高层建筑的抗震设计与抗震结构

高层建筑的抗震设计与抗震结构

高层建筑的抗震设计与抗震结构【1】

摘要：近年来随着我国建筑工程事业发展的不断进步，人们对建筑工程施工质量有了更高的要求。

汶川地震给我国建筑工程事业敲响了警钟，我国建筑工程设计未来的发展要更加注重抗震设计以及抗震结构的构建，努力通过抗震设计提高建筑工程的稳固性，保障用户的生命财产安全。

关键词：建筑工程 抗震设计 抗震结构安全

1对建筑工程震能力产生影响的主要因素

1.1建筑结构的抗震设计标准

建筑结构抗震设计标准要根据国家对不同地区地震可能发生的情况以及对地震的危害程度所进行的初步预测来确定不同地区的基本设防烈度。

设防烈度的确定是对抗震标准进行设计的主要参考依据，只有抗震烈度测量预测的准确性，才能够保障抗震设计标准的科学性与正确性。

建筑施工单位根据抗震设计标准以及工程项目开发对住宅使用性能的要求，来进行抗震设计，提高建筑物抗震设计的烈度，设计烈度与建筑物的抗震能力成正比，与建筑工程造价成反比。

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选择适合的抗震结构与高质量的建筑材料

2.1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。

2.2建筑材料对建筑物抗震效果的影响与应用

建筑材料的使用性能对建筑物的质量有着决定性的影响，而高质量的建筑物又具有良好的抗震效果，为此若想提高建筑物的抗震性，首先要确保建筑材料的质量。

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，它产生于1824年，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。

为解决这一问题，建筑工程领域展开了广泛的研究与讨论。

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。

同时也可以通过对混凝土自身的性能加以改变来实现对混凝土脆性的`改良，达到提高混凝土材料抗震效果的目的。

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。

提高混凝土的使用性能还可以采用聚合物改性，这样可以显著提高混凝土的抗渗性、抗侵蚀能力，改善浆体与集料界面的结合，而且掺加达到一定量时，脆性的混凝土开始呈现聚合物良好的延性特征，在国际上已经开发成功的超高强水泥弹簧，即是该应用的一个极端例证。

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。

2003年土耳其地震后对倒塌建筑调查的结果表明，由于不当使用含氯离子高的海砂作为集料制备混凝土是导致增强钢筋加速锈蚀而使混凝土建筑在震中倒塌的主要原因。

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。

高贝利特水泥低热高强的特性表明，它是配制高强高性能混凝土的理想的胶凝材料，所配制的高贝利特大体积混凝土抗裂性优越、且具有良好的体积稳定性和优越耐久性，已在国家重点工程应用中得到证明。

3结束语

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，为确保我国建筑使用者的生命财产安全提供了可靠的保障，我国必须努力通过合理的设计创造出高性能的抗震结构，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，避免汶川地震的惨剧再次上演。

参考文献：

[1] 王丽霖.我国高层建筑抗震结构设计初探[J].山西建筑,2011,(03) .

[2] 和佳一.浅谈高层建筑结构抗震设计[J].中国新技术新产品,2011,(12)

[3] 陈维东.高层建筑结构抗震设计存在的问题及其对策[J].中国高新技术企业, 2009,(05).

带转换层高层建筑结构非抗震与抗震设计的区别【2】

摘要：鉴于高层建筑结构的多样性，转换层的结构设计，应该针对高层建筑的结构类别，进行区别性方案的设计，通过精心组织施工，高要求控制模板、钢筋和混凝土等的施工程序，提供这些施工程序的有利条件，降低施工难度，为高层建筑转换层的结构设计奠定基础。

而抗震设计与非抗震设计在具体结构构件梁、柱及剪力墙的构造配筋上均存在一定区别，结构设计时应进行区分。

本文就这些问题进行了分析探讨。

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：

[1]赵西安.高层建筑结构实用设计方法[M].第3版上海： 同济大学出版社，2013.

[2]毛华毅.浅谈高层建筑结构设计的若干问题[J].山西建筑，2010，36(9)：72-73.