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高层建筑的抗震措施范文1
中图分类号：TU318文献标识码： A 文章编号：
众所周知，我国属地震多发的国家，随着经济的全球化发展，高层建筑将会势如破竹地成为城市建设的主体。而高层建筑中的主要受力构件———柱子，在地震荷载的作用下能否承受得住脆性剪切破坏，成为建筑物倒塌与否的关键。因此，如何改善柱子特别是短柱的抗震性能成为钢筋混凝土结构加固亟待解决的一个问题。
一、“短柱”判定
我国建筑抗震设防的目标是“小震不裂，中震可修，大震不倒”。中震相当于我们地震烈度区划图中给出的50 年超越概率10％的烈度值，这里用I 表示。这时小震用I－1.55 表示，大震就用I＋I 表示，小震的地震动峰加速度为中震的1/3，而大震的峰加速度为中震的4～6 倍。《建筑抗震设计规范》和《高层建筑混凝土结构技术规程》都规定，采用剪跨比来判断短柱。剪跨比是反映柱截面所承受的弯矩与剪力相对大小的一个参数，表示为λ＝M/Vh，其中M、V 分别指柱截面的弯矩和剪力，h 为柱截面有效高度。当λ＜2 时，称为短柱；当λ＜1.5 时，称为超短柱。
二、短柱的破坏形式
短柱一般有剪切型和粘结型两种破坏类型, 它们的破坏形式如下:
1、 剪切受压破坏。在荷载作用下, 水平弯曲裂缝斜向发展, 形成斜裂缝。如果箍筋较强, 斜裂缝不会迅速开展, 但在弯剪作用下,压区混凝土剪切错动, 混凝土挤碎而丧失承载能力。
2、剪切受拉破坏。剪跨比较小且配箍率较低的构件, 在受拉纵筋屈服以后, 随着荷载反复次数的增加或变形加大, 可能突然产生一条宽度较大的主斜裂缝, 箍筋很快达到屈服, 柱子被剪坏, 承载能力急剧下降。
3、剪切斜拉破坏。斜裂缝往往沿柱对角线出现, 箍筋达到屈服甚至被拉断, 承载能力突然下降, 但主筋未屈服。
实际上, 构件的最终破坏可能是几种破坏状态的综合反映, 有时其中某一种比较突出而明显, 有时两种破坏状态同时发生。以上几种破坏状态极限承载力不同, 极限变形能力也不同。房屋能否做到“中震可修、大震不倒”的设防要求, 在很大程度上取决于柱的延性大小。
三、高层建筑结构设计中提高短柱抗震的措施
1、 选择合适的基础方案
基础设计应根据工程地质条件, 上部结构类型及荷载分布,相邻建筑物影响及施工条件等多种因素进行综合分析, 选择经济合理的基础方案。设计时宜最大限度地发挥地基的潜力,必要时还应进行地基变形验算。基础设计应有详尽的地质勘察报告,对一些缺地质报告的小型建筑也应进行现场查看和参考邻近建筑资料。一般情况下,同一结构单元不宜采用两种不同的类型。
2、合理选择结构方案
一个成功的设计必须选择一个经济合理的结构方案, 即要选择一个切实可行的结构形式和结构体系。结构体系应受力明确,传力简捷,同一结构单元不宜混用不同结构体系,地震区应力求平面和竖向规则。总之,必须对工程的设计要求、地理环境、材料供应、施工条件等情况进行综合分析,并与建筑、水、暖、电等专业充分协商,在此基础上进行结构选型,确定结构方案,必要时还应进行多方案比较,择优选用。
3、 使用复合螺旋箍筋
高层建筑框架柱的抗剪能力是应该满足剪压比限值和“强剪弱弯”要求的，柱端的抗弯承载力也是应该满足“强柱弱梁”要求的。对于短柱，只要符合“强剪弱弯”和“强柱弱梁”的要求，是能够做到使其不发生剪切型破坏的。因此，使用复合螺旋箍筋来提高柱子的抗剪承载力，改善对砼的约束作用，能够达到改善短柱抗震性能的目的。
4、采用分体柱
由于短柱的抗弯承载力比抗剪承载力要大得多，在地震作用下往往是因剪坏而失效，其抗弯强度不能完全发挥。因此，可人为地削弱短柱的抗弯强度，使抗弯强度相应于或略低于抗剪强度，这样，在地震作用下，柱子将首先达到抗弯强度，从而呈现出延性的破坏状态。
人为削弱抗弯强度的方法，可以在柱中沿竖向设缝将短柱分为2 或4 个柱肢组成的分体柱，分体柱的各柱肢分开配筋。在组成分体柱的柱肢之间可以设置一些连接键，以增强它的初期刚度和后期耗能能力。一般，连接键有通缝、预制分隔板、预应力摩擦阻尼器、素砼连接键等形式。对分体柱工作形态的理论分析和试验研究表明：采用分体柱的方法虽然使柱子的抗剪承载力基本不变，抗弯承载力稍有降低，但是使柱子的变形能力和延性均得到显著提高，其破坏形态由剪切型转化为弯曲型，从而实现了短柱变“长柱”的设想，有效地改善了短柱尤其是剪跨比λ≤ 1.5 的超短柱的抗震性能。分体柱方法已在实际工程中得到应用。
