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高层建筑结构抗震设计范文1
Abstract : the importance of anti-seismic concept design, in determining the overall scheme, housing materials and details, comply with the relevant requirements of seismic design and the reasonable principle, for the seismic checking necessary, take appropriate seismic structural measures, ensure the quality of construction, in order to achieve the purpose of reasonable seismic design.
Key words: high-rise buildings aseismic design criterion optimization design
中图分类号： TU973+.31 文献标识码： A 文章编号：
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。特别是我国处于地震多发区，高层建筑抗震设防更是工程设计面临的迫切任务．高层建筑结构的抗震是建筑物安全考虑的重要问题。建筑结构设计人员为防止、减少地震给建筑造成的危害，就需要分析研究建筑抗震问题，不断总结经验、联系实际, 妥善处理这一工程当中不可避免的问题。
一、高层建筑结构抗震设计准则
抗震设计要刚柔相济，选择合适的结构形式，在增加结构刚度的同时也要增强抗震作用，需要确定合理的抗震措施。保证结构的抗震性能主要是确保建筑物满足“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震目标。在地震力作用下，要求结构保持在弹性范围内正常使用。建筑物的变形破坏时，震后不能发生很大的变化，经简单的修复后可正常使用。随着建筑物高度的增加，允许结构进入弹塑性状态，但必须保证结构整体的安全，因此，必须进行抗震设计。
强震之后都会伴随多次余震，在建筑抗震设计过程中如果一味的提高结构抗力，就会增加结构刚度；若只有一道设防，则会导致结构刚度过大，建筑物缺少必要的延性，导致建筑物破坏过程不明显，造成安全隐患。如果建筑物的抗震结构体系刚度太柔，经过首次破坏后而余震来临时，因结构已损伤，结构构件将需要协同工作来抵挡地震作用，这样将容易导致建筑物过大形变而不能使用。所以，既要保证满足建筑物的变形要求，又能减小地震力，这是建筑物抗震设计中的双重目标。只有这样才能使建筑物在抗震过程中，既防止造成建筑物的局部受损，又具有一定的抗变形能力。延性较好的分体系组成，地震发生时不会发生整体倾覆。
二、建筑结构性能抗震设计
采用合理的抗震性能目标和合理的结构措施进行抗震设计。除了抗震设计方法，基于性能的抗震设计理论还包括目标性能的确定，它是整个设计的基础和关键，主要包括以下三个方面：
1．地震设防水准
在设计基准期内，定义一组参照的地震风险和相应的设计水平，是基于性能设计理论的一个重要目标。基于性能的设计理论应追求能控制结构可能发生的所有地震波谱的破坏水准，为此，需要根据不同重现期选择所有可能发生的对应于不同等级的地震动参数的波谱，这些具体的地震动参数称为地震设防水准，分为常遇、偶遇、罕遇和稀遇地震，并给出了其重现期和超越概率。
2.结构的性能水平及其量化指标
结构的抗震性能水平表示结构在特定的某一地震水准下一种有限程度的破坏，包括结构和非结构构件破坏以及因它们破坏引起的后果主要用结构易损性、结构功能性和人员安全性来表达。按照不同的地震动水平，结构的性能水准可分为四级，即功能完好、功能连续、控制破坏与损失、保证安全。其中，简化的三级性能水准，即可继续使用、修复后可再使用保证安全。
3，抗震设计的目标性能
结构的抗震设计的目标性能是针对某一地震设防水准而期望达的抗震性能等级，抗震设计目标性能的建立需要综合考虑场地特征、结构功能与重要性、投资与效益、震后损失与恢复重建、潜在的历史或文化价值、社会效益及业主的承受能力等诸多因素。我国抗震规范的目标性能实际是：小震不坏，中震可修，大震不倒。
三、高层建筑结构抗震设计要点
3.1结构规则性
建筑物尤其是高层建筑物设计应符合抗震概念设计要求，同时应保证建筑物有足够的扭转刚度以减小结构的扭转影响，要求建筑物平面对称均匀。因为该种结构建筑容易估计出其地震反映，对建筑进行合理的布置，以尽量减小结构内应力和竖向构件间差异变形对建筑结构产生的不利影响。并应尽量满足建筑物在竖向上重力荷载受力均匀，体型简单，结构刚度协调。大量地震灾害表明，采取相应的抗震构造措施并且进行细部处理，这样的建构筑物在地震中的受损情况往往小于那些没有采取构造措施的建构筑物。地震时，质量沿建筑物竖向变化均匀，平立面简单且对称的结构类型，建筑物在地震时具有较好的抗震性能。
