高层建筑与抗震设计

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高层建筑与抗震设计范文第1篇

关键词：高层建筑；结构选型；影响因素；抗震分析；加固措施

0 前言

目前，在我们国家，建筑设计和计算大部分还是依赖软件，对其中的各种参数、假定包括现行的规范理解不够，实际的建筑工程设计水平还有局限性，这对于建筑结构的安全性是不利的。选择合适的结构选型，并对于地震区需加强抗震措施的建筑应作出抗震加固是十分重要的。因此，结构选型及抗震设计作为高层建筑结构设计当中的两大关键要素，其设计安全性与时代性应当引起相关工作人员的特别关注与重视。

1 高层建筑结构体系形式和内容

竖向荷载是所有结构最基本的传力体系；随着建筑高度的增大，侧向荷载对结构的影响成为重中之重，侧向荷载将成为确定高层建筑结构方案和影响土建造价的决定性因素，因此抗侧力体系的选择和组成是高层建筑结构设计的首要考虑和决策的重点。

高层建筑在选型上可以考虑多种结构体系如框架、剪力墙、框架-剪力墙、框架-筒体、筒中筒等。每种结构体系均有自身的特点及适用范围，如框架比较利于空间的划分，但其适用高度有限，且高层框架抗震性能不好；而剪力墙结构则有利于空间的划分，但不适用于大空间的使用，但其抗侧性能较好；而框架-剪力墙则可以弥补两者的不足。

2 影响高层建筑结构体系选择的因素

高层建筑自身的功能要求是重中之重。如高层住宅在功能上对空间的分隔，剪力墙可以很好的满足，可以使剪力墙和隔墙统一，其承重和抗侧力功能良好。因此剪力墙是适应高层住宅一个很好的结构体系，而框架在框架柱可能暴露以及适应高度方面都局限性，在影响建筑的美观、施工方便以及抗震性能上都有所不足，对比剪力墙在高层住宅的应用要少很多。而对于即要求平面上空间的划分有小有大时，如高层旅馆等，剪力墙只能上空间分隔上满足要求，而对于划分大空间时，框架比较适合，因此选用框架―剪力墙结构和筒体结构较为合适。而对空间上下部分划分不一致时，如建筑下部分作为商场使用等，则应该在高层建筑中设置转换层。因此对于高层建筑，建筑的功能要求对于结构体系的确定有重大的影响。

3 高层建筑结构抗震设计分析

（1）高层建筑结构抗震设计理论分析。现阶段应用比较广泛的高层建筑结构抗震设计理论主要可分为反应谱理论、动力理论以及拟静力理论三个类型，首先，对于反应谱理论而言，进行抗震设计的重心在于地震震动过程当中的加速度特性；其次，对于动力理论，广范应用于20世纪70-80年代，进一步动力理论也称地震时程分析理论，它抗震设计的核心就是把地震作为一个时间过程，将有显著特征的地震动加速度作为一个地震动变量参数，而整个结构就是多自由度体系，从而得到每个时刻的地震反应从而完成抗震设计工作。最后，对于拟静力理论而言，进行抗震设计的基本在于对地震力大小参数进行核算，按照地震系数与高层建筑结构重量的乘积对该参数进行计算。

（2）高层建筑结构抗震设计应该按照“三水准”设计，应使建筑结构构件、层间位移、整个结构的抗震能力均符合规范要求。

4 传统抗震技术存在的问题

从早期的框架结构、剪力墙结构这些传统抗震结构，到近期的消能减震结构和隔震结构等新型结构，结构的损伤机制越来越明确。目前传抗抗震技术存在以下问题：

（1）安全问题：由于“基本烈度”不确定性，在突发强地震时难于控制结构破损程度，因此很难保证不倒塌。

（2）适应问题：只要求在设防烈度内保护结构，并没有对生命线工程作强调，没有保护生命线工程中的重要设备、仪器等，而这些生命线工程包括指挥中心、网络中枢、医院、电台等。

（3）经济问题：硬抗地震，一味的增加构件的断面面积，会使构件的刚度变大，而刚度变大带来的效应是地震作用增大。据研究，烈度为7度时造价相比6度设计约增3%-8%，8度时增加10%-25%，9度时增加20%-40%；硬抗地震只会使造价提升。