5、采用钢骨砼柱
钢骨砼柱由钢骨和外包砼组成。钢骨通常采用由钢板焊接拼制或直接扎制而成的工字形、口字形、十字形截面。与钢结构相比，钢骨砼柱的外包砼可以防止钢构件的局部屈曲，提高柱的整体刚度，显著改善钢构件处平面扭转屈曲性能，使钢材的强度得以充分发挥。采用钢骨砼结构，一般可比钢结构节约钢材达5 0 % 以上。此外，外包砼增加了结构的耐久性和耐火性。与钢筋砼结构相比，由于配置了钢骨，使柱子的承载力大大提高，从而有效地减小柱截面尺寸；钢骨翼缘与箍筋对砼有很好的约束作用，砼的延性得到提高，加上钢骨本身良好的塑性，使柱子具有良好的延性及耗能能力。
由于钢骨砼柱充分发挥了钢与砼两种材料的特点，具有截面尺寸小，自重轻，延性好以及优越的技术经济指标等特点，如果在高层或超高层钢筋砼结构下部的若干层采用钢骨砼柱，可以大大减小柱的截面尺寸，显著改善结构的抗震性能。
6、采用钢管砼柱
钢管砼是由砼填入薄壁圆形钢管内而形成的组合结构材料，是套箍砼的一种特殊形式。由于钢管内的砼受到钢管的侧向约束，使得砼处于三向受压状态，从而使砼的抗压强度和极限压应变得到很大的提高，砼特别是高强砼的延性得到显著改善。同时，钢管既是纵筋，又是横向箍筋，其管径与管壁厚度的比值至少都在9 0 以下，相当于配筋率至少都在4.6% 以上，这远远超过抗震规范对钢筋砼柱所要求的最小配筋率限值。由于钢管砼的抗压强度和变形能力特佳，即使在高轴压比条件下，仍可形成在受压区发展塑性变形的“压铰”，不存在受压区先破坏的问题，也不存在像钢柱那样的受压翼缘屈曲失稳的问题。因此，从保证控制截面的转动能力而言，无需限定轴压比限值。因为按照规定，钢管砼单肢柱的承载力可按公式③计算。公式③：N ≤φ 1 φ e N 0 。该式中，θ =faAa／ fcAc称为套箍指标，0.3 ≤θ≤ 3。由式③可以看出，当选用了高强砼和合适的套箍指标θ后，柱子的承载力可大幅度提高，通常柱截面可比普通钢筋砼柱减小一半以上，消除了短柱并具有良好的抗震性能。
总而言之, 诸多措施来改变短柱的抗震性能最终不外乎改变构件的承载能力和变形能力。因为建筑物的抗震性能主要取决于结构吸收地震能量的能力, 这种能力是由其承载力和变形能力的乘积决定的, 因而改变构件抗震性能必须从提高承载力和变形能力入手。当按剪跨比λ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; 确为短柱, 就应当尽量提高短柱的承载力, 减小短柱的截面尺寸, 采取各种有效措施提高短柱的延性, 避免因为短柱问题所引发的破坏, 从而改善短柱的抗震性能。
参考文献：
[1] 任献坤. 框架结构柱抗震设计要点[J]. 产业与科技论坛. 2010(04)
[2] 魏大勇,吴喆. 浅谈结构设计中框架柱破坏形态及注意问题[J]. 中国房地产业. 2011(03)
[3] 冷雪睿,梁宇. 混凝土短柱加强措施[J]. 中小企业管理与科技(上旬刊). 2011(07)
高层建筑的抗震措施范文2
第二条本细则所称超限高层建筑工程，是指超出现行规范、规程及技术标准规定，以及现行规范、规程及技术标准规定中明确应专门研究的新建、改建、扩建及进行抗震加固的高层建筑工程。
第三条**市建设和管理委员会负责本市超限高层建筑工程抗震设防的管理工作，**市工程抗震办公室负责本市超限高层建筑工程抗震设防管理工作的具体实施。
第四条设计单位应对超限高层建筑予以判定，在初步设计阶段由初步设计主审部门征询**市工程抗震办公室意见，**市工程抗震办公室负责超限高层建筑初步设计抗震设防专项审查。
第五条**市建设工程抗震设防审查专家委员会由高层建筑工程抗震的勘察、设计、科研和管理专家组成，由**市建设和管理委员会聘任，对抗震设防专项审查意见承担相应的审查责任。
第六条**市建设工程抗震设防审查专家委员会组织专家进行审查，提出书面审查意见，**市工程抗震办公室应当自接受超限高层建筑初步设计抗震设防专项审查全部申报材料之日起20个工作日内，将审查意见提交初步设计主审部门。
第七条审查难度大或审查意见难以统一的超限高层建筑工程，可由**市工程抗震办公室邀请有关专家参加审查，或委托全国超限高层建筑工程抗震设防审查专家委员会进行审查，提出专项审查意见，并报国务院建设行政主管部门备案。
