十堰市建筑设计研究院 湖北十堰 442000
摘要:建筑抗震设计是一项复杂的工程，需要建筑设计与结构设计协作。为保证建筑物在使用过程中足够的稳固性，建筑的抗震性能设计是建设业中从未忽略的问题之一。本文对当前高层建筑结构抗震设计进行探讨，简要分析了当前建筑抗震设计主要方法以及减震结构设计运用，与同行交流学习。
关键词:高层建筑；抗震设计；减震结构
我国地域辽阔，但地理情况复杂，当前我国是地震等地质灾害多发的国家，特别是在汶川、玉树大地震之后，大大小小震级的地震灾害引起了人们的密切关注。伴随我国城市化的不断发展，当前城市高层建筑越来越常见，且建筑体型也越来越多样，这使建筑抗震设计也越来越复杂。如何保证建筑的牢固可靠性，使建筑具有较好的抗震减震能力，是工程设计一贯重视的话题。下文分析建筑结构抗震的力学特征，探讨抗震与减震结构设计。
1建筑结构荷载与抗震结构
1.1荷载与外力的分类及要求
建筑的荷载指的是使结构或构件产生内力和变形的外力及其它因素，包含竖向荷载和水平荷载。此外，根据荷载时间性又可分为固定荷载和临时荷载。在建筑结构设计时，在结构支承上的主要部分所施加的固定荷载和临时荷载应力值，都不得超过各容许应力值。
1.2荷载与结构因素
钢结构中刚接是构件与构件之节点形式，两构件在连接处既不能相对移动，又不能相对转动，但可以传递力和力矩，在设计运用后即使受到外力荷载使结构产生变形，其连接角度也不会产生变化。建筑结构设计中常见的钢结构则是刚接节点的构件组成的构架。在对应于竖向荷载的结构方式上，刚接钢结构比混凝土框架结构更能够加长跨距，且能降低框架的重量。而在水平荷载方面来说，钢结构一般作为补强框架结构的抗震要素使用。
2 建筑物基础结构
建筑物的抗震很大部分源于基础部分的抗震作用。基础部分为避免发生横向移动、下陷、不均匀沉降或浮起，必须有足够支承力的坚固地基，所以在抗震设计时的基础设计非常重要。
3 抗震设计
由震源传来的地震波在地表地基越软弱时就越会增强，而且随着建筑物高度及固有周期变长时，摇动的作用力就变小，但越到建筑物的上方楼层，摇动的加速度会逐渐变大。基于这些因素的考虑，定出施加于建筑物的地震作用，这被当作施加于建筑物各楼层的水平力来评估。
3.1建筑结构抗震的基本要求
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。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，设计时采取措施提高结构中相对薄弱部位的抗震能力。此外，承受竖向荷载的主要构件通常不作为主要耗能构件。
3.2多道抗震防线的设置
建筑物的抗震结构通常是由多个延性较好的构件组成，并协同工作的。如框剪结构是延性框架和剪力墙两个分体构成，双肢或多肢剪力墙组成；通常较大的地震震荡次数较多，建筑物在强震破坏后还可能再遭余震，在多次地震事实经历中显示，许多建筑物在地震余震中损伤积累最终倒塌。因此，建筑物的抗震结构体系应建立一系列分布的屈服区，主要耗能构件应有较高的延性与刚度，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，避免大震时发生倒塌；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，但在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，因此加强设计需要慎重考虑。
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3.3提高薄弱部位抗震能力
