抗震效果。通过在恰当的位置安装剪力墙，可以实现结构的均衡、连续的刚度，从而形成双向抗侧力结构体系，进而极大增强建筑的抗震能力。3 高层建筑结构设计中的抗震技术通过科学地抗震设计，可以有效提高建筑物的稳定性和安全性，从而达到更高的建筑质量水平。为此，在设计高层建筑时，应根据其特殊性，选择最合适的抗震技术，以确保建筑物的安全性和可靠性。目前，抗震技术主要有：3.1 抗震整体方案设计在进行高层建筑的抗震设计之前，应该全面考察该地区的地质状况，并且尽量选择具备良好的抗震性能的建筑结构。经过深入的研究发现，建筑物倒塌的主要原因是由于其重要的支撑结构受到地震的冲击而变得脆弱，因此，优化支撑结构的设计，可以显著改善建筑物的抗震性能，并且根据建筑物的特点，精准地测量其刚度、轴压比等关键参数，并且考虑到该项目的抗震设防烈度，从而达到最佳的抗震效果。通过测算建筑结构性能，可以准确预测地震对建筑物的影响，并依此制定出有效的抗震措施，从而大幅提升建筑物的安全性。3.2 黏滞阻尼抗震技术使用黏滞阻尼技术，可以大幅度改善高楼的抗震性能。这项技术的基本原理是，通过将建筑的支柱变为具有防震功能的阻尼器，来降低地震波的冲击。通过使用这种装置，不仅能够有效抵抗地震波的冲击，还能够将一定程度的地震能量转化为机械能，进而降低由此带来的破坏。3.3 橡皮支座抗震技术采用新型的抗震技术，可以显著改善高层建筑的稳定性。这种技术包括：将建筑物划分成两个独立的部分：基础和主体。然后，在两个部分之间安装支撑装置，使得支撑结构能够承受更多的地震冲击。如此，即使是最简单的刚性结构，也能抵御更严重的地震灾害。采用橡皮支撑装置可以大大降低地震造成的破坏，尤其是在轻微的地震作用下，这种技术可以有效提高建筑物的稳定性，并且可以确保它们的安全。由于我国大多数地区的抗震能力较弱，因此橡胶支撑的应用非常普遍，在实践中取得了良好的抗震性能。3.4 高阻尼抗震设计由于高层建筑的结构复杂性，一些设计方案特别独特，因此在简化受力模型时，必须避免使用支座，以防止横向位移。然而，地震横波的存在会严重损害建筑物的稳定性，从而降低其安全性。为了更好地抵御地震的破坏，在抗震设计中应该采用高分子材料制作的高阻尼支座装置，它们可以有效地吸收地震产生的能量，并且通过刚性连接将其安装在建筑物的上下构件之间，从而有效地减少地震对结构的破坏，提高高层建筑的抗震能力。4 高层建筑抗震中常见问题4.1 建筑物的高度问题按照我国的规定，高层建筑的高度必须符合一定的结构形式和设防烈度，同时也要考虑到当地的经济发展水平、施工技术水准以及土建规范体系，以确保建筑物的安全性和可靠性。尽管当前的高层建筑数量较多，但仍有许多超出了规定的高度。为此，应当采取科学的方法，如专家论证和振动台实验，以确保建筑物的安全性和可靠性，并且确保其材料性能符合规范的要求。4.2 选用的材料和结构体系不合理在中国的地震频繁发生的地区，正确选择建筑材料和结构体系显得尤为重要，以确保安全性。但令人遗憾的是，很多时候，这些选择都存在着明显的缺陷。在国内，150m以下的建筑通常采用筒中筒、框架支撑、框筒三种结构体系，但是由于国内缺乏抗震设计经验，这些建筑的内筒往往要承受七八成的震层剪力，有时甚至高达九成，因此，为了更好地抵御地震的冲击，必须加强钢筋混凝土结构的抗震设计，并且在抗震性能上进行相应的改进，以确保建筑物的安全性和可靠性。在钢筋混凝土的核心筒结构中，通过调整位移值来控制变形是一个重要的手段。但是，如果该结构的弯曲变形超出了正常范围，采用刚度较低的钢框架就无法有效地抑制侧移，反而还会增加钢结构的重量，因此，最好的做法是尽量避免采取这类措施。为了确保符合规范的侧向移动限制，通常会采用伸缩结构或增加混凝土筒的刚度来建立增强层。但是，当结构体系和柱子的位置发生改变时，就必须建立结构转换层，以降低剪切应力，确保转换层构件与外框架柱的连接处、增强基础伸缩部分的强柱和弱梁的稳固。因此，在设计过程中，应该考虑到剪力的变化，以及转换层构件之间的稳定性，以确保结构的安全性和可靠性。在选择加强层和转换层结构模式时，应当谨慎考虑，尽可能降低其刚度，以免产生不利的影响。4.3 地基选择不合理对于建筑物的安全性，地基的选择至关重要，因为它决定了建筑的耐久性。由于高层建筑的特殊性，必须选择一块宽敞的土地，确保土壤的稳定性，同时尽可能避免出现滑坡、断裂等异常地貌。