3.2层间位移限制
高层建筑都具有较大的高宽比，而位移限值大小与结构材料、结构体系甚至装修标准以及侧向荷载等诸多因素有关，因此，在进行高层建筑结构设计时应根据建筑物的实际情况。其中钢筋混凝土结构的位移限值要求严格，以及所处的地理位置进行设计稳定性以及正常使用功能等。其在风力和地震作用下往往能够产生较大的层间位移，应避免在水平荷载的作用下产生过大的位移而影响结构的承载力。
3.3控制地震扭转效应
当建筑结构的平面布置等不规则建筑结构刚度中心不重合，当周期比不满足要求时可采用加大抗侧力构件截面，并应将抗侧力构件尽可能的均匀布置在建筑四周，增加抗侧力构件数量的方法。在地震发生时建筑结构会导致结构整体倒塌，因此在结构设计中应充分重视扭转的影响。当结构位移比不满足要求时甚至会产生较大差距，一般采取增加最大位移处构件刚度减小最小处减小刚度中心与质量中心的相对偏心。位移构件刚度划分为相对规则平面，建筑物在扭转作用下各片抗侧力结构的层间变形不同，在设计过程中应对各层的扭转修正系数分别计算，若调整构件刚度不能满足效果时则应调整抗侧力构件布置。不能满足要求时则必须对其进行调整。其中距刚心较远的结构边缘的抗侧力单元的层间侧移最大，以增大结构抗扭刚度。同时在上下刚度不均匀变化的结构中，各层的刚度中心未能在同一轴线上，当结构刚度富余量较小可采取均衡加强结构刚度，以上情况都会使各层结构的偏心距和扭矩发生改变。
高层建筑结构抗震设计范文2
关键词：高层建筑、抗震设计
中图分类号：[TU208.3]文献标识码：A 文章编号：
高层建筑框架结构的抗震性能受许多因素的影响，而且十分敏感。为了使框架结构具有良好的抗震性能，就应在早期方案设计阶段就给予足够的重视。因此必须考虑结构体型、规则性、整体性和质量分布等问题，同时还应对结构承载力、刚度和非弹性延性变形能力从地震反应角度做出比较正确的评价，使结构体系具有一定的延性。
1、高层建筑抗震设计的计算要点分析
下面将重点介绍有关框架结构在抗震设计时所遵循的原则，并对计算要点进行分析。
1.1、抗震设计原则分析
在高层建筑结构设计中，如果要求框架结构有一定的延性就必须保证框架梁、柱有足够大的延性。而梁、柱的延性是以其控制截面塑性铰的转动能力来度量的。因此，应合理控制结构破坏机制及破坏历程，使结构具有良好的塑性内力重分布能力，合理设计节点区及各个部分连接和锚固，避免各种形式的脆性破坏。在抗震设计时应遵循下述设计基本原则：
(1)强柱弱梁：较合理的框架破坏机制和破坏历程，应是梁比柱的屈服尽可能先发生和多出现，底层柱的塑性铰最晚形成，同一层中各柱两端的屈服过程越长越好。因为同一层柱上、下都出现塑性铰，很容易形成几何可变体系而倒塌。阅此，要控制梁、柱相对强度让塑性铰首先在梁端出现，尽量避免或减少在柱端出现，使框架结构形成尽可能多的梁型延性结构铰。
(2)强剪弱弯：钢筋混凝土构件的剪切破坏是脆性破坏，延性很小。对于框架梁、柱，为了使构件出现塑性铰前不发生脆性的剪切破坏，这就要求构件的抗剪承载力大于塑性铰的抗弯承载力。为此，要提高构件的抗剪强度，形成“强剪弱弯”。
(3)强节点、强锚固：框架结构中梁柱节点的破坏，属变形能力差的剪切脆性破坏，并且使交于节点的梁、柱同时失效。所以，在梁、柱弹塑性变形充分发挥前节点区和构件锚固不应失效。对于框架梁，应具有良好的延性，以提高梁的塑性铰的延性及耗能能力是保证框架结构抗震性能的关键。我们可以通过以下几个方面来改善梁的延性性能：①剪压比限制。保证较低的剪应力，塑性铰区的截面剪应力对于梁的延性、能量耗散及保持梁的强度、刚度有明显的影响，剪压比愈大梁刚度和强度下降愈快；②在塑性铰区加密箍筋并增设水平腰筋以减少剪切错动的影响，防止过早的强度、刚度下降；⑧梁端截面下部配筋不宜少于上部钢筋的30％一50％，以降低梁端截面受压区高度、增大塑性铰转动能力、增大其耗能性能。④限制配筋率和改进箍筋形式：⑤剪跨比限制。改善柱的延性性能除与梁相同的几项措施外，还应限制轴压比，避免短柱。
1.2、计算要点
对于多层和高层钢筋混凝土房屋的构件，在抗震设计时除了分别进行承载力计算外，还应进行以下验算。
(1)一、二、三级框架的梁柱节点处，除框架顶层和柱轴压比小于0.15者及框支梁与框支柱的节点外，柱端组合的弯矩设计值应符合下式要求：
而一级框架结构及设防烈度为9度时尚应符合：
一、二、三级框架的底层柱下端截面组合弯矩的设计值，应分别乘以增大系数1.5、1.25和1.15。
(2)一、二、三级的框架梁和抗震墙中跨高比大于2.5的连梁，其梁端截面组合的剪力设计值应按下式调整：
一级框架结构及设防烈度为9度时尚应符合和下式：
(3)一、二、三级的框架柱和框支柱组合的剪力设计值应按下式调整：
一级框架结构及设防烈度为9度时尚应符合下式：
(4)框架节点剪力设计值根据规范由强节点弱构件原则计算确定。
2、高层钢筋混凝土房屋抗震的构造措施
2.1、框架结构抗震构造措施
