高层建筑抗震结构设计模板(10篇)

导言：作为写作爱好者，不可错过为您精心挑选的10篇高层建筑抗震结构设计，它们将为您的写作提供全新的视角，我们衷心期待您的阅读，并希望这些内容能为您提供灵感和参考。

篇1

现今，我国的大部分城市内都是高楼耸立，对于高层建筑结构的设计是一项较复杂责任繁重的系统工程，尤其是抗震的结构设计，其设计的好坏将直接影响高层建筑的工程质量，特别是在地震多发区，因此，这就需要设计人员要充分认识高层建筑抗震结构设计中容易出现的问题，不断进行总结和改进，以完善高层建筑的抗震结构设计。

1 高层建筑抗震结构设计中的常见问题

1.1 高层建筑的高度问题

根据我国现行的相关结构技术规定，在一定设防烈度和一定结构型式下，钢筋混凝土高层建筑要有一个适宜的高度。也就是说，在这个高度的范围内，建筑的抗震性能是比较可靠地，但是目前，存在少数的高层建筑的高度超过了规定的范围，如果在地震力的作用下，极易改变超过限制的高层建筑物的变形破坏性态以及其他影响因素，那么就会大大降低高层建筑的抗震能力，对于抗震结构设计的一些相关参数也要重新选取。

1.2 结构体系以及建筑材料的选用

结构体系以及建筑材料的选用对于高层建筑的抗震性能具有非常重要的意义，尤其是在地震的多发区，更应该重视科学合理的结构体系以及建筑材料的选用。在我国，多部分的高层建筑结构体系是钢筋混凝土核心筒以及混合结构为主，所以对于变形的控制通常要以这种结构的位移值为基准。但是，这种情况下，如果发生弯曲变形，导致的侧移会比较大，进而增加钢结构的承受压力，为了保证效果，使其控制在规范的侧移值内，通常需要设置伸臂结构或加大混凝土筒的刚度。

1.3 抗震设防烈度过低

根据可靠的数据以及专家分析，我国现行的高层建筑抗震的结构设计的安全度远远不能满足社会的需求，有数据显示，我国的高层建筑抗震实际的安全度很可能是世界上最低的一个国家。在经济科技都快速发展的情况下，我国的高层建筑抗震结构的设计原则，即“小震不坏，中震可修，大震不倒”，在这种新形势下，有必要进行重新的修订。由于我国现行的高层建筑抗震结构的设防标准过低，由于其结构失效，经常会导致严重的后果。

1.4 轴压比与短柱问题

在高层建筑结构设计中，如果是采用钢筋混凝土的结构体系中，为了控制柱的轴压比，增加柱的横断面，而柱的纵向钢筋却为构造配筋。对柱的轴压比进行限制主要是为了使柱子处于较大的偏压状态下，避免受拉钢筋的破损，进而降低高层建筑的整体结构延性。

2 高层建筑抗震结构设计的原则以及基本方法

2.1 抗震结构的设计原则

2.1.1 结构设计的整体性

高层建筑的楼盖对于其结构的整体性占据着不可或缺的位置。楼盖就类似于一个横向的水平隔板，将惯性力聚集起来，并向各个竖向抗侧力的子结构传递，尤其是当这些子结构的布置不均匀或过于复杂时，楼盖就可以很好的将这些抗侧力子结构组织起来，进行协同合作，来承受地震的作用。

2.1.2 结构设计的简单性

高层建筑结构设计的简单性主要是指在地震的作用下，具有极其明确清晰的直接传力方式。在相关的规范中对于结构体系有明确的要求，即结构体系要有明确的计算简图以及合理的地震作用传递途径。换句话说，只有高层建筑结构的设计越简单，才能够分析出结构的计算模型、内力以及位移，进而提高对高层建筑结构的抗震性能的预测的可靠性。

2.2 抗震结构的设计方法

2.2.1 基于水平位移的抗震结构设计

基于水平位移的抗震结构设计主要是为了使结构的变形能力能够保持在预期的地震作用下（通常是在大地震的情况下）的变形要求。此外，要根据界面的应变大小以及分布，来确定建筑的构件标准，同时在确定构件的变形值时，要以构件的变形以及其与结构位移的关系来确定。首先，要充分研究高层建筑的一些简单结构的构件变形，以及其与配筋的关系，严格按照变形的要求来设计合理的构件，进而对建筑的整体结构进入弹塑性后的变形与构件变形的关系。因此，这时就要设计在大地震的作用下的变形，这也将是高层建筑抗震结构的未来的发展趋势。

2.2.2 推广使用隔震和消能减震设计

现今，在高层建筑的抗震设计中，多采用的是传统的抗震结构体系，也就是延性结构体系，主要是控制建筑结构的刚度，如果发生地震，就会使建筑的构件进入非弹性的状态中，使其具有较大的延性，进而有助于地震作用下的能量的消耗，尽可能的减小地震效应，避免建筑物的倒塌。此外，通过采用相关的隔震措施，如软垫隔震、摆动隔震以及滑移隔震等，可以改变高层建筑的动力特性，进而减少所受到的地震能量的作用，同时通过采用高延性构件，也可以增加高层建筑结构的耗能能力，有助于减轻地震效应。

2.2.3 降低高层建筑结构的自重

如若是在相同的地基承载能力条件下，降低高层建筑结构的自身重量可以使在不增加地基以及其造价的情况下，可以在相关的规定范围内，尤其是在软土层的地基上，可以增加高层建筑的层数。研究显示，由于高层建筑的高度很大，重心也相应较高，所以，建筑的重量越大，受地震作用的倾覆力矩的效应就越大。

因此，在高层建筑的抗震结构设计中，要尽量采用轻质材料来填充高层建筑物的填充墙及隔墙。

2.2.4 设置多道抗震防线

通常在地震后都会伴有多次的余震，那么对于高层建筑结构如果只设置一道抗震防线，往往会只因首次的强烈地震就会遭到严重的破损，甚至倒塌。因此，有必要对高层建筑设置多道抗震防线。在一个高层建筑的抗震体系下，应该由多个延性较好的分体系组成，当第一道抗震防线遭到冲击时，其他的抗震防线便能够接替第一道防线继续抵挡随后的地震冲击，通过多道防线的协同合作，可有效地防止高层建筑的倒塌。

3 高层建筑抗震结构设计的前景

虽然我国的高层建筑水平稳步的提升，但是在高层建筑抗震的结构设计中仍然面临很多新的问题和挑战。其中，首先对于影响高层建筑抗震结构的设计效果的关键因素就是建筑材料的选用，提高每一项建筑材料的抗震指标可以很好地提高高层建筑的整体抗震性能，因此，科研人员要加强对于新型复合高性能的建筑材料的研发，以促进抗震技术，进而满足高层建筑抗震结构设计的需求。其次，对于不同的抗震能力的需求，要采取相应的抗震措施，设置是对于同一个高层建筑的不同部位和楼层以及对于性能的要求不同时，都要选用不同的标准的构件。因此，高层建筑抗震结构的设计人员在实际工作中，要根据自身的专业水平知识以及实际经验，并结合对具体的高层建筑的抗震性能要求及措施，来设计出符合抗震设防烈度标准的高层建筑结构。另外，高层建筑的抗震结构体系也开始逐渐以柔性为主，而不在是传统中的以硬性为主的结构体系。最后，对于高层建筑抗震结构的计算方式也发生了改变，即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。

4 总结：

综上所述，高层建筑的抗震结构设计是整个建筑工程的关键环节，但是在我国高层建筑的抗震结构设计上处于起步阶段，仍需要进一步的完善。因此，设计人员用综合多方面的因素进行分析，同时，结合新型的高性能材料以及抗震结构理念，以提高高层建筑抗震结构的设计水平，进而促进我国高层建筑的抗震结构设计方法的发展。

