论文部分内容阅读
【摘要】在建筑结构中，杭震设计占据了极为重要的位置，而高层结构又在抗震方面尤为重要。本文就高层结构的抗震设计方法进行了探讨，提出了抗震设计中的一些问题和抗震的方法。
【关键词】抗震；结构；方法
【中图分类号】TU 【文献标识码】A
【文章编号】1007-4309（2012）03-00-
高层结构的结构体系是随着社会生产的发展和科学技术的进步而不断发展的随着经济水平的增反和高层结构的增多，结构抗震分析和设计已经变得越来越重要特别是我国处于地震多发国，高层结构抗震设防是工程设计面临的迫切任务，高层结构的抗震仍然是结构物安全考虑的重要问题。
一、高层结构抗震设计基本原则
场地设计。地震对结构物的破坏程度，首先取决于地震释放能量的大小，同时还和震源深浅程度、结构物与震中距离以及结构物所处场地土性质有关。因此，在大范围上说，对不同抗震烈度地区要采取不同的结构选型和高度控制，在越高级抗震的地区建设高层结构应该更为注意。
材料和结构体系的选择。我国高层结构中常采用的结构体系有：框架、框架—剪力墙、剪力墙和筒体等几种体系，这也是其他国家高层结构采用的主要体系。但国外，特别地震区，是以刚结构为主，而在我国钢筋混凝土结构和混合结构却占了90%。高层结构的抗侧力体系是高层结构是否合理、经济的关键，随着结构高度及功能的发展需要而不断发展变化。
选择有利的结构体型。平面布置。在满足结构功能的前提下，结构平面布置应该简单、规则、对齐、对称，力求使平面刚度中心和质量中心重合，尽量减少偏心，以减小地震作用下的扭转。
二、高层结构抗震设计中的问题
有些结构物高度超过极限。按我国现行高层结构混凝土结构技术规程规定，在一定设防烈度和一定结构型式下，钢筋混凝土高层结构都有一个适宜的高度。在这个高度，抗震能力还是比较稳妥的，但是目前不少高层结构超过了高度限制。在震力作用下，超高限建筑物的变形破坏性态会发生很大的变化，建筑物的抗震能力会下降，很多影响因索也发生变化，结构设计和工程预算的相应参数需要重新选取。
地基的选取不合理。由于城市人口的增多和相对空间的缩不，不少建筑商忽略了这问题，哪里商业空间大就在哪里建高层结构应选择位于开阔平坦地带的坚硬土场地或密实均匀中硬土场地，远离河岸，不应垮在两类土壤上，避开不利地形、避免在断层、山崖、滑坡、地裂等抗震危险地段建造房屋。高层结构的地基选取不恰当可能导致抗震能力差。
材料的选用不科学，结构体系不合理在地震多发生，采用何种建筑材料或结构体系较为合理应该得到人们的重视。由于我国建筑结构主要以钢筋混凝土核心筒为主，变形控制要以钢筋混凝土结构的位移限值为基准。但因其弯曲变形的侧移较大，靠刚度很不的钢框架协同工作减小侧移，不仅增大了钢结构的负担，而且效果不大，有时不得不加大混凝土筒的刚度或设置伸臂结构，形成加强层才能满足规范侧移限值。
较低的抗震设防烈度现在许多专家提出，现行的建筑结构设计安全度已不能适应国情的需要，建筑结构设计的安全度水平应该大幅度提高我国现行抗震设防标准是比较低的，中震相当于在规定的设计基准期内超越概率为10%的地震烈度，较低的抗震设防烈度放松了高层结构的抗震要求。
三、高层结构抗震设计的方法
高层结构减轻结构自重一方面从地基承载力来看，如果是同样的地基条件，减轻结构自重意味着在不增加基础或地基处理造价的情况下，可以多建层数，特别是对于软土更为明显。另一方面地震效应与建筑质量成正比，结构质量的增加必然引起地震力的增大。高层结构由于其高度较大，重心较高，地震作用倾覆力矩也随质量的增加而增大设计时要求高层结构物的填充墙及隔墙应采用轻质材料。
当按剪跨比判定柱子不是短柱时，按一般框架柱的抗震要求采取构造措施即可；确定为短柱后，就应当尽量提高短柱的承载力，减小短柱的截而尺寸，采取各种有效措施提高短柱的延性，改善短柱的抗震性能。
在高层结构的方案设计阶段，结构材料选用也很重要。可以对材料参数随机性的抗震模糊可靠度进行分析，综合考虑了材料参数的变异性，地震烈度的随机性及烈度等级界限的随机性与模糊性对结构抗震可靠度的影响。从抗震角度来说，结构体系的抗震等级，其实质就是在宏观上控制不同结构的延性要求这要求我们应根据建设工程的各方面条件，选用符合抗震要求又经济实用的结构类别。