（4）建筑设计复杂导破坏：不规则平面会导致扭转，不规则立面会导致层间剪切破坏。

5 高层建筑结构抗震加固的损伤机制和措施

（1）高层建筑结构的损伤机制的内容：结构在地震作用下的损伤是指地震过后无法自动恢复的结构力学特性的改变，比如构件的屈服、构件刚度和承载力的退化等。结构损伤形式包括脆性损伤和延性损伤，在抗震设计中我们期望的是延性损伤，即在承载力基本保持不变的情况下有较长稳定的变形的发展阶段，这样有较大的耗能能力。损伤在结构体系中发生的部位即是损伤分布，通常，将损伤尽可能均匀地分布在结构体系中是提高结构抗震性能的有效手段，因此将地震作用下结构的损伤分布称为“损伤机制”。损伤机制控制有助于实现构件、区域功能分化，充分利用不同结构材料的特性；同时具有明确损伤机制的结构在预期强震下的地震响应更易于预测。

（2）普通结构的损伤机制：框架结构的理想损伤机制是“强柱弱梁”机制，即框架结构的梁端和底层柱角是预期损伤部位，在地震作用下可以屈服并通过自身的塑性变形来耗散地震能量，框架柱基本保持弹性。而这一结构体系在地震作用下经常出现的问题是出现“柱铰机制”，即在同一层所有柱的上下端形成塑性铰，其危害远大于梁铰机制。在汶川地震中按规范设计的钢筋混凝土框架结构也会因柱端发生屈服而倒塌。钢筋混凝土框架-剪力墙结构的合理的损伤机制是在大震作用下，连梁大量弯曲屈服并主要耗能，部分框架梁弯曲屈服，作为连梁耗能的补充；墙肢的屈服应尽量推迟，最终墙肢的屈服只控制在底部发生而上部不屈服，并且墙肢的损伤程度较小；框架柱作为结构后备抗震防线，保持弹性。在这样的损伤机制中，连梁率先屈服并通过自身较大的塑性变形耗散地震能量，成为控制剪力墙体系抗震性能的关键问题之一。而此类结构往往出现的问题是实际结构中连梁因建筑尺寸对其截面形状的限制而难以发生延性破坏。

（3）抗震加固的原理：将损伤尽可能地均匀地分布在结构体系中，如在结构中均匀设置滞回型阻尼器的消能减震结构，此时损伤体现为整体型；但有时将损伤集中于结构的某些部位也有利于结构其他部位免遭破坏，如隔震结构。隔震结构与生俱来具有明确的预期损伤分布，即结构变形与损伤主要集中在由隔震支座和各种阻尼器组成的隔震层中，而上部结构基本保持弹性，目前隔震结构体系的研究便主要集中在高性能隔震支座和适用于隔震结构的阻尼器的开发。从汶川地震和大量震后建筑可以看出，使用消能减震结构、隔震结构进行加固都取得了不错的效果，相比未采取抗震加固措施的建筑在安全性上有了很大的提高，更是减小了震害损失和人员伤亡。

6 结语

结构选型应该考虑建筑本身的功能要求和抵抗荷载的类型等多种因素，合适的结构选型、精确的计算更有利于建筑工程的施工进度、质量控制和工程造价。同时，在结构设计中，对于地震反应较大的建筑可考虑建筑结构在地震中的损伤机制，进行建筑抗震加固包括阻尼器、隔震以及消能减震等措施，从而改变建筑结构在震中的地震反应，减小建筑结构的地震损伤。

参考文献：

[1]冯望.高层建筑结构选型的探讨[J].中华建设，2008，04.

[2]喻敏波，王全凤.浅谈高层建筑结构选型[J].福建建筑，2010，05.

高层建筑与抗震设计范文第2篇

关键词：高层建筑；抗震；设计

中图分类号：TU97文献标识码： A 文章编号：

0 引言

高层建筑结构的抗震性能关系重大，本文探讨了抗震概念、构造及设计过程中如何解决遇到的问题，然后分析了影响建筑物抗震效果的主要因素，指出了高层建筑抗震设计应遵循的原则和方法，就此，提到了高层建筑结构抗震设计的广阔前景。

