高层建筑结构抗震设计分析

高层建筑结构抗震设计分析

汤国强,刘琦齐,刘旭东,袁凤英

中南建筑设计院股份有限公司，武汉，430071

摘要： 近年来，高层建筑在我国越来越普及，其结构抗震设计原则主要是基于“小震不损、中震可修、大震不倒”三大设防标准。建筑结构的抗震设计主要通过两个设计阶段来实现结构的抗震目标。建筑抗震设防的第一阶段主要是验算结构的承载力。用地震动参数计算建筑结构地震作用的弹性特征值及其地震效应，用分项系数分析建筑结构截面的承载力，以满足小震的抗震要求。地震下可修复的建筑结构的设防要求主要是根据建筑结构的设防措施来实现的。本文论述了高层建筑结构抗震设计的要点。

关键词： 高层建筑结构；抗震设计

引言

随着时代的发展，高层建筑受到许多大中城市的追捧，成为城市综合实力的象征。然而，在地震灾害面前，高层建筑结构需要承受更大的地震作用，一旦倒塌，将面临不可估量的损失。因此，在设计中要加强结构的抗震设计，充分考虑工程选址、结构体系和材料应用，尽可能提高高层建筑结构的整体抗震性能。

1高层建筑结构抗震设计问题

1.1 工程选址问题

高层建筑需要很强的承载力和延性作为支撑，对地质条件要求很高。根据相关研究，地震灾害中，地面错动、软土沉降、土壤液化和边坡失稳都是导致建筑结构破坏的重要因素。因此，工程选址成为抗震设计的首要内容，设计烈度必须根据基本烈度和场地烈度来确定。如遇不良地质条件或有特殊意义的建筑，可在基本烈度的基础上适度提高设计条件，综合勘察场地的地形、地质条件、水文条件等方面，为建筑结构抗震设计提供准确的数据支持。

1.2抗震设计问题

在高层建筑结构设计中，抗震设计作为一项难度大、重要性高的关键工作，也需要引起设计人员的重视，这方面的问题不容忽视。一旦建筑结构的抗震设计不合理，不仅会增加建筑结构变形的风险，还会导致地震作用下的严重破坏，影响建筑结构的安全。通过具体分析高层建筑结构抗震设计中存在的问题，一是设计人员不能准确把握抗震设计要求，抗震等级和具体参数选择不合理，会导致后续抗震设计工作的错误指导，造成高层建筑结构整体稳定性不足。其次，在高层建筑结构的抗震设计中，设计人员未能做好相关的计算工作，缺乏对各个具体参数的灵活应用和准确分析，可能会导致一些细节上的偏差，节点处的一些问题也可能导致抗震性能的下降。此外，高层建筑结构设计人员对抗震设施的错误应用，会使其难以融入建筑结构体系，或者应用不够协调，严重影响抗震效果。

2高层建筑结构抗震设计要点

2.1合理进行工程选址

在选址上，除了避开高烈度区，从源头上降低地震灾害的概率外，还需要加强地质调查，全面掌握岩体结构、力学性质、工程地质性质、地下水类型及分布等。从而保证地质调查成果的质量。通过综合评价，确定建筑场地类别，遵循有利场地选择、不利场地避让、不选择危险场地的设计原则，严格执行相关强制性规范的要求，确保不同类型、不同等级的建筑能建在适宜的场地上。对于山区的一些工程项目，要加强边坡稳定性评价，根据实际地形条件制定明确有效的边坡处理方案，防止地震灾害发生时出现滑坡等问题。同时，对于建筑地基的抗震稳定性设计，如果建筑场地存在地震裂缝，就要综合评价其影响程度，采取有效的应对措施。一般情况下，需要避开主断层带，满足规范中的最小避让距离。工程地址选定后，要科学制定地基处理方案，提高地基承载力和稳定性，尽量减少不良地质条件对工程建设的影响。

2.2.合理优化抗震设计

结构设计优化还需要注重提高建筑结构的抗震性能。设计人员首先要明确该地区建筑结构的抗震性能要求，明确抗震系数和响应方法，从而更好地优化整个结构体系的布局，促使其具有理想的地震响应效果，达到小震不坏、中震可修、大震不倒的基本要求。抗震设计的优化也需要注重计算和分析。设计师可以灵活运用概念设计或一些先进的设计方法来提升建筑结构的抗震性能，避免可能出现的严重变形或倒塌风险。如果建筑结构涉及增加抗震设施，设计人员也要灵活处理，保证能有效融入其中，能更好地提高建筑结构的抗震等级。

