住宅高层建筑结构抗震的优化设计

陈诗开

摘要：目前高层建筑的建设数量越来越多，为了保证人们的生命安全，优化高层建筑的抗震设计尤为重要，因此本文探讨了高层建筑结构抗震的优化设计。

关键词：高层建筑；结构设计；抗震设计；优化

前言

在地震出现时，高层建筑物会受到很大的破坏，带来的经济损失和人员伤亡特别大，因此做好建筑抗震设计具有特别重要的意义，唯有如此，才能够提升高层建筑的抗震能力。

1 高层建筑结构抗震设计的原则

1.1 层间位移限制方面

在建筑结构工程师进行建筑防震结构设计期间需参考下建筑结构材料、位移的约束、结构体系、侧向荷载和高比宽等问题。对于建筑防震结构设计需在一定程度上要求钢筋混凝土结构的位移限值，还要对建筑的所处位置进行优化设计，保证其稳定性及功能的稳定使用等。建筑在地震或者是风力之层间常常会产生很大位移，对于建筑防震结构设计不但要满足其刚度，还要防止超过其承载力。

1.2 结构的规则性方面

对于建筑防震结构设计，需先弄清楚建筑抗震结构设计的需求，在此基础之上，优化建筑平面和建筑物的应用性能，并对其进行适当的布局，对于高层建筑而言，务必要保证其具有足够的刚度，从而减小结构扭转的影响，对于建筑物来说需确保其平面均匀对称，建筑物的柱网剪力墙务必要科学布置。因为此类建筑结构可以很容易出现建筑物多地震的反应，对于建筑防震结构设计需对建筑进行适当布置，如此一来对于减小竖向构件间的差异形变和结构内应力对建筑结构的不利影响具有非常大的作用。

2 高层建筑结构抗震设计存在的问题

2.1 材料的选取问题

这几年，国内地震出现的次数特别多，因此在对地震频发区域进行高层建筑设计时，务必保证其结构体系的科学性性，另外还需适当选择结构材料。然而由于施工、经济等因素，轻质高强材料并未适当的采用。

2.2 地基的选取问题

不同的地基类型对地震力的传递有不一样的特点，高层建筑因为垂直高度较高，自身重量较大，因此在选址时，对于土质的硬度、密实度与对地形的开阔和平坦性具有很高的要求，而且需遠离河岸，防止抗震危险性路段，如此一来才可以保证高层建筑的基础具有较好的抗震性能，可以在地震力作用下具有非常好的承受能力。然而目前因为国内城市发展速度的加快，城市人口日益增加，很大一部分房地产开发商在进行高层建筑选址时均会更多的对其商业利益与商业开发空间进行考虑，这就造成高层建筑地基在选取上具有特别多的适宜性与不科学性，进而使其抗震性能降低，在地震发生时高层建筑的基础破坏更加严重。

2.3 平面及竖向规则问题

由于经济水平的提升和大家对流动的艺术的追求，建筑师创作的平面与立面日益复杂。进而平面与立面规则性超限的状况日益普遍。这就促使建筑的抗震性能有很大的削弱。

2.4 抗震设防烈度问题

由于我国的经济发达程度还不够高，现在国内的建筑的抗震设防烈度不高，中震和规定的设计基准期内超越概率大约为10%的地震烈度相似，较低的抗震设防烈度减小了高层建筑的抗震需求。

3 高层建筑结构抗震的优化设计

3.1 合理选择建筑材料

在进行高层建筑抗震设计时，材料的选择十分重要。对于即将选择的材料，要科学的分析其材料的抗震性能，对材料的参数变异性进行整体研究，保证最终材料的选择的合理性。同时，还需要对材料的承载能力进行充分的考虑，保证材料抗震分析的全面性。从抵抗地震的要求来看，建筑结构还需要具备一定的延性，为了充分的满足需求，在选择建筑材料时，就需要充分地考虑建筑施工的各个方面的实际情况，选择最为科学合理的建筑材料，提升高层建筑抗震能力的同时，保证材料选择的科学性及经济性。

3.2 合理选择抗震场地

由于地质条件的不同，地震对建筑设施的破坏具有很大的差异。在施工前要勘察好地基状况，保证建筑场地有助于建筑设施的抗震，应尽量不在抗震不利地段建设建筑构，在不能避开时，需采用恰当的措施提升抗震性能。根据建筑场地地基地质特征与受地震破坏作用的强弱来进行分类，依据建筑场地实际状况适当采取抗震措施，比方说依据地基地质抗震设防种类、地基液化等级等实际状况科学采用适当的基础形式。

