高层建筑结构抗震设计
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高层建筑结构抗震设计范文第1篇
关键字：高层结构设计抗震
随着科学的发展和时代的进步,高层建筑如雨后春笋般的出现。高层建筑的高度在一定程度上反映了一个国家的综合国力和科技水平,世界著名的建筑更是建筑史上的纪念碑。但是如果高层建筑因结构设计不清,而造成结构布置不合理,不仅会造成大量的浪费,更重要的是给高层建筑留下了结构质量的安全隐患。因此高层建筑的结构设计就显得尤为重要了。
一 结构设计特点
1.1 水平载荷是设计的主要因素
高层结构总是要同时承受竖向载荷和水平载荷作用。载荷对结构产生的内力是随着建筑物的高度增加而变化的,随着建筑物高度的增加,水平载荷产生的内力和位移迅速增大。
1.2 侧向位移是结构设计控制因素
随着楼房高度的增加,水平载荷作用下结构的侧向变形迅速增大,结构顶点侧移与建筑高度的四次方成正比,设计高层建筑结构时要求结构不仅要具有足够的强度,还要具有足够的抗推强度,使结构在水平载荷下产生的侧移被控制在范围之内。
1.3 结构延性是重要的设计指标
高层建筑还必须有良好的抗震性能,做到“小震不坏,大震能修。”为此,要求结构具有较好的延性,也就是说,结构在强烈地震作用下,当结构构件进入屈服阶段后具有较强的变形能力,能吸收地震作用下产生能量,结构能维持一定的承载力。
1.4 轴向变形不容忽视
高层结构竖向构件的变位是由弯曲变形、轴向变形及剪切变形三项因素的影响叠加求得的。在计算多层建筑结构内力和位移时,只考虑弯曲变形,因为轴力项影响很小,剪力项一般可不考虑。但对于高层建筑结构,由于层数多,高度大,轴力值很大,再加上沿高度积累的轴向变形显著,轴向变形会使高层建筑结构的内力数值与分布产生明显的变化。
二 建筑抗震的理论分析
2.1 建筑结构抗震规范
建筑结构抗震规范实际上是各国建筑抗震经验带有权威性的总结,是指导建筑抗震设计(包括结构动力计算,结构抗震措施以及地基抗震分析等主要内容)的法定性文件它既反映了各个国家经济与建设的时代水平,又反映了各个国家的具体抗震实践经验。它虽然受抗震有关科学理论的引导,向技术经济合理性的方向发展,但它更要有坚定的工程实践基础,把建筑工程的安全性放在首位,容不得半点冒险和不实。正是基于这种认识,现代规范中的条文有的被列为强制性条文,有的条文中用了“严禁,不得,不许,不宜”等体现不同程度限制性和“必须,应该,宜于,可以”等体现不同程度灵活性的用词。
2.2 抗震设计的理论
拟静力理论。拟静力理论是20世纪10～40年展起来的一种理论,它在估计地震对结构的作用时,仅假定结构为刚性,地震力水平作用在结构或构件的质量中心上。地震力的大小当于结构的重量乘以一个比例常数(地震系数)。
反应谱理论。反应谱理论是在加世纪40～60年展起来的,它以强地震动加速度观测记录的增多和对地震地面运动特性的进一步了解,以及结构动力反应特性的研究为基础,是加理工学院的一些研究学者对地震动加速度记录的特性进行分析后取得的一个重要成果。动力理论。动力理论是20世纪70-80年广为应用的地震动力理论。它的发展除了基于60年代以来电子计算机技术和试验技术的发展外,人们对各类结构在地震作用下的线性与非线性反应过程有了较多的了解,同时随着强震观测台站的不断增多,各种受损结构的地震反应记录也不断增多。进一步动力理论也称地震时程分析理论,它把地震作为一个时间过程,选择有代表性的地震动加速度时程作为地震动输入,建筑物简化为多自由度体系,计算得到每一时刻建筑物的地震反应,从而完成抗震设计工作。
三 高层建筑结构抗震设计
3.1 抗震措施
在对结构的抗震设计中,除要考虑概念设计、结构抗震验算外,历次地震后人们在限制建筑高度,提高结构延性(限制结构类型和结构材料使用)等方面总结的抗震经验一直是各国规范重视的问题。当前,在抗震设计中,从概念设计,抗震验算及构造措施等三方面入手,在将抗震与消震(结构延性)结合的基础上,建立设计地震力与结构延性要求相互影响的双重设计指标和方法,直至进一步通过一些结构措施(隔震措施,消能减震措施)来减震,即减小结构上的地震作用使得建筑在地震中有良好而经济的抗震性能是当代抗震设计规范发展的方向。而且,强柱弱梁,强剪弱弯和强节点弱构件在提高结构延性方面的作用已得到普遍的认可。
3.2 高层建筑的抗震设计理念
