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高層建筑結構抗震設計范文1
Abstract : the importance of anti-seismic concept design, in determining the overall scheme, housing materials and details, comply with the relevant requirements of seismic design and the reasonable principle, for the seismic checking necessary, take appropriate seismic structural measures, ensure the quality of construction, in order to achieve the purpose of reasonable seismic design.
Key words: high-rise buildings aseismic design criterion optimization design
中圖分類號： TU973+.31 文獻標識碼： A 文章編號：
前言；隨著高層建筑的增多，結構抗震分析和設計已越來越重要。特別是我國處于地震多發區，高層建筑抗震設防更是工程設計面臨的迫切任務．高層建筑結構的抗震是建筑物安全考慮的重要問題。建筑結構設計人員為防止、減少地震給建筑造成的危害，就需要分析研究建筑抗震問題，不斷總結經驗、聯系實際, 妥善處理這一工程當中不可避免的問題。
一、高層建筑結構抗震設計準則
抗震設計要剛柔相濟，選擇合適的結構形式，在增加結構剛度的同時也要增強抗震作用，需要確定合理的抗震措施。保證結構的抗震性能主要是確保建筑物滿足“小震不壞、中震可修、大震不倒”的抗震目標。在地震力作用下，要求結構保持在彈性范圍內正常使用。建筑物的變形破壞時，震后不能發生很大的變化，經簡單的修復后可正常使用。隨著建筑物高度的增加，允許結構進入彈塑性狀態，但必須保證結構整體的安全，因此，必須進行抗震設計。
強震之后都會伴隨多次余震，在建筑抗震設計過程中如果一味的提高結構抗力，就會增加結構剛度；若只有一道設防，則會導致結構剛度過大，建筑物缺少必要的延性，導致建筑物破壞過程不明顯，造成安全隱患。如果建筑物的抗震結構體系剛度太柔，經過首次破壞后而余震來臨時，因結構已損傷，結構構件將需要協同工作來抵擋地震作用，這樣將容易導致建筑物過大形變而不能使用。所以，既要保證滿足建筑物的變形要求，又能減小地震力，這是建筑物抗震設計中的雙重目標。只有這樣才能使建筑物在抗震過程中，既防止造成建筑物的局部受損，又具有一定的抗變形能力。延性較好的分體系組成，地震發生時不會發生整體傾覆。
二、建筑結構性能抗震設計
采用合理的抗震性能目標和合理的結構措施進行抗震設計。除了抗震設計方法，基于性能的抗震設計理論還包括目標性能的確定，它是整個設計的基礎和關鍵，主要包括以下三個方面：
1．地震設防水準
在設計基準期內，定義一組參照的地震風險和相應的設計水平，是基于性能設計理論的一個重要目標。基于性能的設計理論應追求能控制結構可能發生的所有地震波譜的破壞水準，為此，需要根據不同重現期選擇所有可能發生的對應于不同等級的地震動參數的波譜，這些具體的地震動參數稱為地震設防水準，分為常遇、偶遇、罕遇和稀遇地震，并給出了其重現期和超越概率。
2.結構的性能水平及其量化指標
結構的抗震性能水平表示結構在特定的某一地震水準下一種有限程度的破壞，包括結構和非結構構件破壞以及因它們破壞引起的后果主要用結構易損性、結構功能性和人員安全性來表達。按照不同的地震動水平，結構的性能水準可分為四級，即功能完好、功能連續、控制破壞與損失、保證安全。其中，簡化的三級性能水準，即可繼續使用、修復后可再使用保證安全。
3，抗震設計的目標性能
結構的抗震設計的目標性能是針對某一地震設防水準而期望達的抗震性能等級，抗震設計目標性能的建立需要綜合考慮場地特征、結構功能與重要性、投資與效益、震后損失與恢復重建、潛在的歷史或文化價值、社會效益及業主的承受能力等諸多因素。我國抗震規范的目標性能實際是：小震不壞，中震可修，大震不倒。
三、高層建筑結構抗震設計要點
3.1結構規則性
建筑物尤其是高層建筑物設計應符合抗震概念設計要求，同時應保證建筑物有足夠的扭轉剛度以減小結構的扭轉影響，要求建筑物平面對稱均勻。因為該種結構建筑容易估計出其地震反映，對建筑進行合理的布置，以盡量減小結構內應力和豎向構件間差異變形對建筑結構產生的不利影響。并應盡量滿足建筑物在豎向上重力荷載受力均勻，體型簡單，結構剛度協調。大量地震災害表明，采取相應的抗震構造措施并且進行細部處理，這樣的建構筑物在地震中的受損情況往往小于那些沒有采取構造措施的建構筑物。地震時，質量沿建筑物豎向變化均勻，平立面簡單且對稱的結構類型，建筑物在地震時具有較好的抗震性能。
