刍议高层建筑结构抗震的优化设计的探析

【关键词】高层建筑 结构 抗震 优化设计 

　　一、引言 

　　建筑抗震表明，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，在高层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，必须重视采取相应的策略，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。 

　　二、高层建筑结构抗震优化设计的关键问题 

　　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，提高高层建筑结构的抗震能力。 

　　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，架构体系需要有明确的计算简图好阿赫利的地震作用传播途径。第三，结构体系必须具备良好的承载能力、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，钢筋混凝土结构应用较为普遍。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。此外，对于有可能出现的薄弱部位，需要采取相应的加固措施，以提高高层建筑结构抗震能力。 

　　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，应采用规则的设计方案，不宜采用不规则的方案。所以在建筑方案初期结构设计人员宜及早参与进去，避免建筑方案通过后，发现建筑设计人员采用了结构不规则的结构，造成了后续设计工作的不必要麻烦。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，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。第二，高层建筑主体抗侧力机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相似。第三，高层建筑主体抗侧力结构应变化比较均匀，不应当有突变的情况发生。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。 

　　三、抗震设计中存在的问题分析 

　　1.抗震规范方面。 

　　国外在规划抗震的延性要求等级时，多结合当地实际情况，利用不同的地震系数来确定抗震延性，即“小震”取值越高，延性要求越低，反之亦然。与此同时，有些地区还结合了高烈度区使用高延性、低裂度区使用低延性的抗震设计理念。这两种抗震设计都与实际需要的抗震效果是一致的。而我国将地震作用降低系数统一取值，并且将小震定义为一个固定的统计数字。这样对于抗震延性而言，其性能就是由抗震等级来决定，这就造成同一个数值对应不同抗震效果，也就间接造成低烈度区建筑结构延性要求无法满足实际建筑抗震需要。 

　　2.抗震设防目标。 

　　我国规范中的“大震框架不倒，中震结构可修，小震建筑不坏”这个抗震设防目标也有一些不妥。这个设防目标针对的只是甲、乙、丙类三种具备不同重要性的建筑实物而言，因此并不对所有的建筑都适用。如此模糊的设防目标与目前国际上倡导的“多性态、多层次的控制目标”思想貌合神离，对于这类多性态的目标思想需要的是在建筑抗震的设计中能够采用灵活的多重性态目标进行划分。甲类一般指的是重大的工程建筑以及可能会在地震中造成次生灾害的乙类建筑，而乙类主要是指受到地震影响后不能中断对其的使用或者必须尽快得到抢修的建筑。因为不用类别的建筑其对应的重要性各异，所以，最好不笼统地使用同一个设防目标（性态目标），再者，还要考虑到建筑最终归属者是否提出了什么要求，再根据其要求来选择合适的设防目标，这样才能真正实现在选择设防目标上的灵活性。 

　　四、优化高层建筑结构抗震设计的对策 

　　1.地理位置的选择 

　　具有不同工程地质条件的场地上，建筑物在地震中的破坏程度是明显不同的。选择对抗震有利的场地和避开不利的场地进行建设，就能大大地减轻地震灾害。因此，应加强地基勘察，应采取有效措施。对于不力地段，这就考虑了地震因场地条件间接引起结构破坏的原因。由于建设用地受到地震以外的许多因素的限制，除了极不利和有严重危险性的场地以外往往是不能排除其作为建设用场地的。这样就有必要按照场地、地基对建筑物所受地震破坏作用的强弱和特征进行分类，以便按照不同场地特点采取抗震措施。尽量避开不利地质环境，结构工程师应提出避开要求，如活动段根据抗震设防类别、地基液化等级，分别采取加强地基和上部结构整体性和刚度、部分消除或全部消除地基液化沉陷的措施。 　　2.优化建筑结构设计 

　　力求对称均匀是抗震概念设计十分重要的原则。“综合抗震能力”的概念，就是要综合考虑整个结构的承载力和构造等因素衡量结构抵抗地震作用的能力，与其具有合理的刚度和承载力分布以及与之匹配的延性密切相关。房屋是纵、横向承重构件和楼盖组成的一个具有空间刚度的结构体系，其抗震能力的强弱取决于结构的空间整体刚度和整体稳定性。提高建筑物的抗震性能，最理想的措施是使机构中的所有构件都具有较高的延性，采现浇楼、屋盖是一种较好的增强楼房结构空间刚度和整体稳定性的方法，在适当的部位增设构造柱，并配置些构造钢筋，也能达到增强结构整体性的作用；另外，设置配筋圈梁可限制散落问题，增强空间刚度，提高结构整体稳定性，从而提高房屋的抗震性能。结构主要靠延性来抵抗较大地震作用下的非弹性变形，因此，地震作用下，结构的延性与结构的强度具有同等重要的意义。为了使钢筋混凝土结构在地震引起的动力反应过程中表现出必要的延性，就必须使塑性变形更多地集中在比较容易保证良好延性性能或者具有一定延性能力的构件上。第一步是选择一个可接受的塑性变形机构；第二步是要通过人为增大各类构件的抗剪能力，使其不致在强烈地震作用下，在结构延性未发挥出来之前出现非延性的剪切破坏，这即是我们通常所说的强剪弱弯；第三步是通过相应的构造措施，保证可能出现塑性铰的部位具有所需的塑性转动能力和塑性耗能能力。 

　　3.优化抗震设计 

　　在高层建筑的抗震方案设计中，建筑结构的材料选择也非常重要。可以对建筑材料的参数进行抗震性能的分析，从整体上对材料的参数变异性进行研究，选用符合抗震要求又经济实用的结构类别。同时，又不能仅考虑建筑材料的承载力忽略其他因素。从高层建筑建设施工的各方面，来选择符合抗震需求而且经济适用的建筑结构材料。按此标准来衡量，适用不同材料的几种结构类型，依其抗震延性性能优劣的顺序是：钢结构，型钢混凝土结构，现浇钢筋混凝土结构，装配式钢筋混凝土结构，配筋砌体结构。在高层建筑结构抗震设计中，可以从传统的硬性为主的抗震模式向以柔性为主的抗震模式转变，实现以柔克刚、刚柔相济，有效地减弱地震作用过程中释放的冲击力。结构构件应遵循“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件、强底层柱（强）”的权责。对可能造成结构的相对薄弱部位，应采取措施提高抗震能力。 

　　五、结束语 

　　总之，高层建筑抗震结构设计需要从目前抗震设计现状出发，提高结构与设备的关系，设计者应根据建筑工程抗震概念的知识和经验，作出判断，找出结构安全与经济合理的最佳结合点，探求出一种实用可行的二步或三步设防的合理有效的抗震设计方法，以更好地适应社会经济和科学技术的发展，满足人们使用需求。 

　　参考文献： 

　　[1]刘建政.住宅高层建筑结构抗震的优化设计[J]建筑设计管理 2012（29） 

　　[2]钟银玲.高层建筑结构抗震的优化设计及趋势[J]江西建材 2013（5） 

　　[3]杨 磊.论高层建筑结构抗震的优化设计[J]建筑设计管理 2010（27）