第八条建设单位提交的超限高层建筑工程初步设计抗震设防专项审查资料，应当符合超限高层建筑初步设计抗震设防专项审查送审文件的要求（见附件二）。
第九条超限高层建筑工程的抗震设防专项审查内容包括：建筑抗震设防设计依据、抗震设防分类、抗震设防烈度（或者设计地震动参数）、场地勘察成果和抗震性能评价、地基和基础的设计方案、建筑结构的抗震概念设计、主要结构布置、建筑设计与结构设计的协调、采用的计算程序、结构总体计算和关键部位的计算结果和分析判断、薄弱部位的抗震措施、以及可能存在的结构抗震安全问题等。
第十条超限高层建筑工程抗震设防专项审查费用（包括组织审查、结构分析及试验等）由建设单位承担。
第十一条超限高层建筑工程的勘察、设计、施工、监理，应当由具备甲级（一级）及以上资质的勘察、设计、施工和工程监理单位承担，其中建筑设计和结构设计应当分别由一级注册建筑师和一级注册结构工程师承担。
第十二条未经超限高层建筑工程抗震设防专项审查，初步设计审查不予通过，有关部门不得对超限高层建筑工程施工图设计文件进行审查。
第十三条超限高层建筑工程的施工图设计文件审查应当由具有超限高层建筑工程施工图设计审查资格的施工图设计文件审查机构承担。
第十四条建设单位、勘察单位、设计单位应当按照超限高层建筑初步设计抗震设防专项审查意见进行超限高层建筑工程的勘察、设计；施工图设计文件审查时应当检查设计是否执行抗震设防专项审查意见和采取相应的抗震措施；未执行专项审查意见的，施工图设计文件审查不予通过。
高层建筑的抗震措施范文3
关键词:高层建筑;抗震设计;问题;策略
一、引言
随着城市建设的日益推进，城市建筑行业也是芝麻开花———节节高，城市中到处是高楼林立。再加上近年来人口数量呈递增模式，城市人口越来越密集。为了更进一步为人类提供较大的建筑空间，高层建筑近年来比比皆是，建筑层数也居“高”不下。人民对于高层建筑的安全系数也颇为敏感，尤其是在多地震的城市，人们更是谈“震”色变，这就对我国高层建筑的抗震设计提出了更高的要求和巨大的挑战。可见高层建筑的抗震设计问题是高层建筑中最重要的话题。下面笔者就该问题进行分析和探讨，以引起高层建筑业的高度重视，把这些问题扼杀在萌芽状态，努力为人民创建更美好、幸福的家园。
二、高层建筑抗震设计中存在的现实问题
1、违“高”现象仍然成为高层建筑中的隐患
为了更进一步保障人们的生命和财产安全，有效突出高层建筑的安全性，我国有关法律和文件对建筑物的高度已经做出了明确、具体的规定，各个建筑单位对此也非常清楚，但很多房地产商为了获取更大的利润，在侥幸心理的驱使下，想方设法钻空子，冒天下之大不韪，其高层建筑远远超过了国家规定、限制的高度范围，以至于遇到地震灾害，这些高层建筑不能有效抗震，刹那间，给人民，给国家带来不可挽救的巨大损失。这种违“高”现象是普遍存在的，但它给人们带来的危害是潜在的，可见在人民的生命和财产面前，我们应做到“防患于未然”，不能存在任何侥幸心理。
2、抗震材料选用问题
我国是地震灾害多发国家，虽然在高层建筑中国家对抗震材料的规定很明确，但与一些发达国家所选用的高层建筑抗震材料相比，质量还远远不够。例如对我国地震多发城市，国家规定应采用钢架结构，以进一步提高建筑的稳定性和安全效果，但是一些地震高发区的高层建筑开发商却置若罔闻，仍采用钢筋混凝土的普通结构，这种结构稳定性差，安全防护性源源比不上钢架结构。这无疑就造成了高层建筑抗震的隐患，大大减弱了高层建筑的防震、抗震能力。3、抗震设计人才后备不足现阶段，我国抗震设计领域的专业人才后备不足，大多抗震设计人才大都是学习国外技术，引进国外的成功经验，国内抗震设计人员技术不够精湛，缺乏一定的自主创新能力，尽管一些高校都已经开设了抗震设计专业课程，但是空学理论，缺乏实际，理论和实际不能很好地结合，再加上目前抗震课程不全面等原因，致使我国建筑抗震设计领域的人才比较缺乏。目前我国一些精湛的高层建筑还得借鉴外国先进经验进行施工。此外，我国抗震设计的抗震能力较差，抗震级别和高层建筑不成比例，很难达到相应的级别。基于此，我国高层建筑相关部门应针对我国高层建筑情况制定出更加与之符合的方针政策，以切实提高我国高层建筑抗震设计的要求度。
三、我国高层建筑抗震设计应采取的具体策略
1、采用位移的结构抗震方法进行设计
