高层建筑结构抗震设计分析

高层建筑结构抗震设计分析

薛金凤

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摘要：根据建筑物的层数和高度划分，100米以上的建筑物为超高层建筑。随着时代的发展，超高层建筑被许多大中型城市所追求，成为城市综合实力的象征。然而，面对地震灾害，高层建筑结构必须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，在设计中应加强结构抗震设计，从工程选址、结构体系到材料的使用都应充分考虑，以尽可能提高建筑结构的整体抗震性能。

关键词：高层建筑；结构抗震设计；策略

1影响超高层结构抗震设计的主要因素

建筑高度。高度是超高层建筑的显著特征。一般来说，层数越大，建筑重心越高，稳定性越差。随着经济的不断发展，越来越多的超高层建筑应运而生，成为城市的重要标志和形象工程。对于这些超高层建筑，虽然相关规范有明确的要求，但仍存在许多不确定性。必须通过复杂的计算和科学论证来进行全面的评估。目前，许多城市对建筑物高度有明确的限制，从根本上控制地震灾害可能造成的人员伤亡和财产损失。项目选址。高耸建筑物需要较高的承载力和延性作为支撑，这就对其地质条件提出了更高的要求。根据相关研究结果，在发生地震灾害时，地表非对称性、软土地震沉降、土体液化和边坡失稳是导致建筑物结构破坏的重要因素。当遇到不良地质条件或特殊重要建筑物时，可根据基本烈度适度改善设计条件，并对场地地形、地质、水文等方面进行综合调查，为建筑物结构抗震设计提供准确的数据。结构系统。不同的结构体系有不同的适用范围，在抗震设计中需要注意的问题也不同。根据承载体系的划分，我国建筑结构体系主要包括框架结构体系、剪力墙结构体系、框架-剪力墙结构体系、筒体结构体系、混合结构体系等，在超高层建筑中，仅限于剪力墙结构体系。

2建筑结构设计

2.1建筑小震指标控制

通过YJK-A和MIDAS大楼对整个结构进行了计算和比较。两种计算软件中各构件的周期位移偏差均满足现行标准的要求，建筑结构主方向的动力特性均满足要求。建筑结构各构件无过强现象。整个建筑及各构件的刚度满足建筑弹性阶段的要求，无明显的薄弱层。高层建筑的承重墙和柱承受着较大的荷载，因此结构底部的地震敏感性明显。因此，必须限制结构的轴压比，如采用小间距井形组合箍筋，在剪力墙中部设计型钢，以进一步提高建筑结构的整体抗弯、抗剪承载力，最大限度地提高建筑的延性。弹性时程分析除了满足地震加速度曲线的三个要素外，还可以保证各地震波基的剪力满足相应规范的反应谱，进而得到地震效应系数，为建筑在频繁地震条件下提供最佳性能，满足小震设计要求。

2.2剪力墙结构抗震设计要点

剪力墙结构的横向刚度较大。在水平荷载作用下，横向位移相对较小，更适合120m高度范围内的超高层建筑，但存在较大的结构自重问题。在地震灾害中，典型的破坏模式是剪切破坏和弯曲破坏，这两种破坏模式都会对墙体构件和连接梁造成不同程度的破坏。因此，针对这些特点进行有针对性的设计是十分必要的。剪力墙布置应遵循双向均匀、对称、严密的基本原则。横向刚度和扭转刚度应满足抗震要求。控制剪力墙的高宽比和单片剪力墙的长度，防止长墙刚度过大和弯曲变形引起钢筋断裂。同时，应保持竖向剪力墙结构的连续性，与之相比，剪力墙中的连接梁更容易受到剪力破坏而形成斜裂缝。在抗震设计中，连接梁的刚度不宜过大，这违背了强剪弱弯的设计理念。当连接梁跨度高程比较低时，可以采用交叉配筋和菱形配筋来提高连接梁的延性和耗能能力，有利于控制整体刚度，更好地吸收地震作用。

