试析高层建筑结构抗震设计理念及方法

摘要：世界人口数量的不断增多，使得人均居住空间逐渐的减少，进而使得高层建筑的出现成为了一个必然的结果。近些年来，地震等自然灾害给高层建筑带来的巨大破坏和损失使得人们不得不在对高层建筑的设计和施工建设中加重对其抗震性能的考虑。本论文在阐述和分析高层建筑结构抗震设计的诸多理念的基础之上，又进一步提出了有关抗震设计的具体方法。

关键词：高层建筑；抗震性能；理念；具体方法

Abstract: the world's population increased continuously, make the per capita living space gradually reduce, and then make the emergence of the high-rise building become an inevitable result. In recent years, such as earthquake disaster for high-rise building with the great damage and loss makes people have to of high-rise building in the design and construction of the construction of the seismic performance increase of consideration. This article describes and analyzes the structure of the high-rise building aseismic design of many of the idea of the foundation, and further puts forward the specific methods of seismic design.

Keywords: high building; Seismic performance; Ideas; The specific method

中图分类号：[TU208.3]文献标识码：A 文章编号：

地震因为其高破坏力和高不确定性两个特征成为一种危害人类正常生活的重大自然灾害。同时也成为包括高层建筑在内的绝大部分建筑设计和施工项目都必需考虑的一个重要因素之一[1]。因为在人类的发展历史上，地震这一自然灾害给人们带来了巨大的经济财产和人身安全的损失，于是在很早以前抗震设计就成为了建筑结构设计里的一个重要考虑因素，而建筑结构的抗震设计理念和方法也随着历史的进步在不断的发展。虽然人类目前还无法准确预测地震灾害并确保建筑物在地震中免受损失和破坏，但是已经形成了一套比较完整的理论和方法体系，在一定程度上能做到“小震不坏，中震不修，大震不倒”，并尽大可能的做到了减少因地震建筑物倒塌而给人们生命和财产带来的的严重损失。

高层建筑结构抗震设计理念

一直以来，对于建筑物的抗震设计理念和方法的研究都是建筑结构设计中的一个必要考虑因素，而增强建筑物的抗震性能是理论研究者为之奋斗不懈的的目标。现有的抗震设计理念是经过以下几个重要的阶段而总结得来的。

一是刚性设计理念。这是人们应对地震这一自然灾害所总结和研究出的第一个设计的理念。当时的地震工程学者对地震和抗震理论知识的了解还很少，很贫乏。学者普遍认为建筑物在地震中损坏甚至倒塌的主要原因是因为建筑物的刚度不够，不能抵抗地震的巨大能量才会倒塌。按照这一设计理念人们在房屋的施工建设工程中就通过增加剪力墙的厚度和承重墙的钢筋和水泥的比例，以此来保证墙体结构有足够的刚度，从而时地基与整个主体建筑形成一个刚性的有机整体。但是这一理念有其自身所具备的局限性，因为强调对建筑物刚度的要求，使得建筑物在高度和跨度上的发展收到限制。

二是柔性设计理念。因为看到了刚性设计理念的先天性不足，在刚性设计理念之后，抗震设计专家和学者们又提出了一个与刚性设计理念全然不同的柔性设计理念。这一理念放弃了对建筑物刚性的追求并且利用柔性建筑在地震中建筑物可以有效的侧移和形变的优点来减少地震对建筑物的损害。事实表明，这一设计理念具备了刚性设计理念所无法具备的优势，并且在一些小的低等级的地震中能比较好的保证建筑物的完好[2]。但是也仅仅是限于应对低等级的地震，事实表明，当遇到较高等级的地震时，在这一设计理念的指导下所建设的房屋是没有任何抵抗力的。

三是结构控制设计理念。这一设计理念主要是通过对建筑物的控制结构的设置使已有的结构和新生的结构共同抵御地震。最近这些年以来，这一设计理念被广泛应用于桥梁和高层建筑物的抗震设计中。