我国《建筑抗震规范》(GB50011-2001)对建筑的抗震设防提出“三水准、两阶段”的要求,“三水准”即“小震不坏,中震可修,大震不倒”。当遭遇第一设防烈度地震即低于本地区抗震设防烈度的多遇地震时,结构处于弹性变形阶段,建筑物处于正常使用状态。建筑物一般不受损坏或不需修理仍可继续使用。因此,要求建筑结构满足多遇地震作用下的承载力极限状态验算,要求建筑的弹性变形不超过规定的弹性变形限值。当遭遇第二设防烈度地震即相当于本地区抗震设防烈度的基本烈度地震时,结构屈服进入非弹性变形阶段,建筑物可能出现一定程度的破坏。但经一般修理或不需修理仍可继续使用。因此,要求结构具有相当的延性能力(变形能力)不发生不可修复的脆性破坏。当遭遇第三设防烈度地震即高于本地区抗震设防烈度的罕遇地震时,结构虽然破坏较重,但结构的非弹性变形离结构的倒塌尚有一段距离。不致倒塌或者发生危及生命的严重破坏,从而保障了人员的安全。因此,要求建筑具有足够的变形能力,其弹塑性变形不超过规定的弹塑性变形限值。
三个水准烈度的地震作用水平,按三个不同超越概率(或重现期)来区分的:多遇地震:50年超越概率63.2%,重现期50年;设防烈度地震(基本地震):50年超越概率10%,重现期475年;罕遇地震:50年超越概率2%-3%,重现期1641-2475年,平均约为2000年。
对建筑抗震的三个水准设防要求,是通过“两阶段”设计来实现的,其方法步骤如下:第一阶段:第一步采用与第一水准烈度相应的地震动参数,先计算出结构在弹性状态下的地震作用效应,与风、重力荷载效应组合,并引入承载力抗震调整系数,进行构件截面设计,从而满足第一水准的强度要求;第二步是采用同一地震动参数计算出结构的层间位移角,使其不超过抗震规范所规定的限值;同时采用相应的抗震构造措施,保证结构具有足够的延性、变形能力和塑性耗能,从而自动满足第二水准的变形要求。第二阶段:采用与第三水准相对应的地震动参数,计算出结构(特别是柔弱楼层和抗震薄弱环节)的弹塑性层间位移角,使之小于抗震规范的限值。并采用必要的抗震构造措施,从而满足第三水准的防倒塌要求。
3.3 高层建筑结构的抗震设计方法
我国的《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)对各类建筑结构的抗震计算应采用的方法作了以下规定:高度不超过40m,以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀的结构,以及近似于单质点体系的结构,可采用底部剪力法等简化方法;除1款外的建筑结构,宜采用振型分解反应谱方法;特别不规则的建筑、甲类建筑和限制高度范围的高层建筑,应采用时程分析法进行多遇地震下的补充计算,可取多条时程曲线计算结果的平均值与振型分解反应谱法计算结果的较大值。
四 高层建筑结构发展趋势
随着城市人口的不断增加建设可用地的减少,高层建筑继续向着更高发展,结构所需承担的荷载和倾覆力矩将越来越大。在确保高层建筑物具有足够可靠度的前提下,为了进一步节约材料和降低造价,高层建筑结构够构件正在不断更新,设计理念也在不断发展。高层建筑结构也正朝着结构立体化,布置周边化,体型多样化,结构支撑化,体型多样化,材料高强化,建筑轻量化,组合结构化,结构耗能减震化等方向发展。
五 总结
高层建筑物有效地减轻了住房压力,但必然也带来了安全隐患,其结构设计显得尤为重要。随着设计理念的不断发展,高层建筑物必将朝着更加合理的方向发展。
参考文献
[1]朱镜清.结构抗震分析原理[M].地震出版社,2002.11.
高层建筑结构抗震设计范文第2篇
关键词：高层建筑；结构；抗震；设计
1高层建筑结构的抗震设计因素
1.1水平荷载力
水平荷载力对于高层建筑的结构设计起着关键性的决定作用。所谓的水平荷载力主要是指风荷载力以及抗震的作用。水平荷载力的大小对于整个高层建筑的抗震性能也是产生直接影响。具体原因主要分为以下几个方面：
（1）高层建筑物本身的重量与高层的荷载力所产生的轴力的大小和弯矩的数值的大小正好和高层建筑物自身高度形成一次方的正比关系。
（2）由水平荷载力对其结构产生的倾覆力矩在构件中引起的轴力作用与楼房高度的两次方成正比。
1.2侧向位移控制
在高层建筑的安全抗震理念中另一个至关重要的设计因素就是侧向位移的控制。因为，建筑工程队在施工过程中多多少少会由于建筑物楼层的增高而产生一定的难以控制的侧向位移。并会随着楼层高度的逐渐增加而不断加大位移，通常是和建筑物高度的四次方程正比关系。如果在施工过程中侧向位移控制不好，那么会大大影响到高层建筑的自身安全稳定性。很有可能会发生房屋倒塌、墙体开裂的意外情况，从而危害居民或员工的人身安全。因此，对于高层建筑中侧向位移的控制不容小觑。
1.3抗震荷载力