2.3建筑中震、大震的指标设计

本工程抗震设计烈度未考虑构件承载力系数和荷载分项系数的调整。无屈服结构验算中不考虑风荷载和地震效应的组合。结构等效弹性验算中不考虑地震质量的影响。大震时，结构阻尼比为0.07，连接梁刚度折减系数为0.3，周期折减系数为1.0，中震时采用小震和大震的平均值进行校核计算。经计算机计算，本工程各构件在中等地震条件下的承载力完全满足建筑抗震设计要求。为了进一步研究剪力墙结构在中抗震拉力作用下的受力情况，对结构构件的最大拉力和弯矩进行了验算，确定了构件的双向偏心受拉截面。当截面拉力作用点在纵向钢筋周围区域外时，力矩与拉力之比大于墙体构件面积h/2α，若不超过则为大偏心拉力，小偏心拉力。本工程剪力墙构件的最大拉应力为2.3MPa，混凝土强度等级为C60，协调工作后剪力墙构件的拉应力水平降低，因此无需添加型钢来提高剪力墙构件的抗拉强度。此外，当某些结构构件受到小偏心拉力破坏时，混凝土不能充分发挥作用，因此，应将剪力墙构件的最小纵向配筋率提高20%，以确保剪力墙构件不受破坏。

2.4框架-剪力墙结构抗震设计要点

框架-剪力墙结构充分吸收了框架-剪力墙结构的优点，既具有良好的横向刚度，又具有柔性的平面布置。框架-剪力墙结构具有两条抗震线，在地震作用下，具有弯曲剪力型的变形特征。剪力墙是抗震的第一道防线，因此首先会受到破坏，容易导致墙肢或根部产生对角线裂缝，导致剪力墙下部根部混凝土坍塌，剪力墙洞口上部产生X形裂缝。框架是抗震的第二道防线，在剪力墙结构的保护下，其损伤较小。框架-剪力墙结构抗震设计应保证剪力墙与框架的工作协调，尽量保持变形协调，有利于减少顶部位移和层间变形。刚度特征值是反映剪力墙和框架相对刚度的重要指标。它能有效地反映框架与剪力墙的刚度比，直接影响框架的受力状态和外力分布。一般来说，当刚度特征值在1～2.4之间时，剪力墙的数量比较合理。此外，剪力墙应布置在结构周围，并应能承受扭转。

2.5不规则结构采取措施

本工程属于平面不规则、高程不规则的结构。提高建筑结构安全性和可靠性的具体措施是：首先，当建筑处于地震区时，采用弹性时程分析法进行附加计算，并采用模态分解反应谱法对结构底部、层间剪力和层间位移进行比较；其次，在计算模型中，采用弹性楼板的方法，提高了凹角区平面不规则楼板的配筋率。再次，采用动弹塑性分析方法识别结构剪力墙的变形水平，进而识别结构的破坏形式。第四，提高结构竖向构件的抗震质量，减小构件间刚度差。

2.6关于减震问题

在超高层建筑抗震设计中，可以采用有效的减振技术。减振技术是指在建筑结构中设置消能工，通过消能工的相对变形和相对速度提供附加阻尼，以消耗地震能量。例如，金属屈服型消能工，在发生小地震时，消能工处于弹性状态，超高结构具有足够的横向刚度，能满足正常使用要求；在中烈度地震中，耗能装置在结构受力和变形不断增大的情况下，从弹性状态转变为非弹性变形状态，产生较大的阻尼，可以有效地消耗地震产生的能量，迅速减轻结构的地震反应，避免对主体结构造成较大的破坏。耗能减震技术是以耗能元件为代价对主体结构进行保护的技术。地震发生后，可以重新更换耗能元件，恢复原有的抗震能力和正常使用状态。当然，也有粘性耗能器、粘弹性耗能器、摩擦耗能器等类型的耗能器，可以灵活地应用于超高阻尼器的设计中。

3结论

综上所述，建筑结构主要属于三种一般不规则的高层建筑，即局部楼层不连续性、扭转位移比和横向竖向构件强度。本文主要论述了建筑结构设计中的薄弱环节，最大限度地减小了超限的影响，满足了建筑结构的抗震要求。利用YJK-A和SAUSAGE2020软件对该结构进行抗震性能分析，各构件的应力均不超过设计值，构件变形满足要求。

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