2.3建筑中震、大震的指标设计

建筑抗震设计烈度不考虑构件承载力系数和分项荷载系数的调整，结构不屈服验算不考虑风荷载和地震效应的组合，结构等效弹性验算不考虑抗震等级的影响。建筑遭遇大地震时，结构阻尼比0.07，连梁刚度折减系数0.3，周期折减系数1.0。在中等地震的情况下，取小地震和大地震的平均值进行验算。通过计算机计算，本工程各构件在中震下的承载力完全满足建筑抗震设计要求。为了进一步研究中等地震拉力作用下的剪力墙结构，对建筑结构墙肢的最大拉力和最大弯矩进行验算，进而判断双向偏心受拉构件的截面。如果截面受拉点在纵向钢筋围成的区域之外，则弯矩与拉力之比超过墙肢面积h/2-s，属于大偏心受拉，否则属于小偏心受拉。本工程剪力墙肢的最大拉应力为2.3MPa，混凝土强度等级为C60。剪力墙肢共同工作后，拉力水平降低，不需要增加型钢来提高剪力墙肢的抗拉性能。此外，当部分结构构件因小偏心受拉而破坏时，混凝土没有充分发挥作用，需要将剪力墙肢的最小纵筋配筋率提高20%才能保证剪力墙肢不被破坏。

2.4抗震结构体系的抗震措施

(1)对于混凝土结构、钢结构、钢-混凝土组合结构等建筑。应根据设防类别、设防烈度等因素进行综合分析，然后评估和选择合适的结构体系。结构应满足受力明确、传力合理、刚度、承载力和延性合理的要求。设计时应明确薄弱部位，并提出相应的加强抗震措施要求。(2)混凝土结构和钢-混凝土组合结构房屋中，关键部位的混凝土强度等级不应低于C30。规范中高度重视的框架柱、框支梁、延性要求相对较高的框架梁、梁柱节点的混凝土最低强度等级，要求高于一般抗震情况。(3)混凝土框架结构和钢-混凝土组合框架结构的框架梁、柱的潜在塑性铰区应采取加固措施；部分框支剪力墙、连梁、框支框架的潜在塑性铰区应采取箍筋加密等延性加强措施。规范对框架构件的截面、框架柱、柱的配筋率、剪力墙的厚度和配筋率提出了最低要求，并对各构件的箍筋加密和配筋构造作出了强制性规定。(4)混凝土框筒和筒中筒结构的外框和外框，型钢混凝土框筒结构，型钢筒中筒结构等。应具有足够的刚度，以确保结构具有明显的双重抗侧力体系特征。规范具体对剪力墙厚度、配筋率、外框架刚度要求、水平加强构件布置、结构加强层布置等提出了原则性要求。(5)混凝土板柱剪力墙结构的剪力墙应具有承受结构全部地震作用的能力；其他抗侧力构件的抗剪承载力设计值不应低于该层地震剪力设计值的20%。在柱节点处，沿两个主轴线在柱截面内设置足够的板底连续钢筋，防止节点破坏后楼板塌下造成连续倒塌。规范对板柱剪力墙结构的剪力墙截面厚度、侧架布置、抗连续倒塌设计、多道防线控制原则、构件构造措施等提出了原则性要求。(6)钢框架结构和钢框架-中心支撑结构。框架梁潜在塑性铰区的上下翼缘板应设计侧向支撑，或采取相应的解决措施和控制措施，避免平面外失稳。规范对钢框架潜在塑性铰区、梁柱宽厚比、连接构造、柱长细比等构造要求提出了原则性要求。

结束语

本文分析了影响高层结构抗震设计的主要因素，从工程选址、抗震设计、建筑中、大震指标设计、抗震结构体系等方面研究了高层结构抗震设计的几个核心问题。希望明确抗震设计的意义，掌握抗震设计的技术要点，从各个方向采取有效的处理措施，提高结构的抗震能力，确保工程建设的综合效益。

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