除了上述的水平荷载力、侧向位移的因素外，还有一个就是要充分考虑到地震荷载力。一个好的抗震建筑物需要达到小震不坏、大震不倒的基本效果。
2高层建筑的结构体系分析
2.1框架结构体系
所谓的框架结构体系通常指的就是由梁和柱通过连接而支撑起来的一种可以承重的结构。一个好的框架结构体系可以十分牢固地抵抗一定的水平荷载、侧向位移、竖向荷载及地震荷载的。高层建筑设计选用良好的框架结构体系会产生很多的优势。例如：平面设计实用快捷简便,空间较大,能适应较多功能的需要。正是由于框架结构的这些优点,使得它成为高层建筑的主要结构形式。当然,框架结构体系也有本身的局限性,例如其结构的向刚度较小,在承受地震时将会发生变形且程度非常大。因此,楼层的高度和层数受到了框架结构的限制。
2.2剪力墙结构体系
目前较高的楼层也越来越多,因此,为了满足较高楼层数的要求,剪力墙结构体系出现了。剪力墙结构(shsarwallstructure)是用钢筋混凝土墙板来代替框架结构中的梁柱,能承担各类荷载引起的内力,并能有效控制结构的水平力。这种结构在高层建筑中被大量运用。
3高层建筑结构抗震设计中的疑难问题
3.1高度问题
出于经济与实用的角度而言，国家法律对高层建筑物的高度有一定的具体要求，以此来保证建筑物良好的使用性。然而，在实际操作中，一味地追求美观与技术上的突破，往往都是尽可能地增加建筑物的最大高度限值。这样的做法大大增加了高层建筑的安全抗震难度。
3.2竞争性大
目前，我国正出于稳步的发展中，但是就科技水平、国家财力等而言，还是与发达国家之间存在着一定的差距。因此，对于建筑行业的发展也存在着一定的问题。例如：高层建筑中的安全抗震问题就十分棘手。在能稳定确保抗震性能的一些技术因素上（配筋率、轴压比、梁柱承载力匹配）远远不如发达国家。纵观整个的市场经济和行业形势，我国高层建筑的安全抗震性能的设计防护存在着相当大的竞争力。
3.3高层建筑的结构体系设计问题
由于施工中主要针对高层建筑的安全抗震性能设计建筑结构，因此，如何有效地结合地震频发区的地理位置来选取建筑材料，设计合理的建筑结构体系，成为了设计师们最难把握的问题。通常，施工中都是采用钢筋混凝土来做内部支撑，因为据实验数据显示，钢筋混凝土的地震作用剪力能高达百分之八十至九十以上。但与此同时，又有一个新的问题出现了。在施工中，侧向位移似乎如影随行，工人们总是在不断地检查位移的范围大小。而钢筋混凝土材料的使用刚硬度还是不足以支撑较大的侧向位移力。
4关于提升高层建筑抗震结构的建议
4.1高层建筑结构体系分类及侧移运用
设计中讲究对症下药，具体问题具体解决。首先要对高层建筑的结构体系做一个详细的分类。主要分为钢筋混凝土结构、钢-混凝土混合结构、钢结构和钢-混凝土组合结构等。再按照结构形式来分类，又可以分为框架结构体系、剪力墙结构体系及框架-剪力墙结构体系等。其次，着重考虑这些结构体系的形式在高层建筑施工中的侧向位移的运用。一般情况下，超过五十米的建筑物主要采用剪力墙结构体系。因为此结构体系刚硬度大，不易受外界力而发生变形。而至于五十米以下的建筑物，通常采用的就是简单的梁和柱结构体系。
4.2增加建筑物的横截面积使承重力分散
一旦达到那么大的高度，想要保证百分百的垂直上升几乎是不可能的。而建筑物产生意外的倾斜或者侧歪，极有可能导致后期的坍塌。至于抗震性能更是不值一提。想要解决这一问题可以尝试从以下角度入手：增加建筑物本身的横截面积，使其承重力分散到横截面上，而不只是单独地依赖于垂直面，这在一定高度时能够大大减少高层建筑物的侧向位移，从而相对保证其安全抗震的性能。当建筑物楼层高度达到五十米以上时，我们通常使用的是剪力墙结构体系。但是往往会出现剪力墙超筋的不良情况。毋庸置疑，剪力墙的超筋会使整个建筑物的整体承载力不够，从而大大影响到高层建筑物的抗震性能。
4.3设置抗震缝是夯实地基的关键
大多数的建筑物如果出现抗震性能不佳或者楼房易震动说明此建筑物的地基没有做好。一个好的地基是建筑物安全抗震的必要条件。而缝隙的设置将会在一定程度上大大增加地基的牢固性。应该检查建筑物的各个部位是否有高度上的差异，因为高度差异会导致受力不均，从而影响整体的牢固。需在有高度差异的地方设置沉降缝，在平面有缝隙的地方设置伸缩缝。
5结束语
目前，我国在建筑行业发展地越来越快，因而对于建筑设计的要求也是越来越高。不但注重建筑物的外观造型的新颖独特，更加注重其方方面面的安全实用性能。在一定程度上带给了人们生活品质的提高与安全居住的保障。
参考文献：
[1]徐彪,秦艳华.某高层建筑塔楼结构设计分析[J].辽宁建材.2008,(4).