1 建筑结构抗震等级的规定和标准

震级是根据地震的强度而进行的划分，在我国，地震划分为六个级别：3级为小地震，3～4．5级为有感地震，4．5"--6级为中强地震，6～7为级强烈地震，7～8级为大地震，8级以上的为巨大地震，是国家根据相关的历史、地理和地质方面的经验资料，经过勘查和验证，对进行地震分组的一个经验数值，它是地域概念。抗震设防有甲、乙、丁类建筑，在我国大部分的房屋抗震等级是8度，可以抵抗6级地震的作用。国家设计部门依据有关规定，按照建筑物的分类和设防标准，根据房屋高度、结构等方面，采用不同的抗震等级。比如，在钢筋混凝土结构中，抗震等级可以分一般、较为严重、严重和很严重这4个级别。

在高层建筑的抗震设计中，混凝土结构应高根据建筑的高度、建筑的结构和设防的烈度运用不同的抗震等级，而且应该符合相应的计算和措施要求。

2 影响建筑物抗震效果的因素

研究高层建筑结构的抗震设计，必需明确建筑物抗震效果的主要影响因素。下面，将从建筑结构本身的设计效果、施工材料施工过程以及建筑场地情况3个方面进行分析。

2．1 建筑结构建造过程中所使用的材料和施工过程

建筑结构的材料是影响抗震效果非常重要的因素，但是这个因素往往被人们忽视，工作人员需要明确这样一点：在一般情况下，地震对建筑物作用力的大小与建筑物的质量成正比。在同等地震环境下，建筑物材料使用越好，其受到的地震作用力也相对较小；反之，建筑物就会遭到来自地震的很大的作用力。所以，在实际的建筑物的建设中，建议他们多采用隔断、板楼、维护墙等构件，广泛采用空心砖、加气混凝土板、塑料板材等质轻的建筑材料，这将会有利于建筑物抗震性能的提高。建筑结构施工过程同施工材料共同影响整个建筑工程的质量，在施工过程中，每一个环节都可以影响建筑结构抗震效果。所以，高层建筑在具体施工中，要加强监管和规范，严格做好高层建筑施工管理，从建筑结构的质量上来提高抗震效果。

2．2 建筑物自身的结构设计

建筑物的结构设计是影响抗震效果极为关键的一个因素，建筑物若要达到抗震目的，必须进行合适的结构设计，保证抗震措施合理，能够基本实现小地震不坏、大地震不倒这样的目标。无论点式住宅或是版式住宅，都要进行合理的结构设计，提高建筑结构的抗震性能。如果建筑物对平面的布置较为复杂，质心与

刚心不一致，在地震情况下，将会加剧地震的作用影响力，破坏性增强。所以，建筑物的结构平面布置尽量保证建筑物质心和刚心重合，提高建筑物的抗震能力。

在建筑结构的设计中，出屋面建筑部分不宜太高，以降低地震过程中的鞭梢影响；平面布置不规则的房屋注意偏离建筑结构刚心远端的抗震墙等等。

2．3 建筑物所处地质环境情况

在地震中，对建筑物造成破坏的原因是多方面的，比如：岩石断层、山体崩塌、地表滑坡等使得地表发生运动，造成建筑物的破坏；海啸、水灾等次生灾害对建筑物造成破坏。在造成建筑物破坏的诸多原因中，有些是可以通过工程措施加以预防的。所以，在选择建筑工地的位置之前，要进行详尽的勘探考察，分析地形和地质条件，避开不利地段，挑选对建筑物抗震有利的地点。

3 高层建筑抗震设计的方法

对高层建筑结构的抗震设计时，要从减小地震作用力的输入和增强地震抵抗力两个方面进行考虑。下面将从五个方面进行分析：尽可能减小地震作用能量的输入，运用高延性设计、推广消震和隔震措施的运用，注重抗震结构的设计，重视建筑材料的选择，增多抗震防线的建设。将减小地震作用力和增强建筑的地震抵抗力二者结合起来，从两方面入手，进行建筑抗震的设计施工。

3．1 减少地震发生时能量的输入

在具体的设计中，积极采用基于位移的结构抗震方法，对具体的方案进行定量分析，使结构的变形弹性满足预期地震作用力下的变形需求。对建筑构件的承载力进行验收的同时，还要控制建筑结构在地震作用下的层间位移限值；并且更具建筑构件的变形和建筑结构的位移之间的关系，确定构件的变形值；根据建筑界面的应变分布以及大小，来确定建筑构件的构造需求。对于高层建筑来讲，在坚固的场地上进行建筑施工，可以有效减少地震发生作用时能量的输入，从而减弱地震对高层建筑的破坏程度。