高层结构应设置多道抗震防线。建筑物应设置多道抗震防线，当第一道防线的构件在强烈地震作用下遭到破坏后，后备的第二道乃至第三道防线能抵挡后续的地震动的冲击，使建筑物免于倒塌。减少地震能量输入。积极采用基于位移的结构抗震设计，要求进行定量分析，使结构的变形能力满足在预期的地震作用下的变形要求。除了验算构件的承载力外，要控制结构在大震作用下的层间位移角限值或位移延性比；根据构件变形与结构位移关系，确定构件的变形值；并根据截面达到的应变大不及应变分布，确定构件的构造要求。对于高层结构，选择坚硬的场地土建造高层结构，可以明显减少地震能量输入减轻破坏程度。错开地震动活越周期，可防止共振破坏。
调整内力以加强薄弱部位，在高层结构中，有一些薄弱部位，如果能有意识地使它提早屈服或提高其承载力，可以推迟它的屈服，减小它的破坏。如加强转换层；注意防震缝的设计，必须留有足够的宽度；高层部分和低层部分之间的连接构造；框架柱的箍筋量和锚固长度等。这里大多数是属于结构构件的设计，需由专业人员进行设计计算和施工。
建筑安全是建筑设计中一个不可分割的部分，可以说是极为重要的组成部分，而抗震设计又是重中之重。但高层结构抗震设计又是一个复杂的过程，要从主体上了解结构抗震特点，从宏观上确定结构设计的基本问题，用正确的概念来引导设计。
可以看出现行抗震设计方法不能完全反应强震特征及在强震下的结构性能，按现行抗震设计方法所设计的复杂高层结构的结构安全性还有一定的不确定性因素。当今我国已经建成的大量复杂高层结构，虽然有一定的试验和理论研究作为依据，但经过强震作用检验的结构为数较少，这些复杂高层结构在大震下的真实性能还有待地震检验。并且新型结构原理的进步，高性能材料的共同发展，计算机技术水平的不断提高，促使人类建筑精品再上一个新的台阶。新型结构体系结构形式复杂，受力分析难度大，全面细致的考虑结构各个构件和每个组成部分，成为今后新型结构体系设计和考虑的重点。新型结构体系的发展和广泛应用满足了现代社会对建筑物的使用功能和外观的要求，抗震的要求使得结构的发展日益趋于成熟，人类建筑结构抗震设计的研究成果将越来越多地被应用于实践。
【参考文献】
［1］建筑抗震设计规范［M］．北京：中国建筑工业出版社．
［1］方鄂华．高层建筑钢筋混凝土结构概念设计［M］．北京：机械工业出版社．
【作者简介】林杰（1983- ）：男，辽宁沈阳人，沈阳市建筑工程设计院，初级职称。 赵艳华（1981- ）：女，沈阳市建筑工程设计院，初级职称。
【关键词】抗震；结构；方法
【中图分类号】TU 【文献标识码】A
【文章编号】1007-4309（2012）03-00-
高层结构的结构体系是随着社会生产的发展和科学技术的进步而不断发展的随着经济水平的增反和高层结构的增多，结构抗震分析和设计已经变得越来越重要特别是我国处于地震多发国，高层结构抗震设防是工程设计面临的迫切任务，高层结构的抗震仍然是结构物安全考虑的重要问题。
一、高层结构抗震设计基本原则
场地设计。地震对结构物的破坏程度，首先取决于地震释放能量的大小，同时还和震源深浅程度、结构物与震中距离以及结构物所处场地土性质有关。因此，在大范围上说，对不同抗震烈度地区要采取不同的结构选型和高度控制，在越高级抗震的地区建设高层结构应该更为注意。
材料和结构体系的选择。我国高层结构中常采用的结构体系有：框架、框架—剪力墙、剪力墙和筒体等几种体系，这也是其他国家高层结构采用的主要体系。但国外，特别地震区，是以刚结构为主，而在我国钢筋混凝土结构和混合结构却占了90%。高层结构的抗侧力体系是高层结构是否合理、经济的关键，随着结构高度及功能的发展需要而不断发展变化。
选择有利的结构体型。平面布置。在满足结构功能的前提下，结构平面布置应该简单、规则、对齐、对称，力求使平面刚度中心和质量中心重合，尽量减少偏心，以减小地震作用下的扭转。
二、高层结构抗震设计中的问题
有些结构物高度超过极限。按我国现行高层结构混凝土结构技术规程规定，在一定设防烈度和一定结构型式下，钢筋混凝土高层结构都有一个适宜的高度。在这个高度，抗震能力还是比较稳妥的，但是目前不少高层结构超过了高度限制。在震力作用下，超高限建筑物的变形破坏性态会发生很大的变化，建筑物的抗震能力会下降，很多影响因索也发生变化，结构设计和工程预算的相应参数需要重新选取。
地基的选取不合理。由于城市人口的增多和相对空间的缩不，不少建筑商忽略了这问题，哪里商业空间大就在哪里建高层结构应选择位于开阔平坦地带的坚硬土场地或密实均匀中硬土场地，远离河岸，不应垮在两类土壤上，避开不利地形、避免在断层、山崖、滑坡、地裂等抗震危险地段建造房屋。高层结构的地基选取不恰当可能导致抗震能力差。