考虑到上部结构嵌固于基础结构或地下室结构之上时，应使基础结构或地下室结构保持弹性状态，使塑性构件出现在结构的嵌固部位。因此，高层建筑抗震设计中，由于高层建筑结构的复杂性、发生地震时振动的不确定性、人们对地震时抗震结构的反应认识的局限性与模糊性、以及高层建筑结构计算分析计算的精确性等不可预测的因素，使抗震设计的计算结果与实际情况存在差异。在抗震设计中有意识、有目的地控制结构相对薄弱的楼层，使之有足够的变形能力又保证薄弱层不发生转移，这是提高结构总体抗震性能的有效手段。
发生地震时建筑物承受的力因震级的大小、建筑物基础的坚固度以及建筑物固有的结构稳固性而异。地震作用的大小被评估为静态的水平力，通常都会随着建筑物的高度增加而变小。对于某一方向的地震作用，相同方向的抗震要素的抵抗与其刚度成正比。
4 隔震层设计分析
普通建筑物在地震时基础部分会将振动力传递到整个建筑物，这会导致建筑内部设施设备家具等等倾翻、外墙剥离，建筑结构中的柱和梁产生损伤，最终导致各个楼层结构发生几乎相同程度的变形；而高层建筑一般一楼挑空、二楼以上墙壁多，结构不统一，当某一楼层比其他楼层竖向结构柔软时，地震时的变形就集中于该柔软的楼层，地震强度较大时极可能产生楼层崩塌。
大多数建筑物的抗震设计原理是让建筑物整体吸收地震时的振动能量，没有隔震设计，使发生大地震时结构中的大梁与柱子上会有损伤发生，直接威胁到建筑物结构功能。
所谓的隔震结构是指通过在建筑物与地基之间设置“隔震层”，该设计在地震作用下能比建筑其他层能产生更大水平变形，即使发生水平变形50mm~60cm也不影响上部建筑安全的构造，在地震时直接吸收了大部分的震动能量，减缓了建筑物上部与地基的共振。设置隔震层的建筑在大地震时地震振动能量传递到建筑物上方的较少，因此极大降低了产生损伤的可能性，这极大程度地保护了建筑物及使用者的生命和财产安全。
4.1隔震层构件设计
隔震层构件工作原理是吸收地震时的震动能量，且要求在大变形时的支承建筑物质量的基本功能不变。当前在隔震层设计上通常采用的构件形式有：①铅制缓冲构件。即利用高纯度的铅材料的塑性变形而制成的缓冲器；②橡胶叠层的运用。橡胶叠层作为隔震层构件即是将一定厚度的橡胶与钢板之间重叠接合，并施加热与压力，形成叠层，该叠层不仅发挥橡胶特有的弹性，避免或缓解地震时上部建筑与地基的共振，而且叠层垂直方向坚硬，支承功能不变。橡胶叠层需要设计成当最大变形发生时重叠部分不得小于直径1／2以下的尺寸。采用直径小的叠层橡胶时，必须采用在大变形时可支承建筑物之质量的构造；③钢制缓冲构件。因隔震层在地震时会在水平方向产生较大的变形，只有采用将振动能量消耗才能起到抗震减震作用。钢制缓冲构件原理同样是在隔震层吸收振动能量，利用钢料的塑性变形，担任减弱振动的作用。
此外，当前还有利用油通过小孔时的阻抗制成的缓冲器，利用黏滞体的剪断阻抗原理而制成的缓冲器，以及利用摩擦原理的隔震层缓冲器等。
4.2隔震层的位置确定
隔震层的位置并非必须设置在建筑基础部位，而通常依据建筑物的功能与结构性质来确定。若在建筑物基础部分设置隔震层则需要基坑，且隔震层与非隔震层部分之间的衔接只需采用最低限度，就可产生较好的隔震效果。有些建筑地下楼层多，无法设置基坑的情况，上方楼层更容易产生共振，此时一般在建筑中间设置隔震层，此时隔震构件需要进行防火包覆。
5 结束语
当前，我国建筑业发展迅速，城市高层建筑不断增加，这对建筑的抗震设计的要求也越来越高，而建筑业随着社会科技与经济的不断发展，新型抗震结构与高性能建筑抗震材料不断出现，即便如此，我们仍须从目前抗震设计现状出发，工程设计者还应不断巩固和创新工程抗震知识和技术措施，研究出更合理更经济的抗震设计方法，以更好地适应社会经济和科学技术的发展。
参考文献：
[1]吴炳,傅承诚.高层建筑结构抗震设计的讨论[J].科技与生活.2011,08
论文作者:刘晓燕
论文发表刊物:《基层建设》2015年21期供稿
论文发表时间:2016/3/28
标签：结构论文; 建筑物论文; 构件论文; 荷载论文; 建筑论文; 建筑结构论文; 楼层论文; 《基层建设》2015年21期供稿论文;