3.2層間位移限制
高層建筑都具有較大的高寬比，而位移限值大小與結構材料、結構體系甚至裝修標準以及側向荷載等諸多因素有關，因此，在進行高層建筑結構設計時應根據建筑物的實際情況。其中鋼筋混凝土結構的位移限值要求嚴格，以及所處的地理位置進行設計穩定性以及正常使用功能等。其在風力和地震作用下往往能夠產生較大的層間位移，應避免在水平荷載的作用下產生過大的位移而影響結構的承載力。
3.3控制地震扭轉效應
當建筑結構的平面布置等不規則建筑結構剛度中心不重合，當周期比不滿足要求時可采用加大抗側力構件截面，并應將抗側力構件盡可能的均勻布置在建筑四周，增加抗側力構件數量的方法。在地震發生時建筑結構會導致結構整體倒塌，因此在結構設計中應充分重視扭轉的影響。當結構位移比不滿足要求時甚至會產生較大差距，一般采取增加最大位移處構件剛度減小最小處減小剛度中心與質量中心的相對偏心。位移構件剛度劃分為相對規則平面，建筑物在扭轉作用下各片抗側力結構的層間變形不同，在設計過程中應對各層的扭轉修正系數分別計算，若調整構件剛度不能滿足效果時則應調整抗側力構件布置。不能滿足要求時則必須對其進行調整。其中距剛心較遠的結構邊緣的抗側力單元的層間側移最大，以增大結構抗扭剛度。同時在上下剛度不均勻變化的結構中，各層的剛度中心未能在同一軸線上，當結構剛度富余量較小可采取均衡加強結構剛度，以上情況都會使各層結構的偏心距和扭矩發生改變。
高層建筑結構抗震設計范文2
關鍵詞：高層建筑、抗震設計
中圖分類號：[TU208.3]文獻標識碼：A 文章編號：
高層建筑框架結構的抗震性能受許多因素的影響，而且十分敏感。為了使框架結構具有良好的抗震性能，就應在早期方案設計階段就給予足夠的重視。因此必須考慮結構體型、規則性、整體性和質量分布等問題，同時還應對結構承載力、剛度和非彈性延性變形能力從地震反應角度做出比較正確的評價，使結構體系具有一定的延性。
1、高層建筑抗震設計的計算要點分析
下面將重點介紹有關框架結構在抗震設計時所遵循的原則，并對計算要點進行分析。
1.1、抗震設計原則分析
在高層建筑結構設計中，如果要求框架結構有一定的延性就必須保證框架梁、柱有足夠大的延性。而梁、柱的延性是以其控制截面塑性鉸的轉動能力來度量的。因此，應合理控制結構破壞機制及破壞歷程，使結構具有良好的塑性內力重分布能力，合理設計節點區及各個部分連接和錨固，避免各種形式的脆性破壞。在抗震設計時應遵循下述設計基本原則：
(1)強柱弱梁：較合理的框架破壞機制和破壞歷程，應是梁比柱的屈服盡可能先發生和多出現，底層柱的塑性鉸最晚形成，同一層中各柱兩端的屈服過程越長越好。因為同一層柱上、下都出現塑性鉸，很容易形成幾何可變體系而倒塌。閱此，要控制梁、柱相對強度讓塑性鉸首先在梁端出現，盡量避免或減少在柱端出現，使框架結構形成盡可能多的梁型延性結構鉸。
(2)強剪弱彎：鋼筋混凝土構件的剪切破壞是脆性破壞，延性很小。對于框架梁、柱，為了使構件出現塑性鉸前不發生脆性的剪切破壞，這就要求構件的抗剪承載力大于塑性鉸的抗彎承載力。為此，要提高構件的抗剪強度，形成“強剪弱彎”。
(3)強節點、強錨固：框架結構中梁柱節點的破壞，屬變形能力差的剪切脆性破壞，并且使交于節點的梁、柱同時失效。所以，在梁、柱彈塑性變形充分發揮前節點區和構件錨固不應失效。對于框架梁，應具有良好的延性，以提高梁的塑性鉸的延性及耗能能力是保證框架結構抗震性能的關鍵。我們可以通過以下幾個方面來改善梁的延性性能：①剪壓比限制。保證較低的剪應力，塑性鉸區的截面剪應力對于梁的延性、能量耗散及保持梁的強度、剛度有明顯的影響，剪壓比愈大梁剛度和強度下降愈快；②在塑性鉸區加密箍筋并增設水平腰筋以減少剪切錯動的影響，防止過早的強度、剛度下降；⑧梁端截面下部配筋不宜少于上部鋼筋的30％一50％，以降低梁端截面受壓區高度、增大塑性鉸轉動能力、增大其耗能性能。④限制配筋率和改進箍筋形式：⑤剪跨比限制。改善柱的延性性能除與梁相同的幾項措施外，還應限制軸壓比，避免短柱。
1.2、計算要點
對于多層和高層鋼筋混凝土房屋的構件，在抗震設計時除了分別進行承載力計算外，還應進行以下驗算。
(1)一、二、三級框架的梁柱節點處，除框架頂層和柱軸壓比小于0.15者及框支梁與框支柱的節點外，柱端組合的彎矩設計值應符合下式要求：
而一級框架結構及設防烈度為9度時尚應符合：
一、二、三級框架的底層柱下端截面組合彎矩的設計值，應分別乘以增大系數1.5、1.25和1.15。
(2)一、二、三級的框架梁和抗震墻中跨高比大于2.5的連梁，其梁端截面組合的剪力設計值應按下式調整：
一級框架結構及設防烈度為9度時尚應符合和下式：
(3)一、二、三級的框架柱和框支柱組合的剪力設計值應按下式調整：
一級框架結構及設防烈度為9度時尚應符合下式：
(4)框架節點剪力設計值根據規范由強節點弱構件原則計算確定。
2、高層鋼筋混凝土房屋抗震的構造措施
2.1、框架結構抗震構造措施