第四个是性能设计理念。这一设计理念的主要思想是让建筑物在面对不同等级地震的时候能有不一样的与之对应的抗震能力与性能，体现了多级抗震设防的重要思想[3]。该理论是在之前刚性设计理念、柔性设计理念和结构控制设计理念的基础之上发展的全新的理论，因为其较大的抗震优势，使得它成为现阶段实际应用最为广泛的抗震设计理念。它具体表现为以下几个方面：①尽可能增加多道抗震防线。每一个抗震机构的体系都不是一个单一的体系，而一般都是右多个有良好延性的系统构成，而每一个分系统又是通过有较好延伸性能和柔性的构件相互连接配合作用的。比如说有剪力墙-框架体系是由具有良好延性的剪力墙和柔性较高的框架组成，而剪力墙又是分为双肢剪力墙和多肢剪力墙分体系。一般的，强地震都伴随着一系列的余震，这就要求建筑物节构具备抵抗强震的第一道防线之后还能有第二道，第三道防线来抵抗接下来的余震，只有这样，才能保证建筑物在强震之后仍旧能够不倒塌。这就要求每一楼层里的主要抗震耗能构建在强震中屈服后其他的辅助构建仍具有弹性性能，从而延长构件的“有效屈服时间”。 ②增强薄弱部位的抗震性能。构件的实际承受能力和计算承受能力是对构件合理布置的基础，当在实际地震过程中，构件的实际承受里高于计算承受力，也就是构件面临承受力的不定集中的情况，这时候就需要通过其他的与之相连的辅助构件对它的承受力完成转移[4]。在薄弱部位（很有可能出现力的集中的部位）增强抗震设计，提高其抗震性能，能够有效做到保证建筑物在地震中变形小，不倒塌。

二、高层建筑结构设计方法

对于建筑结构抗震设计，通常要考虑高层建筑物的刚度、强度，和延性，因为不仅要保证整体结构在地震中能够承受一定范围内的轴压力和剪力，同时还要做到在力过大的时候在允许结构有一定的变形但是不至于严重倒塌。这是抗震的主要内容，也是抗震的核心内容。而现在具体的设计方法有以下这些。

一是多采用强剪弱弯结构。建筑结构中的梁和柱子简剪力破坏比轴向扭力破坏所带来的后果要严重的多，所以在设计之中要增强粱柱和墙体的剪力弱化轴向弯力。另外与此类似的还应该多采用强柱弱梁和强节点弱构件的设计方法。

二是改善高层建筑结构均匀性设计。首先是高层建筑是一个三维结构，在地震中作用力的方向是任意的，使其侧向两轴在刚度上均匀是保证其抗震性和抗风性的重要因素[5]；然后是在沿竖直方向的层剪力刚性性能尽量不要发生突变；最后就是沿同一轴的各向抗侧力结构要避免出现刚度较大而延性较低的结构。

三是加强短柱抗震性能。①改善建筑物整个结构的抗震性能可以通过缩小短柱的截面积，增大剪跨比进而提高短柱的计算受压载重力的方式达到。具体的方法是增强混泥土的实际等级，降低其轴压比。②采用钢管混泥土的方式浇灌短柱。在由圆形钢管构成的构件体系里浇筑混泥土保证了混泥土能够在三个方向都能受到足够强度的压力，从而提高了混泥土本身的抗压能力和极限应力，进而在保证刚度和强度的前提下增强了其延性。③采用分体柱结构。这种方法是通过人为的将柱子的抗弯性能降低到其抗剪性能之下，从而用短柱在地震中的延性破坏代替它的水平断裂进而保证建筑物不易倒塌。

结语

随着社会和科技的进步和发展，专家学者对建筑物结构抗震设计的理念也在不断的更新进步，进步和先进的理念给我们带来的是可靠的结构设计方法。虽然人类在战胜地震这一自然灾害的路上还是任重而道远，但是我们有理由相信，随着人们对已有地震经验的总结，我们的抗震工程学者会研究出更好的高层建筑结构设计理念理念和方法，进而进一步保证人类生命和财产不受损失。

参考文献:

[1] 张彭,解林伟.试析高层建筑结构设计理念及方法[J].陕西建筑,2011（08）

[2] 王欣.浅谈高层建筑结构选型要点[J].科技创新导报,2010,(15)

[3] 郑克勤.关于高层建筑结构设计探讨[J].中华民居,2011(03)

[4] 殷晓瑾.某高层建筑结构设计与分析[J].中国房地产业,2011(02)

[5] 董燕,胡执标.浅谈高层建筑结构关键设计问题[J].科技创新导报,2011(11)