有关住宅高层建筑结构抗震的优化设计探析

郭跃敏 方亮

【摘要】我国是一个多地震国家，唐山、海城等强地震地区给人们带来的生命财产安全威胁让更多人了解到建筑抗震性设计的必要。为了确保人们在地震或者其他灾难性事件发生以后生命财产不受损害，势必要加强对住宅高层建筑结构抗震优化设计的研究。本文从阐述高层住宅建筑结构抗震设计的原则出发，分析了影响高层住宅建筑结构抗震能力的主要因素，并相应提出了抗震优化设计策略，希望能够为相关研究提供一定的借鉴。

【关键词】高层住宅建筑结构抗震性能优化设计 中图分类号： TU3 文献标识码： A 文章编号：

目前，高层建筑已经开始融入到人们的日常生活当中，人们对高层建筑质量也提出了更高的要求，尤其是住宅类高层建筑，更是人们关注的重点。因此，住宅高层建筑抗震设计受到了世界各国学者及业界的广泛关注，作为质量控制的关键性工程之一，抗震工作一直都是建筑设计和施工的重点。

一、高层住宅建筑结构抗震设计的原则

人们对高层住宅建筑的强烈需求，主要与目前城市化发展有着紧密的联系，城市人口快速增加，使得城市用地极为紧张，只有高层住宅建筑才能够满足人口不断增多的实际需求。为了确保高层住宅建筑在地震等灾难性事件的作用下依然不会受到严重破坏，就需要对这些建筑结构进行抗震优化设计。高层住宅建筑结构抗震性设计需要以工程设计和施工为重点，保证建筑具有良好的安全性和抗震性能。

具体来说，高层住宅建筑抗震性设计需要根据建筑的结构形式，做到“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震目标。不同高度的建筑物在地震作用下，其结构变化也会不同，因此，高层住宅建筑设计人员要根据所需设计的建筑高度、建筑类型以及本地区地震强度等采取不同的抗震技术，以保证建筑结构效益与安全性并存。在结构设计过程中，需要注意以下几个事项：第一，需要综合考虑建筑结构构件的承载能力、延性、刚度以及稳定性；第二，对于结构中的薄弱部位需要加强抗震技术的投入；第三，需要建立一个完整的抗震结构体系，设计多道地震防线；第四，在处理建筑结构之间关系之时，需要确保“有效屈服”能够保持较长时间，以保证建筑结构的延性和抗倒塌能力。

二、影响高层住宅建筑结构抗震能力的主要因素

抗震能力主要是指整体建筑结构抵御地震作用的能力，其由建筑结构的变形能力和承载力共同决定。高层住宅建筑结构抗震能力的强弱直接决定着该建筑面临倒塌的风险程度。一般来讲，影响高层住宅建筑结构抗震能力的主要因素包括：第一，结构总体布置。在对高层住宅建筑进行结构设计之时，需要注意结构体形要简单、结构要对称、强度和刚度要连续均匀变化；第二，结构选型。首先，超静定次数要多，这样可以消耗地震的输入能量，提高抗震可靠度。其次，要根据建筑施工地的地质特征选择合适的结构类型。第三，结构整体性。不仅需要增强房屋的竖向刚度，更需要构件间的可靠连接，保证建筑基础具有较强的整体性，适应地震时大变形的延性要求；第四，材料选用。地震对结构作用的大小几乎与结构质量成正比，而建筑材料决定了结构质量；第五，刚度、延性以及强度的比例。刚度、延性以及强度比例要相匹配才能提高建筑抗震能力；第六，建筑场地。要选择有利的场地进行建筑施工，避开不利场地。第七，施工质量。施工过程中极有可能会造成材料性能、截面几何特征在一定范围内发生变动，这对建筑结构的实际抗震能力有很大的影响。