3．2 运用高延性设计、推广消震和隔震措施的运用

现在在我国，许多高层建筑进行抗震设计时，多采用延性结构，也就是适当的空着建筑结构的刚度，允许地震时结构的构件进入到具有很大延性的塑性状态，从而消耗地震作用时的能量，使地震反应减小，减弱地震给高层建筑带来的破坏和重大损失。如果某高层建筑的承载能力较小，但是具有较高的延性，那么在地震中它也不容易倒塌，因为延性构件可以吸收较多的能量，经受住很大的结构变形。延性结构的运用，在很多情况下是有效的，它可以消耗地震能量，减轻地震反应，使结构物“裂而不倒一。

3.3 注重抗震结构的设计

高层建筑抗震设计的结构应该得到人们的重视。我国150 m以上的建筑，采用的3种主要结构体系(框．筒、筒中筒和框架．支撑体系)，都是其他国家高层建筑采用的主要体系。我国钢材生产数量已较大，钢结构的加工制造能力已有了很大提高，因此在有条件的地方，建议尽可能采用钢骨混凝土结构、钢管混凝土(柱)结构或钢结构，以减小柱断面尺寸，并改善结构的抗震性能。

我国传统文化中“以柔克刚”具有价高的思想价值，可以指导很多实际问题。在高层建筑结构的抗震设计中，可以从传统的硬性为主的抗震模式向以柔性为主的抗震模式转变，实现以柔克刚、刚柔相济，有效地减弱地震作用过程中释放的冲击力。比如，在高层建筑的拱形结构中有这样一个例子迪拜帆船酒店，外观如同一张鼓满了风的帆，一共有56层、321 m高，就是运用拱结构抗震减灾的很好的例子。

4 高层建筑结构抗震设计前景展望

今后若干年，中国仍将是世界上修建高层建筑最多的国家，这将会给高层建筑抗震设防带来新的难题。21世纪，高层建筑结构抗震将有如下变化：

(1)高层建筑的抗震结构体系将从以硬性为主向柔性为主的结构抗震转变，通过“以柔克刚”方式，调整建筑结构构件的隔震、减震和消震来实现抗震目的。

(2)建筑材料对结构抗震的影响越来越得到重视。建筑材料的各个抗震指标的提升可以提高高层建筑的抗震能力，研制新的建筑材料可推动高层建筑结构抗震技术的发展。通过优化的抗震方法设计，来实现高层建筑的抗震要求。

(3)计算机模拟抗震试验得到广泛应用。将制作好的模型或结构构件放在模拟地震振动台上，台面输入某一确定性的地震记录，能够较好地反映该次确定性地震作用的效果。计算机模拟环境可以拟真抗震效果，帮助科学改进各因素，有效抗震。

另外，高层建筑结构的抗震设计的计算方法也有了新的转变：从线性分析向非线性分析转变，从确定性分析向非确定性分析转变，从振型分解反应分析向时程分析法转变 。

5 结语

高层建筑结构的抗震设计方法和技术是不断变化和进步的，我们需要在具体的实践中对高层建筑所处的地质和环境进行详细的分析和研究，选用适合的抗震结构，注重建筑结构材料的选择，减小地震的作用力，增强地震的抵抗力，从而达到高层建筑抗震的目的。

参考文献：

高层建筑与抗震设计范文第3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。

高层建筑与抗震设计范文第4篇

【关键词】带转换层；高层建筑；抗震设计

前言

随着高层建筑的迅速发展，以及对建筑结构多功能的要求，带转换高层结构的应用越来越多，且转换层的设置位置也越来越高。六度抗震地区与非抗震地区在带转换层高层建筑结构设计上的存在区别，不同区域的建筑结构设计，根据抗震等级不同也存在区别，对不同地区进行整体结构概念设计，应避免在实际设计工程中造成不必要的浪费或者安全度偏大，以达到节省建筑工程造价的目的。