1)截面尺寸梁的截面尺寸宜符合下列各項要求：截面寬度不宜小于200mm：截面高寬比不宜大于4：凈跨與截面高度之比不宜小于4。柱的截面尺寸宜符合下列各項要求：截面的寬度和高度均不宜小于300mm，圓柱直徑不宜小于350mm：剪跨比宜大于2：截面長邊與短邊的邊長比不宜大于3。且柱的軸壓比不宜超過相關標準的規定。
2)縱向鋼筋的構造要求
(1)梁的鋼筋配置，應符合下列各項要求：
①梁端縱向受拉鋼筋的配筋率不應大于2.5％，且計入受壓鋼筋的梁端混凝土受壓區高度和有效高度之比，一級不應大于0.25，二、三級不應大于0.35。
②梁端截面的底面和頂面縱向鋼筋配筋量的比值，除按計算確定外，一級不應小于0.5，二、三級不應小于0.3。
③沿梁全長頂面和底面的配筋一、二級不應少于2φ14且分別不應少于梁兩端頂面和底面縱向配筋中較大截面面積的1/4，三、四級不應少于2φ12。
④一、二級框架梁內貫通中柱的每根縱向鋼筋直徑，對矩形截面柱，不宜大于柱在該方向截面尺寸的1/20：對圓形截面柱，不宜大于縱向鋼筋所在位置柱截面弦長的1/20。
(2)柱的鋼筋配置，應符合下列各項要求：
①柱縱向鋼筋的最小總配筋率應按表16—16采用，同時每一側配筋率不應小于0.2％；對建造于Ⅳ類場地且較高的高層建筑，標準中的數值應增加0.1。
②宜對稱配置。
③截面尺寸大于400mm的柱，縱向鋼筋間距刁；宜大于200mm。
④柱總配筋率不應大于5％。
⑤—級且剪跨比不大于2的柱，每側縱向鋼筋配筋率不宜大于1.2%。⑥柱縱向鋼筋的綁扎接頭應避開柱端的箍筋加密區。
3)箍筋的構造要求
(1)梁的箍筋配置要求
①梁端箍筋加密區的長度、箍筋最大間距和最小直徑應按相關標準采用，當梁端縱向受拉鋼筋配筋串大于2％時，標準中箍筋最小直徑數值應增大2mm。
②梁端加密區的箍筋肢距，—級不宜大于200mm和20倍箍筋直徑的較大值，二、二級不宜大于250mm和20倍箍筋直徑的較大值，四級不宜大于300mm。
(2)柱的箍筋配置要求
①二級框架柱的箍筋直徑不小于10mm且箍筋肢距不大于200mm時，除柱根外最大間距應允許采用150mm；三級框架柱的截面尺寸不大于400mm時，箍筋最小直徑應允許采用6mm；四級框架柱剪跨比不大于2時，箍筋直徑不應小于8mm；框支柱和剪跨比不大于2的柱，箍筋間距不應大于lOOmm。
②柱的箍筋加密范圍應按下列規定采用：柱端取截面高度(或圓柱直徑)、柱凈高的1/6和500mm三者的最大值：底層柱、柱根不小于柱凈高的1/3，當有剛性地面時，除柱端外尚應取剛性地面上下各500mm；剪跨比不大于2的柱和因設置填充墻等形成的柱凈高與柱截面高度之比不大于4的柱，取全高：框支柱、一級及二級框架的角柱，取全高。
③柱箍筋加密區箍筋肢距，一級不宜大于200mm二、三級不宜大于250mm和20倍箍筋直徑的較大值，四級不宜大于300mm；至少每隔一根縱向鋼筋宜在兩個方向有箍筋或拉筋約束：采用拉筋復合箍時，拉筋宜緊靠縱向鋼筋并鉤住箍筋。柱端加密區的體積配箍率尚應滿足有關規范的要求。
2.2、剪力墻的抗震構造措施
1)截面尺寸抗震墻的厚度，一、二級不應小于160mm且不應小于層高的1/20，三、四級不應小于140mm且不應小于層高的1/25。底部加強部位的墻厚，一、二級不宜小于200mm且不宜小于層高的1/16；無端柱或翼墻時不應小于層高的1/12。
2)豎向、橫向分布鋼筋的配筋要求
①一、二、三級抗震墻的豎向和橫向分布鋼筋應雙排布置，最小配筋率均不應小于0.25％；四級抗震墻不應小于0.20％：鋼筋最大間距不應大于300mm，最小直徑不應小寸8mm。
②部分框支抗震墻結構的抗震墻底部加強部位，縱向及橫向分布鋼筋配筋率均不應小于0.3％，鋼筋間距不應大于200mm。
2.3、框架-剪力墻的抗震構造措施
1)截面尺寸抗震墻的厚度同于抗震墻結構。抗震墻的周邊應設置梁(或暗梁)和端柱組成的邊框端：端柱截面宜與同層框架柱相同并應滿足對框架柱的要求。
2)配筋要求
①抗震墻底部加強部位的端柱和緊靠抗震墻洞口的端柱宜按柱箍筋加密區的要求沿全高加密箍筋。
②抗震墻的豎向和橫向分布鋼筋配筋串均不應小于0.25％，并應雙排布置；拉筋間距不應大于600mm，直徑不應小于6mm。
2.4、筒體結構抗震構造要求
框架-核心筒結構應符合下列要求：
①核心筒與框架之間的樓蓋宜采用現澆梁板體系。
②低于9度采用加強層時，加強層的大梁或桁架應與核心筒內的墻肢貫通：大梁或桁架與周邊框架柱的連接宜采用鉸接或半剛性連接
③結構整體分析應計入加強層變形的影響。
④設防烈度為9度時不應采用加強層。
⑤在施工程序及連接構造上，應采取措施減小結構豎向溫度變形及軸向壓縮對加強層的影響。
3、結束語
高層建筑的結構體系是隨著社會生產的發展和科學技術的進步而不斷發展的。隨著經濟水平的增長和高層建筑的增多，結構抗震分析和設計已經變得越來越重要。特別是我國處于地震多發區，高層建筑抗震設防更是工程設計面臨的迫切任務，高層建筑結構的抗震仍然是建筑物安全考慮的重要問題。
參考文獻：
[1]張萌編著，建筑抗震，中國計劃出版社,2007.06.