一旦地震来临，高层建筑会因地震的强烈作用出现变形，本身防震不强的建筑结构在地震面前也会显得那么无力，更何况我们所采取的是不够先进的防震结构和措施呢?因此，不管是在建筑施工中还是在建筑后期防震设计中都应细致考虑到弹性变形结构的运用。例如位移变形结构设计，它是通过纵地基层的位移来减少地震产生的位移。
2、运用高延性结构来进行消震和隔震
高延性结构除了能有效减少地震对房屋建筑的冲击和伤害，还能起到一定的隔震效果。所以在我国当前的建筑防震设计以及后期施工时，一些施工单位都有意识的加强了结构的韧性，以提高高层建筑的刚度和抗震性，降低地震带来的不良后果。众所周知，地震过程是一种能量的释放，在这个过程中，如果能充分使用高延性结构进行设计和施工，就会达到消震和隔震的目的，有效减少地震带来的危害和灾难，且适宜的韧性能够降低房屋倒塌的几率。故此，在对高层建筑进行设计和规划时，一定要采用先进的抗震技术来增加房屋的抗震能力，减少地震能量对房屋建筑的冲击和破坏，比如阻尼器的设计原理就是如此，除此之外，它还具有一定的监测作用，其效果得到好评和推广。
3、尽量建立多层地震防线
多层地震防线，顾名思义，它能够提高高层建筑的抗地震性能，实现高层业主对房屋安全的愿望。建立多层地震防线，最重要的是在高层建筑遭遇地震等自然灾害的冲击时，就可以预防建筑物的倒塌。相反，如果只有一层地震放线，其防震效果会很差，也就是难以减弱地震的破坏程度。因此高层建筑在进行抗震设计时。可以采用多方面的框架结构，最常见的是抗震剪力墙设计，其抗震效果良好，被别人成为抗震的首要防线，且能发挥出很重要的作用。可见，为了保障高层建筑的墙体抗震能力能切实阻止地震的损害，避免墙体出现裂痕或者倒塌，就应当使用和建立有效的防震结构，这样就可以实现多层防线的有效结合，形成客观的合力。并且一旦发生地震，每一层的剪力墙所承受的负重力是防震设计预期最大剪力墙的两倍，效果非常可观。综上所述，在时代的快速发展前景下，高层建筑已经成为现代城市的标志，对其进行科学的抗震设计，会很好地提高高层建筑的抗震能力，这也是时展的必须和重要趋势。高层建筑的相关人员要加强专业技术的学习，潜心研究，努力提高自己的研发能力，使新型的抗震材料，一流的抗震设计手段纳入现实的高层建筑抗震设计中，真正为人民创设安全、舒服的工作和居住环境，为城市的发展增添最美丽的一抹色彩。
参考文献
高层建筑的抗震措施范文4
关键词：高层建筑结构； 抗震设计；
一、引言
建筑抗震的实践表明，高层建筑物如果缺乏良好的抗震设计，没有良好的总体布置方案，仅仅依靠结构抗震计算，采取抗震构造措施是远远不够的，不能达到良好的抗震效果。当较强地震发生的时候，高层建筑物无法发挥很好的抗震效果，不能起到降低震害的效果。因此，在高程建筑设计的实际工作中，为了提高设计水平，保证高层建筑的强度和质量，提高高层建筑的抗震能力，必须重视取相应的策略，从多个方面入手，优化高层建筑结构的抗震设计，提高建筑结构的抗震能力，为人们的生产生活创造良好的条件。文章结合高层建筑的设计情况，主要探讨分析了抗震优化设计的相关问题，并提出了具体的提高高层建筑结构抗震能力的策略，以供实际工作进行参考和借鉴。
二、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地震作用，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。建筑物的变形破坏性态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，六级以上必须进行抗震设计。每次强震之后都会伴随多次余震，在建筑抗震设计过程中如果若一味的提高结构抗力，就会增加结构刚度。所以，建筑物在地震过程中既能满足变形要求，又能减小地震力的双重目标。因此，只有这样才能使建筑物抗震设计过程中防止造成建筑物局部受损。建筑物的抗震结构体系如果刚度太柔，首次被破坏后而余震来临时其结构将因损伤，结构构件协同工作来抵挡地震作用容易导致建筑物过大形变而不能使用。延性较好的分体系组成，地震发生时不会发生整体倾覆。因此，由若干个在地震发生时由具有较好延性。
三、 高层建筑结构抗震设计的关键问题
对于高层建筑来说，提高其抗震能力无疑是其十分重要的工作。而要提高抗震能力，首先就得做好设计工作，优化抗震设计，把握好其中的关键问题。具体来说，这些关键问题包括以下几个方面。
