关于高层住宅建筑抗震结构设计

摘 要：本文中笔者首先阐述了当前高层建筑抗震设计现状及存在问题，进而针对高层建筑的抗震特点进行了动力分析，并提出一些自己的建议与措施，旨在为进一步提高我国高层建筑抗震结构设计水平提供一定的理论参考。
关键词：高层住宅建筑；抗震结构设计；动力分析
随着高层建筑施工技术和设计计算方面的迅速发展，各大中城市普遍兴建高度在一百米或以上的建筑，建筑的类型与功能也日益复杂，结构体系逐步呈现出多样化的发展趋势。对于高层建筑而言，做好抗震设计是极其重要的。本文中笔者主要针对高层住宅建筑在抗震设计方面的不足进行了探讨，并提出了自己的建议。

一、我国当前高层住宅建筑抗震设计现状与不足

一直以来，我国高层建筑的结构材料都是以钢混结构为主。随着现代设计思想的发展，结构体系也不断呈现出多样化的趋势，建筑平面布置与竖向结构也日趋复杂，并出现了大量超高超限的钢混结构建筑，这也给结构设计带来了新的难题，尤其是抗震设计已经成为了建筑整体设计的一个重要课题。
近年来，很多高层建筑结构设计和科研人员在此方面进行了大量的探索与研究，现阶段，我国已经存在很多种用于高层建筑结构设计的软件，如我国研究院结构所开发的TAT、TBSA，清华大学开发的TUS等，都为高层建筑的抗震设计提供了高效的分析和设计帮助。但随着建筑功能多样化的发展，在建筑设计过程中经常会出现一些问题，如果只通过设计软件进行计算与分析，必然会造成不必要的浪费和缺陷，严重的甚至会导致工程事故的发生，这就需要设计工程师不断积累设计经验，将概念设计与实验分析有机结合，对具体工程进行具体分析与处理。

二、关于高层建筑抗震结构设计分析

1、结构设计动力特性分析

开始高层建筑的初步设计后，首先应该结合方案对结构布置进行分析计算确定。计算模型由±0.000到楼顶，检测设楼板的平面内刚度为无限大，随着楼层高度的增加，结构纵向的自振周期与地震力基本正常，而结构横向的自振周期偏长，结构的刚度较低，对于地震的水平作用力抵抗较弱，整体来看，结构的抗震能力不够强。为了提高建筑横向的抗侧移刚度，以增强其抗震能力，可以在设计中在建筑的核心筒两侧在加设剪力墙。在地震作用下，剪力墙作为第一道放线必定会承受大部分的水平作用力。此外，还必须加强框架部分的抗震设计，对框架部分的剪力荷载进行调整，提高建筑框架的抗侧力能力，这样就能够使整个结构对地震形成一定的抵抗能力。

2、高层建筑抗震设计方法

2.1设计步骤

在进行高层建筑抗震设计时，应该进行三个标准的设防，通过两个阶段的设计实现，具体步骤为：第一阶段，首先采用与第一标准相应的地震动参数，对弹性状态下的结构地震作用效应进行计算，然后充分结合风与重力荷载的效应计算，并融入承载力抗震调整系数，做好结构构件的截面设计，使建筑构建截面与第一标准的抗震强度要求相符；其次，通过地震动参数对结构的层间位移角进行计算，使其低于抗震规范的上限；此外，应该采取一定的抗震构造措施，确保结构的变形能力、延性和塑性耗能，使建筑的变形要求与第二抗震标准相符。第二阶段，采用与第三标准相符的地震动参数，对结构的弹塑性层间位移角进行计算，确保其不大于抗震规范的上限值，并采取一定的抗震构造措施，使建筑的乔恩定性与第三水准的防倒塌要求相符。

2.2抗震结构设计方法

（1）抗震基础设计
在我国的高层建筑设计中，通常采用钢混结构的连续地基梁形式，在基础梁设计时，为了充分的发挥出混凝土的抗压性和钢筋的抗拉性，应该将设计重点集中于钢筋的用量与梁的高度上，钢筋一般采用主筋、肋筋、腹筋、基础筋以及基础辅筋等五种结合的钢筋。为了避免基础筋生锈，混凝土采用耐酸化的材质，更不断增加钢筋的保护层，以防止钢筋锈蚀。高层建筑基础处理的另外重点就是充分应用钢制基础结合垫块进行处理，以加强建筑基础与上部结构柱之间的连接。其最主要的功能就是将吸湿性较强的钢制结构柱和混凝土基础与上部建筑分离化，确保结构体能够避免锈蚀，提高其耐久性。
（2）钢结构骨架设计
在设计过程中，可以通过钢框架结合点柱壁局部加厚技术来增强建筑结构的抗震能力。通常情况下，钢框架结构的柱和梁结合点一般是通过柱上加焊钢制隅撑并用螺栓与梁端进行紧固。这种方式必须将钢柱的结合部位切断，加焊隅撑之后再进行焊接，存在极大的不稳定性，如果遭遇强度较大的地震，很可能会导致钢柱的结合部位折断，造成潜在威胁。基于这一问题，可以采用高密度的刚才作为梁柱，充分提高其抗震、抗拉能力和耐久性，并通过柱壁增厚的方式来避免切断梁柱，对于高层的独立住宅来说，结构柱可以采用整体材质，从而解决易折的问题。采用高频加热引导增厚技术，将梁柱结合部位达到正常厚度的两倍。在制造过程中品质容易下降的钢管通过加热处理之后还能够恢复其本身具有的拉伸强度。此外，对于地震时的集中应力，增厚柱能够形成极大的阻抗，从而从整体上提高了结构的抗震能力。
（3）墙体抗震设计
高层住宅建筑的墙体结构可以采用三合一的外墙结构体系，这种结构体系是由日本最初设计应用的，通过外墙结构柱与两侧的外墙板钢框架组合成为三合一的承重结构体系，不仅通过梁和柱对高层建筑形成支撑，而且充分利用墙体钢框架与结构柱的组合，可以有效的承载来自各个方向的荷载。由于外墙板钢框架具有补强作用，这样就能够充分发挥结构柱的补强承载能力，在极大程度上增强了结构对竖向地震作用力的抵抗，充分发挥其抗震性能；此外，由于外墙板钢框架与内部的斜拉杆共同构成一个面，加之与结构柱的结合，也能够增强建筑的整体抗变形能力与抗侧推力。
三、结语
随着时代的快速发展，高层建筑已经成为城市的主流建筑形态，而抗震设计作为建筑整体设

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计的重要组成部分，一直受到国内外广大建筑设计师的高度重视。而最有效的抗震措施就是在设计阶段加强抗震设计，只有从内部加强抗震设计，才能从根本上增强高层建筑的抗震能力。本文笔者所提出的建筑抗震结构设计建议只是作者结合自身建筑工作经验提出的浅论述，希望能够为高层建筑抗震设计提供一定借鉴，并希望广大同仁不断深入探索，提高我国高层住宅建筑抗震设计水平。
参考文献：
李艳丽. 高层建筑工程抗震设计探讨[A]. 土木建筑学术文库(第15卷)[C]. 2011
陈蔓蔓. 对高层框架剪力墙结构抗震设计方式的一些看法[J]. 价值工程. 2010(30)
[3]蔡立雄. 高层建筑结构的抗震设计探讨[J]. 科技咨询导报. 2007(10)

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