【摘 要】高层建筑结构由于结构高度或规则性的要求，必须对此类结构进行专门的分析与研究，为设计提供可靠的理论依据。尤其是结构方案的合理选型和优化研究对整个结构的安全及综合经济效益起着至关重要的作用。本文作者结合自身经验和文献参考，对高层混凝土建筑抗震设计的必要性及存在的问题进行分析，提出了高层建筑抗震结构的优化策略。
【关键词】高层建筑；抗震；优化设计
一、建筑抗震结构设计的必要性
随着我国的城市化进程不断加快，城市中的人口和土地的矛盾逐渐增大。在这样的背景下，高层建筑得到了迅猛发展，并且迅速成为城市建筑发展的主流方向。但是，建筑高度越高，其自身的重量也就越大，对于震动的抵抗能力越差，如果高层建筑的设计还按照普通建筑设计的方法，一旦遭遇地震，必然会导致建筑的损坏或倒塌，引发严重的后果。因此，设计人员应该充分重视建筑抗震结构设计，确保结构能够在强度、刚度、延性等方面达到最佳，实现“小震不动、中震可修、大震不倒”的目的，保障建筑的使用安全。
二、我国高层建筑抗震设计中的问题
1.材料的选用和结构体系问题
在地震多发区，采用何种建筑材料或结构体系较为合理应该得到人们的重视。我国150m以上的建筑，采用的三种主要结构体系(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。在高层建筑中，应注意结构体系及材料的优选。现在我国钢材生产数量已较大，建筑钢材的类型及品种也在逐步增多，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。在超过一定高度后，由于钢结构质量较小而且较柔，为减小风振需要采用混凝土材料，钢骨(钢管)混凝土，通常作为首选。
2.地基选择问题
随着城市人口的不断增长与建筑用地的减少，许多开发商常常忽略这一问题，大多是视其商业价值的大小进行选址。高层建筑选址需依照选择开阔平坦的地带并且土场均匀坚实的原则，不靠近河岸，不横跨建筑在两种土壤之上，不选择地势较为危险的地区、不选用有震陷危险的土壤作天然地基，避免在地震高发地段建造房屋。高层建筑的地基选址的不恰当常会会导致其抗震能力减弱甚至坍塌。
3.高度问题
按我国现行高层建筑混凝土结构技术规程(JGJ3-2002)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都有一个适宜的高度。这个高度是我国目前建筑科研水平、经济发展水平和施工技术水平下，较为稳妥的，也是与目前整个土建规范体系相协调的。可实际上，已有许多混凝土结构高层建筑的高度超过了这个限制。对于超高限建筑物，应当采取科学谨慎的态度：一要有专家论证，二要有模型振动台试验。在地震力作用下，超高限建筑物的变形破坏形态会发生很大的变化。
4.抗震设防烈度较低
现行建筑结构设计安全度标准早已达不到我国社会发展对其的要求，建筑结构设计安全度有很大的提升、改进空间。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆我国现行抗震设防标准过低，中震相当于在规定的设计基准期内超越概率为10％的地震烈度，过低的抗震设防烈度使得高层建筑的抗震要求与标准处于较低水平因此造成了较之国外相对落后的现象。
三、高层建筑抗震结构的优化策略
1.高层建筑结构抗震优化设计的新方法
（1）选择合理的结构体系。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、剪力墙,双肢或多肢剪力墙体系组成。
（2）减小地震能量的输入和设置消能减震构件。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、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地震能量,提高结构抗震性能,避免大震时倒塌。
（3）控制地震的扭转效应,并且对层间位移加以限制。建筑的质量和刚度变化要均匀.建筑的刚度和质量分布不对称,容易在水平地震作用发生扭转震动,设计时对质量和刚度分布不连续的情况应加以限制,采取必要的构造措施。
2.新型高性能材料的选取与运用
材料的选用和结构体系问题在地震多发区,采用何种建筑材料或结构体系较为合理应该得到人们的重视。我国高层建筑中常采用的结构体系有:框架、框架-剪力墙、剪力墙和筒体等几种体系,这也是其他国家高层建筑采用的主要体系。但国外,特别地震区,是以刚结构为主,而在我国钢筋混凝土结构几混合结构却占了90%.如此高的钢筋混凝土结构及混合结构,国内外都还没有经受较大的考验。钢结构同混凝土结构相比,具有优越的强度、韧性和延性,强度重量比,总体上看抗震性能好,抗震能力强。
3.对抗震结构抗侧力体系的见解
（1）高层建筑设计必须将侧向变形限制在一定范围内,这是因为:使结构产生附加内力,尤其是竖向构件,当侧向位移增大时,偏心加剧,由此产生的附加内力值超过一定数值时,将会引起整幢房屋的倒塌破坏;使居住的人们感到不适和恐慌;使填充墙或建筑装修出现裂缝或损坏,也会使电梯轨道变形。在地震作用下,虽然可比风荷载作用下适当放宽变形限制,但由于这些非结构性的损坏会使修复费用很高,且填充墙等倒塌也会威胁人的生命及设备安全,因此,对地震作用下的侧向变形也要加以限制;使主体结构构件出现较大裂缝甚至遭受损坏。
（2）对一般性构造的高楼,刚比柔好,采用刚性结构方案的高楼,不仅主体结构破坏轻,而且由于地震时的结构变形小,隔墙,围护墙等非结构部件将得到保护,破坏也会减轻。提高结构的超静定次数,在地震时能够出现的塑性铰就多,能耗散的地震能量也就越多,结构就愈能经受住较强地震而不倒塌。改善结构屈服机制,使结构破坏十按照整体屈服机制进行,而不是楼层屈服机制。设计结构时遵循强节弱杆、强柱弱梁、强剪弱弯,强压弱拉的原则。
4.研究高层混凝土建筑各层结构参数设置
在对高层混凝土结构设计进行预处理阶段，必须充分了解项目的选址、地质条件、材料选择、施工专业技术、质量检测等多方面相结合，着眼于其中重点，建造建筑设计的基本框架，运用先进合理的设计理念与专业技能相结合设计出切实有效的设计方案，其关键部位要做出详尽准确的注明，使得建筑抗震结构得以更好地完成，同时建立系统完善、内容详尽的建筑结构设计信息数据库，方便结构工程师对相关案例的提取，以此总结经验，采用先进的设计方式来开展工作。
结语：
抗震结构的优化设计是抗震结构设计理论的重大发展，也是抗震结构可靠度的一个重要方面。自从抗震结构优化设计理论提出以来，基于损伤性能、结构性能、最优设防烈度等方面的抗震优化设计一直是美国、日本、新西兰和中国等国家的研究课题。
参考文献：
[1]王丽丽,王洁茹.高层抗震的概念优化设计[J].河北建筑工程学院学报,2009,27(2):50.
[2]陈天华.高层混凝土建筑抗震结构设计探析[J].中国科技信息,2011,(16):42.
[3]罗联训.浅论高层混凝土建筑抗震结构设计[J].中华民居(下旬刊),2014,(6):25.
论文作者:陆遥,马春辉
论文发表刊物:《低碳地产》2016年第8期
论文发表时间:2016/8/31
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