1. 场地选择。场地的选择对高层建筑结构的抗震能力会产生直接的影响。如果场地选择不好，不仅影响高层建筑的抗震性能，还会给人们的生产生活带来极大的不便。具体来说，在进行场地选择的时候，应该选择有利于抗震的场地，避开危险地段，避开对高层建筑结构抗震不利的地段。选择地段安全、地基稳定的地段。如果确实不能避开不良地段的话，为了提高高层建筑的抗震性能，就必须采取相应的促使对地段进行处理和加工，以满足施工的要求，提高高层建设结构的抗震能力。
2. 结构体系选择。第一，结构体系需要避免对高层建筑整体抗震产生不利影响。在进行设计的时候，需要考虑不能因为部分结构的破坏而导致整个高层建筑结构抗震能力下降或者丧失。即使某一构件停止工作，但是其他的构件却不能失去效能，以免影响整个高层建筑物的抗震能力。第二，结构体系需要有明确的计算简图和合理的地震作用传播途径。第三，结构体系必须具备良好承载能力、变形能力、消耗地震能量的能力。由于钢筋混凝土结构具有上述良好的能力，所以在高层建筑结构设计中，需要使用钢筋混凝土结构。第四，结构体系需要具
有合理的刚度和强度。这是应对地震，降低地震给高层建筑物带来损害的必备条件。
3. 结构的规则性。在高层建筑结构抗震设计中，还需要重视建筑平面布置的规则性。在平面布置上需要注意符合抗震的设计原则，采用规则的设计方案，不能采用不规则的方案。结构的规则性主要表现在高层建筑主体抗侧力结构上，尤其需要注意以下四个问题。第一，高层建筑主体抗侧力结构需要注意两个主轴方向的刚度需要比较接近，其变形特性还需要比较的相似。第二，高层建筑主体抗侧力结构构成变化比较均匀，不应当有突变的情况发生。第三，从高层建筑主体抗侧力结构的平面布置来看，需要注意的是，应该注意同一主轴方向的各片抗侧力结构刚度尽量均匀，这样有利于高层建筑整体的抗震性能的发挥。第四，高层建筑主体抗侧力结构的平面布置需要注意，中央核心和周边结构的刚度协调均匀，以避免产生过大的扭曲变形。
四、高层建筑结构抗震的设计探讨
高层建筑结构抗震的设计，指在注意总体布置上的大原则，进行结构设计时，顾及到关键部位的细节构造，全面合理地解决结构设计中的基本问题。需着眼于结构的总体地震反应，从根本上提高结构的抗震能力，按照结构的破坏过程。
1. 建筑场地的选择
选择有利的建筑场地，最好选择有利地段，为减轻高层建筑物的震害。当无法避开时，避开对建筑抗震不利的地段，在选址时，不应在危险地段建造甲、乙、丙类建筑。应加强地基勘察，应采取有效措施。对于不利地段，这就考虑了地震因场地条件间接引起结构破坏的原因。尽量避开不利地质环境，结构工程师应提出避开要求，如活动断层、溶洞、局部突出的山包等。
2. 建筑的平、立面布置
根据新的《建筑抗震设计规范（GB50011―2001），持力层的选择对建筑物的安全至关重要。要求建筑的形状及抗侧力构件的平面布置宜规则的整体性，不宜用轴压比很大的钢筋混凝土框架柱作为第一道防线。在相同的地震力作用下，又要考虑抗震的要求。多道抗震防线，避免采用严重不规则的设计方案。增大建筑物的固有周期，选择基础方案时，以减少输入主体结构的地震能量。受力性能比较明确，必要的强度的刚度和强度分布，既要考虑经济合理，达到减轻主体结构破坏的目的。
3. 抗震结构体系
抗震结构体系体型是抗震设计中应考虑的最关键问题，结合设计、经济条件综合考虑与确定，结构体系应具有多道抗震防线，应优先选用不承受重力荷载的构件如框架填充墙构件。应根据建筑类因素，抗震结构体系必须具有合理的地震作用传递途径，可避免因部分构件破坏而导致整个体系丧失抗震能力。抗震概念设计在选择建筑结构的方案和采取抗震措施时，首先要考虑地震动的性质及其对建筑影响，将橡胶垫层放置于上部建筑物与基础之间，应注意地震的不确定性及其一定的规律性，用以吸收震能量。
五、结语
文章结合高层建筑的设计，介绍了其结构抗震优化设计的关键问题，并分析了提高高层建筑结构抗震设计的具体措施，以期能够为高层建筑抗震设计的实际工作提供借鉴和指导。然而，高层建筑结构抗震优化设计是一个不断发展和进步的过程，随着新技术的运用和实际经验的总结，高层建筑结构抗震设计必将得到进一步的发展。今后在实际工作中，我们需要重视经验的积累和总结，并注重创新，以更好的推动高层建筑结构抗震优化设计的发展，为人们的生产生活创造良好的条件。
参考文献
[1]刘光绅，吴建奇.建筑结构抗震设防设计中的若干问题探讨[J].山西建筑，2010（3）.