1)截面尺寸梁的截面尺寸宜符合下列各项要求：截面宽度不宜小于200mm：截面高宽比不宜大于4：净跨与截面高度之比不宜小于4。柱的截面尺寸宜符合下列各项要求：截面的宽度和高度均不宜小于300mm，圆柱直径不宜小于350mm：剪跨比宜大于2：截面长边与短边的边长比不宜大于3。且柱的轴压比不宜超过相关标准的规定。
2)纵向钢筋的构造要求
(1)梁的钢筋配置，应符合下列各项要求：
①梁端纵向受拉钢筋的配筋率不应大于2.5％，且计入受压钢筋的梁端混凝土受压区高度和有效高度之比，一级不应大于0.25，二、三级不应大于0.35。
②梁端截面的底面和顶面纵向钢筋配筋量的比值，除按计算确定外，一级不应小于0.5，二、三级不应小于0.3。
③沿梁全长顶面和底面的配筋一、二级不应少于2φ14且分别不应少于梁两端顶面和底面纵向配筋中较大截面面积的1/4，三、四级不应少于2φ12。
④一、二级框架梁内贯通中柱的每根纵向钢筋直径，对矩形截面柱，不宜大于柱在该方向截面尺寸的1/20：对圆形截面柱，不宜大于纵向钢筋所在位置柱截面弦长的1/20。
(2)柱的钢筋配置，应符合下列各项要求：
①柱纵向钢筋的最小总配筋率应按表16—16采用，同时每一侧配筋率不应小于0.2％；对建造于Ⅳ类场地且较高的高层建筑，标准中的数值应增加0.1。
②宜对称配置。
③截面尺寸大于400mm的柱，纵向钢筋间距刁；宜大于200mm。
④柱总配筋率不应大于5％。
⑤—级且剪跨比不大于2的柱，每侧纵向钢筋配筋率不宜大于1.2%。⑥柱纵向钢筋的绑扎接头应避开柱端的箍筋加密区。
3)箍筋的构造要求
(1)梁的箍筋配置要求
①梁端箍筋加密区的长度、箍筋最大间距和最小直径应按相关标准采用，当梁端纵向受拉钢筋配筋串大于2％时，标准中箍筋最小直径数值应增大2mm。
②梁端加密区的箍筋肢距，—级不宜大于200mm和20倍箍筋直径的较大值，二、二级不宜大于250mm和20倍箍筋直径的较大值，四级不宜大于300mm。
(2)柱的箍筋配置要求
①二级框架柱的箍筋直径不小于10mm且箍筋肢距不大于200mm时，除柱根外最大间距应允许采用150mm；三级框架柱的截面尺寸不大于400mm时，箍筋最小直径应允许采用6mm；四级框架柱剪跨比不大于2时，箍筋直径不应小于8mm；框支柱和剪跨比不大于2的柱，箍筋间距不应大于lOOmm。
②柱的箍筋加密范围应按下列规定采用：柱端取截面高度(或圆柱直径)、柱净高的1/6和500mm三者的最大值：底层柱、柱根不小于柱净高的1/3，当有刚性地面时，除柱端外尚应取刚性地面上下各500mm；剪跨比不大于2的柱和因设置填充墙等形成的柱净高与柱截面高度之比不大于4的柱，取全高：框支柱、一级及二级框架的角柱，取全高。
③柱箍筋加密区箍筋肢距，一级不宜大于200mm二、三级不宜大于250mm和20倍箍筋直径的较大值，四级不宜大于300mm；至少每隔一根纵向钢筋宜在两个方向有箍筋或拉筋约束：采用拉筋复合箍时，拉筋宜紧靠纵向钢筋并钩住箍筋。柱端加密区的体积配箍率尚应满足有关规范的要求。
2.2、剪力墙的抗震构造措施
1)截面尺寸抗震墙的厚度，一、二级不应小于160mm且不应小于层高的1/20，三、四级不应小于140mm且不应小于层高的1/25。底部加强部位的墙厚，一、二级不宜小于200mm且不宜小于层高的1/16；无端柱或翼墙时不应小于层高的1/12。
2)竖向、横向分布钢筋的配筋要求
①一、二、三级抗震墻的竖向和横向分布钢筋应双排布置，最小配筋率均不应小于0.25％；四级抗震墙不应小于0.20％：钢筋最大间距不应大于300mm，最小直径不应小寸8mm。
②部分框支抗震墙结构的抗震墙底部加强部位，纵向及横向分布钢筋配筋率均不应小于0.3％，钢筋间距不应大于200mm。
2.3、框架-剪力墙的抗震构造措施
1)截面尺寸抗震墙的厚度同于抗震墙结构。抗震墙的周边应设置梁(或暗梁)和端柱组成的边框端：端柱截面宜与同层框架柱相同并应满足对框架柱的要求。
2)配筋要求
①抗震墙底部加强部位的端柱和紧靠抗震墙洞口的端柱宜按柱箍筋加密区的要求沿全高加密箍筋。
②抗震墙的竖向和横向分布钢筋配筋串均不应小于0.25％，并应双排布置；拉筋间距不应大于600mm，直径不应小于6mm。
2.4、筒体结构抗震构造要求
框架-核心筒结构应符合下列要求：
①核心筒与框架之间的楼盖宜采用现浇梁板体系。
②低于9度采用加强层时，加强层的大梁或桁架应与核心筒内的墙肢贯通：大梁或桁架与周边框架柱的连接宜采用铰接或半刚性连接
③结构整体分析应计入加强层变形的影响。
④设防烈度为9度时不应采用加强层。
⑤在施工程序及连接构造上，应采取措施减小结构竖向温度变形及轴向压缩对加强层的影响。
3、结束语
高层建筑的结构体系是随着社会生产的发展和科学技术的进步而不断发展的。随着经济水平的增长和高层建筑的增多，结构抗震分析和设计已经变得越来越重要。特别是我国处于地震多发区，高层建筑抗震设防更是工程设计面临的迫切任务，高层建筑结构的抗震仍然是建筑物安全考虑的重要问题。
参考文献：
[1]张萌编著，建筑抗震，中国计划出版社,2007.06.
[2]王亚勇，建筑抗震设计规范，中国建筑工业出版社,2006.01.