高层建筑结构抗震设计范文第3篇
【关键词】高层建筑；结构；抗震设计
1 影响建筑工程抗震能力的主要因素
1.1 建筑结构的抗震设计标准。国家为了规范建筑的抗震设计，出台了一系列的标准，其中的抗震设防烈度就是一个十分重要的标准，对于规范我国的建筑抗震设计具有十分重要的意义。在实际的抗震设计当中主要包括以下几个方面的工作：第一，根据建筑所在地区的小震效应对建筑的各个构建的承载能力进行科学的计算，从而了解高层建筑在小震情况下的结构弹性形变的情况。第二，计算大震情况下的建筑弹性形变，从而确保设计能够达到第三水准的抗震要求。抗震设计目标是整个高层建筑抗震设计的大方向，所有的抗震设计工作都围绕着抗震设计目标而进行，因此对于建筑的抗震设计具有重大的意义。
1.2 建筑工程抗震设计是否合理。所谓抗震设计主要是对建筑的结构形式进行合理的设计，并对建筑结构抗震措施加以选择，保障建筑结构具有稳定的抗震性，在地震灾害威胁的情况下要确保建筑结构不倒。高层建筑物对抗震设计有着比普通建筑更高的设计要求，通常选择现浇剪力墙结构、框架―――剪力墙结构作为高层建筑物的首选结构类型。这种类型的建筑结构强度高、在外力的强烈作用下，能够维持建筑结构的平稳性，抗震效果非常明显。建筑工程抗震设计的合理性是确保建筑抗震性能的基本保障。
1.3 建筑工程施工质量。建筑工程施工质量直接影响建筑物的使用性能，在地震振幅的强烈刺激下，建筑物的稳固性很难得到保障，为此必须对建筑物施工质量进行严格的控制，规范建筑施工工序，加强质量监督与检验工作，提高建筑物的整体质量，保障建筑物的高抗震性。
2 建筑材料对建筑物抗震效果的影响与应用
高层建筑的结构抗震设计在本质上就是对建筑中各个构件的延性进行整体的协调和把握，最后使建筑整体在发生地震的时候能够保持稳定。在进行建筑材料的选择过程当中应该充分考虑抗震的性能，但是在实际的建设过程当中还要兼顾建筑的成本和造价控制，尽可能通过科学合理的设计在，用尽可能少的材料达到最佳的抗震效果，在二者之间寻找一个最佳的位置。
建筑材料的使用性能对建筑物的质量有着决定性的影响，提高建筑物的抗震性，首先要确保建筑材料的质量。在钢筋的使用上应该尽可能的选择韧性较高的产品。垂直方向受力钢筋应该选择热轧钢筋，等级至少达到HRB400级和HRB335级，而箍筋宜选用HRB335、HRB400和HPB235级热轧钢筋。在对建筑材料进行选择时，通常要选择强度高、安全性好，以及具有良好耐久性的建筑材料，研究实践表明，高性能的建筑材料在提高建筑结构的使用性能与使用寿命方面具有不可替代的作用。
混凝土是目前我国建筑工程领域所普遍运用的人工石材，它的出现极大的改变了世界建筑工程领域的发展状况，为促进我国建筑工程领域的发展起到了极大的推动作用。但混凝土建筑材料却属于脆性材料，从建筑结构抗震的角度进行分析，混凝土材料不利于建筑结构的抗震性，为此不应作为结构性材料应用到建筑结构当中。目前主要通过对建筑结构进行科学合理设计以及采用钢筋来化解混凝土的脆性。通常状况下对混凝土自身的性能进行改良，提高混凝土建筑结构的抗震性能主要从以下几个方面加以着手：首先，要对混凝土搅拌过程中的用水量进行严格的控制，水对混凝土的水化反应以及混凝土的和易性都产生至关重要的影响，决定混凝土的性能，为此在混凝土加工、搅拌、运输、使用的全过程要通过会混凝土用水量的控制，来确保混凝土的强度及其耐久性。然而为了确保混凝土建筑结构的抗震性能，我们不能一味的增加混凝土的强度，因为混凝土强度与极限压成反比，当混凝土的强度达到一定高度时，在外力作用下一旦混凝土遭到破坏，此时混凝土的脆性特征就会变得更加明显，为此必须在考虑增强混凝土强度的同时要考虑增强混凝土的韧性，只有这样才能够确保混凝土具有较好抗震性能。
在保证混凝土足够的碱度防止钢筋锈蚀破坏以及碳化破坏的同时，适宜掺加掺合料可降低混凝土结构中主要存在于孔隙和浆体与集料界面的氢氧化钙的含量，改善界面结构，提高混凝土的抗渗性。集料质量也是影响混凝土质量、尤其是混凝土的耐久性的重要因素。例如，用碱活性集料或含有害组分的集料制备的混凝土不仅可导致混凝土耐久性的降低和寿命的缩短，而且可能在突发灾害中加速破坏而导致巨大损失。当然，从通用水泥自身也可提出许多有益于提高混凝土耐久性的要求，如适宜控制水泥比表面积和水化热、降低水泥中氯离子含量、碱含量等。此外，还可以从根本上调整水泥品种，例如选用低水化放热、高后期强度、尤其是抗折强度高、抗侵蚀性好的低热硅酸盐水泥，即高贝利特水泥，对于重点工程建设是一种更好的技术途径。
3 高层建筑抗震设计技术分析
3.1 建筑结构体系对建筑抗震性能的重要作用。现阶段在我国建筑结构体系中主要包含了框架结构体系、框架-剪力墙结构体系、剪力墙结构体系与筒体结构体系等主要结构体系表现形式。这些结构体系根据建筑物的实际需要被广泛的运用到高层建筑物中。而目前国外在地震多发区，已经开展广泛的采用钢结构体系，作为提高建筑结构防震的主要结构体系，我国目前所采用的多为钢筋混凝土结构，其抗震性能远远比不上钢结构的抗震性能。钢结构在强度、韧性以及延展性上具有明显的优势。通过对地震区建筑房屋的倒塌情况进行调查我们可以发现，钢结构建筑物的倒塌机率是最小的。我国工程建造开发者在进行高层建筑物设计时，为了节省用钢数量，往往采用框架-核心筒体系。在混合结构震层中所产生的剪应力的八成以上都由内部的混凝土来承担。钢筋混凝土结构在外力的作用下容易出现弯曲变形，为了减少建筑结构的侧移，往往需要采用小的钢结构对框架-核心筒结构加以辅助，这不但没能达到节省建筑钢材用量的目的，还增加了建筑结构的负担，不利于建筑整体结构稳固性的发挥，为此我国要积极推进钢结构在建筑领域的应用。
