浅议高层建筑结构抗震优化设计

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1、浅议高层建筑结构抗震优化设计　　摘要：，随着高层建筑的迅速发展，建筑高度不断增加，高层建筑的结构设计也成为结构工程师设计工作的主要重点和难点。其抗震设计变得尤为重要，建筑结构的抗震设计是一个完整、系统的概念，从场址的选择到建筑物的结构设计，抗震设计贯穿了整个过程。本文就对建筑结构抗震设计中应注重的几大问题进行详细地分析和探讨，并对如何提高建筑结构抗震能力提出了自己的几点看法，力图为结构设计人员合理进行建筑结构抗震设计提供参考。关键词：高层建筑；结构抗震；优化设计中图分类号：[TU208.3]文献标识码：A文章编

2、号：1高层建筑抗震设计的必要性10九十年代以来，结构工程师在总结前人经验，逐渐认识到宏观的“概念设计”比以往的“数值设计”对工程结构抗震来说，更为重要，因此，人们对于概念设计愈来愈重视。抗震概念设计就是从结构总体方案设计一开始，就运用人们对建筑结构抗震已有的正确知识去处理好结构设计中遇到的诸如房屋体型、结构体系、刚度分布、构件延性等问题，从宏观原则上进行评价、鉴别、选择等处理，再辅以必要的计算和构造措施，从而消除建筑物抗震的薄弱环节，以达到合理抗震设计的目的。概念设计要求工程师运用思维和判断力，根据从大量震害经

3、验得出的结构抗震原则，从宏观上确定结构设计中的基本问题。因此，工程师必须从主体上了解结构抗震特点，振动中结构的受力特征，抓住要点，突出主要矛盾，用正确的概念来指导概念设计，才会获得成功。2我国高层建筑抗震设计中的一些问题2.1高度问题按我国现行高层建筑混凝土结构技术规程(JGJ3-2010)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。这个高度在我国目前建筑科研水平、经济发展水平和施工技术水平下是较为稳妥的，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

4、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。因为房屋愈高，所受到的地震力和倾覆力矩就愈大，破坏的可能性也就愈大，同时巨大的倾覆力矩在柱中和基础中所引起的压力和拉力均较难处理。2.2材料的选用和结构体系问题10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，

5、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。2.3抗震设防标准较低现在许多专家学者提出，现行的建筑结构设计安全度已不能适应国情的需要，认为我国“取用了可能是世界上最低的结构设计安全度”，并主张“建筑结构设计的安全度水平应该大幅度提高”。此外，对于“小震不坏，中震可修，大震不倒”这个抗震设计原则

6、，在新形势下也有重新审核的必要。我国现行抗震设防标准是比较低的，中震相当于在规定的设计基准期内(50a)超越概率为10%的地震烈度。我国建筑结构抗震设计除了设防烈度较低外，具体抗震计算方法和构造规定的安全度也不如国外，在配筋率、轴压比、梁柱承载力匹配等一系列保证抗震延性的要求上远不如国外严格。随着社会财富的增长，结构失效带来的损失愈来愈大，加之结构造价在整个投资中的比例下降，抗震性能化设计日渐成为重要的设计手段。3我国高层建筑结构抗震的具体设计3.1高层建筑结构抗震设计应重视建筑结构的规则性10在高层建筑中，结

7、构的布置原则主要体现在以下几个方面：(1)高层建筑主体抗侧力结构两个主轴方向的刚度要比较接近、变形特性要比较相近。这是因为实际的高层建筑结构都是三维的，实际的地震作用、风荷载具有任意的方向性，高层建筑主体抗侧力结构两个主轴方向的刚度比较均匀，就能具有比较良好的抗震、抗风性。(2)高层建筑竖向体型及刚度变化要均匀，宜优先采用矩形、梯形、三角形等均匀变化的几何形状，尽量避免过大的外挑和内收。因为立面形状的突然变化，必然带来质量和抗推刚度的剧烈变化，地震时该突变部位就会因剧烈振动或塑性变形集中效应而加重破坏。(3)高

8、层建筑主体抗侧力结构的平面布置应尽量对称，以避免扭转。为了把扭转效应降低到最低程度，应尽可能减小结构质量中心与刚度中心的距离。抗侧刚度较大的长墙、芯筒位置要居中和对称布置，同时也应避免在主体结构的布置中设置一、二片刚度特别大而延性较差的结构，如长窄的实体剪力墙。3.2抗震结构体系的优化配置高层建筑结构体系选择与优化是结构设计考虑的关键问题，制定合理的结构方案对整个建筑的安全性和经济性起