一、带转换层结构的设计原则

带转换层建筑结构总体设计应遵循的如下原则：首先，传力直接，避免多次转换。布置转换层上下主体竖向结构时，要尽量使水平转换结构传力直接，通过结构的合理布置，使不落地的剪力墙通过转换托梁直接传给竖向承重构件，尽可能的避免转换次梁及水平多级转换，实现传力路劲的最短化。其次，强化下部、弱化上部。要保证底部大空间有适宜的刚度、强度、延性和抗震能力，要有意识的强化转换层下部主体结构刚度，弱化转换层上部主体结构的刚度，使得转换层上下部主体结构的刚度及变形特征尽量接近，以避免出现薄弱层。再次，计算全面准确。必须将转换结构作为整体结构中一个重要组成部分，采用符合实际受力变形状态的正确计算模型进行三维空间整体结构计算分析。采用有限元方法对转换结构进行局部补充计算时，转换结构以上至少取2层结构进入局部计算模型，同时应计及转换层及所有楼盖平面内刚度，计及实际结构三维空间盒子效应，采用比较符合实际边界条件的正确计算模型。

二、建筑结构平面布置

关于建筑物的结构平面布置，仅在《高层建筑混凝土结构技术规程》表4.3.3中对建筑物在考虑地震作用时的平面长宽比以及局部凹凸进行明确规定；并且在4.3.5条中对建筑的位移比和周期比进行严格的限制。非抗震设计时，由于对周期比没有严格的限制，故在设计转换层以上的小开间住宅部分的竖向构件时，可以只按照竖向构件的承载力进行设计；作抗震设计时，为了使周期比满足规范要求的限值，必须对建筑物周围的竖向构件进行加强处理，这就人为地增大了转换层上部的建筑物结构刚度，也增加了竖向构件的数量或者截面，同时也会引起转换层下部刚度相应增大。

三、建筑结构竖向布置

考虑地震作用下，仅在《高层建筑混凝土结构技术规程》中4.4.2和4.4.3条对建筑物的侧向刚度进行限制，保证建筑物的侧向刚度的连续。4.4.5条对建筑物的竖向收进和外挑进行限制。

（1）底部大空间为1层时，可近似采用转换层上、下层结构等效剪切刚度比γ表示转换层上、下层结构刚度的变化，γ宜接近1，非抗震设计时γ不应大于3，抗震设计时γ不应大于2。

（2）底部大空间层数大于1层时，其转换层上部与下部结构的等效侧向刚度比γe宜接近1，非抗震设计时γe不应大于2，抗震设计时γe不应大于1.3。由于转换层结构上部建筑多为住宅，根据建筑住宅使用功能的要求，房间分隔较小且对结构梁高进行限制，故造成上部住宅部分的竖向构件柱子或短肢剪力墙数量较多，梁较密。并且转换层上部住宅部分层高一般比下部大开间的商场部分小得多。这些都是造成转换层上部结构刚度远远大于下部结构刚度的客观原因。为了增加下部结构刚度，只能在适当位置处增加竖向构件或原竖向构件的截面尺寸。上、下部刚度越要求接近，则增加的下部竖向构件越多或者截面越大。

四、结构构件承载力设计的区别

《高层建筑混凝土结构技术规程》4.7.1条中规定：无地震作用时，构件承载力设计值大于等于结构作用效应组合的设计值与结构重要性系数的乘值（结构重要性系数的取值在1.～1.1之间）；有地震作用组合时，构件承载力设计值大于等于结构作用效应组合的设计值与结构构件承载力抗震调整系数的乘值（结构构件承载力抗震调整系数的取值在1.0～1.33之间）。

以上分析均针对非抗震设计和抗震设计在结构概念设计上的区别，属于确定建筑方案前需要考虑的结构体系对建筑物的总体影响，是非抗震设计和抗震设计在性能设计上的根本区别，需要在建筑方案确定前进行经济综合性比较分析。整体结构概念设计是实现非抗震结构性能经济性设计的根本方向。

五、具体建筑构件单项比较分析

1、框支梁

梁上、下部纵向钢筋的最小配筋率，非抗震设计时不应小于0.30%；抗震设计时，特一、一和二级不应小于0.60%、0.50%和0.40%；加密区箍筋最小面积含箍率在非抗震设计时不应小于0.9ft/fyv；抗震设计时，特一、一和二级不应小于1.3ft/fyv、1.2ft/fyv和1.1ft/fyv。梁截面高度在抗震设计时不应小于计算跨度的1/6，非抗震设计时不应小于计算跨度的1/8；框支梁截面组合的最大剪力设计值应符合下列要求：