3.2 建筑结构的规则性。在进行建筑结构设计的过程当中，应该尽可能的做到规则，尤其是抗侧力结构应该尽可能的简单化，从而保证可靠性和承载力分布的均匀性。建筑结构的平面布置应该选择形状比较规则的图形，这样在发生地震的时候能够确保建筑整体的承载力均匀分布。应该尽可能的避免不规则的结构平面，造成建筑结构质心和刚心出现交错，这样一旦出现地震，一些和刚心距离比较大，刚度不足的构件就会发生侧移，受到较大的地震力的影响，有可能因为承受不住而发生损坏，最终导致建筑由于某个构件的损坏而发生倾斜和倒塌。为了防止抗侧力结构横向刚度突然出现变化，应该使垂直方向的抗侧力的截面积从上到下逐渐的递减。
3.3 控制结构变形。建筑整体结构变形程度对于整个建筑的抗震能力具有直接的影响。在发生地震的过程当中，建筑在水平地震力的作用下出现侧移，从而导致建筑结构发生变形，导致破坏的产生。因此应该充分的考察高层建筑的结构类型，然后有针对性的采取相应的措施来减少建筑机构在地震力作用下出现的变形。相关的时间证明。在对高层建筑结构的损坏程度进行评估的过程当中，间层侧移角度是一个十分重要的指标，而国家对此也进行了相应的规定。因此应该采取相关的措施来对结构侧移情况进行控制，比较常见的方法有：减小框架的柱距和梁距，采用弯-剪双重抗侧力体系，设置刚臂，竖向支撑的交错布置，变平面构件为立体构件，围护结构参与抗震，倾斜立面的利用，扭转体型的应用，双曲线圆筒的应用，加大房屋等有效宽度。
3.4 场地和地基的选择。建筑的场地以及地基的选择对于高层建筑的抗震能力具有直接的影响，是建筑抗震设计的基础。在进行建筑场地以及地基的选择时，应该充分的了解当地的地震活动情况，对当地的地质情况进行科学的勘察，在收集丰富资料的基础之上对场地进行综合的分析和评价，评估当地的抗震设计等级。对于一些不利于抗震设计的场地应该尽可能的进行规避，而实在无法规避的应该有针对性的做好相应的处理措施。在高层建筑地基选择过程当中应该尽可能的选择岩石或者是其它具有较高密实度的基土，从而提高建筑地基的抗震能力，尽可能的避开不利于抗震的软性地基土。对于一些达不到抗震要求的地基应该采取相应的措施进行加固和改造，使其能够符合相应的标准。
3.5 隔震和消能减震设计。对于一些有特殊要求的高层建筑，除了一般的抗震设计之外，还需要进行隔振以及消能减震设计，从而达到最佳的抗战效果。首先在场地和地基的选择上应该尽可能的选择密实度较高的地基，从而在地震发生的时候能够有效的减少地震能量对建筑的破坏，减少共振发生的可能性。根据建筑的实际需要设计建筑的隔震系数，选择相应的隔震支座，同时考虑风力对建筑所产生的载荷。在建筑构件的选择上应该使用延性较好的材料，从而减少地震能量对建筑的破坏。
3.6 抗侧力体系的优化。对一般性构造的高楼，刚比柔好，采用刚性结构方案的高楼，不仅主体结构破坏轻，而且由于地震时的结构变形小，隔墙，围护墙等非结构部件将得到保护，破坏也会减轻。提高结构的超静定次数，在地震时能够出现的塑性铰就多，能耗散的地震能量也就越多，结构就愈能经受住较强地震而不倒塌。改善结构屈服机制，使结构破坏十按照整体屈服机制进行，而不是楼层屈服机制。设计结构时遵循强节弱杆、强柱弱梁、强剪弱弯，强压弱拉的原则。在进行结构设计时，应该选定构件中轴力小的水平杆件，作为主要耗能杆件，并尽可能使其发生弯曲耗能。从而使整个构件具备较大的延性和耗能能力。
3.7 常用的加固设计。为了有效的提高建筑结构的抗震能力，应该根据建筑结构的实际情况采取相应的加固措施，在进行加固方法选择的时候应该具体考虑以下几个方面的因素：第一，对于一些机构设计存在缺陷的情况，应该根据实际情况增加构件进行加固，或者是采取具有较高抗震能力的构件代替原有构件。对于需要提高承载力或结构整体刚度的情况，可以增设构件，扩大原截面，设置套箍等方法；很多建筑结构整体性连接达不到抗震的标准，可以有针对性的对结构进行相应的调整，这样可以分散地震力，减少破坏。建筑中的一些与建筑结构不相关的构件，在地震时有可能倒塌而造成危害，应该适当进行加固。
4 结语
良好的抗震设计与抗震结构对建筑物抵抗地震灾害的威胁起到良好的保护作用，现代城市的发展促使高层建筑的不断增多，结构形式更加复杂多样，全面细致的考虑结构各个构件的组成部分，明了结构设计的重点，成为今后新型结构体系设计和考虑的要点。努力通过合理的设计创造出高性能的抗震结构，是提高我国建筑物的抗震效果，对人们的生命财产安全实施全面的保护必要举措。
参考文献：
[1]刘建政。住宅高层建筑结构抗震的优化设计[J]。建筑设计管理,2012,(2)。
高层建筑结构抗震设计范文第4篇
[关键词] 高层建筑 结构 抗震设计
引言