高层建筑的抗震措施范文5
关键字：高层结构设计抗震
Abstract: The high-rise building is a development direction in the construction industry with its particular meaning. As for a high-rise structure design, the problem may be intricate. This paper analyzes aseismic design of the necessary from the structure of the high-rise building characteristics of buildings, and explores the high-rise building design concept and aseismatic measures. And a high-rise building structure development trend is briefly introduced.Keywords: high-rise building, structure, seismic design
中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：
随着科学的发展和时代的进步,高层建筑如雨后春笋般的出现。高层建筑的高度在一定程度上反映了一个国家的综合国力和科技水平,世界著名的建筑更是建筑史上的纪念碑。但是如果高层建筑因结构设计不清,而造成结构布置不合理,不仅会造成大量的浪费,更重要的是给高层建筑留下了结构质量的安全隐患。因此高层建筑的结构设计就显得尤为重要了。
一 结构设计特点
1.1 水平载荷是设计的主要因素
高层结构总是要同时承受竖向载荷和水平载荷作用。载荷对结构产生的内力是随着建筑物的高度增加而变化的,随着建筑物高度的增加,水平载荷产生的内力和位移迅速增大。
1.2 侧向位移是结构设计控制因素
随着楼房高度的增加,水平载荷作用下结构的侧向变形迅速增大,结构顶点侧移与建筑高度的四次方成正比,设计高层建筑结构时要求结构不仅要具有足够的强度,还要具有足够的抗推强度,使结构在水平载荷下产生的侧移被控制在范围之内。
1.3 结构延性是重要的设计指标
高层建筑还必须有良好的抗震性能,做到“小震不坏,大震能修。”为此,要求结构具有较好的延性,也就是说,结构在强烈地震作用下,当结构构件进入屈服阶段后具有较强的变形能力,能吸收地震作用下产生能量,结构能维持一定的承载力。
1.4 轴向变形不容忽视
高层结构竖向构件的变位是由弯曲变形、轴向变形及剪切变形三项因素的影响叠加求得的。在计算多层建筑结构内力和位移时,只考虑弯曲变形,因为轴力项影响很小,剪力项一般可不考虑。但对于高层建筑结构,由于层数多,高度大,轴力值很大,再加上沿高度积累的轴向变形显著,轴向变形会使高层建筑结构的内力数值与分布产生明显的变化。
二 建筑抗震的理论分析
2.1 建筑结构抗震规范
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。
2.2 抗震设计的理论
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(地震系数)。
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。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。
三 高层建筑结构抗震设计
3.1 抗震措施
在对结构的抗震设计中,除要考虑概念设计、结构抗震验算外,历次地震后人们在限制建筑高度,提高结构延性(限制结构类型和结构材料使用)等方面总结的抗震经验一直是各国规范重视的问题。当前,在抗震设计中,从概念设计,抗震验算及构造措施等三方面入手,在将抗震与消震(结构延性)结合的基础上,建立设计地震力与结构延性要求相互影响的双重设计指标和方法,直至进一步通过一些结构措施(隔震措施,消能减震措施)来减震,即减小结构上的地震作用使得建筑在地震中有良好而经济的抗震性能是当代抗震设计规范发展的方向。而且,强柱弱梁,强剪弱弯和强节点弱构件在提高结构延性方面的作用已得到普遍的认可。
3.2 高层建筑的抗震设计理念