[2]王亞勇，建筑抗震設計規范，中國建筑工業出版社,2006.01.
高層建筑結構抗震設計范文3
關鍵詞：抗震設計；高層建筑；措施；分析方法
1.前言
由于城市人口的發展，為了節約用地，更好地利用空間，往往在建筑設計時首先考慮高層建筑，從而高層建筑有了飛速的發展，高層建筑的發展趨勢是高度越來越增加，體型和平面日趨復雜。由于高層建筑又坐落在不同的地域，加上地質構造復雜，高層建筑很容易受到地震等自然災害的損害，地震發生具有很大的隨機性，破壞后果嚴重。而高層建筑抗震設計方法研究目前還不十分成熟，僅僅依據微觀的數學力學，沒有充分考慮高層建筑結構內力的阻尼變化、材料時效、非彈性性質以及空間作用等其他相關因素，很難在結構上提高高層建筑的抗震能力。為了降低在遭遇地震時的經濟和人力損失，因此，對高層建筑結構的抗震設計方法研究具有很大的必要性。
2.地震對高層建筑的作用影響分析
2.1對高層建筑構件形式方面
（1）在高層建筑的框架結構中，通常地震對板和梁的破壞程度輕于柱；
（2）地震作用經常在多肢剪力墻（鋼筋混凝土結構）的窗下引起交叉斜向的裂縫；
（3）如果混凝土柱配置螺旋箍筋，即使地震引起較大的層問位移，對柱以及核心混凝土作用并不明顯；
（4）鋼筋混凝土框架結構，如長、短柱并用于同一樓層，長柱受損害較輕。
2.2對高層建筑結構體系方面
（1）對于鋼筋混凝土柱、板體系的高層建筑，各層樓板因樓層柱腳破壞或者側移過大以及樓板沖切等因素而在地面墜落重疊；
（2）對于“填墻框架”體系的高層建筑，由于受窗下墻的約束，因而容易發生外墻框架柱在窗洞處短柱型剪切現象；
（3）對于“填墻框架”體系的高層建筑，地震對采用敞開式框架問未砌磚墻的底層破壞嚴重；
（4）對于框架一抗震墻體系的高層建筑，地震損害不大；
（5）對于“底框結構”體系的高層建筑，地震嚴重破壞剛度柔弱的底層。
2.3對高層建筑地基方面
（1）如果地基自振周期與高層建筑結構的基本周期相同或相近，地震作用因共振效應而增加；
（2）如果高層建筑處在危險和地形不利的區域，則容易使高層建筑因地基破壞而受損；
（3）地基處地質不均勻，在地震作用下容易使上部結構傾斜甚至倒塌；
（4）若高層建筑的地基處有較厚的軟弱沖積土層，則地震作用對高層建筑的損害顯著增大。
2.4對高層建筑剛度分布方面
（1）對于采用L形以及三角形等平面不對稱的高層建筑，地震作用能夠使建筑結構發生扭轉振動，因而損害現象嚴重；
（2）對于采用矩形平面布置的高層建筑結構，如果該建筑的抗側力構件（如電梯井等）布置存在偏心情況時時，同樣會使建筑結構發生扭轉振動。
3.建筑結構抗震設計方法分析
3.1靜力法
如果以F作為地震作用于建筑設施的力，以M表示建筑物的重量，以R表示地震震度，則有以下公式：
F=R×M （1）
這種以“震度”表示地震尺度的想法，在1924年（日本關東發生大地震后第二年）被納入日本的建筑工程相關的技術規范中，當時，人們已經意識到房屋的重量是影響地震破壞能力的一個極為重要的因素。在當時的條件下人們認為為建筑重量10%的水平力大約地震慣性力相當。在當時還假定：建筑結構的承載能力大小決定了房屋的抗震能力大小；地震力與建筑地基以及結構的實際特性等因素無關。
3.2反應譜法
美國在1933年長灘發生大地震以及在1940年ELcentro發生大地震時。均取得了強震加速度記錄。美國的一些相關研究者依據建筑物自振特性資料以及這些強震記錄提出了著名的地震反應譜理論，具有非常重要的現實意義。近些年來，我國在抗震設計領域也取得了較大的進展，逐漸形成了科學合理而又普遍適用的建筑結構抗震設計方法。大部分的建筑結構抗震設計規范都是根據結構能力以及反應譜理論建立起來的。
3.3彈性動力時程法
彈性動力時程分析法抗震結構設計的原理是，根據地震烈度、高層建筑場地類別以及設計分組的判斷，然后選用合適數量的地震地面運動加速度的記錄，對其積分然后求解運動方程，最終計算出在模擬的地震中建筑的加速度、速度以及位移的響應，進行抗震設計。高層建筑運動方程是獨立的，我們要計算各個時刻的結構反應只需用到數值方法求解。
3.4靜力彈塑性法
靜力彈塑性分析方法的原理為計算現有設計方案的抗側力能力，進而估計出其抗震能力，其具體方法為：根據房屋的具體情況在房屋上施加某種分布的水平力，逐漸增加水平力使結構各構件依次進入塑性，調整水平力的分布和大小，直到結構達到位移超限。其優點在于：據結構的振型變化可以求得水平力的分布，根據結構在不同工作階段的周期通過設計反應譜可以求得水平力的大小。
3.5動力彈塑性分析法