高层建筑结构抗震设计范文3
关键词：抗震设计；高层建筑；措施；分析方法
1.前言
由于城市人口的发展，为了节约用地，更好地利用空间，往往在建筑设计时首先考虑高层建筑，从而高层建筑有了飞速的发展，高层建筑的发展趋势是高度越来越增加，体型和平面日趋复杂。由于高层建筑又坐落在不同的地域，加上地质构造复杂，高层建筑很容易受到地震等自然灾害的损害，地震发生具有很大的随机性，破坏后果严重。而高层建筑抗震设计方法研究目前还不十分成熟，仅仅依据微观的数学力学，没有充分考虑高层建筑结构内力的阻尼变化、材料时效、非弹性性质以及空间作用等其他相关因素，很难在结构上提高高层建筑的抗震能力。为了降低在遭遇地震时的经济和人力损失，因此，对高层建筑结构的抗震设计方法研究具有很大的必要性。
2.地震对高层建筑的作用影响分析
2.1对高层建筑构件形式方面
（1）在高层建筑的框架结构中，通常地震对板和梁的破坏程度轻于柱；
（2）地震作用经常在多肢剪力墙（钢筋混凝土结构）的窗下引起交叉斜向的裂缝；
（3）如果混凝土柱配置螺旋箍筋，即使地震引起较大的层问位移，对柱以及核心混凝土作用并不明显；
（4）钢筋混凝土框架结构，如长、短柱并用于同一楼层，长柱受损害较轻。
2.2对高层建筑结构体系方面
（1）对于钢筋混凝土柱、板体系的高层建筑，各层楼板因楼层柱脚破坏或者侧移过大以及楼板冲切等因素而在地面坠落重叠；
（2）对于“填墙框架”体系的高层建筑，由于受窗下墙的约束，因而容易发生外墙框架柱在窗洞处短柱型剪切现象；
（3）对于“填墙框架”体系的高层建筑，地震对采用敞开式框架问未砌砖墙的底层破坏严重；
（4）对于框架一抗震墙体系的高层建筑，地震损害不大；
（5）对于“底框结构”体系的高层建筑，地震严重破坏刚度柔弱的底层。
2.3对高层建筑地基方面
（1）如果地基自振周期与高层建筑结构的基本周期相同或相近，地震作用因共振效应而增加；
（2）如果高层建筑处在危险和地形不利的区域，则容易使高层建筑因地基破坏而受损；
（3）地基处地质不均匀，在地震作用下容易使上部结构倾斜甚至倒塌；
（4）若高层建筑的地基处有较厚的软弱冲积土层，则地震作用对高层建筑的损害显著增大。
2.4对高层建筑刚度分布方面
（1）对于采用L形以及三角形等平面不对称的高层建筑，地震作用能够使建筑结构发生扭转振动，因而损害现象严重；
（2）对于采用矩形平面布置的高层建筑结构，如果该建筑的抗侧力构件（如电梯井等）布置存在偏心情况时时，同样会使建筑结构发生扭转振动。
3.建筑结构抗震设计方法分析
3.1静力法
如果以F作为地震作用于建筑设施的力，以M表示建筑物的重量，以R表示地震震度，则有以下公式：
F=R×M （1）
这种以“震度”表示地震尺度的想法，在1924年（日本关东发生大地震后第二年）被纳入日本的建筑工程相关的技术规范中，当时，人们已经意识到房屋的重量是影响地震破坏能力的一个极为重要的因素。在当时的条件下人们认为为建筑重量10%的水平力大约地震惯性力相当。在当时还假定：建筑结构的承载能力大小决定了房屋的抗震能力大小；地震力与建筑地基以及结构的实际特性等因素无关。
3.2反应谱法
美国在1933年长滩发生大地震以及在1940年ELcentro发生大地震时。均取得了强震加速度记录。美国的一些相关研究者依据建筑物自振特性资料以及这些强震记录提出了著名的地震反应谱理论，具有非常重要的现实意义。近些年来，我国在抗震设计领域也取得了较大的进展，逐渐形成了科学合理而又普遍适用的建筑结构抗震设计方法。大部分的建筑结构抗震设计规范都是根据结构能力以及反应谱理论建立起来的。
3.3弹性动力时程法
弹性动力时程分析法抗震结构设计的原理是，根据地震烈度、高层建筑场地类别以及设计分组的判断，然后选用合适数量的地震地面运动加速度的记录，对其积分然后求解运动方程，最终计算出在模拟的地震中建筑的加速度、速度以及位移的响应，进行抗震设计。高层建筑运动方程是独立的，我们要计算各个时刻的结构反应只需用到数值方法求解。
3.4静力弹塑性法
静力弹塑性分析方法的原理为计算现有设计方案的抗侧力能力，进而估计出其抗震能力，其具体方法为：根据房屋的具体情况在房屋上施加某种分布的水平力，逐渐增加水平力使结构各构件依次进入塑性，调整水平力的分布和大小，直到结构达到位移超限。其优点在于：据结构的振型变化可以求得水平力的分布，根据结构在不同工作阶段的周期通过设计反应谱可以求得水平力的大小。
3.5动力弹塑性分析法
我们以{y}，{y'}，{y''}分别表示运动的水平位移和速度以及加速度，以yg表示地面运动水平加速度，则在多自由度系统中，在地面运动作用下的振动方程可以用以下公式表示：
[M]{y''}+[C]{y'}+[K]{y}=-[M]{L}yg （2）
采用各种手段划分由强震记录的水平方向上的时间一加速度曲线，将其分为一系列极小的时间段，运用震动方程对对每一个时段方程进行积分求解，可求得每个时间段内体系的加速度、速度以及位移，最终可计算出结构内力。
4.建筑结构抗震方法的比较