材料的选用不科学，结构体系不合理在地震多发生，采用何种建筑材料或结构体系较为合理应该得到人们的重视。由于我国建筑结构主要以钢筋混凝土核心筒为主，变形控制要以钢筋混凝土结构的位移限值为基准。但因其弯曲变形的侧移较大，靠刚度很不的钢框架协同工作减小侧移，不仅增大了钢结构的负担，而且效果不大，有时不得不加大混凝土筒的刚度或设置伸臂结构，形成加强层才能满足规范侧移限值。
较低的抗震设防烈度现在许多专家提出，现行的建筑结构设计安全度已不能适应国情的需要，建筑结构设计的安全度水平应该大幅度提高我国现行抗震设防标准是比较低的，中震相当于在规定的设计基准期内超越概率为10%的地震烈度，较低的抗震设防烈度放松了高层结构的抗震要求。
三、高层结构抗震设计的方法
高层结构减轻结构自重一方面从地基承载力来看，如果是同样的地基条件，减轻结构自重意味着在不增加基础或地基处理造价的情况下，可以多建层数，特别是对于软土更为明显。另一方面地震效应与建筑质量成正比，结构质量的增加必然引起地震力的增大。高层结构由于其高度较大，重心较高，地震作用倾覆力矩也随质量的增加而增大设计时要求高层结构物的填充墙及隔墙应采用轻质材料。
当按剪跨比判定柱子不是短柱时，按一般框架柱的抗震要求采取构造措施即可；确定为短柱后，就应当尽量提高短柱的承载力，减小短柱的截而尺寸，采取各种有效措施提高短柱的延性，改善短柱的抗震性能。
在高层结构的方案设计阶段，结构材料选用也很重要。可以对材料参数随机性的抗震模糊可靠度进行分析，综合考虑了材料参数的变异性，地震烈度的随机性及烈度等级界限的随机性与模糊性对结构抗震可靠度的影响。从抗震角度来说，结构体系的抗震等级，其实质就是在宏观上控制不同结构的延性要求这要求我们应根据建设工程的各方面条件，选用符合抗震要求又经济实用的结构类别。
高层结构应设置多道抗震防线。建筑物应设置多道抗震防线，当第一道防线的构件在强烈地震作用下遭到破坏后，后备的第二道乃至第三道防线能抵挡后续的地震动的冲击，使建筑物免于倒塌。减少地震能量输入。积极采用基于位移的结构抗震设计，要求进行定量分析，使结构的变形能力满足在预期的地震作用下的变形要求。除了验算构件的承载力外，要控制结构在大震作用下的层间位移角限值或位移延性比；根据构件变形与结构位移关系，确定构件的变形值；并根据截面达到的应变大不及应变分布，确定构件的构造要求。对于高层结构，选择坚硬的场地土建造高层结构，可以明显减少地震能量输入减轻破坏程度。错开地震动活越周期，可防止共振破坏。
调整内力以加强薄弱部位，在高层结构中，有一些薄弱部位，如果能有意识地使它提早屈服或提高其承载力，可以推迟它的屈服，减小它的破坏。如加强转换层；注意防震缝的设计，必须留有足够的宽度；高层部分和低层部分之间的连接构造；框架柱的箍筋量和锚固长度等。这里大多数是属于结构构件的设计，需由专业人员进行设计计算和施工。
建筑安全是建筑设计中一个不可分割的部分，可以说是极为重要的组成部分，而抗震设计又是重中之重。但高层结构抗震设计又是一个复杂的过程，要从主体上了解结构抗震特点，从宏观上确定结构设计的基本问题，用正确的概念来引导设计。
可以看出现行抗震设计方法不能完全反应强震特征及在强震下的结构性能，按现行抗震设计方法所设计的复杂高层结构的结构安全性还有一定的不确定性因素。当今我国已经建成的大量复杂高层结构，虽然有一定的试验和理论研究作为依据，但经过强震作用检验的结构为数较少，这些复杂高层结构在大震下的真实性能还有待地震检验。并且新型结构原理的进步，高性能材料的共同发展，计算机技术水平的不断提高，促使人类建筑精品再上一个新的台阶。新型结构体系结构形式复杂，受力分析难度大，全面细致的考虑结构各个构件和每个组成部分，成为今后新型结构体系设计和考虑的重点。新型结构体系的发展和广泛应用满足了现代社会对建筑物的使用功能和外观的要求，抗震的要求使得结构的发展日益趋于成熟，人类建筑结构抗震设计的研究成果将越来越多地被应用于实践。
【参考文献】
［1］建筑抗震设计规范［M］．北京：中国建筑工业出版社．
［1］方鄂华．高层建筑钢筋混凝土结构概念设计［M］．北京：机械工业出版社．
【作者简介】林杰（1983- ）：男，辽宁沈阳人，沈阳市建筑工程设计院，初级职称。 赵艳华（1981- ）：女，沈阳市建筑工程设计院，初级职称。