我国《建筑抗震规范》(GB50011-2001)对建筑的抗震设防提出“三水准、两阶段”的要求,“三水准”即“小震不坏,中震可修,大震不倒”。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,要求建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(变形能力)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。
三个水准烈度的地震作用水平,按三个不同超越概率(或重现期)来区分的:多遇地震:50年超越概率63.2%,重现期50年;设防烈度地震(基本地震):50年超越概率10%,重现期475年;罕遇地震:50年超越概率2%-3%,重现期1641-2475年,平均约为2000年。
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。
3.3 高层建筑结构的抗震设计方法
我国的《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)对各类建筑结构的抗震计算应采用的方法作了以下规定:高度不超过40m,以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀的结构,以及近似于单质点体系的结构,可采用底部剪力法等简化方法;除1款外的建筑结构,宜采用振型分解反应谱方法;特别不规则的建筑、甲类建筑和限制高度范围的高层建筑,应采用时程分析法进行多遇地震下的补充计算,可取多条时程曲线计算结果的平均值与振型分解反应谱法计算结果的较大值。
四 高层建筑结构发展趋势
随着城市人口的不断增加建设可用地的减少,高层建筑继续向着更高发展,结构所需承担的荷载和倾覆力矩将越来越大。在确保高层建筑物具有足够可靠度的前提下,为了进一步节约材料和降低造价,高层建筑结构够构件正在不断更新,设计理念也在不断发展。高层建筑结构也正朝着结构立体化,布置周边化,体型多样化,结构支撑化,体型多样化,材料高强化,建筑轻量化,组合结构化,结构耗能减震化等方向发展。
五 总结
高层建筑物有效地减轻了住房压力,但必然也带来了安全隐患,其结构设计显得尤为重要。随着设计理念的不断发展,高层建筑物必将朝着更加合理的方向发展。
参考文献
[1]朱镜清.结构抗震分析原理[M].地震出版社,2002.11.
高层建筑的抗震措施范文6
【关键词】高层建筑；抗震；结构设计
现今，我国的大部分城市内都是高楼耸立，对于高层建筑结构的设计是一项较复杂责任繁重的系统工程，尤其是抗震的结构设计，其设计的好坏将直接影响高层建筑的工程质量，特别是在地震多发区，因此，这就需要设计人员要充分认识高层建筑抗震结构设计中容易出现的问题，不断进行总结和改进，以完善高层建筑的抗震结构设计。
1 高层建筑抗震结构设计中的常见问题
1.1 高层建筑的高度问题
根据我国现行的相关结构技术规定，在一定设防烈度和一定结构型式下，钢筋混凝土高层建筑要有一个适宜的高度。也就是说，在这个高度的范围内，建筑的抗震性能是比较可靠地，但是目前，存在少数的高层建筑的高度超过了规定的范围，如果在地震力的作用下，极易改变超过限制的高层建筑物的变形破坏性态以及其他影响因素，那么就会大大降低高层建筑的抗震能力，对于抗震结构设计的一些相关参数也要重新选取。
1.2 结构体系以及建筑材料的选用
结构体系以及建筑材料的选用对于高层建筑的抗震性能具有非常重要的意义，尤其是在地震的多发区，更应该重视科学合理的结构体系以及建筑材料的选用。在我国，多部分的高层建筑结构体系是钢筋混凝土核心筒以及混合结构为主，所以对于变形的控制通常要以这种结构的位移值为基准。但是，这种情况下，如果发生弯曲变形，导致的侧移会比较大，进而增加钢结构的承受压力，为了保证效果，使其控制在规范的侧移值内，通常需要设置伸臂结构或加大混凝土筒的刚度。
1.3 抗震设防烈度过低
根据可靠的数据以及专家分析，我国现行的高层建筑抗震的结构设计的安全度远远不能满足社会的需求，有数据显示，我国的高层建筑抗震实际的安全度很可能是世界上最低的一个国家。在经济科技都快速发展的情况下，我国的高层建筑抗震结构的设计原则，即“小震不坏，中震可修，大震不倒”，在这种新形势下，有必要进行重新的修订。由于我国现行的高层建筑抗震结构的设防标准过低，由于其结构失效，经常会导致严重的后果。
1.4 轴压比与短柱问题
在高层建筑结构设计中，如果是采用钢筋混凝土的结构体系中，为了控制柱的轴压比，增加柱的横断面，而柱的纵向钢筋却为构造配筋。对柱的轴压比进行限制主要是为了使柱子处于较大的偏压状态下，避免受拉钢筋的破损，进而降低高层建筑的整体结构延性。