无地震作用组合时：V≤0.2βcfcbh0；

有地震作用组合时：V≤0.15βcfcbh0/γRE。

2、框支柱

框支柱截面组合的最大剪力设计值应符合下列要求：无地震作用组合时，V≤0.2βcfcbh0；有地震作用组合时，V≤0.15βcfcbh0/γRE。柱截面宽度，非抗震设计时不宜小于400mm，抗震设计时不应小于450mm；柱截面高度，非抗震设计时不宜小于框支梁跨度的1/15，抗震设计时不宜小于框支梁跨度的1/12；非抗震设计时，框支柱宜采用复合螺旋箍或井字复合箍，箍筋体积配箍率不宜小于0.8%，箍筋直径不宜小于10mm，箍筋间距不宜大于150mm。

3、剪力墙

部分框支剪力墙结构，剪力墙底部应加强部位墙体的水平和竖向分布钢筋最小配筋率，抗震设计时不应小于0.3%，非抗震设计时不应小于0.25%；错层处平面外受力的剪力墙，其截面厚度，非抗震设计时不应小于200mm，抗震设计时不应小于250mm，并均应设置与之垂直的墙肢或扶壁柱；抗震等级应提高一级采用。错层处剪力墙的混凝土强度等级不应低于C30，水平和竖向分布钢筋的配筋率，非抗震设计时不应小于0.3%，抗震设计时不应小于0.5%。

结语

转换层在高层建筑的应用必不可少，每座建筑的结构都有其自身的特点，应根据需要，选择合适的转换层类型。在施工中，还用注意每一环节的施工，在了解各构件特性的基础上，合理的发挥其长处、解决其短处，保证转换层的质量。

参考文献：

高层建筑与抗震设计范文第5篇

【关键词】高层建筑；抗震结构；设计；问题；措施

随着我国经济的快速发展，高层建筑也越来越多，在这种情况下必须做好抗震设计。设计人员在高层建筑抗震设计中，都是按照抗震结构设计规范进行的，他们希望设计的结构能够达到强度、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，但是在实际设计中，却不能达到这种效果。本文将从抗震结构设计的基本原则、我国高层建筑抗震设计常见的问题以及提高抗震性能措施三个方面对高层建筑的抗震结构进行阐述。

一、高层建筑抗震结构设计的基本原则

1、结构构件应具有必要的承载力、刚度、稳定性、延性等方面的性能。（1）结构构件应遵守“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件、强底层柱（墙）”的原则；（2）对可能造成结构的相对薄弱部位，应采取措施提高抗震能力；（3）承受竖向荷载的主要构件不宜作为主要耗能构件。

2、尽可能设置多道抗震防线。由于每次强震之后都会伴随多次余震，因此在建筑物的抗震设计过程中若只有一道设防，则其在首次被破坏后而余震来临时其结构将因损伤积累而倒塌。因此，建筑物的抗震结构体系应由若干个延性较好的分体系组成，在地震发生时由具有较好延性的结构构件协同工作来抵挡地震作用。当遭遇第二设防烈度地震即低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度的罕遇地震时，结构虽然破坏较重，但结构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，从而保证了人员的安全。

3、对可能出现的薄弱部位，应采取措施提高其抗震能力。（1）构件在强烈地震下不存在强度安全储备，构件的实际承载能力分析是判断薄弱部位的基础；（2）要使楼层（部位）的实际承载能力和设计计算的弹性受力的比值在总体上保持一个相对均匀的变化，一旦楼层（部位）的比值有突变时，会由于塑性内力重分布导致塑性变形的集中；（3）要防止在局部上加强而忽视了整个结构各部位刚度、承载力的协调；

（4）在抗震设计中有意识、有目的地控制薄弱层（部位），使之有足够的变形能。

二、我国高层建筑抗震设计常见的问题

1、工程地质勘查资料不全

在设计初期，设计人员应该及时掌握施工场地的地质情况，但是往往在设计过程中，却没有建筑场地岩土工程的勘察资料，就不能很好的进行地基设计，给建筑物的结构带来安全隐患。