地震是一种破坏性严重的自然现象，其三要素分别为：幅值、持时与频谱特征。建筑结构抗震设计的方案应体现地震动特性和结构特性，所考虑的地震作用应在在地震作用下最大程度地反映结构的真实响应。表1为抗震设计方法反应结构特性以及地震动特性的具体情况对比。
5.建筑结构设计案例分析
某高层建筑，地下3层，地上28层，总建筑面积约6万m2。其中，7～28层为住宅区；第6层作为空中花园以及设备转换层；4～5层为办公用区域；1～3层为商场楼层；地下3层作为设备用房和车库；第7层楼盖作为高层建筑的结构转换层。高层建筑总高度（地面以上）为90.4m。该高层建筑以钢筋混凝土框架剪力墙作为工程主体，柱截面面积为700×1100m2、800×1100m2，墙厚2-4m，板厚为：转换层1.8m、天面1.2m、住宅1m、裙楼1.1m，梁截面面积为190×400-240×600m2。转换层框支梁为400×1300-500×1500m2。该高层建筑要求Ⅶ度的防烈度；建筑设防类别为丙类；设计第1组为地震分组。预期的抗震等级为：8层以上为二级；1-8层为一级；6层以下普通框架为一级；框支框架为特一级。根据建筑结构抗震设计的相关规范，本工程设计中有四项不合理，具体为：
5.1扭转不规则
在考虑各种因素的情况下，楼层竖向构件的水平位移最大应小于等于该楼层平均值的1.2倍，而在本高层建筑中此比值最大为1.32，大于1.2，属于扭转不规则。
5.2凹凸不规则
在该高层建筑中，平面最大凸出部位凸出尺寸为L=17.24m，Bmax=41.20m，L与Bmax之比为41.84%，而规范要求的此值为35%。
5.3楼板局部不连续
塔楼部分楼层电梯间局部楼板最小净宽3m，相关的建筑规范规定此值为5m。
5.4竖向抗侧力构件不连续
塔楼剪力墙通过转换梁向框支柱传递，属竖向抗侧力构件不连续。
5.5解决措施
具体到本高层建筑，在进行建筑结构抗震设计时为了满足相关规范的要求，需要采取的措施如下：
（1）加强剪力墙底部部位。
（2）根据规范要求提高框支柱的配筋率。
（3）塔楼楼梯问及周边楼板厚度增大至1.5m。
（4）转换层板厚度增大至1.8m。
（5）将剪力墙底部加强部位的钢筋配筋率提高到0.5%。
（6）将剪力墙的底部加强部位以及框支柱等部位的抗震等级均提高一级。
6.结束语
随着高层建筑的发展，建筑结构的抗震设计显得越来越重要。高层建筑结构的抗震设计方法和抗震措施在不断的改进，在对建筑结构进行抗震设计时要根据高层建筑的实际情况而选择科学合理的抗震结构设计方法。
参考文献
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收稿日期：2013-4-17
高层建筑结构抗震设计范文4
关键词： 高层建筑； 结构抗震； 方法；
中图分类号： TU97 文献标识码： A 文章编号：
前言
地震作用影响因素极为复杂，它是一种随机的、尚不能准确预见和准确计算的外部作用，目前规范给出的计算方法还是一种半经验半理论的方法，要进行精确的抗震计算还有一定的困难，因此建筑（尤其是高层建筑）抗震安全问题必须引起建筑师们的高度重视，及时采取有效措施，防患于未然。在建筑结构中，抗震设计占据了极为重要的位置，而高层建筑结构又在抗震方面尤为重视。
一、高层建筑结构抗震设计基本原则
1、场地设计。地震对结构物的破坏程度，首先取决于地震释放能量的大小，同时还和震源深浅程度、结构物与震中距离以及结构物所处场地土性质有关。因此，在大范围上说，对不同抗震烈度地区要采取不同的结构选型和高度控制，在越高级抗震的地区建设高层结构应该更为注意。
2、材料和结构体系的选择。我国高层结构中常采用的结构体系有: 框架、框架―剪力墙、剪力墙和筒体等几种体系，这也是其他国家高层结构采用的主要体系。但国外，特别地震区，是以钢结构为主，而在我国钢筋混凝土结构和混合结构却占了 90%。高层结构的抗侧力体系是高层结构是否合理、经济的关键，随着结构高度及功能的发展需要而不断发展变化。
3、选择有利的结构体型平面布置。在满足结构功能的前提下，结构平面布置应该简单、规则、对齐、对称，力求使平面刚度中心和质量中心重合，尽量减少偏心，以减小地震作用下的扭转。
二、高层建筑结构抗震设计中的问题分析
1、建筑结构物高度超过极限。按我国现行高层结构混凝土结构技术规程规定，在一定设防烈度和一定结构型式下，钢筋混凝土高层结构都有一个适宜的高度。在这个高度，抗震能力还是比较稳妥的，但是目前不少高层结构超过了高度限制。在震力作用下，超高限建筑物的变形破坏性态会发生很大的变化，建筑物的抗震能力会下降，很多影响因索也发生变化，结构设计和工程预算的相应参数需要重新选取。
2、地基的选取不合理。由于城市人口的增多和相对空间的缩不，不少建筑商忽略了这问题，哪里商业空间大就在哪里建高层结构应选位于开阔平坦地带的坚硬土场地或密实均匀中硬土场地，远离河岸，不应垮在两类土壤上，避开不利地形、避免在断层、山崖、滑坡、地裂等抗震危险地段建造房屋。高层建筑结构的地基选取不恰当可能导致抗震能力差，材料的选用不科学，结构体系不合理在地震多发生，采用何种建筑材料或结构体系较为合理应该得到人们的重视。由于我国建筑结构主要以钢筋混凝土核心筒为主，变形控制要以钢筋混凝土结构的位移限值为基准。但因其弯曲变形的侧移较大，靠刚度很不的钢框架协同工作减小侧移，不仅增大了钢结构的负担，而且效果不大，有时不得不加大混凝土筒的刚度或设置伸臂结构，形成加强层才能满足规范侧移限值较低的抗震设防烈度现在许多专家提出，现行的建筑结构设计安全度已不能适应国情的需要，建筑结构设计的安全度水平应该大幅度提高我国现行抗震设防标准是比较低的，中震相当于在规定的设计基准期内超越概率为 10% 的地震烈度，较低的抗震设防烈度放松了高层建筑结构的抗震要求。
