关于高层结构抗震设计的探讨

2015-11-29何鹏芳黄嘉俊

决策与信息 2015年24期

关键词：框架结构剪力墙抗震

何鹏芳黄嘉俊

佛山市岭南建筑设计咨询有限公司 528200

关于高层结构抗震设计的探讨

何鹏芳黄嘉俊

佛山市岭南建筑设计咨询有限公司 528200

目前我国经济正处在高速发展的时期，建筑结构抗震理论的研究也在与时俱进。本文具体分析和探讨了高层建筑抗震设计的相关内容。

高层建筑；抗震设计

1、引言

我国建筑结构抗震相关理论的经历了研究、发展阶段。在这一过程中，结构抗震的思路变化是十分曲折的。前期，高层建筑的抗震结构设计仅仅是经验性的对结构进行抗震设计。中期，研究人员加大了对结构非线性性能的研究，结构是依据其非弹性形变的能力来抵抗地震的作用。后期，依据中期研究人员的先关统计进行了完善，使结构抗震更加完善。

2、当前我国高层建筑在抗震设计方面存在的问题

（1）建筑高度方面的问题

伴随着社会的科学技术平以及经济发展水平的日益提高，科研水平在建筑结构方面也逐渐提高，在我国，就目前的高层建筑结构而言，按照相关结构的技术规定，高层建筑结构在一定的模式下，一定会有合适的高度，但是，在实际的建筑施工过程中，对于这个合适的高度，较多的高层建筑都超出它的范围，随着建筑物高度的不断增加，会导致许多因素均都超出规范的相关范围。

（2）建筑结构的体系问题

对于发生地震的次数较多的地区，选择建筑结构的体系是一个极其重要的问题。在我国，高层建筑结构的体系主要由以下几个方面：

1）框架结构

所谓的框架结构主要指的就是，在节点处，通过柱、梁等构件的连接，进而形成的一种承载的结构。在建筑平面的布局方面，这种承载结构具有较大的灵活性，但随着建筑结构的楼层日益增高，在水平荷载的作用下，框架结构底部的柱、梁等构件在弯矩以及剪力等方面均都大幅的增加，使其截面越来越大，配筋量也越来越多，这就会给建筑施工以及建筑平面的布局带来相对较大的影响，因此建筑结构的层数限制框架结构。

2）剪力墙结构

一般在高层建筑中通常都会采用剪力墙的承重结构，所谓的剪力墙承重就是指框架结构中的柱、梁等承重的构件由钢筋混凝土墙板所替代，剪力墙结构所承载所有的竖向的荷载以及水平的荷载，就在此时，在竖向荷载以及水平荷载的作用下，水平位移由所产生的剪切以及其所发生的弯曲变形所构成，就剪力墙结构而言，其水平位移以及空间变形较小，所以其抗震性能较好，但由于混凝土的需要的量相对较多，进而导致其自重较大，而且不能随随便便的把房间的格局改变。

3）框剪结构

框剪结构将剪力墙和框架结构的优点合并在一起，使其获得较为灵活的使用和布置的空间，与此同时，框剪结构具有有较高的抗震性能以及较大的刚度，因此其在建筑领域的应用相当广泛。

（3）轴压比问题

现在实际的高层建筑之中，在钢筋在还没有达到所要求的屈服极限的时候，，需要控制轴压比，进而让柱在大偏压的情况之下，这样做的目的就是为了避免混凝土遭到破坏。高层建筑结构的延展性伴随着柱的塑性的变形能力的增大而越好，假如突然发生不可预见的地震，建筑结构具有较强的耗散和吸收的地震能力，那么高层建筑结构就不易遭到地震的破坏。在轴压比问题方面梁和柱成正比关系，如果梁的延性比较好就会降低柱达到屈服极限的可能性，还能放松对轴压比的限制。而轴压比的限制也可以相应的放松。

3、高层建筑结构的抗震设计

（1）抗震设计的原则

高层的建筑结构通常应该按照以下的原则对抗震设计进行计算：

1）对于高层建筑结构的两个主轴的方向而言，最后对水平方向下的地震作用分别对抗震验算进行计算，各个方向下的抗侧力构件主要承担来自水平方向下的地震作用。

2）在高层建筑的结构中，如果抗侧力构件的斜交角度大于15℃的话，最好分别考虑各个抗侧力构件方向的水平地震作用。

3）若是高层建筑结构的刚度不对称和质量不均匀，那么在水平地震作用的影响下，必须对双向的水平方向下的地震作用以及扭转作用进行考虑。

（2）根据抗震设计的计算方法，就高层建筑而言，主要由以下的抗震设计的方法：

1）底部剪力法。当建筑物的刚度、质量分布不均匀，以及其的高度小于四十米，变形主要以剪切为主要的时候，进行抗震设计时需要采用底部剪力法进行计算。这种方法主要是是把地震作用看作成等效静载荷，进而计算出建筑结构的最强的地震反应。

2）振型分解反应谱法。利用的地震反应主要是反应谱理论和振型分解计算结构的最强的地震反应。

3）时程分析法。所谓时程分析法就是指运动平衡微分方程，进行数值积分，最终得到在整个地震时程区域内的地震反应。

（3）抗震设计时重力载荷的考虑

结构的重力载荷包括两种，可变载荷和自重这两种，根据我国荷载规范的相关规定，在发生地震情况下的可变载荷会比原标准值小。

4、高层建筑的结构布置：

（1）高层的建筑的结构布置首先要满足该建筑的功能方面的要求，进而做到便于施工的同时又减少成本。建筑物的使用结构要求都需要满足相关的规定。

（2）建筑中的主要矛盾是控制高层建筑的位移，要想提高建筑结构的总体性的刚度，降低位移，应从结构立面的变化和平面结构的体型等方面着手考虑。在对结构进行布置的时候，为确保结构之间的共同作用，需要对结构的刚度和整体性以及构件之间的连接给予加强；侧向位移的减少还可以通过改善结构的强度和宽度来完成。对于建筑物来说，要在一定程度上对它的高宽比进行限制，高度太矮而宽度太宽的建筑物不宜采用，相反，应该建筑一些刚度较大的形状的建筑物，比如高宽比较大的长方形建筑或者也可是是圆形的建筑等，保证建筑物的稳定性，还能使建筑物具有实用性和美观性。

（3）在地震区域内，地震作用会对建筑结构的整体布局造成严重的影响，为了减少这种影响，应力扭转应力集中现象，建筑结构的平面形状规则就能有效地避免结构立面体型的来回变动，每层之间的刚度还有屈服强度都要均匀的分布在结构上，竖向构件在抗侧力方面，不管是它的哪一个方面的改变都不能在同一楼的同一层里进行，人们通常认为增加构件的强度对于建筑结构来说总是有理无害，现在应该纠正这种观点，在施工和设计中，混凝土的强度等级、配筋量以及钢筋等级都不能被盲目的更改。结构刚度要具有对称性，结构的平面形状具有规则性，为了保证结构的立面体型，能够有效地的来回变动。一般情况下会出现震动不同步或者是结构的两端距离比较远，为了防止这种情况发生，设置相对较小的长宽比，使荷载的合力作用线符合结构的刚度，有效避免扭转。在布置电梯间的时候要注意不能设置在端部角区，或者是平面凹角的部位，在一定程度上严重影响结构的对称性。