我們以{y}，{y'}，{y''}分別表示運動的水平位移和速度以及加速度，以yg表示地面運動水平加速度，則在多自由度系統中，在地面運動作用下的振動方程可以用以下公式表示：
[M]{y''}+[C]{y'}+[K]{y}=-[M]{L}yg （2）
采用各種手段劃分由強震記錄的水平方向上的時間一加速度曲線，將其分為一系列極小的時間段，運用震動方程對對每一個時段方程進行積分求解，可求得每個時間段內體系的加速度、速度以及位移，最終可計算出結構內力。
4.建筑結構抗震方法的比較
地震是一種破壞性嚴重的自然現象，其三要素分別為：幅值、持時與頻譜特征。建筑結構抗震設計的方案應體現地震動特性和結構特性，所考慮的地震作用應在在地震作用下最大程度地反映結構的真實響應。表1為抗震設計方法反應結構特性以及地震動特性的具體情況對比。
5.建筑結構設計案例分析
某高層建筑，地下3層，地上28層，總建筑面積約6萬m2。其中，7～28層為住宅區；第6層作為空中花園以及設備轉換層；4～5層為辦公用區域；1～3層為商場樓層；地下3層作為設備用房和車庫；第7層樓蓋作為高層建筑的結構轉換層。高層建筑總高度（地面以上）為90.4m。該高層建筑以鋼筋混凝土框架剪力墻作為工程主體，柱截面面積為700×1100m2、800×1100m2，墻厚2-4m，板厚為：轉換層1.8m、天面1.2m、住宅1m、裙樓1.1m，梁截面面積為190×400-240×600m2。轉換層框支梁為400×1300-500×1500m2。該高層建筑要求Ⅶ度的防烈度；建筑設防類別為丙類；設計第1組為地震分組。預期的抗震等級為：8層以上為二級；1-8層為一級；6層以下普通框架為一級；框支框架為特一級。根據建筑結構抗震設計的相關規范，本工程設計中有四項不合理，具體為：
5.1扭轉不規則
在考慮各種因素的情況下，樓層豎向構件的水平位移最大應小于等于該樓層平均值的1.2倍，而在本高層建筑中此比值最大為1.32，大于1.2，屬于扭轉不規則。
5.2凹凸不規則
在該高層建筑中，平面最大凸出部位凸出尺寸為L=17.24m，Bmax=41.20m，L與Bmax之比為41.84%，而規范要求的此值為35%。
5.3樓板局部不連續
塔樓部分樓層電梯間局部樓板最小凈寬3m，相關的建筑規范規定此值為5m。
5.4豎向抗側力構件不連續
塔樓剪力墻通過轉換梁向框支柱傳遞，屬豎向抗側力構件不連續。
5.5解決措施
具體到本高層建筑，在進行建筑結構抗震設計時為了滿足相關規范的要求，需要采取的措施如下：
（1）加強剪力墻底部部位。
（2）根據規范要求提高框支柱的配筋率。
（3）塔樓樓梯問及周邊樓板厚度增大至1.5m。
（4）轉換層板厚度增大至1.8m。
（5）將剪力墻底部加強部位的鋼筋配筋率提高到0.5%。
（6）將剪力墻的底部加強部位以及框支柱等部位的抗震等級均提高一級。
6.結束語
隨著高層建筑的發展，建筑結構的抗震設計顯得越來越重要。高層建筑結構的抗震設計方法和抗震措施在不斷的改進，在對建筑結構進行抗震設計時要根據高層建筑的實際情況而選擇科學合理的抗震結構設計方法。
參考文獻
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收稿日期：2013-4-17
高層建筑結構抗震設計范文4
關鍵詞： 高層建筑； 結構抗震； 方法；
中圖分類號： TU97 文獻標識碼： A 文章編號：
前言
地震作用影響因素極為復雜，它是一種隨機的、尚不能準確預見和準確計算的外部作用，目前規范給出的計算方法還是一種半經驗半理論的方法，要進行精確的抗震計算還有一定的困難，因此建筑（尤其是高層建筑）抗震安全問題必須引起建筑師們的高度重視，及時采取有效措施，防患于未然。在建筑結構中，抗震設計占據了極為重要的位置，而高層建筑結構又在抗震方面尤為重視。
一、高層建筑結構抗震設計基本原則
1、場地設計。地震對結構物的破壞程度，首先取決于地震釋放能量的大小，同時還和震源深淺程度、結構物與震中距離以及結構物所處場地土性質有關。因此，在大范圍上說，對不同抗震烈度地區要采取不同的結構選型和高度控制，在越高級抗震的地區建設高層結構應該更為注意。
2、材料和結構體系的選擇。我國高層結構中常采用的結構體系有: 框架、框架―剪力墻、剪力墻和筒體等幾種體系，這也是其他國家高層結構采用的主要體系。但國外，特別地震區，是以鋼結構為主，而在我國鋼筋混凝土結構和混合結構卻占了 90%。高層結構的抗側力體系是高層結構是否合理、經濟的關鍵，隨著結構高度及功能的發展需要而不斷發展變化。