参考文献：

篇2

中图分类号：TU97文献标识码： A

前言

近年来，由于人类对于自然环境的不断破坏，各类自然灾害发生的较为频繁。地震作为自然灾害中一种，其突发性和破坏性对人类的生存安全及社会的稳定造成了很大的影响。通过对近几年地震中的伤亡原因进行统计表明，由于地震所引发的次生灾害--房屋倒塌，成为地震中对人类的安全及经济损失影响最大的因素。所以当前对于建筑物的设计，特别是在设计高层建筑时，其结构抗震设计是十分关键的，对于减轻地震灾害具有十分重要的意义。基于此，下文主要针对高层建筑，就其抗震结构设计进行探析。

一、建筑物抗震结构简介

建筑结构是建筑物中能承受水平和竖向作用的骨架，包括上部结构设计和基础设计。结构工程师或者其它相关专业人士通过在建筑设计原有基础上增加部件或者器械以增加建筑物整体的抗震能力，这就是建筑物抗震结构设计。进行抗震设计的建筑，其基本抗震设防目标是：当遭受低于本地区抗震设防烈度的多遇地震影响时，主体结构不受损坏或不需修理可继续使用；当遭受低于本地区抗震设防烈度的设防地震影响时，可能发生损坏，但经一般性修理仍可继续使用；当遭受高于本地区抗震设防烈度的罕遇地震影响时，不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。此设防目标的通俗说法是：小震不坏、基本地震可修、大震不倒。使用功能或其他方面有专门要求的建筑，当采用抗震性能化设计时，具有更具体或更高的抗震设防目标。

二、高层建筑抗震设计

10层及10层以上或房屋高度大于28米的住宅建筑和房屋高度大于24米的其他民用建筑为高层建筑。地震灾害对建筑物造成的伤害程度随着地震的强度、建筑物地基的坚实程度而变化，要做到降低建筑物受到地震后的损坏，只能在建筑过程或者建筑设计阶段增加建筑物的抗震能力。而建筑物受到地震伤害的程度也会随着楼层的增加而增大。建筑物抗震设计最主要的方向就是将建筑物经过改造以后能够对地震作用于建筑物的力产生与之对抗的力。两种力相互抵消，才能够达到这个目标。

三、上部结构的抗震

上部结构主要从建筑承受荷载与结构布置、体系以及结构分析四点做说明。

1.荷载以及建筑物外力

建筑的荷载和外力主要是指建筑物施工完成后，能够使建筑的整体或局部发生形变的影响因素。建筑物的荷载和外力主要分为建筑物横向受力、横向荷载，建筑物纵向外力、纵向荷载等。这两种类型是建筑物自身所产生的一种内力，除此之外，建筑物还会受到外力的影响。按照受力时间的长短可以分为长期作用在建筑物上的力和临时作用在建筑物上的力两种。不管是建筑物自身的内力还是建筑物所受的外力都应该在建筑物设计的标准范围内，否则，建筑物就会因为长期承受超负荷的力而发生形变甚至倒塌，对使用者造成巨大的伤害和经济损失。

2.建筑形体及其构件布置

建筑布置对结构的规则性影响重大，抗震性能良好的建筑，需要建筑师与结构工程师的相互配合。建筑形体及其构件布置应避免形成平面和竖向的不规则。结构平面布置的关键是避免扭转并确保水平传力途径的有效性，应使结构的刚度中心与质量中心一致或基本一致。否则，地震时将使结构产生平东与扭转偶联振动，使远离刚度中心的构件侧向位移及所分担的地震剪力明显增大，产生较严重的破坏。因此，对每个结构单元应尽量采用方形、矩形、正多边形、椭圆形等简单规则的平面形状，避免主要抗侧力构件的偏置。结构立面和剖面布置的关键是避免承载力及楼层刚度的突变，避免出现薄弱层并确保竖向传力途径的有效性。应使结构的承载力和竖向刚度自下而上逐步减小，变化均匀、连续，不出现突变。否则，在地震作用下某些楼层或部位将形成软弱层或薄弱层而加重破坏。因此，建筑立面应尽量采用矩形、梯形、三角形等均与变化的几何形状，避免采用带有突然变化的阶梯型立面。

3.结构体系

抗震结构应采用合理经济的结构类型，结构方案选取是否合理对安全和经济起主要作用。抗震结构体系要求受力明确、传力合理且传力路线不间断，使结构的抗震分析更符合结构在抗震时的实际表现，且对提高结构的抗震性能十分有利，是结构选型与布置结构抗侧力体系时应首先考虑的因素之一。结构的抗震能力需要强度、刚度和变性能力的统一，即抗震结构体系应具备必要的强度和良好变形耗能能力，仅有强度和缺乏足够的延性时，在强烈的地震下很容易破坏；虽有较好的延性而强度不足时，在强烈地震下必然产生很大的变形、破坏严重甚至倒塌。

4结构分析

结构分析是结构设计的前提，是结构设计的重要依据性工作，采用合理的计算模型和计算假定，正确选用计算程序，必要时的多模型多程序比较分析等对结构设计关系重大。振型分解反应谱法是目前结构抗震设计计算的主要方法，底部剪力法是一种简化的计算方法，随着计算机应用的普及，底部剪力法在实际工程中的应用正逐渐减少，在方案及初步设计中常用。时程分析法作为振型分解反应谱法的补充计算方法，在工程中的应用越来越普遍。

四、基础结构的抗震作用

基础是加载在地基之上，以地基为基础，用来承受整个建筑物的一种抗震结构。基础结构是针对于整个建筑物而言的，在建筑物的地基上加建基础结构能够有效的防止建筑物在遭遇地震后产生的位移和塌陷等现象。为此，基础必须是在有足够承载能力的地基之上建设。由于建筑物的高度决定了整个建筑物的质量和若是发生位移以后的位移量，基础结构的抗震效果主要体现在当建筑物遭遇地震时，建筑物塌陷能够均匀下沉而不是局部塌陷，有效的防止了建筑物由于局部塌陷而导致的楼体坍塌等问题。

五、隔震结构的设计

以往的高层建筑抗震能力较差，在遭遇地震灾害以后，整个建筑物的主要受力结构会受到损伤，从而影响建筑物的功能使用。现代的高层建筑物为了能够有效的降低建筑物主要受力结构的损伤，保证建筑物的功能正常，会在建筑设计阶段给建筑物设计一种有效的抗震结构，即隔震结构。这种结构之所以被称之为隔震结构，主要是由于它能够使建筑物在遭遇地震灾害时地震作用在建筑物上的力最大程度的隔离在建筑物以外，使建筑物承受的只是地震产生力的一小部分，极大的降低高层建筑在地震中受到的损伤。同时，在下层楼层中加入这种隔震结构，能够有效的阻止地震能量向建筑物高层传递，在一定程度上能够对高层建筑起到较大的保护作用。

1.隔震结构在地基中的设计

地基作为承受整个建筑物的载体，在地基当中使用隔震结构能够使建筑物在发生地震时，将地震所产生的能量在地基阶段就被阻挡在地下；也可能是因为隔震结构的缓冲作用极大的降低了这些能量从而保护了建筑物。

2.隔震结构在楼层中的设计

与1所述一样，在楼层中是用隔震结构将地震产生的能量阻隔在建筑物底层，或者抵消很大一部分能量，使高层不受或者很少受到这种能量的冲击。

结语

篇3

我国是地震高发地区，如2008 年的汶川大地震和2010 年玉树地震都造成大量的房屋倒塌，不仅使经济遭到损失而且人员也有很多伤亡，同时也看到很多房屋尤其是高层建筑在巨大的灾难面前经受住了严峻的考验，这说明只要严格按照抗震设计规范来建造的建筑是能保障人民的生命财产安全的。然而高层建筑在地震时的损坏还是超出了我们的预期，因此高层建筑抗震设计是建筑物安全考虑的重要问题。现在我们抗震规范要求“小震不坏，中震可修，大震不倒”的三个水平的设防目标，以上是建筑设计抗震最低要求，而我们在进行高层建筑结构抗震设计中，要结合地区烈度及等级来考虑高层建筑抗震要求，其中下面几个方面是优先考虑的。