3.3 降低地震能量的输入

建筑物吸收的地震能量越少时，建筑物的抗震能力就越高，基于此，在进行抗震优化设计时，应该采用基于位移的结构抗震方法，利用定量分析的方法分析具体的方案，在预期地震作用力下，高层建筑的变形弹性能够满足变形需求，从而具备较高的抗震能力。高层建筑中，包含的构件数量比较多，需要验收其承载能力，同时，在地震作用下，建筑结构的层间位移限值还需要进行有效地控制；建筑构件在使用的过程中会发生一定的变形，而且建筑结构也会产生一定的位移，对于变形与位移之间的关系，能够比较好的计算出来，从而将构建的变形值确定出来；建筑构件的构造需求需要进行有效确定，确定依据为建筑界面的应变分布和大小。此外，高层建筑在选择建筑地址时，坚固场地在地震发生时能量输入比较少，从而提高建筑物的抗震能力，减少地震对建筑物的破坏，保护人们的生命安全，因此要对高层建筑的选址十分重视。

3.4 合理选用结构体系

体系问题为结构设计需要把握的关键问题。需注意体系的科学性问题，优先使用抗震性能高、延性优、耗能性能强、有利于施工的具有多道防线的体系。防止选用抗震性能特别低的板柱-抗震墙结构、框架结构、特别是单跨框架结构等。

3.5 抗震结构设计优化

近年来，随着高层建筑的增多，人们越来越重视建筑物的抗震设计，尤其是地震频发的地区，建筑物的抗震能力更是受到重视。当建筑物的高度超过150m时，结构体系主要有三种，分别为框-筒结构、筒中筒结构和框架-支撑结构。随着我国钢材生产产业的发展，钢结构的制造能力越来越强，在条件允许的情况下，建筑物的结构应该尽可能的采用钢骨混凝土结构、钢结构或钢管混凝土结构，这样一来，柱断面的尺寸比较小，建筑结构的抗震能力可以有效地提升。在我国传统文化中，“以柔克刚”的思想受到广泛的重视，很多实际问题都可以利用这一思想解决，在高层建筑结构的抗震设计中，同样可以利用这种思想，将刚与柔相结合，由传统的硬性抗震变为现在的柔性抗震，降低地震对建筑物的冲击作用，提升建筑物的抗震能力，最大限度的降低地震对建筑物的破坏程度。

3.6 高延性设计的应用

目前，延性结构为我国高层建筑抗震设计的主要方法，所谓延性结构，是指在适当的空着建筑结构的刚度，地震时，结构构件较大的延性塑性状态是允许出现的，这样一来，地震作用时的能量就能够比较好的被消耗，降低地震反应，减少建筑物受到的地震作用危害，降低损失程度。实际上，当高层建筑的延性比较高时，即使承载能力比较小，那么在发生地震时，建筑物倒塌的可能性也比较小，主要原因是延性构件在地震发生时，吸收了大部分的地震作用能量，结构变形比较大时，依然能够承受，提升建筑物的抗震能力。通过高延性设计，减轻地震反应，增强建筑物抵抗地震的能力，减少建筑物倒塌发生率，保证人们的安全。除了高延性设计之外，在进行抗震设计时，还应用了消震及隔震措施，比如阻尼，通过阻尼器的应用，有效地吸收地震能量，减轻地震反应，降低地震对建筑物的破坏，提升建筑物的抗震能力。

3.7 增加抗震防线建设

高层建筑的抗震设计中包含防线建设，为了达到提升抗震能力的目的，可以增多抗震防线的建设。这样一来，在发生地震时，即使第一道防线被破坏，第二道、第三道，甚至是更多道的防线均会起到阻挡地震作用力的目的，减低建筑物倒塌发生率。通常来说，多个肢节和壁式框架的框架剪力墙结构是比较有效的防震结构之一。框架剪力墙中包含多道抗震防线，第一道抗震防线为剪力墙，这是主要的抗侧力构件，当剪力墙的数量比较多时，其所具备的承载能力也会相应的提升。同时，在地震的作用下，剪力墙开裂之后，任一层框架部分的框架和墙会协同一起分散地震剪力，降低地震作用对建筑物的伤害。此外，框架剪力墙中的剪力墙也可以进行连梁的设置，通过连梁的防线作用，改善建筑物的抗震能力。

4 结语

在高层建筑结构设计中，抗震设计是十分重要的一个方面。我国抗震设计水平在不断提高，但是还是存在一些问题的，因此需要对建筑结构抗震进行优化设计，有效地提升建筑物的抗震能力，保证人们的生命安全。