三、高层建筑结构抗震设计的方法分析
1、高层建筑结构减轻结构自重一方面从地基承载力来看，如果是同样的地基条件，减轻结构自重意味着在不增加基础或地基处理造价的情况下，可以多建层数，特别是对于软土更为明显。另一方面地震效应与建筑质量成正比，结构质量的增加必然引起地震力的增大。高层结构由于其高度较大，重心较高，地震作用倾覆力矩也随质量的增加而增大设计时要求高层结构物的填充墙及隔墙应采用轻质材料。
2、当按剪跨比判定柱子不是短柱时，按一般框架柱的抗震要求采取构造措施即可; 确定为短柱后，就应当尽量提高短柱的承载力，减小短柱的截而尺寸，采取各种有效措施提高短柱的延性，改善短柱的抗震性能。
3、在高层建筑结构的方案设计阶段，结构材料选用也很重要。可以对材料参数随机性的抗震模糊可靠度进行分析，综合考虑了材料参数的变异性，地震烈度的随机性及烈度等级界限的随机性与模糊性对结构抗震可靠度的影响。从抗震角度来说，结构体系的抗震等级，其实质就是在宏观上控制不同结构的延性要求这要求我们应根据建设工程的各方面条件，选用符合抗震要求又经济实用的结构类别。
4、高层建筑结构应设置多道抗震防线。建筑物应设置多道抗震防线，当第一道防线的构件在强烈地震作用下遭到破坏后，后备的第二道乃至第三道防线能抵挡后续的地震动的冲击，使建筑物免于倒塌。减少地震能量输入。积极采用基于位移的结构抗震设计，要求进定量分析，使结构的变形能力满足在预期的地震作用下的变形要求。除了验算构件的承载力外，要控制结构在大震作用下的层间位移角限值或位移延性比; 根据构件变形与结构位移关系，确定构件的变形值; 并根据截面达到的应变大不及应变分布，确定构件的构造要求。对于高层结构，选择坚硬的场地土建造高层结构，可以明显减少地震能量输入减轻破坏程度。错开地震动活越周期，可防止共振破坏。
5、调整内力以加强薄弱部位，在高层建筑结构中，有一些薄弱部位，如果能有意识地使它提早屈服或提高其承载力，可以推迟它的屈服，减小它的破坏。如加强转换层; 注意防震缝的设计，必须留有足够的宽度; 高层部分和低层部分之间的连接构造; 框架柱的箍筋量和锚固长度等。这里大多数是属于结构构件的设计，需由专业人员进行设计计算和施工。建筑安全是建筑设计中一个不可分割的部分，可以说是极为重要的组成部分，而抗震设计又是重中之重。但高层结构抗震设计又是一个复杂的过程，要从主体上了解结构抗震特点，从宏观上确定结构设计的基本问题，用正确的概念来引导设计。
四、结语
高层结构的结构体系是随着社会生产的发展和科学技术的进步而不断发展的随着经济水平的增反和高层结构的增多，结构抗震分析和设计已经变得越来越重要特别是我国处于地震多发国，高层结构抗震设防是工程设计面临的迫切任务，高层结构的抗震仍然是结构物安全考虑的重要问题。综上所述，可以看出现行抗震设计方法不能完全反应强震特征及在强震下的结构性能，按现行抗震设计方法所设计的复杂高层结构的结构安全性还有一定的不确定性因素。当今我国已经建成的大量复杂高层结构，虽然有一定的试验和理论研究作为依据，但经过强震作用检验的结构为数较少，这些复杂高层结构在大震下的真实性能还有待地震检验。并且新型结构原理的进步，高性能材料的共同发展，计算机技术水平的不断提高，促使人类建筑精品再上一个新的台阶。新型结构体系结构形式复杂，受力分析难度大，全面细致的考虑结构各个构件和每个组成部分，成为今后新型结构体系设计和考虑的重点。新型结构体系的发展和广泛应用满足了现代社会对建筑物的使用功能和外观的要求，抗震的要求使得结构的发展日益趋于成熟，人类建筑结构抗震设计的研究成果将越来越被应用于实践。
参考文献
高层建筑结构抗震设计范文5
【关键词】高层建筑；结构设计；抗震设计
0、引言
由于地震作用是一种随机性很强的循环、往复荷载，建筑物的地震破坏机理又十分复杂，存在着许多模糊和不确定因素，在结构内力分析方面，由于未能充分考虑结构的空间作用、非弹性性质、材料时效、阻尼变化等多种因素，计算方法还很不完善，单靠微观的数学力学计算还很难使建筑结构在遭遇地震时真正确保具有良好的抗震能力。建筑结构抗震设计的基本要求：抗震设计主要包括三方面的内容：概念设计，计算设计和构造设计。结构工程师按抗震设计要求进行结构分析与设计，其目标是希望使所设计的结构在强度、刚度、延性及耗能能力等方面达到最佳，从而经济地实现规范中要求的“小震不坏，中震可修，大震不倒”的目的。
1、从理论上分析高层建筑的抗震设计