1 建筑抗震的理论分析

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。

2 高层建筑抗震概念设计

目前我们对地震还知之甚少，建筑结构抗震设计理论目前还是以试验与简化后的理论结合来制定的，还有不少不足和待完善的地方，所以在结构抗震设计时常常通过软件数值计算，但只能从局部来解决。而结构抗震概念设计的目标是建筑物的整体结构在地震时能够发挥耗散地震能量的作用，通过结构合理布局，选择延性好，耗能强的结构体系来达到抗震设防目标。就是我们常说的强柱弱梁，强剪弱弯，强节点弱构件，这就要求我们考虑以下几个方面： 1） 要求采用受力明确，传力简单的结构体系； 2） 采取相应的抗震构造措施如加构造柱，圈梁，加强层，转化层等来达到抗震要求； 3） 选取合适强度同时有良好延性的建筑材料以及正确施工技术实现对高层建筑结构体系抗震性能的合理控制。

3 场地与基础

地震造成建筑的破坏首先考虑场地与基础，因场地造成的工程的震害是很难恢复以及处理的，对于场地选择尽可能避开断裂带和不利地段（ 如软弱土，液化土，高耸孤立的山丘，半挖半填地基，断层破碎带等） ，如避免不了就要对场地地基进行加固处理（ 如换土垫层法，重锤夯实法，强夯法，振动水冲法，深层挤密法，沙井预压法等） ，所以尽可能挑选对建筑抗震有利的地段（ 如开阔平坦地带的坚硬场地或者密实均匀中硬场地） ，不仅有利于建筑抗震性能而且经济合理。对高层建筑抗震地基优先选择浅基础，并且同一结构体系不宜设在不同性质的地基上，同一建筑不宜采取两种以上的不同基础，同时要考虑建筑结构上部体系与地基基础相互作用关系。

4 选择良好的抗震结构体系

1） 高层建筑结构抗震体系选择不同于其他建筑布局，除了简单合理的结构布置，考虑其规则与对称，避免出现扭转与失衡情况，因此竖向结构布置应有规则的均匀变化，从上而下结构刚度逐渐变小，如果由于建筑要求而发生平面，刚度以及承载力局部的突变变为不规则体系时，我们要根据地震规范与高规以下几个方面来判断其是否规则： a. 扭转不规则； b. 抗扭刚度弱； c. 层刚度小； d. 平面不规则； e. 楼板不规则； f. 竖向刚度不规则，满足其中一项为不规则，满足其中三项为特别不规则，对于不规则结构要采取抗震措施来加强薄弱层的抗震性能，要进行超限高层建筑高层抗震设防的专项审查，此外对于多项指标超过抗震规范3. 4. 4 条为严重不规则建筑，应该与建筑设计人员沟通最好改变设计方案。2） 多道抗震设防。控制同一结构各构件或部件在地震中损坏或形成塑性铰的顺序而成的多道防御系统，使整个结构坏而不倒。为了避免因局部失效或者薄弱层而引起结构的破坏，要求结构体系由延性好的不同结构体系形成刚性的超静定结构来共同工作以抵抗地震破坏。要求结构体系良好的整体性和变形能力，当第一道抗震防线遭受超过它设防要求而破坏，第二道防线作为下一道屏障对结构体系进行保护。如框架剪力墙体系既有框架又有抗震墙，抗震墙作为第一道防线，框架作为第二道防线。但如果抗震墙很少，结构就不是多道防线的结构体系。从以上可以看出房屋的倒塌由于抗侧力构件不能承受荷载作用力，当采用多道抗震设防时，可以适当降低第一道防线的控制能力，提高第二道防线抗震能力。3） 抗震薄弱层。薄弱层也是建筑抗震设计需重点关注的地方，根据材料的规格尺寸，刚度，变形能力，使用功能和建筑的美学的要求，致使建筑结构体系会突破常规要求，出现竖向和平面变化比较大的结构体系而成为相对的抗震薄弱环节，在罕见地震荷载作用下率先出现屈服，而发生弹塑性非线性变形，造成建筑的破坏，这里要强调三点： a. 薄弱层只是在强震情况下考虑的结构弹塑性变形问题。b. 要对结构从整体上进行受力分析，而避免只是考虑部分薄弱层受力与变形。c. 由于结构是不是薄弱层只是一个相对概念，因此常常因为设计施工或者材料的变化导致薄弱层的改变，在此控制薄弱层位置发生转移而又能达到它的变形能力，这是控制结构抗震性能最关键的。

5 非结构构件抗震设计

除承重结构以外的固定构件都是非承重结构，虽然非承重结构在建筑中只是附件非关键结构，但在屡次的震害过程中非结构造成的人员与财产损害已屡见不鲜了。非结构构件抗震要求以下几点： 1） 先分清哪些是非结构构件，如屋顶的装饰属于结构构件与否并不好界定，这种情况一般按结构构件处理。2） 非结构体系对结构体系影响，对于设备作用在其结构主体上的非结构构件应计算设备的重力，与结构柔性连接的非结构可以不计其刚度，但当有专门构造措施可计入抗震承载力，同时要考虑非结构上作用的力对建筑结构的作用，并且相互的联系要满足锚固要求。3） 非构件自身的地震力作用在其重心上，对于支撑在楼层和防震缝的两侧的非结构构件，要计入地震时支撑点之间相对的位移产生的作用效应，非构件在位移方向的刚度要根据其端部实际联系分别根据不同的连接方式采用不同的力学模型。

6 结语

高层建筑设计前的地质勘察是建筑是否成功的前提，接着根据地勘报告设计建筑方案是关键一步，建筑物设计是否有良好的抗震效果主要在建筑方案体现，接着是施工图设计，它是把建筑思想变为现实最重要的一步，也是高层建筑结构设计抗震性优劣的十分重要的具体体现，设计的基本要求要保证在“小震不坏，中震可修，大震不倒”基本目标，设计高层建筑物时，要注意建筑物的结构布置问题，尽量保证质心与刚心重合、重心与质心重合、刚心与重心重合的三心合一。这样能提高抗震效果，增强抵御地震的抗破坏性。总之提高高层建筑抗震性能要根据建筑的等级来考虑安全指数。从一开始地区规划，地质勘查以及后来的建筑结构设计，建造过程以及施工工艺等的选择这些都是控制高层建筑抗震效果的关键原因。

参考文献：

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中图分类号：[TU208.3]文献标识码：A文章编号：

1 高层建筑发展概况与存在问题

80年代,是我国高层建筑在设计计算及施工技术各方面迅速发展的阶段。各大中城市普遍兴建高度在100m左右或100m以上的以钢筋为主的建筑,建筑层数和高度不断增加,功能和类型越来越复杂,结构体系日趋多样化。比较有代表性的高层建筑有上海锦江饭店,它是一座现代化的高级宾馆,总高153.52m,全部采用框架一芯墙全钢结构体系,深圳发展中心大厦43层高165.3m,加上天线的高度共185.3m,这是我国第一幢大型高层钢结构建筑。进入90年代我国高层建筑结构的设计与施工技术进入了新的阶段。不仅结构体系及建筑材料出现多样化而且在高度上长幅很大有一个飞跃。深圳于1995年6月封顶的地王大厦,81层高,385.95m为钢结构,它居目前世界建筑的第四位。

我国高层建筑的结构材料一直以钢筋混凝土为主。随着设计思想的不断更新,结构体系日趋多样化,建筑平面布置与竖向体型也越来越复杂,出现了许多超高超限钢筋混凝土建筑,这就给高层建筑的结构分析与设计提出了更高的要求。尤其是在抗震设防地区,如何准确地对这些复杂结构体系进行抗震分析以及抗震设计,已成为高层建筑研究领域的主要课题之一。