3、選擇有利的結構體型平面布置。在滿足結構功能的前提下，結構平面布置應該簡單、規則、對齊、對稱，力求使平面剛度中心和質量中心重合，盡量減少偏心，以減小地震作用下的扭轉。
二、高層建筑結構抗震設計中的問題分析
1、建筑結構物高度超過極限。按我國現行高層結構混凝土結構技術規程規定，在一定設防烈度和一定結構型式下，鋼筋混凝土高層結構都有一個適宜的高度。在這個高度，抗震能力還是比較穩妥的，但是目前不少高層結構超過了高度限制。在震力作用下，超高限建筑物的變形破壞性態會發生很大的變化，建筑物的抗震能力會下降，很多影響因索也發生變化，結構設計和工程預算的相應參數需要重新選取。
2、地基的選取不合理。由于城市人口的增多和相對空間的縮不，不少建筑商忽略了這問題，哪里商業空間大就在哪里建高層結構應選位于開闊平坦地帶的堅硬土場地或密實均勻中硬土場地，遠離河岸，不應垮在兩類土壤上，避開不利地形、避免在斷層、山崖、滑坡、地裂等抗震危險地段建造房屋。高層建筑結構的地基選取不恰當可能導致抗震能力差，材料的選用不科學，結構體系不合理在地震多發生，采用何種建筑材料或結構體系較為合理應該得到人們的重視。由于我國建筑結構主要以鋼筋混凝土核心筒為主，變形控制要以鋼筋混凝土結構的位移限值為基準。但因其彎曲變形的側移較大，靠剛度很不的鋼框架協同工作減小側移，不僅增大了鋼結構的負擔，而且效果不大，有時不得不加大混凝土筒的剛度或設置伸臂結構，形成加強層才能滿足規范側移限值較低的抗震設防烈度現在許多專家提出，現行的建筑結構設計安全度已不能適應國情的需要，建筑結構設計的安全度水平應該大幅度提高我國現行抗震設防標準是比較低的，中震相當于在規定的設計基準期內超越概率為 10% 的地震烈度，較低的抗震設防烈度放松了高層建筑結構的抗震要求。
三、高層建筑結構抗震設計的方法分析
1、高層建筑結構減輕結構自重一方面從地基承載力來看，如果是同樣的地基條件，減輕結構自重意味著在不增加基礎或地基處理造價的情況下，可以多建層數，特別是對于軟土更為明顯。另一方面地震效應與建筑質量成正比，結構質量的增加必然引起地震力的增大。高層結構由于其高度較大，重心較高，地震作用傾覆力矩也隨質量的增加而增大設計時要求高層結構物的填充墻及隔墻應采用輕質材料。
2、當按剪跨比判定柱子不是短柱時，按一般框架柱的抗震要求采取構造措施即可; 確定為短柱后，就應當盡量提高短柱的承載力，減小短柱的截而尺寸，采取各種有效措施提高短柱的延性，改善短柱的抗震性能。
3、在高層建筑結構的方案設計階段，結構材料選用也很重要。可以對材料參數隨機性的抗震模糊可靠度進行分析，綜合考慮了材料參數的變異性，地震烈度的隨機性及烈度等級界限的隨機性與模糊性對結構抗震可靠度的影響。從抗震角度來說，結構體系的抗震等級，其實質就是在宏觀上控制不同結構的延性要求這要求我們應根據建設工程的各方面條件，選用符合抗震要求又經濟實用的結構類別。
4、高層建筑結構應設置多道抗震防線。建筑物應設置多道抗震防線，當第一道防線的構件在強烈地震作用下遭到破壞后，后備的第二道乃至第三道防線能抵擋后續的地震動的沖擊，使建筑物免于倒塌。減少地震能量輸入。積極采用基于位移的結構抗震設計，要求進定量分析，使結構的變形能力滿足在預期的地震作用下的變形要求。除了驗算構件的承載力外，要控制結構在大震作用下的層間位移角限值或位移延性比; 根據構件變形與結構位移關系，確定構件的變形值; 并根據截面達到的應變大不及應變分布，確定構件的構造要求。對于高層結構，選擇堅硬的場地土建造高層結構，可以明顯減少地震能量輸入減輕破壞程度。錯開地震動活越周期，可防止共振破壞。
5、調整內力以加強薄弱部位，在高層建筑結構中，有一些薄弱部位，如果能有意識地使它提早屈服或提高其承載力，可以推遲它的屈服，減小它的破壞。如加強轉換層; 注意防震縫的設計，必須留有足夠的寬度; 高層部分和低層部分之間的連接構造; 框架柱的箍筋量和錨固長度等。這里大多數是屬于結構構件的設計，需由專業人員進行設計計算和施工。建筑安全是建筑設計中一個不可分割的部分，可以說是極為重要的組成部分，而抗震設計又是重中之重。但高層結構抗震設計又是一個復雜的過程，要從主體上了解結構抗震特點，從宏觀上確定結構設計的基本問題，用正確的概念來引導設計。
四、結語