三、高层住宅建筑结构抗震优化设计策略 对于高层住宅建筑结构抗震性设计之时，需要从该建筑的结构体系、规则性等方面出发，建立结构设计地震力要求与建筑结构延性相互影响的设计方法，通过对建筑结构形式设计来达到减震，甚至消震的效果。

1.抗震设计需重视建筑结构规则性

首先，在高层住宅建筑抗震设计中，建筑主体抗侧力结构的竖向断面构成变化应比较均匀，不能有突变现象，只有如此才能避免因为结构薄弱层破坏而造成整体结构破坏，尤其是强震区的高层住宅建筑更需要多加注意；其次，建筑主体抗侧力结构的两个主轴方向的刚性及变形特性应相近。再次，建筑主体抗侧力结构的平面布置需要保证同一主轴方向结构刚度均匀，避免出现刚性大而延性小的结构。由此可见，在建筑设计过程中，对高层住宅建筑同一主轴方向抗侧力结构刚度的均匀性设计对整体建筑抗震能力起着十分重要的作用。

2.高层住宅建筑结构抗震优化设计新方法

第一，要选择合适的抗震结构体系。作为高层住宅建筑结构设计中最重要的问题，建筑结构设计方案是否合理，对建筑整体的安全性和经济性都有着重要影响。在抗震结构体系设计过程中，需要根据建筑类型和影响因素的不同，设计多道抗震防线。但是保证抗震能力的同时也需要综合考虑经济条件以及建筑特点等因素；第二，减少地震能量输入，尽量选用减震、消震的构件。强烈的地震往往会伴随许多余震，在设计过程中，应选用不承受重力荷载的构件，并建立一系列分布的屈服区，确保这些构件具有较高的刚度和延性，在地震过程中能够很好的吸收和耗散大部分地震能量，避免高层住宅建筑在地震中倒塌；第三，适当处理构件的强弱关系。在同一楼层内可以将主要耗能构件屈服以后，使其他抗侧力构件处于弹性阶段，这样可以使“有效屈服”保持一个较长的时间，以保证建筑结构的抗倒塌能力和延性；第四，保证高层住宅建筑楼盖的整体性。如果该建筑采用钢结构楼盖，可以使用压型钢板现浇钢筋混凝土组合楼板作为每层楼的“水平隔板”，如果住宅建筑超过12层，则钢结构必须要设置水平支撑；第五，建筑体形要尽量简单，平面布局和立面布局宜做规则处理，这样就会使建筑受力性能明确，构件细部结构也容易处理；第六，可以增加抗弯结构体系的有效宽度。想要稳固高层住宅建筑，最好的办法是将重量向边缘转移，增大建筑物的高宽比。第七，降低地震作用效应。可以在高层住宅建筑的顶部安装一个大型调节减震器，当地震爆发以后，在惯性作用下这一减震器就会向相反反向倾斜，从而对整个建筑物震动产生阻力作用，减少建筑物的位移。

3.新型高性能材料的选用

对于地震多发区来说，仅仅只是在建筑结构上进行抗震性设计是远远无法达到建筑抗震要求的，还需要采用高性能材料和优质的结构体系。目前，我国高层住宅建筑中常用的结构体系包括：框架、剪力墙、框架—剪力墙以及简体等体系。然而，国外地震区高层住宅建筑大多采用钢结构，而我国依然有90%仍使用着钢筋混凝土结构。与钢筋混凝土结构相比，刚性结构具有更好的延性、强度和韧性，总体抗震能力比较强。而且，据震害调查有关数据显示，钢结构出现倒塌破坏的情况比较少。现在我国钢产量已经位居世界前列，建筑钢材的品种和类别也在增多，因此我国应尽可能在地震多发区采用钢结构、钢管混凝土结构或者型钢混凝土结构，以改善建筑结构的抗震性能。

四、结束语

高层住宅建筑结构抗震设计是一个十分复杂且循环往复的过程，任何一个设计错误或遗漏都可能造成整个建筑抗震性能下降。因此，我们需要总结以往建筑经验，不断完善抗震设计水平。

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