2、建筑材料不满足要求

对于材料而言，我们要明确这样一个道理：地震对结构作用的大小几乎与结构的质量成正比。一般说在相同条件下，质量大，地震作用就大，震害程度就大，质量小，地震作用就小，震害就小。所以，在建筑物的楼板、墙体、框架、隔断、围护墙以及屋面构件中，广泛采用多孔砖、硅酸盐砌块、陶粒混凝土、加气混凝土板、空心塑料板材等轻质材料，将能显著改善建筑物的抗震性能。

3、建筑物本身的建筑结构设计

建筑物如果平面布置复杂，致使质心与刚心不重合，在地震作用下产生扭转效应，加剧了地震的破坏作用，海城地震和唐山地震中有不少类似震害实例。台湾9.21地震中，一栋钢筋混凝土结构由于结构平面不规则，在水平地震作用下，结构产生严重扭转效应而破坏倒塌，同时撞坏相邻建筑上部的阳台。

4、平面布局的刚度不均

抗震设计要求建筑的平、立面布置宜规正、对称，建筑的质量分布和刚度变化宜均匀，否则应考虑其不利影响。但有的平面设计存在严重的不对称：一边进深大，一边进深小；一边设计大开间，一边为小房间；一边墙落地承重，一边又为柱承重。平面形状采用L、π形不规则平面等，造成了纵向刚度不均，而底层作为汽车库的住宅，一侧为进出车需要，取消全部外纵墙，另一侧不需进出车辆，因而墙直接落地，造成横向刚度不均。这些都对抗震极为不利。

5、防震缝设置不规范

对于高层建筑存在下列三种情况时，宜设防震缝：（1）平面各项尺寸超过《钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规程》（JGJ3- 91）中表2.2.3 的限值而无加强措施；（2）房屋有较大错层；（3）各部分结构的刚度或荷载相差悬殊而又未采取有效措施；但有的竟未采取任何抗震措施又未设防震缝。

6、结构抗震等级掌握不准

结构抗震等级有的提高了，而有的又降低了，主要是对场地土类型、结构类型、建筑高度、设防烈度等因素综合评定不准造成。

上述这些问题的存在，倘若不能得到改正，势必对建筑物的安全带来隐患。上述这些问题的原因是多方面的，这就需要设计人员从设计的角度避免这些问题的出现，防止将这种问题带入施工中，应该高层建筑的抗震性能。

三、提高抗震性能措施

1、选择合理结构类型

在高层建筑中，其竖向荷载主要使结构产生轴向力，而水平荷载主要使结构产生弯矩，随着高度的增加，在竖向荷载不变的情况下，水平荷载作用力增加，此时竖向荷载所引起的建筑物侧移很小，但是水平荷载参数的侧移就非常大，与高度层四次方变化，因此在高层建筑中，主要对水平荷载进行控制，在设计过程中，应该在满足建筑功能及抗震性的前提下，选择切实可行的结构类型，使其具有良好的结构性能。目前大多数的高层建筑都采用了钢混结构，这种结构具有较大的刚度，空间整体性好，材料资源丰富，可组成多种结构体系。但是其变形能力差，造价相对较高，当场地特征周期较长时，容易发生共振现象。

2、减小地震能量输入

具有良好抗震性能的高层建筑结构要求结构的变形能力满足在预期的地震作用下的变形要求，因此在设计过程中除了控制构件的承载力外还应控制结构在地震作用下的层间位移极限值或位移延性比， 然后根据构件变形与结构位移的关系来确定构件的变形值，同时根据截面达到的应变大小及分布来确定构件的构造要求，选择坚硬的场地土来建造高层建筑等方法来减小地震能量的输入。

3、减轻结构自重

对于同样的地基条件下进行建筑结构设计若减轻结构自重则可相应增加层数或减少地基处理造价，尤其是在软土基础上进行结构设计这一作用更为明显，同时由于地震效应与建筑质量成正比，而高层建筑由于其高度大重心高等特点，在地震作用时其倾覆力矩也随之增加， 因此， 为了尽量减小其倾覆力矩应对高层建筑物的填充墙及隔墙尽量采用轻质材料以减轻结构自重。

四、结语

总之，面对中国的高层建筑抗震结构存在的诸多问题，限于我国作为一个发展中国家的财力、物力，探讨、研究有效的建筑抗震措施的任务仍然十分艰巨。与此同时，我国政府相关部门也应该加强规范力度，发挥好对高层建筑防震措施的检查、检验效力。

参考文献