我国是一个多地震国家，VII度以上的高烈度区覆盖了1／2的国土，其中包括23个省会城市和2／3的百万以上人口大城市。目前我国正处在经济和社会迅速发展的时期，高层建筑工程的建筑规模已经位居世界之前列，而且可以预测：今后若干年，我国仍将是世界上高层建筑建设最多的国家。高层建筑是属于柔性建筑一类，风和地震作用是高层结构设计的主要侧向荷载，起着几乎是决定性的作用。而地震又是一种常见且具有较大危害的自然灾害，进行结构的抗震设计，减小建筑结构在地震作用下的生命和财产损失，一直是建筑结构设计人员和研究人员所关心和不懈努力去解决的问题。
结构工程师按抗震设计要求进行结构分析与设计，其目标是希望使所设计的结构在强度、刚度、延性及耗能能力等方面达到最佳，从而经济地实现“小震不坏，中震可修，大震不倒”的目的。但是，由于地震作用是一种随机性很强的循环、往复荷载，建筑物的地震破坏机理又十分复杂，存在着许多模糊和不确定因素，在结构内力分析方面，由于未能充分考虑结构的空间作用、非弹性性质、材料时效、阻尼变化等多种因素，计算方法还很不完善，单靠微观的数学力学计算还很难使建筑结构在遭遇地震时真正确保具有良好的抗震能力。
一、建筑抗震设防目标
在2001年版的《建筑抗震规范》(GB50011-2001)中，我国对建筑的抗震设防提出“三水准、两阶段”的要求,“三水准”即“小震不坏,中震可修,大震不倒”。在新版的《建筑抗震规范》(GB50011-2010)中也有相同的提法，它说明对于建筑的抗震设计，这样的要求应该是不变的。它传达出了以下三个方面的含义：
（1）当遭遇第一设防烈度地震即低于本地区抗震设防烈度的多遇地震时,结构处于弹性变形阶段,建筑物处于正常使用状态。建筑物一般不受损坏或不需修理仍可继续使用。因此,要求建筑结构满足多遇地震作用下的承载力极限状态验算,要求建筑的弹性变形不超过规定的弹性变形限值。
（2）当遭遇第二设防烈度地震即相当于本地区抗震设防烈度的基本烈度地震时,结构屈服进入非弹性变形阶段,建筑物可能出现一定程度的破坏。但经一般修理或不需修理仍可继续使用。因此,要求结构具有相当的延性能力(变形能力)不发生不可修复的脆性破坏。
（3）当遭遇第三设防烈度地震即高于本地区抗震设防烈度的罕遇地震时,结构虽然破坏较重,但结构的非弹性变形离结构的倒塌尚有一段距离。不致倒塌或者发生危及生命的严重破坏,从而保障了人员的安全。因此,要求建筑具有足够的变形能力,其弹塑性变形不超过规定的弹塑性变形限值。
三个水准烈度的地震作用水平,是按三个不同超越概率(或重现期)来区分的:多遇地震:50年超越概率63.2%,重现期50年；设防烈度地震(基本地震):50年超越概率10%,重现期475年；罕遇地震:50年超越概率2%-3%,重现期1641-2475年,平均约为2000年。
对建筑抗震的三个水准设防要求,是通过“两阶段”设计来实现的,其方法步骤如下:
（1）第一阶段:第一步采用与第一水准烈度相应的地震动参数,先计算出结构在弹性状态下的地震作用效应,与风、重力荷载效应组合,并引入承载力抗震调整系数,进行构件截面设计,从而满足第一水准的强度要求；第二步是采用同一地震动参数计算出结构的层间位移角,使其不超过抗震规范所规定的限值;同时采用相应的抗震构造措施,保证结构具有足够的延性、变形能力和塑性耗能,从而自动满足第二水准的变形要求。
（2）第二阶段:采用与第三水准相对应的地震动参数,计算出结构(特别是柔弱楼层和抗震薄弱环节)的弹塑性层间位移角,使之小于抗震规范的限值。并采用必要的抗震构造措施,从而满足第三水准的防倒塌要求。
二、高层建筑结构的抗震计算方法
新规范《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)对各类建筑结构的抗震计算应采用的方法作了以下规定:高度不超过40m,以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀的结构,以及近似于单质点体系的结构,可采用底部剪力法等简化方法；少数类型的建筑结构,宜采用振型分解反应谱方法；特别不规则的建筑、甲类建筑和限制高度范围的高层建筑,应采用时程分析法进行多遇地震下的补充计算,可取多条时程曲线计算结果的平均值与振型分解反应谱法计算结果的较大值。
三、建筑结构抗震能力评估方法
3.1 弹塑性计量法
目前，弹塑性分析已经成为结构抗震设计的一个重要组成部分，国内外大量地震震害教训表明，建于强震区的早期结构，具有较高的地震易损伤性。如何评定这些已建结构的抗震性能，并据此进行合理的抗震加固，对最大限度的降低地震震害损失以及保护人民生命财产安全，都具有重要意义。
弹塑性分析法主要用于对现有结构或设计方案进行抗侧力能力的计算，从而估计其抗震能力，自从基于性能的抗震设计理论提出之后，该方法的应用范围逐渐扩大到新建建筑结构的弹塑性抗震分析。这种方法与传统的抗震静力方法区别主要在于它考虑了结构的弹塑性性能并将设计反应谱引入了计算过程和计算结果的解释。基本原理是：在结构上施加竖向荷载并保持不变，同时施加某种分布的水平荷载，该水平荷载单调增加，构件逐步屈服，从而得到结构在横向静力作用下的弹塑性性能。正因为弹塑性计量法的这种特点，已经在建筑结构抗震能力评估领域发挥越来越重要的作用，而其中弹塑性静力分析作为结构弹塑性变形分析方法之一，以其实用性较强的优点正受到越来越多的关注，已经被列入我国《建筑抗震设计规范》。