建筑结构抗震规范实际上是各国建筑抗震经验带有权威性的总结，是指导建筑抗震设计，包括结构动力计算，结构抗震措施以及地基抗震分析等主要内容的法定性文件。它既反映了各个国家经济与建设的时代水平，又反映了各个国家的具体抗震实践经验。它虽然受抗震有关科学理论的引导，向技术经济合理性的方向发展，但它更要有坚定的工程实践基础，把建筑工程的安全性放在首位，容不得半点冒险和不实。正是基于这种认识，现代规范中的条文有的被列为强制性条文，有的条文中用了“严禁，不得，不许，不宜”等体现不同程度限制性和“必须，应该，宜于，可以”等体现不同程度灵活性的用词。
（1）拟静力理论。拟静力理论是20世纪10~40年展起来的一种理论，它在估计地震对结构的作用时，仅假定结构为刚性，地震力水平作用在结构或构件的质量中心上。地震力的大小当于结构的重量乘以一个比例常数即地震系数。
（2）反应谱理论。反应谱理论是在加世纪40~60年展起来的，它以强地震动加速度观测记录的增多和对地震地面运动特性的进一步了解，以及结构动力反应特性的研究为基础，是加理工学院的一些研究学者对地震动加速度记录的特性进行分析后取得的一个重要成果。
（3）动力理论。动力理论是20世纪70－80年广为应用的地震动力理论。它的发展除了基于60年代以来电子计算机技术和试验技术的发展外，人们对各类结构在地震作用下的线性与非线性反应过程有了较多的了解，同时随着强震观测台站的不断增多，各种受损结构的地震反应记录也不断增多。进一步动力理论也称地震时程分析理论，它把地震作为一个时间过程，选择有代表性的地震动加速度时程作为地震动输入，建筑物简化为多自由度体系，计算得到每一时刻建筑物的地震反应，从而完成抗震设计工作。
2、高层建筑的抗震结构设计理念
高层建筑的抗震要能做到：当遭遇第一设防烈度地震即低于本地区抗震设防烈度的多遇地震时，结构处于弹性变形阶段，建筑物处于正常使用状态。建筑物一般不受损坏或不需修理仍可继续使用。因此，要求建筑结构满足多遇地震作用下的承载力极限状态验算，要求筑的弹性变形不超过规定的弹性变形限值。当遭遇第二设防烈度地震即相当于本地区抗震设防烈度的基本烈度地震时，结构屈服进入非弹性变形阶段，建筑物可能出现一定程度的破坏。但经一般修理或不需修理仍可继续使用。因此，要求结构具有相当的延性能力不发生不可修复的脆性破坏。当遭遇第三设防烈度地震即高于本地区抗震设防烈度的罕遇地震时，结构虽然破坏较重，但结构的非弹性变形离结构的倒塌尚有一段距离。不致倒塌或者发生危及生命的严重破坏，从而保障了人员的安全。因此，要求建筑具有足够的变形能力，其弹塑性变形不超过规定的弹塑性变形限值。
对建筑抗震的三个水准设防要求，是通过“两阶段”设计来实现的，其方法步骤如下：第一阶段：第一步采用与第一水准烈度相应的地震动参数，先计算出结构在弹性状态下的地震作用效应，与风、重力荷载效应组合，并引入承载力抗震调整系数，进行构件截面设计，从而满足第一水准的强度要求；第二步是采用同一地震动参数计算出结构的层间位移角，使其不超过抗震规范所规定的限值；同时采用相应的抗震构造措施，保证结构具有足够的延性、变形能力和塑性耗能，从而自动满足第二水准的变形要求。第二阶段：采用与第三水准相对应的地震动参数，计算出结构（特别是柔弱楼层和抗震薄弱环节）的弹塑性层间位移角，使之小于抗震规范的限值。并采用必要的抗震构造措施，从而满足第三水准的防倒塌要求。
3、建筑设计和建筑结构的规则性
建筑设计应符合抗震概念设计的要求，不应采用严重不规则的设计方案。建筑及其抗侧力结构的平面布置宜规则、对称、整体性较好：建筑的立面和竖向抗拉力构件的截面尺寸和材料温度宜自下而上逐步减小，避免抗侧力结构的侧向刚度和承载力突变。对平面不规则和竖向不规则类型的建筑结构应按《抗震规范》要求进行水平地震作用计算和内力调整，并对薄弱部位采取有效的抗震措施。
高层建筑结构抗震设计范文6
关键词：高层建筑、结构抗震设计
一、工程实例
该工程为一栋高层建筑住宅楼，地下1层，地上层数为49层，高度为154.8米。二层以上为剪力墙结构，由于底层大堂大空间的需要，部分剪力墙无法落地，需要转换，因此结构为部分框支剪力墙结构体系。转换层设于二层楼面，采用梁式转换。该结构强度计算基本风压按100年重现期取值，取W。=0.50kN/；位移计算基本风压按50年重现期取值，为0.45 kN/。拟建场地内未发现影响建筑物稳定性的不良工程地质作用。场地抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度为0.05g，设计地震分组第一组；建筑场地类别为II类；经进行地基土液化可能性判别，该场地为非液化场地。
二、建筑抗震结构设计
2.1 地震作用及抗震措施
根据《安评报告》，小震下水平地震影响系数最大值αmax为0.084，超过《抗震设计规范》中7度设防烈度的αmax，故小震地震作用计算按照《安评报告》取值计算，中震、大震按照规范取值，抗震构造措施适当加强。该高层建筑住宅高度为154.8米，按照抗震规范规定，6度区框支剪力墙结构的B级高层建筑的最大适用高度为140m。应该采取更严格的抗震设计措施以及构造措施。
2.2 抗侧力体系布置