2 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高层建筑结构抗震结构设计分析

设计阶段的结构动力特性分析。高层建筑进入初步设计阶段后,首先按方案阶段确定的结构布置进行计算分析。计算模型取自±0. 000至塔顶,假定楼板为平面内刚度无限大,其地震反应分析基本参数列于,以及可以看出,随着楼层高度的增加,结构X方向(纵向)自振周期及地震力基本正常,而结构Y方向(横向)自振周期偏长、结构刚度偏低,对应于水平地震作用的剪力较小,结构的抗震能力偏弱,结构偏于不安全。为增加Y方向(横向)的抗侧移刚度,提高其抗震能力,在现代高层建筑的设计中,可以在建筑核心筒的两侧增设四道剪力墙。根据《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2002)和《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001),抗震设计时,框架-剪力墙结构中剪力墙的数量必须满足一定要求,在地震作用时剪力墙作为第一道抗震防线必须承担大部分的水平力。但这并不意味着框架部分可以设计得很弱,而是框架部分作为第二道防线必须具备一定的抗侧力能力,在大震作用下第一道抗震防线剪力墙遭受破坏时,整个结构仍具备一定的抵抗能力,不至于立即破坏倒塌,这就需要在结构计算时,对框架部分所承担的剪力进行适当调整。

3结构抗震设计方法探讨。

3.1结构抗震设计的基本步骤。

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:第一阶段设计: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。第二阶段设计: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。

3.2结构抗震设计方法

3.2.1基础的抗震设计

基础是实现高层建筑安全性的重要条件。我国高层建筑通常采用钢筋混凝土连续地基梁形式,在基础梁的设计中,为充分发挥钢筋的抗拉性和混凝土的抗压性的复合效应,把设计重点放在梁的高度和钢筋的用量上,在钢筋的布置上采用主筋、腹筋、肋筋、基础筋、基础辅筋5种钢筋的结合。为防止基础钢筋的生锈,一方面采用耐酸化的混凝土,另一方面是增加钢筋表面的保护层厚度,以抑止钢筋的腐蚀。高层建筑基础处理的另一个特色是钢制基础结合垫块的应用,它是高层建筑上部结构柱与基础相连的重要结构部件。它的功能之一是使具有吸湿性的混凝土基础和钢制结构柱及上部建筑相分离,有效防止结构体的锈蚀,确保部件的耐久性。

3.2.2钢结构骨架的抗震设计

采用钢框架结合点柱壁局部加厚技术来提高结构抗震性能。一般钢框架结构,梁和柱结合点通常是柱上加焊钢制隅撑与梁端用螺栓紧固连接。在这种方式下,钢柱必须在结合部被切断,加焊隅撑后再结合,这样做技术上的不稳定性和材料品质不齐全的可能性很大,而且遇到大地震,钢柱结合部折断的危险性很大。鉴于此,可以首先该结构的梁柱采用高密度钢材,以发挥其高强抗震、抗拉和耐久性。柱壁增厚法避免断柱形式,对二、三层的独立住宅而言,结构柱可以一贯到底,从而解决易折问题。与梁结合部柱壁达到两倍厚,所采用的是高频加热引导增厚技术。在制造过程中品质易下降的钢管经过加热处理反而使材料本来所具有的拉伸强度得以恢复。对于地震时易产生的应力集中,柱的增厚部位能发挥很大的阻抗能力,从而提高和强化了结构的抗震性。

3.2.3墙体的抗震设计

“三合一”外墙结构体系,首先是由日本专家设计应用的,采用外墙结构柱与两侧外墙板钢框架组合形成的“三合一”整体承重的结构体系。该体系不仅仅用柱和梁来支撑高层建筑,而是利用墙体钢框架与结构柱结合,有效地承受来自垂直方向与水平方向的荷载。由于外墙板钢框架的补强作用,该做法可以较好地发挥结构柱设计值以外的补强承载力。加强了对竖向地震力及雪荷载的抵抗能力,最大限度地发挥其抗震优势;另一方面,由于外墙板钢框架与内部斜拉杆所构成“面”承载与结构柱的结合并用,也提高了整体抗侧推力和抗变形能力。它的抗水平风载和地震力的能力比单纯墙体承重体系提高30%左右。

4增大结构抗震能力的加固与改造技术

建国几十年来，我国的抗震加固与改造技术得到了飞速发展。1976年唐山地震后，砌体结构抗震加固的问题日益突出，砌体结构抗震性能不好：砌体墙体抗震能力、变形性能的不足、房屋整体性不好。因此，增大墙体抗震性能的外包钢筋混凝土面层、钢筋网水泥砂浆面层加固技术及增大结构整体性的压力灌浆加固技术、增设圈梁(构造柱)加固技术、拉结钢筋加固技术；通过增设抗震墙来降低抗震能力薄弱构件所承受地震作用的增设墙体技术等应运而生。目前该技术广泛用于砌筑墙体的加固。

常见的混凝土柱加固技术有加大截面加固技术、外包钢加固技术、预应力加固技术、改变传力途径加固技术、加强整体刚度加固技术、粘钢加固技术以及碳纤维加固技术等。这些绝大部分都是经过长期实践检验可靠性比较高的技术，已收入国家标准《混凝土结构加固技术》(cecs25—90)。此类技术不仅有比较充分的理论依据，规范还提供了详细的计算公式。如混凝土柱的外包钢法加固技术，开始阶段的计算方法是分别计算混凝土柱和外包钢，外包钢按钢结构计算：当外包装的缀板加密并出现湿式的施工方法时，其计算按整体构件考虑；当缀板施加。

5结语

高层建筑已经逐渐成为当前时代建筑发展的主流建筑形态之一,对于高层建筑,其抗震效能的分析一直是国内外建筑抗震设计分析的研究热点,而最直接最有效的抗震措施就是在建筑设计阶段进行结构抗震设计,只有从高层建筑物内部实施结构抗震,才能够从根本上提高高层建筑的抗震效能。本论文从高层建筑结构设计的角度进行了抗震分析,对于具体的高层建筑抗震设计具有一定指导和借鉴意义。

参考文献:

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一、抗震设计的理论分析

（一）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)。

（二）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。

（三）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。

二、 高层建筑结构抗震设计的基本方法

减少地震能量输入。积极采用基于位移的结构抗震设计，要求进行定量分析，使结构的变形能力满足在预期的地震作用下的变形要求。除了验算构件的承载力外，要控制结构在大震作用下的层间位移角限值或位移延性比；根据构件变形与结构位移关系，确定构件的变形值；并根据截面达到的应变大小及应变分布，确定构件的构造要求。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。推广使用隔震和消能减震设计。目前我国和世界各国普遍采用的传统抗震结构体系是“延性结构体系”，即适当控制结构物的刚度，但容许结构构件在地震时进入非弹性状态，并具有较大的延性，以消耗地震能量，减轻地震反应，使结构物“裂而不倒”。采取软垫隔震、滑移隔震、摆动隔震、悬吊隔震等措施，改变结构的动力特性，减少地震能量输入，减轻结构地震反应，是一种很有前途的防震措施。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。随着社会的不断发展，对各种建筑物和构筑物的抗震减震要求越来越高，地震控制体系具有传统抗震体系所难以比拟的优越性，在未来的建筑结构中将得到越来越广泛的应用。在高层建筑的方案设计阶段，结构材料选用也很重要。可以对材料参数随机性的抗震模糊可靠度进行分析，改变过去对结构抗震可靠度的研究只考虑荷载的不确定性而忽略了其他多种不确定因素，综合考虑了材料参数的变异性，地震烈度的随机性及烈度等级界限的随机性与模糊性对结构抗震可靠度的影响。从抗震角度来说，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廷性要求。这要求我们应根据建设工程的各方面条件，选用符合抗震要求又经济实用的结构类别。

三、正确认识高层建筑的受力特点，选择合理的结构类型高层建筑从本质上讲是一个竖向悬臂结构，垂直荷载主要使结构产生轴向力与建筑物高度大体为线性关系；水平荷载使结构产生弯矩。