3.2 反应谱法
反应谱法是用动力方法计算质点体系地震反应，建立反应谱；再用加速度反应谱计算结构的最大惯性力作为结构的等效地震荷载；然后按静力方法进行结构计算设计的方法，因此，它是一种拟静力方法。我国抗震规范及高层规范都要求在高层建筑中用反应谱方法计算等效地震力，一般有两种方法 ：①反应谱底部剪力法，主要适用于当结构高度小于40m，沿高度方向质量刚度分布比较均匀， 以第一振型为主的高层建筑；②反应谱振型叠加法，当把结构简化为平面结构进行分析时，采用平方和的平方根法(SRS方法) ；当采用空间协同分析或空间分析方法时，考虑空间各振型的相互影响，采用完全二次方程法（CQC）方法，地震反应完全平方组合)。当然关于建筑结构抗震能力评估方法还有很多， 本文只是展示了这两种比较基本而且使用几率比较大的方法。
四、高层建筑结构设计中需要注意的问题
结合对新的抗震设计规范（GB50011―2010）的理解及自己的工作实践，个人认为目前高层建筑抗震在结构设计上设计需要注意以下几个方面的问题：
1)结构整体计算的软件选择。 目前比较通用的计算软件有:SATWE、TAT、TBSA等,但是,由于各软件在采用的计算模型上存在着一定的差异,因此导致了各软件的计算结果有或大或小的不同。所以,在进行工程整体结构计算和分析时必须依据结构类型和计算软件模型的特点选择合理的计算软件,并从不同软件相差较大的计算结果中,判断哪个是合理的、哪个是可以作为参考的,哪个又是意义不大的,这将是结构工程师在设计工作中首要的工作。
否则,如果选择了不合适的计算软件,不但会浪费大量的时间和精力,而且有可能使结构有不安全的隐患存在。
2)是否需要地震力放大,考虑建筑隔墙等对自振周期的影响。 该部分内容实际上在新老规范中都有提及,只是,在新规范中根据大量工程的实测周期明确提出了各种结构体系下高层建筑结构计算自振周期折减系数。
3)振型数目是否足够。 在新规范中增加一个振型参与系数的概念,并明确提出了该参数的限值。 由于在旧规范设计中,并未提出振型参与系数的概念,或即使有该概念,该参数的限值也未必一定符合新规范的要求,因此,在计算分析阶段必须对计算结果中该参数的结果进行判断,并决定是否要调整振型数目的取值。
五、提高我国建筑结构抗震能力的建议
5.1 研究开发更为合理的结构形式
随着科技日益高速发展，自重轻、跨度大、功能多样、施工周期短成为现代建筑结构的发展方向。因而，研制出轻质高强的新型建筑材料，研究开发合理的结构形式成为各种新型结构体系应运而生的前提和基础。
5.2 材料的选用和结构体系问题
在地震多发区，采用何种建筑材料或结构体系更为合理的问题应该得到人们的重视。我国高层建筑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建筑采用的主要体系。但国外，特别是地震区，是以钢结构为主，而在我国钢筋混凝土结构及混合结构却占了90％，如此高比例的钢筋混凝土结构及混合结构，国内外都还没有经受地震较大的考验。
钢结构同混凝土结构相比，具有优越的强度、韧性和延性以及强度重量比， 总体上看抗震性能好，抗震能力强。震害调查表明，钢结构较少出现倒塌破坏情况。在高层建筑中采用框架――核心筒体系，因其比钢结构的用钢量少，又可减少柱子断面，故常被业主所看中。钢与混凝土的混合结构中钢筋混凝土构件内往往要承受80％以上的地震层剪力，有的高达90％以上，由于结构以钢筋混凝土结构的位移值为基准，但因其弯曲变形的侧移较大，靠刚度很小的钢框架协同工作减小侧移，不仅增加了钢结构的负担，而且效果不大，有时不得不加大混凝土筒体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的要求。
在结构体系或柱距变化时，常常需要设置结构转换层。加强层和转换层都在本层形成很大的刚度而导致结构刚度突变，常常会使与加强层或转换层相邻的墙柱构件的剪力突然加大，加强层伸臂构件或转换层构件与外框架柱连接处很难实现强柱弱梁。因此在需要设置加强层及转换层时，要慎重选择其结构模式，尽量减小其本身刚度，减小其不利影响。
参考文献
[1] 刘大海．高层建筑抗震设计[M]．北京：中国建筑工业出版社，2006.
高层建筑结构抗震设计范文第5篇
关键词：高层建筑结构；结构抗震；地震设防
Abstract: the structure of the high-rise building is necessary to earthquake is also very important aspect, has been improving overall seismic capacity building concept design is the focus of attention of the construction industry. This article from the goal of aseismic design of high-rise building earthquake-proof summarized design method.