2 高层建筑抗震结构设计的原则以及基本方法
2.1 抗震结构的设计原则
2.1.1 结构设计的整体性
高层建筑的楼盖对于其结构的整体性占据着不可或缺的位置。楼盖就类似于一个横向的水平隔板，将惯性力聚集起来，并向各个竖向抗侧力的子结构传递，尤其是当这些子结构的布置不均匀或过于复杂时，楼盖就可以很好的将这些抗侧力子结构组织起来，进行协同合作，来承受地震的作用。
2.1.2 结构设计的简单性
高层建筑结构设计的简单性主要是指在地震的作用下，具有极其明确清晰的直接传力方式。在相关的规范中对于结构体系有明确的要求，即结构体系要有明确的计算简图以及合理的地震作用传递途径。换句话说，只有高层建筑结构的设计越简单，才能够分析出结构的计算模型、内力以及位移，进而提高对高层建筑结构的抗震性能的预测的可靠性。
2.2 抗震结构的设计方法
2.2.1 基于水平位移的抗震结构设计
基于水平位移的抗震结构设计主要是为了使结构的变形能力能够保持在预期的地震作用下（通常是在大地震的情况下）的变形要求。此外，要根据界面的应变大小以及分布，来确定建筑的构件标准，同时在确定构件的变形值时，要以构件的变形以及其与结构位移的关系来确定。首先，要充分研究高层建筑的一些简单结构的构件变形，以及其与配筋的关系，严格按照变形的要求来设计合理的构件，进而对建筑的整体结构进入弹塑性后的变形与构件变形的关系。因此，这时就要设计在大地震的作用下的变形，这也将是高层建筑抗震结构的未来的发展趋势。
2.2.2 推广使用隔震和消能减震设计
现今，在高层建筑的抗震设计中，多采用的是传统的抗震结构体系，也就是延性结构体系，主要是控制建筑结构的刚度，如果发生地震，就会使建筑的构件进入非弹性的状态中，使其具有较大的延性，进而有助于地震作用下的能量的消耗，尽可能的减小地震效应，避免建筑物的倒塌。此外，通过采用相关的隔震措施，如软垫隔震、摆动隔震以及滑移隔震等，可以改变高层建筑的动力特性，进而减少所受到的地震能量的作用，同时通过采用高延性构件，也可以增加高层建筑结构的耗能能力，有助于减轻地震效应。
2.2.3 降低高层建筑结构的自重
如若是在相同的地基承载能力条件下，降低高层建筑结构的自身重量可以使在不增加地基以及其造价的情况下，可以在相关的规定范围内，尤其是在软土层的地基上，可以增加高层建筑的层数。研究显示，由于高层建筑的高度很大，重心也相应较高，所以，建筑的重量越大，受地震作用的倾覆力矩的效应就越大。
因此，在高层建筑的抗震结构设计中，要尽量采用轻质材料来填充高层建筑物的填充墙及隔墙。
2.2.4 设置多道抗震防线
通常在地震后都会伴有多次的余震，那么对于高层建筑结构如果只设置一道抗震防线，往往会只因首次的强烈地震就会遭到严重的破损，甚至倒塌。因此，有必要对高层建筑设置多道抗震防线。在一个高层建筑的抗震体系下，应该由多个延性较好的分体系组成，当第一道抗震防线遭到冲击时，其他的抗震防线便能够接替第一道防线继续抵挡随后的地震冲击，通过多道防线的协同合作，可有效地防止高层建筑的倒塌。
3 高层建筑抗震结构设计的前景
虽然我国的高层建筑水平稳步的提升，但是在高层建筑抗震的结构设计中仍然面临很多新的问题和挑战。其中，首先对于影响高层建筑抗震结构的设计效果的关键因素就是建筑材料的选用，提高每一项建筑材料的抗震指标可以很好地提高高层建筑的整体抗震性能，因此，科研人员要加强对于新型复合高性能的建筑材料的研发，以促进抗震技术，进而满足高层建筑抗震结构设计的需求。其次，对于不同的抗震能力的需求，要采取相应的抗震措施，设置是对于同一个高层建筑的不同部位和楼层以及对于性能的要求不同时，都要选用不同的标准的构件。因此，高层建筑抗震结构的设计人员在实际工作中，要根据自身的专业水平知识以及实际经验，并结合对具体的高层建筑的抗震性能要求及措施，来设计出符合抗震设防烈度标准的高层建筑结构。另外，高层建筑的抗震结构体系也开始逐渐以柔性为主，而不在是传统中的以硬性为主的结构体系。最后，对于高层建筑抗震结构的计算方式也发生了改变，即从线性分析向非线性分析转变，从确定性分析向非确定性分析转变，从振型分解反应分析向时程分析法转变。
4 总结：
综上所述，高层建筑的抗震结构设计是整个建筑工程的关键环节，但是在我国高层建筑的抗震结构设计上处于起步阶段，仍需要进一步的完善。因此，设计人员用综合多方面的因素进行分析，同时，结合新型的高性能材料以及抗震结构理念，以提高高层建筑抗震结构的设计水平，进而促进我国高层建筑的抗震结构设计方法的发展。
参考文献：
[1]李志．高层建筑抗震设计分析[J]．中外建筑，2010（1）.