从受力特性看，垂直荷载方向不变，随建筑物的增高仅引起量的增加；而水平荷载可来自任何方向，当为均布荷载时，弯矩与建筑物高度呈二次方变化。从侧移特性看，竖向荷载引起的侧移很小，而水平荷载当为均布荷载时，侧移与高度成四次方变化。由此可以看出，在高层结构中，水平荷载的影响要远远大于垂直荷载的影响，水平荷载是结构设计的控制因素，结构抵抗水平荷载产生的弯矩、剪力以及拉应力和压应力应有较大的强度外，同时要求结构要有足够的刚度，使随着高度增加所引起的侧向变形限制在结构允许范围内。高层建筑有上述的受力特点，因此设计中在满足建筑功能要求和抗震性能的前提下，选择切实可行的结构类型，使之在特定的物资和技术条件下，具有良好的结构性能、经济效果和建筑速度是非常必要的。高层建筑上常用的结构类型主要有钢结构和钢筋砼结构。钢结构具有整体自重轻，强度高、抗震性能好、施工工期短等优点，并且钢结构构件截面相对较小，具有很好的延性，适合采用柔性方案的结构。其缺点是造价相对较高，当场地土特征周期较长时，易发生共振。与钢结构相比，现浇钢筋砼结构具有结构刚度大，空间整体性好，造价低及材料来源丰富等优点，可以组成多种结构体系，以适应各类建筑的要求，在高层建筑中得到广泛应用，比较适用于提供承载力，控制塑性变形的刚性方案结构。其突出缺点是结构自重大，抵抗塑性变形能力差，施工工期长，当场地土特征周期较短时，易发生共振。因此，高层建筑采用何种结构形式，应取决于所有结构体系和材料特性，同时取决于场地土的类型，避免场地土和建筑物发生共振，而使震害更加严重。

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Abstract: This paper analyzes the irregular plane high-rise structure determination method, proposes the optimization design method of the high-rise structure based on performance, and finally does the elastic plastic analysis and contractions of the project practical scheme before and after optimization.

Key words: high-rise building; seismic; structure design

中图分类号: TU973文献标识码：A 文章编号：2095-2104（2012）

平面规则性对建筑结构的抗震性能具有重要的影响，国内外大量的震害表明: 结构平面不对称、不规则、不连续易使结构发生扭转破坏，严重者可导致整个结构破坏倒塌。因此平面布置力求简单、规则、对称，避免应力集中的凹角和狭长的缩颈部位; 避免在凹角和端部设置楼电梯间; 避免楼电梯间偏置，以免产生扭转的影响。建筑的结构平面布置应做到结构的两个主轴方向的动力特性相近，满足平面规则、楼板连续的规则性要求，应弱化平动刚度、强化抗扭刚度，控制地震作用下结构扭转激励振动效应不成为主振动效应，避免结构扭转破坏。薄弱部位要加强抗震计算措施和抗震构造措施，增强薄弱部位混凝土的约束，推迟塑性铰出现，提高延性，从而实现预定的抗震设防目标。建筑抗震设计规范中将高层钢筋混凝土结构平面不规则分为扭转不规则、凹凸不规则及楼板局部不连续三种类型，并分别给出了明确的定义，规定了一些定量的界限，即楼层的最大弹性水平位移(或层间位移)，大于该楼层两端弹性水平位移(或层间位移) 平均值的 1.2 倍为扭转不规则，结构平面凹进的一侧尺寸，大于相应投影方向总尺寸的 30% 为凹凸不规则，楼板的尺寸和平面刚度急剧变化，例如，有效楼板宽度小于该层楼板典型宽度的 50%，或开洞面积大于该层楼层面积的 30%，或较大的楼层错层为楼板局部不连续。但在工程实际中，由于建筑类型繁多，并追求建筑功能的多样性，还存在很多引起建筑结构不规则的因素，例如建筑型体复杂多变，具有转换层、加强层、错层和多塔、连体的高层混凝土结构，很难全部用这些简化的定量指标来划分其不规则程度并规定限制范围。

《抗震设计规范管理组的统一培训教材》中对混凝土结构规则与不规则性进行了具体的总结和归纳，细化了平面不规则建筑方案的基本类型并分别赋予其简要涵义，明确其主要定量界限，即扭转不规则(按非柔性楼盖考虑偶然偏心的扭转位移比大于1.2)，偏心布置(偏心距大于0.15 或相邻层质心相差较大)，凸凹不规则(平面凸凹尺寸大于相应边长 30% 等，含穿层柱)，组合平面(细腰形或角部重叠形)，楼板不连续(有效宽度小于50%，开洞面积大于 30%(不计电梯井道，但深凹口加设连梁仍按凸凹不规则判别)，错层大于梁高) 。

同时，还应注意: 当建筑平面有深凹口，即使在凹口处设置连梁，但该部位的楼板不足以视为刚性楼板，只能作为弹性板计算时，则仍处于凸凹不规则，不能因设置连梁而作为楼板开洞处理。设防烈度不同，上述不规则建筑方案的界限相同，但设计要求有所不同。烈度越高，不仅仅是需要采取的措施增加，体现各种概念设计的调整系数也要加大。

大量震害表明，存在凹凸不规则、楼板不连续的结构在地震作用下，由于受力复杂、传力不明确，易造成结构局部薄弱部位率先发生破坏，严重者甚至导致整个结构倒塌。国内外许多大型振动台试验的观测结果显示，平面不规则结构易产生扭转振动并发生扭转脆性破坏。

1 高层建筑抗震结构设计

建筑的抗震设计依赖于设计人员的抗震设计理念，抗震设计由抗震计算和抗震措施两个不可分割的部分组成，且良好的概念设计是建筑结构抗震性能的决定因素。而抗震性能化设计，是建立在概念设计基础上的抗震设计新发展。

地震作用时，当结构受到扭矩作用，离刚心越远的竖向构件所承受的水平剪力越大，为了防止结构主要竖向构件发生脆性剪切破坏，充分发挥结构体系的延性及耗能性能，结构抗震设计时应采取有效措施严格控制结构的扭转效应并充分估计结构可能产生的扭转效应，以提高结构的抗扭能力。分析表明，结构抗扭刚度主要取决于竖向结构布置，应弱化平动刚度、强化抗扭刚度，结构设计应加强薄弱部位的抗震措施，增加结构的整体性和延性，改善结构变形能力，从而实现预定的抗震设防目标。

调整结构平面布置的不规则性，减小结构相对偏心距，根据具体情况适当增加或者减少离质心较远处的剪力墙，在建筑允许的情况下，尽量加长或加厚周边剪力墙尤其是离刚心最远处的剪力墙，在结构周边加设拉梁，加强周边连梁刚度，可以增强结构抗扭刚度。减少核心筒的剪力墙厚度或采用弱连梁连接剪力墙，从而减少核心筒刚度，削弱结构侧移刚度，结构刚心附近的剪力墙对结构抗扭刚度贡献不大，但对侧移刚度贡献较大，因此削弱刚心附近的剪力墙，可以加大第一平动周期。在既不能加强周边剪力墙也不能削弱中部剪力墙的情况下，可以适当加强周边框架梁的刚度，从而对结构整体形成套箍效应，增强结构抗扭刚度，减小结构扭转周期，显然这种方法是不经济的，只有在以上办法都行不通的情况下迫不得已才采用。同时还应调整结构抗扭刚度与抗侧刚度之比，控制结构周期比。适当提高周边抗扭构件的抗剪能力，增强结构抗扭能力安全度。

目前关于结构整体扭转破坏的机理研究还不是很深入，地震波的扭转分量作用目前也不能定量分析，关于结构周期比及位移比的限值也是基于结构弹性分析得出的结论，对于结构进入弹塑性状态下整体结构的扭转性态的研究还相当不成熟。在这种情况下，仅仅依靠调整结构布置使其满足规范对周期比和位移比的要求并不能完全保证结构在中震和大震作用下的安全。实际上当结构进入非弹性阶段，在双向水平地震作用下本来是对称的结构，也会出现随变形状态而变化的偏心，如一角柱的变形进入塑性状态后，刚度完全不同于弹性阶段，而其他角柱可能仍处于弹性状态，这时，水平力会产生很大扭转效应，从而可能导致结构破坏。

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Abstract：The high-rise buildings aseismic design and construction work has been building the key, and summarizes the principle of seismic design of high-rise building, the architecture of the short column seismic necessary theoretical analysis, and the seismic measures must be taken. In order to avoid short column in high-rise building brittle failure occurs in, I think, first of all to correctly determine the short columns, and then the short column to take some structural measures or processing, improve the short column and the ductility of the seismic performance.