Keywords: high building structure; Structure seismic; Seismic fortification
中图分类号：TU973+.31 文献标识码：A 文章编号：
0 前言
高层建筑的发展与城市民用建筑的发展密切相关,城市人口集中、用地紧张以及商业竞争的激烈化,促进了人们对高层建筑的需求。地震是一种随机震动，有着难于把握的复杂性和不确定性，很难准确预测建筑物所遭遇地震的特性和参数。
1抗震设计目标
建筑所在地区的地震基本烈度，是指该地区今后50年内，在一般场所条件下可能遭遇超越概率为10%的地震烈度。抗震设防烈度是指按国家规定的权限批准作为一个地区抗震设防依据的地震烈度。我国《建筑抗震设计规范》提出三个水准的设防要求，即“小震可修，中震不坏，大震不倒”。但是具体做法上是通过二阶段设计法来实现的，（一）第一阶段设计。按小震作用效应和其它荷载效应的基本组合演算结构构件的承载能力，以及在小震作用下演算结构的弹性变性。（二）第二阶段设计。在大震作用下验算结构的弹塑性变形，以满足第三水准抗震设防目标的要求。第二水准抗震设防目标的要求，是以抗震构造措施来保证的。
2高层建筑抗震设计分析方法
2.1场地和地基的选择
选择建筑场地时，应根据工程需要，掌握地震活动情况、工程地质和地震地质的有关资料，对抗震有利、不利和危险地段作出综合评价。对不利地段，应提出避开要求；当无法避开时应采取有效措施；选择地基时，一般而言，岩石、半岩石和密实的地基土对房屋抗震最有利，是最好的建筑场地；而松软的，软弱粘性土等，尤其是易发生砂土液化的地区，都对房屋的抗震不利。同一结构单元的基础不宜设置在性质截然不同的地基上；同一结构单元不宜部分采用天然地基不采用桩基。
2.2建筑结构的规则性
建筑及其抗侧力结构的平面布置宜简单、规则，刚度和承载力分布均匀。平面宜为矩形，方形、圆形等规则的平面，因为形状规整，地震时能整体协调一致，并可以使结构处理简化。否则当平面为L、T形时，形状凸出凹进，结构的质心和刚心不重和，地震是转角应力集中，扭转震动明显，导致远离刚心的刚度较小的构件，侧移量加大，所分担的水平地震力与显著增大，很容易发生破坏，甚至导致整个结构因一侧结构失效而倒塌。竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自下而上逐渐减小，避免抗侧力结构的侧向刚度和承载力突变。如果竖向不规则的建筑结构，应采用空间结构计算模型，其薄弱层的地震剪力应乘以1.15的增大系数，应按规范有关规定进行弹塑性变形分析。
2.3建筑结构材料的选取
在高层建筑结构方案的设计中，结构材料的选取是很重要的。从抗震角度设计来说，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，例普通钢筋宜选用延性、韧性和可焊性较好的钢筋；普通钢筋的强度等级，纵向受力钢筋宜选用HRB400级和HRB335级热轧钢筋，箍筋宜选用HRB335、HRB400和HPB235级热轧钢筋。这要求我们应根据建设工程的各方面条件，选用既符合抗震要求又经济实用的结构类别，按此标准来衡量，使用不同材料的几重结构类型，依其抗震延性性能优劣的顺序是：刚结构，型钢混凝土结构，现浇钢筋混凝土结构，装配式钢筋混凝土结构，配筋砌体结构。
2.4隔震和消能减震设计
隔震和消能减震设计，应主要用于使用功能有特殊要求的建筑，对于高层建筑，选择坚硬的场地土建造高层建筑，可以明显减少地震能量输入减轻破坏程度。错开地震动卓越周期，可防止共振破坏。隔震设计应根据预期的水平减震系数和位移控制要求，选择适的隔震支座及为抵抗地基微震动与风荷载提供初刚度的部件组成的隔震层。提高结构阻尼，采用高延性构件，能够提高结构的耗能能力，减轻地震作用，减小楼层地震剪力。
2.5抗侧力体系的优化
对一般性构造的高楼，刚比柔好，采用刚性结构方案的高楼，不仅主体结构破坏轻，而且由于地震时的结构变形小，隔墙，围护墙等非结构部件将得到保护，破坏也会减轻。提高结构的超静定次数，在地震时能够出现的塑性铰就多，能耗散的地震能量也就越多，结构就愈能经受住较强地震而不倒塌。改善结构屈服机制，使结构破坏十按照整体屈服机制进行，而不是楼层屈服机制。设计结构时遵循强节弱杆、强柱弱梁、强剪弱弯，强压弱拉的原则。在进行结构设计时，应该选定构件中轴力小的水平杆件，作为主要耗能杆件，并尽可能使其发生弯曲耗能。从而使整个构件具备较大的延性和耗能能力。
2.6常用的加固设计
针对抗震鉴定结论，根据建筑结构不同体系及不同特点，在抗震加固时宜从以下几个方面来考虑具体的加固方法：对了原有结构体系存在明显不合理的情况，条件许可时可采用增设构件的方法予以改善，否则采取能同时提高承载力和变形能力的方法，使整体抗震能力满足要求；对于需要提高承载力或结构整体刚度的情况，可以增设构件，扩大原截面，设置套箍等方法；对了结构的整体性连接不符合抗震要求的情况，可以以提高变形能力为思路；对于局部构造不符合要求时，可进行局部处理或改变传力途径，使地震作用由增设的构件承担，从而保护局部薄弱构件；对于次要的非结构构件不符合抗震要求的情况，可仅对可能倒塌伤人的部位加以处理。
2.7控制结构变形
地震时建筑物的破坏程度，主要取决于主体结构变形的大小。水平地震作用下高层结构各楼层的侧移，包含四种成分：整体剪切变形，整体弯曲变形，整体平移，整体转动。对不同的结构应采取针对性的措施，控制结构的变形。结构实验和震害调查表明，采用层间侧移角度来评估结构的损坏程度是比较合理的，《抗震规范》对高层结构不同水准下的层间侧移角限值作出了规定。减小结构侧移的途径主要有：减小框架的柱距和梁距，采用弯-剪双重抗侧力体系，设置刚臂，竖向支撑的交错布置，变平面构件为立体构件，围护结构参与抗震，倾斜立面的利用，扭转体型的应用，双曲线圆筒的应用，加大房屋等有效宽度。
2.8减轻房屋自重
在高层地上部分的总重之中，各层楼盖的自重越占40%左右，所以可通过采用密肋楼板、无粘结预应离平板，预制多孔板，现浇多孔板、应用防火隔热涂料等方法减轻楼板重量。钢筋混凝土墙体较多的高层结构中，应在满足承载力要求的前提下，适当减薄墙体。使用高强混凝土、轻骨料混凝土、加气混凝土、轻型隔墙、轻型围护墙等措施也是减轻房屋自重的有效途径。