高層結構的結構體系是隨著社會生產的發展和科學技術的進步而不斷發展的隨著經濟水平的增反和高層結構的增多，結構抗震分析和設計已經變得越來越重要特別是我國處于地震多發國，高層結構抗震設防是工程設計面臨的迫切任務，高層結構的抗震仍然是結構物安全考慮的重要問題。綜上所述，可以看出現行抗震設計方法不能完全反應強震特征及在強震下的結構性能，按現行抗震設計方法所設計的復雜高層結構的結構安全性還有一定的不確定性因素。當今我國已經建成的大量復雜高層結構，雖然有一定的試驗和理論研究作為依據，但經過強震作用檢驗的結構為數較少，這些復雜高層結構在大震下的真實性能還有待地震檢驗。并且新型結構原理的進步，高性能材料的共同發展，計算機技術水平的不斷提高，促使人類建筑精品再上一個新的臺階。新型結構體系結構形式復雜，受力分析難度大，全面細致的考慮結構各個構件和每個組成部分，成為今后新型結構體系設計和考慮的重點。新型結構體系的發展和廣泛應用滿足了現代社會對建筑物的使用功能和外觀的要求，抗震的要求使得結構的發展日益趨于成熟，人類建筑結構抗震設計的研究成果將越來越被應用于實踐。
參考文獻
高層建筑結構抗震設計范文5
【關鍵詞】高層建筑；結構設計；抗震設計
0、引言
由于地震作用是一種隨機性很強的循環、往復荷載，建筑物的地震破壞機理又十分復雜，存在著許多模糊和不確定因素，在結構內力分析方面，由于未能充分考慮結構的空間作用、非彈性性質、材料時效、阻尼變化等多種因素，計算方法還很不完善，單靠微觀的數學力學計算還很難使建筑結構在遭遇地震時真正確保具有良好的抗震能力。建筑結構抗震設計的基本要求：抗震設計主要包括三方面的內容：概念設計，計算設計和構造設計。結構工程師按抗震設計要求進行結構分析與設計，其目標是希望使所設計的結構在強度、剛度、延性及耗能能力等方面達到最佳，從而經濟地實現規范中要求的“小震不壞，中震可修，大震不倒”的目的。
1、從理論上分析高層建筑的抗震設計
建筑結構抗震規范實際上是各國建筑抗震經驗帶有權威性的總結，是指導建筑抗震設計，包括結構動力計算，結構抗震措施以及地基抗震分析等主要內容的法定性文件。它既反映了各個國家經濟與建設的時代水平，又反映了各個國家的具體抗震實踐經驗。它雖然受抗震有關科學理論的引導，向技術經濟合理性的方向發展，但它更要有堅定的工程實踐基礎，把建筑工程的安全性放在首位，容不得半點冒險和不實。正是基于這種認識，現代規范中的條文有的被列為強制性條文，有的條文中用了“嚴禁，不得，不許，不宜”等體現不同程度限制性和“必須，應該，宜于，可以”等體現不同程度靈活性的用詞。
（1）擬靜力理論。擬靜力理論是20世紀10~40年展起來的一種理論，它在估計地震對結構的作用時，僅假定結構為剛性，地震力水平作用在結構或構件的質量中心上。地震力的大小當于結構的重量乘以一個比例常數即地震系數。
（2）反應譜理論。反應譜理論是在加世紀40~60年展起來的，它以強地震動加速度觀測記錄的增多和對地震地面運動特性的進一步了解，以及結構動力反應特性的研究為基礎，是加理工學院的一些研究學者對地震動加速度記錄的特性進行分析后取得的一個重要成果。
（3）動力理論。動力理論是20世紀70－80年廣為應用的地震動力理論。它的發展除了基于60年代以來電子計算機技術和試驗技術的發展外，人們對各類結構在地震作用下的線性與非線性反應過程有了較多的了解，同時隨著強震觀測臺站的不斷增多，各種受損結構的地震反應記錄也不斷增多。進一步動力理論也稱地震時程分析理論，它把地震作為一個時間過程，選擇有代表性的地震動加速度時程作為地震動輸入，建筑物簡化為多自由度體系，計算得到每一時刻建筑物的地震反應，從而完成抗震設計工作。
2、高層建筑的抗震結構設計理念
高層建筑的抗震要能做到：當遭遇第一設防烈度地震即低于本地區抗震設防烈度的多遇地震時，結構處于彈性變形階段，建筑物處于正常使用狀態。建筑物一般不受損壞或不需修理仍可繼續使用。因此，要求建筑結構滿足多遇地震作用下的承載力極限狀態驗算，要求筑的彈性變形不超過規定的彈性變形限值。當遭遇第二設防烈度地震即相當于本地區抗震設防烈度的基本烈度地震時，結構屈服進入非彈性變形階段，建筑物可能出現一定程度的破壞。但經一般修理或不需修理仍可繼續使用。因此，要求結構具有相當的延性能力不發生不可修復的脆性破壞。當遭遇第三設防烈度地震即高于本地區抗震設防烈度的罕遇地震時，結構雖然破壞較重，但結構的非彈性變形離結構的倒塌尚有一段距離。不致倒塌或者發生危及生命的嚴重破壞，從而保障了人員的安全。因此，要求建筑具有足夠的變形能力，其彈塑性變形不超過規定的彈塑性變形限值。