Keywords: high building, structure design, seismic design, short columns, measures

中图分类号：TU318文献标识码：A文章编号：

1 高层建筑抗震设计的原则

1.1 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。

1.2 尽可能设置多道抗震防线①一个抗震结构体系应由若干个延性较好的分体系组成，并由延性较好的结构构件连接协同工作。例如框架—剪力墙结构由延性框架和剪力墙两个分体组成，双肢或多肢剪力墙体系组成。②强烈地震之后往往伴随多次余震，如只有一道防线，则在第一次破坏后再遭余震，将会因损伤积累导致倒塌。抗震结构体系应有最大可能数量的内部、外部冗余度，有意识地建立一系列分布的屈服区，主要耗能构件应有较高的延性和适当刚度，以使结构能吸收和耗散大量的地震能量，提高结构抗震性能，避免大震时倒塌。③适当处理结构构件的强弱关系，同一楼层内宜使主要耗能构件屈服后，其他抗侧力构件仍处于弹性阶段，使“有效屈服”保持较长阶段，保证结构的延性和抗倒塌能力。④在抗震设计中某一部分结构设计超强，可能造成结构的其他部位相对薄弱，因此在设计中不合理的加强以及在施工中以大带小，改变抗侧力构件配筋的做法，都需要慎重考虑。

1.3 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力又不使薄弱层发生转移，这是提高结构总体抗震性能的有效手段。

2 高层建筑抗震中短柱的正确判定

柱净高H与截面高度h之比H/h≤4为短柱，工程界许多工程技术人员也都据此来判定短柱，这是一个值得注意的问题。因为确定是不是短柱的参数是柱的剪跨比λ，只有剪跨比λ＝M/Vh≤2的柱才是短柱，而柱净高与截面高度之比H/h≤4的柱其剪跨比λ不一定小于2，亦即不一定是短柱。按H/h≤4来判定的主要依据是：①λ=M/Vh≤2；②考虑到框架柱反弯点大都靠近柱中点，取M＝0.5VH，则λ＝M/Vh＝0.5VH/Vh＝0.5H/h≤2，由此即得H/h≤4。但是，对于高层建筑，梁、柱线刚度比较小，特别是底部几层，由于受柱底嵌固的影响且梁对柱的约束弯矩较小，反弯点的高度会比柱高的一半高得多，甚至不出现反弯点，此时不宜按H/h≤4来判定短柱，而应按短柱的力学定义——剪跨比λ＝M/Vh≤2来判定才是正确的。

框架柱的反弯点不在柱中点时，柱子上、下端截面的弯矩值大小就不一样，即Mt≠Mb。因此，框架柱上、下端截面的剪跨比大小也是不一样的，即λt＝Mt/Vh≠λb＝Mb/Vh。此时，应采用哪一个截面的剪跨比来判断框架柱是不是属于短柱呢？笔者认为，应该采用框架柱上、下端截面中剪跨比的较大值，即取λ＝max（λt，λb）。一般情况下，在高层建筑的底部几层，框架柱的反弯点都偏上，即Mb＞Mt。

在层高一定的情况下，为提高延性而降低轴压比则会导致柱截面增大，且轴压比越小截面越大；而截面增大导致剪跨比减小，又降低了构件的延性，轴压比与延性比关系图如图1所示，因此，在高层特别是超高层建筑结构设计中，为满足规程对轴压比限值的要求，柱子的截面往往比较大，在结构底部常常形成短柱甚至超短柱。

图1 轴压比与延性比关系图

3 提高短柱抗震性能的措施

有抗震设防要求的高层建筑除应满足强度、刚度要求外，还要满足延性的要求。钢筋混凝土材料本身自重较大，所以对于高层建筑的底层柱，随着建筑物高度的增加，其所承担的轴力不断增加，而抗震设计对结构构件有明确的延性要求，在层高一定的情况下，提高延性就要将轴压比控制在一定的范围内而不能过大，这样则必然导致柱截面的增大，从而形成短柱，甚至成为剪跨比小于1.5的超短柱。众所周知，短柱的延性很差，尤其是超短柱几乎没有延性，在建筑遭受本地区设防烈度或高于本地区设防烈度的地震影响时，很容易发生剪切破坏而造成结构破坏甚至倒塌。

混凝土短柱的延性主要受轴压比的影响，同时配箍率、箍筋的形式对混凝土短柱的影响也很大。高层混凝土结构短柱，特别是结构低层的混凝土短柱，其轴压比很大，破坏时呈脆性破坏，其塑性变形能力很小。提高混凝土短柱的抗震性能，主要也就是提高混凝土短柱的延性。因此，可以从以下几方面着手，采取措施提高混凝土的抗震性能。

3.1提高短柱的受压承载力

提高短柱的受压承载力可减小柱截面、提高剪跨比，从而改善整个结构的抗震性能。减小柱截面和提高剪跨比，最直接的方法就是提高混凝土的强度等级，即采用高强混凝土来增加柱子的受压承载力，降低其轴压比；但由于高强混凝土材料本身的延性较差，采用时须慎重或与其他措施配合使用。此外，可以采用钢骨和钢管混凝土柱以提高短柱的受压承载力。

3.2 采用钢管混凝土柱

钢管混凝土是套箍混凝土的一种特殊形式，由混凝土填入薄壁圆形钢管内而形成的组合结构材料。由于钢管内的混凝土受到钢管的侧向约束，使得混凝土处于三向受压状态，从而使混凝土的抗压强度和极限压应变得到很大的提高，混凝土特别是高强混凝土的延性得到显著改善。同时，钢管既是纵筋，又是横向箍筋， 其管径与管壁厚度的比值至少都在90以下，相当于配筋率2至少都在4.6%。

当选用了高强混凝土和合适的套箍指标后，柱子的承载力可大幅度提高，通常柱截面可比普通钢筋混凝土柱减小一半以上，消除了短柱并具有良好的抗震性能。

3.3 采用分体柱

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中图分类号：TU984 文献标识码：A 文章编号：

1 震害多发点

随着这几年来经济的快速发展，由于建设者开发、使用功能上的要求，高层建筑的体型越来越多样化。高层建筑不仅在材料和结构体系上逐渐多样化， 而且在高度上也大幅度增长。进入上世纪90年代后， 结构抗震分析和设计已提到各国建筑设计的日程。特别是我国处于地震多发区， 高层建筑抗震设防更是工程设计面临的迫切任务。作为工程抗震设计的依据， 高层建筑抗震分析处于非常重要的地位。

地震作用具有较强的随机性和复杂性，要求在强烈地震作用下结构仍保持在弹性状态，不发生破坏是很不实际; 既经济又安全的抗震设计是允许在强烈地震作用下破坏严重， 但不倒塌。因此，依靠弹塑性变形消耗地震的能量是抗震设计的特点，提高结构的变形、耗能能力和整体抗震能力，防止高于设防烈度的“大震”不倒是抗震设计要达到的目标。

1.1 结构层间屈服强度有明显的薄弱楼

钢筋混凝土框架结构在整体设计上存在较大的不均匀性， 使得这些结构存在着层间屈服强度特别薄弱的楼层。在强烈地震作用下，结构的薄弱层率先屈服， 弹塑性变形急剧发展，并形成弹塑性变形集中的现象。如1976 年唐山大地震中，13 层蒸吸塔框架，由于该结构楼层屈服强度分布不均匀，造成第6 层和第11 层的弹塑性变形集中， 导致该结构6 层以上全部倒塌。