本工程平面呈梭形，长宽比2.95。根据建筑布置，利用房间隔墙、楼梯间、电梯间布置剪力墙，受建筑限制，体型较薄方向（Y向）布置剪力墙较多，X向能布置的剪力墙较少。根据计算结果，由于本工程设防烈度为6度，地震作用下结构反应较小，易于满足规范要求。X向迎风面较小，也易于满足规范要求。Y向迎风面较大，Y向风荷载下的侧向变形是控制设计的主要影响因素，整移曲线呈典型的弯曲型，最大层间位移角出现在40层附近。为增加Y向抗侧刚度，端部两片剪力墙加厚至600mm，中间房间分隔墙基本为300mm厚，部分为400mm厚，标准层的墙厚没有变化。底层因建筑需要形成南北通畅空间，局部区域上部剪力墙无法落地，通过转换构件将上部竖向及水平荷载传递至框支柱。转换采用转换梁形式。由于上部剪力墙在端部有洞口，致使转换梁内剪力较大，而转换梁高度又受到限制，故通过在梁内设置型钢增加抗剪承载力。为增加延性，在转换梁两侧的框支柱内设置型钢。底层落地剪力墙加厚，增加底层侧向刚度。
2.3 加强构件措施
由于本工程高层结构的建筑高度为超B级，因此本结构采取加强措施以确保其受力安全合理。采取加强措施如下：
（1）对于高度超限的抗震加强措施：将底层剪力墙和框支柱抗震等级从一级提高至特一级。底部加强区剪力墙抗震等级从二级提高至一级。
（2）对于平面规则性超限的抗震加强措施：由于平面较长造成楼层位移比超过规范限制1.2，但小于1.3。增大端部剪力墙水平分布筋的配筋率，加厚端跨楼板厚度并双面双向配筋，使端墙承受的水平地震力能传递至相邻内部剪力墙。
三、地基基础及地下室设计
3.1 地基基础设计
本工程的地基基础设计等级为甲级，基础采用桩基-筏板基础。地下室底板面标高为-5.350m，底板厚2.5m，主楼基础埋置深度7.85米，为主楼高度的1/19.7。根据地质勘察结果表明，该建筑场地内7层中风化砂砾岩是良好的桩端持力层。基础采用Φ850钻孔孔灌注桩，桩端持力层设置于7层土，为嵌岩桩，嵌岩深度2.5m，桩长23～28.5米，单桩抗压承载力特征值为4200kN～5000kN。经验算，在罕遇地震和风作用工况下，边缘部位的桩均未出现拉力。地下室在塔楼和裙房之间不设沉降缝，通过控制塔楼沉降量，在塔楼与裙房之间设置沉降后浇带，并采取控制后浇带封闭时间等措施，来调整塔楼与裙房之间的差异沉降。
3.2 地下室设计
地下室为1层，顶板楼盖采用梁板结构。本工程塔楼与裙房于地下相连，地上设缝脱开。塔楼即为地下室外墙，同时利用地下室电梯井壁及部分填充墙布置剪力墙，使地下室刚度达到大于一层刚度2倍的嵌固要求。经计算地下一层与一层楼层的侧向刚度比为X向为6.86，Y向为3.69。地下室顶板可以作为上部结构的嵌固端。鉴于本工程的地下室结构超长，因此设置施工后浇带和沉降后浇带来减少混凝土早期收缩对结构的不利影响。
四、 结构计算分析
本工程采用SATWE进行计算设计，用ETABS程序进行了校核比较，并采用弹性时程分析结果与前两者进行分析比较。其主要计算结果如下。
4.1 层间位移角
表1 风荷载和地震作用下的弹性位移角
风荷载作用下的弹性位移角 地震作用下的弹性位移角 偶然偏心地震作用下楼层最大位移比
X方向 Y方向 X方向 Y方向 X方向 Y方向
1/3593 1/1010 1/2669 1/2175 1.03 1.29
4.2 转换层上下楼层侧向刚度比
为满足建筑功能要求，二层有局部剪力墙无法落地，形成框支剪力墙结构体系。根据《高规》10.2.3条，转换层上部结构与下部结构的侧向刚度比γ应符合附录E.0.1条。按附录E.0.1条计算得到的等效剪切刚度比分析结果见下表。
表2 等效剪切刚度比分析结果
X向刚度（kN/m） Y向刚度（kN/m）
1层 7.0214E+07 1.7453E+08
2层 8.2429E+07 3.0113E+08
1层与2层刚度比γ 0.85 0.58
可见底层的剪切刚度为上层的58%，满足《高规》附录E.0.1中大于50%的要求。
4.3 罕遇地震弹塑性分析
对该高层结构进行静力弹塑性分析（pushover）。采用两种推覆力分布模式，一种是倒三角形分布模式，另一种是CQC地震力分布模式。其主要计算结果为，倒三角形分布模式下结构能力曲线与需求谱曲线的交点及性能点坐标为：X方向为4.251s，Y方向为3.671s，X方向需求最大层间位移角为1/458，Y方向为1/637，满足大震下层间位移角1/120的限值。通过以上计算分析结果表明：在小震作用下，结构各项控制指标均在合理范围内，而且该高层结构全部构件的抗震承载力和层间位移均满足现行规范要求，结构构件处于弹性工作状态，满足规范要求。在中震作用下，结构的竖向构件、转换构件及框支框架处于弹性工作状态。在大震作用下，薄弱位的部分构件均未达到屈服阶段且满足变形限制要求，结构的最大层间位移角X方向为1/458，Y方向为1/637。框支层最大层间位移角为1/9999；竖向构件不发生剪切破坏，满足结构预期性能目标和规范要求。对重要构件的细部构造采取加强措施：框支柱、转换梁和框支层框架梁采用型钢混凝土构件；提高底部加强区墙体的分布筋配率和约束边缘构件的体积配箍率；各构件的构造均满足高延性要求。综上所述，高层结构在小震、中震、大震作用下，其受力性能均满足设计的预期性能目标和满足规范要求。因此本高层结构所采取的设计措施是可行和可靠的。