然而，由于开发商和建筑商的短视，建筑设计 Architectural Design 54 他们常常会把目光放在获得更多的经济收益上，从而忽略了这块土地的安全性，从而导致了地基的选择存在一定的偏差。5 高层抗震设计对策5.1 分析抗震可靠度过去，设计人员仅仅局限于分析建筑物的负荷情况，而忽略了材料参数的变化、地震烈度的不确定性以及地震烈度的模糊性等因素对建筑物抗震性能的影响。因此，应该把这些因素纳入抗震设计的范畴，以便更好地指导设计人员的设计工作。而在高层建筑的设计过程中，采用适当的抗震技术，将大幅提升其抗震性能，从而确保其安全性与稳定性。5.2 以位移结构为依据进行合理的抗震设计一般来讲，建筑物的抗震性能主要取决于其承受的负荷。因此，必须对钢筋的布局和变形之间的联系有更深刻的认识，以便在受到地震影响时，能够有效地抵御损坏。此外，在第二阶段的抗震设计中，应该对大地震的数据进行全面的分析，以期望达到更好的抗震效果。5.3 选择新型高性能材料及合理的结构关系为了提升高层建筑的抗震能力，应尽可能减少柱截面尺寸，并在有条件的情况下尽量采用钢管混凝土、钢结构、钢骨混凝土等结构材料。对于不同的建筑高度，应该根据具体情况来选择合适的结构材料，例如，对于超出一定高度的建筑。应该使用钢筋混凝土来降低风压，而不是使用质地较轻、更加柔软的钢架。为了增强建筑的耐震能力，在设计和施工过程中，应根据建筑的特点，选择合适的材料。比如，在高层建筑的设计中，使用实心焊接的工字钢和大型型钢，可以有效降低地震对其的破坏。5.4 改善短柱抗震性能为了确保高层建筑的结构安全，必须符合“强剪弱弯”的规定，并且确保柱子的强度大于梁的强度。为了达到这一目的，需要采取一些措施来降低短柱的截面尺寸，增加它的延展性和承载能力，并且提升它的抗震性能。为了提高结构的抗剪承载力和约束作用，建议采用复合螺旋箍筋。此外，为了降低短柱的抗弯承载力，建议采用分体柱，这样就可以让它们的抗剪强度和抗拉强度保持一定水平，这样就可以避免在受到地震影响时出现延性破坏，从而大大减少结构的损害。采用钢管混凝土柱，可以有效地增加混凝土的极限抗压能力，并且可以显著地改善混凝土的延性，这种特殊的结构形式可以有效地抵御外力的作用，并且可以实现混凝土的三向受压。5.5 减隔震设计应用随着科学技术的发展，传统的抗震结构设计方法已经不再适用，而是需要更加先进的隔震、消能减震等新型抗震技术，以满足更高的抗震安全性和使用功能的需求。通过对建筑物的基础部位施加隔震支撑，能够显著提高其自振周期，从而大大降低其受到的水平地震冲击。通过大量的实验和国内外的工程实践，我们发现，采用隔震技术的结构，水平地震加速度减少了60%，显著提升了结构的抗震能力。然而，应该特别注意的是，这种技术的应用范围受到限制，不是每一座建筑物都适合它，甚至可能产生相反的效果。例如，在一个原本较为柔软的场地，采取隔震措施会增加结构的自振周期，这会让场地的卓越周期和结构的基本周期变得更为相似，从而降低结构的安全性。5.6 选择合适的抗震设计建筑材料当施工高层建筑时，必须谨慎选择建筑材料，确保它们符合国家规定标准。过去，由于砖混结构无法满足高层建筑抗震需求，所以越来越多的高层建筑使用了钢结构。尤其是在地震频繁的地方，人们对于高层建筑的抗震性能的要求也越来越高。若要使高层建筑结构的抗震性能达到最佳状态，必须对其材料的选择与结构设计进行全面的综合考量，以确保其在受到地震作用时不受到破坏。只有这样，才能保证结构的稳定性，从而使其具备良好的耐久性。6 结束语随着时代的发展，我国的建筑行业取得了长足的进步。然而，这一进程也带来了新的挑战，即如何提升建筑的抗震性。为了确保建筑的安全性，必须从多个角度出发，采取综合的措施，包括改善建筑的外观、优化功能布局、完善建筑结构等，以确保人们的生活质量。参考文献：1马秀娟.高层建筑结构抗震设计研究J.化肥设计,2023,61(02):19-21.2陆端.高层建筑结构抗震设计优化措施J.石材,2023(04):25-27.3郭志辉.复杂高层建筑结构抗震设计方法研究J.砖瓦,2023(03):95-97.4吴化伟.高层建筑结构抗震设计分析J.江西建材,2022(06):150-151.5王斌斌.高层建筑结构抗震设计优化措施J.工程建设与设计,2022(07):26-28.6王成磊.高层建筑结构抗震设计方法及结构体系创新研究J.工程建设与设计,2022(04):13-16.