1.2 柱端与节点的破坏较为突出

框架结构构件震害一般是梁轻柱重， 柱顶重于柱底，尤其是角柱和边柱易发生破坏。除剪跨比小短柱易发生柱中剪切破坏外， 一般柱是柱端的弯曲破坏， 轻者发生水平或斜向断裂;重者混凝土压酥，主筋外露、压屈和箍筋崩脱。当节点核芯区无箍筋约束时， 节点与柱端破坏合并加重。当柱侧有强度高的砌体填充墙紧密嵌砌时，柱顶剪切破坏严重，破坏部位还可能转移至窗洞上下处，甚至出现短柱的剪切破坏。

1.3 砌体填充墙的破坏较为普遍

砌体填充墙刚度大而变形能力差， 首先承受地震作用而遭受破坏， 在8 度和8 度以上地震作用下，填充墙的裂缝明显加重，甚至部分倒塌，震害规律一般是上轻下重，空心砌体墙重于实心砌体墙，砌块墙重于砖墙。

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，必须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、施工材料和施工过程以及建筑场地情况三个方面进行分析。

2.1 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，无论点式住宅或是版式住宅，都必须进行合适的结构设计，保证抗震措施合理，能够基本实现小震不坏、大震不倒这样的目标，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，将会加剧地震的作用影响力，增强破坏性。所以，建筑物的结构平面布置应尽量保证质心和刚心重合，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。

2.2 建筑结构建造材料和施工过程

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，建筑物使用的材料越好，其受到的地震作用力也相对较小；反之，建筑物就会遭到地震很大的作用力。所以，在实际的建筑物的建设中，建议多采用隔断、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。

2.3 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，或海啸、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，要进行详尽地勘探考察，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 高层混凝土建筑抗震结构设计策略

3.1 高层混凝土建筑的结构体系选择

高层建筑结构应根据建筑使用功能、房屋高度和高宽比、抗震设防类别、抗震设防烈度、场地类别、地基情况、结构材料和施工技术等因素，综合分析比较，选择适宜的结构体系。高层建筑钢筋混凝土结构可采用框架、剪力墙、框架- 剪力墙、筒体和板柱-剪力墙结构体系。

框架结构可为建筑提供灵活布置的室内空间。当建筑物层数较少时，水平荷载对结构的影响较小，采用框架结构体系比较合理；框架结构属于以剪切变形为主的柔性结构，使用高度受到限制，主要用于非抗震设计和层数相对较少的建筑中。剪力墙结构中，剪力墙沿横向、纵向正交布置或多轴线斜交布置，由钢筋砼墙体承受全部的水平荷载和竖向荷载，属于以弯曲变形为主的刚性结构。该种结构的抗侧力刚度大，在水平力作用下侧向变形小，空间整体性好。但剪力墙结构自重大，建筑平面布置局限性大，难以满足建筑内部大空间的要求。因此更多地用于墙体布置较多，房间面积要求不太大的建筑物中，既减少了非承重隔墙的数量，也可使室内无外露梁柱，达到整体美观。

框架——剪力墙结构是指在框架结构中的适当部位增设一些剪力墙，是刚柔相结合的结构体系，能提供建筑大开间的使用空间，是由若干道单片剪力墙与框架组成。在这种结构体系中，框架和剪力墙共同承担水平力，但由于两者刚度相差很大，变形形状也不相同，必须通过各层楼板使其变形一致，达到框架和剪力墙的协同工作。从受力特点看，剪力墙是以弯曲变形为主，框架是以剪切变形为主，由于变位协调，在顶部框架协助剪力墙抗震，在底部剪力墙协助框架抗震，其抗震性能由于较好地发挥了各自的优点而大为提高。因此可以适用于各种不同高度建筑物的要求而被广泛采用。板柱- 剪力墙结构，由于在板柱框架体系中加入了剪力墙或井筒，主要由剪力墙构件承受侧向力，侧向刚度也有很大的提高。这种结构目前在7、8 度抗震设计的高层建筑中有较多的应用，但其适用高度宜低于一般框架- 剪力墙结构。

3.2 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；并且根据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，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。

4 结束语

钢筋混凝土框架结构是我国大量存在的建筑结构形式之一，钢筋混凝土框架结构的柱端与节点的破坏较为严重，其抗震设计中应该钢筋混凝土高层建筑结构抗震关键设计，另外，必须满足“强柱弱梁”、“强剪弱弯”、“强节点”、“强底层柱底”等延性设计原则和有关规定。

参考文献：

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Abstract: with the high building to higher the direction of development, the seismic performance also becomes more and more important. The author discusses the design practice, then high-rise building design of anti-seismic structure need to be paid attention to relevant issues are discussed.

Keywords: high building; Seismic; Structure design

中图分类号：[TU208.3]文献标识码：A 文章编号：

地震是人类在繁衍生息、社会发展过程中遇到的一种可怕的自然灾害。强烈地震常常以其猝不及防的突发性和巨大的破坏力给社会经济发展、人类生存安全和社会稳定、社会功能带来严重的危害。研究表明，在地震中造成人员伤亡和经济损失最主要的因素就是房屋倒塌及其引发的次生灾害（约占95%）。无数次的震害告诉我们，抗震设计是防御和减轻地震灾害最有效、最根本的措施。高层建筑结构的抗震仍然是建筑物安全考虑的重要问题。

1 结构规则性

建筑物尤其是高层建筑物设计应符合抗震概念设计要求，对建筑进行合理的布置，大量地震灾害表明，平立面简单且对称的结构类型建筑物在地震时具有较好的抗震性能，因为该种结构建筑容易估计出其地震反映，易于采取相应的抗震构造措施并且进行细部处理。建筑结构的规则性是指建筑物在平立面外形尺寸、抗侧力构件布置、承载力分布等多方面因素要求。要求建筑物平面对称均匀，体型简单，结构刚度，质量沿建筑物竖向变化均匀，同时应保证建筑物有足够的扭转刚度以减小结构的扭转影响，并应尽量满足建筑物在竖向上重力荷载受力均匀，以尽量减小结构内应力和竖向构件间差异变形对建筑结构产生的不利影响。

2 层间位移限制

高层建筑都具有较大的高宽比，其在风力和地震作用下往往能够产生较大的层间位移，甚至会超过结构的位移限值。而国内普遍认为该位移限值大小与结构材料、结构体系甚至装修标准以及侧向荷载等诸多因素有关，其中钢筋混凝土结构的位移限值(一般在1/400-1/700范围内)则比钢结构(1/200-1/500范围内)要求严格，风荷载作用下的限值比地震作用下的要求严格。因此在进行高层建筑结构设计时应根据建筑物的实际情况以及所处的地理位置进行设计，既要满足其具有足够的刚度又要避免结构在水平荷载的作用下产生过大的位移而影响结构的承载力、稳定性以及正常使用功能等。

3 控制地震扭转效应

大量事实表明，当建筑结构的平面布置等不规则、不对称导致建筑层间水平荷载合力中心与建筑结构刚度中心不重合，在地震发生时建筑结构除发生水平位移外还易发生扭转性破坏甚至会导致结构整体倒塌，因此在结构设计中应充分重视扭转的影响。由于建筑物在扭转作用下各片抗侧力结构的层间变形不同，其中距刚心较远的结构边缘的抗侧力单元的层间侧移最大;同时在上下刚度不均匀变化的结构中，各层的刚度中心未能在同一轴线上，甚至会产生较大差距，以上情况都会使各层结构的偏心距和扭矩发生改变，因此，在设计过程中应对各层的扭转修正系数分别计算。计算时应主要控制周期比、位移比两个重要指标，即当两个控制参数的计算结果不能满足要求时则必须对其进行调整。当周期比不满足要求时可采用加大抗侧力构件截面或增加抗侧力构件数量的方法，并应将抗侧力构件尽可能的均匀布置在建筑四周，以减小刚度中心与质量中心的相对偏心，若调整构件刚度不能满足效果时则应调整抗侧力构件布置，以增大结构抗扭刚度。

4 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。

5 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。

6 提高结构的抗震性能

由于高层建筑的受力特点不同于低层建筑，因此在地震区进行高层建筑结构设计时，除应保证结构具有足够的强度和刚度外，还应具有良好的抗震性能。通过合理的抗震设计，使建筑物达到小震不坏，中震可修，大震不倒。为了达到这一要求，结构必须具有一定的塑性变形能力来吸收地震所产生的能量，减弱地震破坏的影响。

框架结构设计应使节点基本不破坏，梁比柱的屈服易早发生，同一层中各柱两端的屈服历程越长越好，底层柱底的塑性铰宜晚形成，应使梁、柱端的塑性铰出现得尽可能分散，充分发挥整体结构的抗震能力。为了保证钢筋砼结构在地震作用下具有足够的延性和承载力，应按照“强柱弱梁”、“强剪弱弯”、“强节点弱构件”的原则进行设计，合理地选择柱截面尺寸，控制柱的轴压比，注意构造配筋要求，特别是要加强节点的构造措施。

7 选择合理结构类型

高层建筑的竖向荷载主要使结构产生轴向力，水平荷载主要产生弯矩。其竖向荷载方向不变，但随着建筑高度增加而增加，水平荷载则来自任何方向，因此竖向荷载引起建筑物的侧移量非常小，而水平荷载产生的侧移则与高度成四次方变化，即在高层结构中水平荷载的影响远远大于竖向荷载的影响，因此水平荷载应为设计的主要控制因素，在设计过程中应需在满足建筑功能及抗震性能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。目前大多高层结构都采用钢混结构和钢结构，钢混结构具有刚度大、空间整体性好、材料资源丰富、可组成多种结构体系等优点而被广泛应用，但其同时具备自重大、抵抗塑性变形能力差、易发生共振等缺点；钢结构则具有自重轻、强度高、抗震性能好、施工工期短、具有较好延性等优点，但其造价相对较高，当场地土特征周期较长时易发生共振等缺点。

8 尽可能设置多道抗震防线

当发生强烈地震之后往往伴随多次余震，如只有一道防线，则在第一次破坏后再遭余震，将会因损伤积累导致倒塌。抗震结构体系应有最大可能数量的内部、外部冗余度，有意识地建立一系列分布的屈服区，主要耗能构件应有较高的延性和适当刚度，以使结构能吸收和耗散大量的地震能量，提高结构抗震性能，避免大震时倒塌。

9 结束语

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。

篇10

1剪力墙的连梁设计

连梁是指与剪力墙相连允许开裂可作刚度折减的梁。当PKPM建模后进入STAWE计算时，程序对全楼所有的梁都进行了判断，把两端都与剪力墙相连且至少在一端与剪力墙轴线的夹角不大的梁，隐含定义为连梁。在高层剪力墙结构中，连梁的设计常受多因素制约，连梁的内力和结构抗侧力刚度与相连墙肢刚度、连梁跨高比等因素有关。联系墙肢的连梁，对剪力墙的受力会产生较大的影响，其本身的受力条件也比较复杂，如果连梁发生破坏，那么联肢墙各墙肢间会失去约束而形成几个单独受力的墙肢，造成整片剪力墙水平位移加大。承载力下降的状况。震害调查和试验结果证明，对联肢墙来说，连梁的设计是非常重要的。连梁的破坏将会导致剪力墙最终丧失承载能力。按照《建筑抗震设计规范》要求。宜选用跨高比偏大的连梁。按常规设计方法配筋，进行截面抗剪设计，使其不过早地发生剪切破坏，从而使连梁具有足够的延性。在工程设计时，根据计算的基本假定，可以忽略连梁的轴力，但绝大多数的墙体洞口尺寸的宽度是不大的，因此大多数连梁的跨高比较小。其尺寸类似于深梁。试验表明，连梁的剪切变形较大，容易产生斜裂缝．在反复荷载作用下。斜裂缝会发展成沿梁跨的对角线状，较大地降低了连梁的抗剪能力。为了避免连梁的剪切破坏，要求连梁有足够的截面尺寸和一定数量的抗剪箍筋。抗震结构还应考虑非弹性变形阶段，连梁是首先屈服并形成塑性铰的耗能机构，应调整内力，对连梁刚度进行折减，这是避免连梁在弯曲屈服前出现剪切破坏的有效措施，从而控制结构最终形成延性破坏机制。在结构计算时，设计人员都会发现，往往会出现部分连梁超筋的情况，分析其原因主要是因为连梁跨高比较小，刚度较大，吸收地震力较多。造成连梁的约束弯矩和剪力过大，致使连梁抗剪能力不能满足规范对连梁剪压比的限值。当连梁剪力超过其剪压比限值时，连梁将产生脆性破坏。剪力墙结构的一个设计原则是强墙弱连梁。如果对剪力墙连梁刚度进行折减，人为限制连梁梁端的抗弯承载力。进行塑性再调幅。则连梁梁端将产生裂缝，变形增大，形成塑性铰．其剪力值将达不到按弹性计算的剪力值。连梁刚度折减后。如计算分析结果仍有部分连梁不能满足剪压比限制时，则可按剪压比要求降低连梁剪力设计值，由调整后的剪力计算出相应的连梁弯矩，并对剪力墙墙肢内力进行调整。在实际工程中。对连梁的刚度折减不宜过大，否则小震时就会有较多裂缝产生。按《建筑抗震设计规范》要求折减系数不宜小于0.5，要满足正常使用状态下极限承载力的要求。

2 位移比和周期比的控制

地震作用对结构的损害与扭转反应的大小有直接关系，对于要求地震的建筑，一方面，要求结构布置规则、对称，其关键是要求平面布置刚度均匀。以减少扭转。另一方面，要求加强结构的抗扭强度和抗扭承载力。这已成为重要的概念设计内容。而在实际工程中，由于建筑造型的要求．建筑场地的限制或建筑功能的需要，在高层建筑结构设计中，大多数结构的平面布置和竖向布置很难达到《建筑抗震设计规范》所要求的“规则”标准。为此需对结构进行调整，限制平面扭转效应。

结构自振周期表示结构自身的性能。其中扭转周期的相对大小反映了结构抗扭刚度的大小，抗扭刚度小的结构，其扭转周期长，地震时这样的结构扭转反应一般较大。不利于抗震，因此《高层建筑混凝土结构技术规程》对结构扭转为主的第一周期与平动为主的第一周期的周期比进行限制。限制结构的抗扭刚度不能太弱，从而使结构的层间扭转角不致过大。因结构在水平地震作用下的扭转振动不仅与扭转为主的周期有关，也与平动为主的结构周期有关，因为所有振动都是耦连的，当平动为主的第一周期较长时，和它相应的结构扭转振动可能也较大，导致结构层间扭转角加大。这对结构抗震是不利的，因此对结构平动为主第一周期也应考虑不宜过长。周期比是控制结构扭转效应的重要指标，当周期比不满足要求时，通常采取降低结构中间构件的刚度，在建筑周边设置刚性构件。增加抗扭刚度，使周期比满足要求。实际上，控制周期和控制位移是一样的。控制结构扭转周期就是控制结构在地震作用下的扭转位移。结构位移和结构自振周期互相关联，位移随着周期的增大而增长。位移比是控制结构平面不规则性的重要指标，其值《高层建筑混凝土结构技术规程》中有明确规定，当位移比超过1．2时为不规则结构，超过1．5时为严重不规则结构。当位移比不满足《高层建筑混凝土结构技术规程》要求时，常常是因为结构的抗侧力构件布置不均匀引起的。所以，在高层建筑中，抗侧力构件布置时应按照均匀、对称、分散的原则，尽量使结构的质心和刚心重合或接近，提高抗扭刚度在一定程度上可减小位移比，这也是概念设计中改进结构抗震性能的重要措施之一。

3 转角窗布置的设计