對建筑抗震的三個水準設防要求，是通過“兩階段”設計來實現的，其方法步驟如下：第一階段：第一步采用與第一水準烈度相應的地震動參數，先計算出結構在彈性狀態下的地震作用效應，與風、重力荷載效應組合，并引入承載力抗震調整系數，進行構件截面設計，從而滿足第一水準的強度要求；第二步是采用同一地震動參數計算出結構的層間位移角，使其不超過抗震規范所規定的限值；同時采用相應的抗震構造措施，保證結構具有足夠的延性、變形能力和塑性耗能，從而自動滿足第二水準的變形要求。第二階段：采用與第三水準相對應的地震動參數，計算出結構（特別是柔弱樓層和抗震薄弱環節）的彈塑性層間位移角，使之小于抗震規范的限值。并采用必要的抗震構造措施，從而滿足第三水準的防倒塌要求。
3、建筑設計和建筑結構的規則性
建筑設計應符合抗震概念設計的要求，不應采用嚴重不規則的設計方案。建筑及其抗側力結構的平面布置宜規則、對稱、整體性較好：建筑的立面和豎向抗拉力構件的截面尺寸和材料溫度宜自下而上逐步減小，避免抗側力結構的側向剛度和承載力突變。對平面不規則和豎向不規則類型的建筑結構應按《抗震規范》要求進行水平地震作用計算和內力調整，并對薄弱部位采取有效的抗震措施。
高層建筑結構抗震設計范文6
關鍵詞：高層建筑、結構抗震設計
一、工程實例
該工程為一棟高層建筑住宅樓，地下1層，地上層數為49層，高度為154.8米。二層以上為剪力墻結構，由于底層大堂大空間的需要，部分剪力墻無法落地，需要轉換，因此結構為部分框支剪力墻結構體系。轉換層設于二層樓面，采用梁式轉換。該結構強度計算基本風壓按100年重現期取值，取W。=0.50kN/；位移計算基本風壓按50年重現期取值，為0.45 kN/。擬建場地內未發現影響建筑物穩定性的不良工程地質作用。場地抗震設防烈度為6度，設計基本地震加速度為0.05g，設計地震分組第一組；建筑場地類別為II類；經進行地基土液化可能性判別，該場地為非液化場地。
二、建筑抗震結構設計
2.1 地震作用及抗震措施
根據《安評報告》，小震下水平地震影響系數最大值αmax為0.084，超過《抗震設計規范》中7度設防烈度的αmax，故小震地震作用計算按照《安評報告》取值計算，中震、大震按照規范取值，抗震構造措施適當加強。該高層建筑住宅高度為154.8米，按照抗震規范規定，6度區框支剪力墻結構的B級高層建筑的最大適用高度為140m。應該采取更嚴格的抗震設計措施以及構造措施。
2.2 抗側力體系布置
本工程平面呈梭形，長寬比2.95。根據建筑布置，利用房間隔墻、樓梯間、電梯間布置剪力墻，受建筑限制，體型較薄方向（Y向）布置剪力墻較多，X向能布置的剪力墻較少。根據計算結果，由于本工程設防烈度為6度，地震作用下結構反應較小，易于滿足規范要求。X向迎風面較小，也易于滿足規范要求。Y向迎風面較大，Y向風荷載下的側向變形是控制設計的主要影響因素，整移曲線呈典型的彎曲型，最大層間位移角出現在40層附近。為增加Y向抗側剛度，端部兩片剪力墻加厚至600mm，中間房間分隔墻基本為300mm厚，部分為400mm厚，標準層的墻厚沒有變化。底層因建筑需要形成南北通暢空間，局部區域上部剪力墻無法落地，通過轉換構件將上部豎向及水平荷載傳遞至框支柱。轉換采用轉換梁形式。由于上部剪力墻在端部有洞口，致使轉換梁內剪力較大，而轉換梁高度又受到限制，故通過在梁內設置型鋼增加抗剪承載力。為增加延性，在轉換梁兩側的框支柱內設置型鋼。底層落地剪力墻加厚，增加底層側向剛度。
2.3 加強構件措施
由于本工程高層結構的建筑高度為超B級，因此本結構采取加強措施以確保其受力安全合理。采取加強措施如下：
（1）對于高度超限的抗震加強措施：將底層剪力墻和框支柱抗震等級從一級提高至特一級。底部加強區剪力墻抗震等級從二級提高至一級。
（2）對于平面規則性超限的抗震加強措施：由于平面較長造成樓層位移比超過規范限制1.2，但小于1.3。增大端部剪力墻水平分布筋的配筋率，加厚端跨樓板厚度并雙面雙向配筋，使端墻承受的水平地震力能傳遞至相鄰內部剪力墻。
三、地基基礎及地下室設計
3.1 地基基礎設計
本工程的地基基礎設計等級為甲級，基礎采用樁基-筏板基礎。地下室底板面標高為-5.350m，底板厚2.5m，主樓基礎埋置深度7.85米，為主樓高度的1/19.7。根據地質勘察結果表明，該建筑場地內7層中風化砂礫巖是良好的樁端持力層。基礎采用Φ850鉆孔孔灌注樁，樁端持力層設置于7層土，為嵌巖樁，嵌巖深度2.5m，樁長23～28.5米，單樁抗壓承載力特征值為4200kN～5000kN。經驗算，在罕遇地震和風作用工況下，邊緣部位的樁均未出現拉力。地下室在塔樓和裙房之間不設沉降縫，通過控制塔樓沉降量，在塔樓與裙房之間設置沉降后澆帶，并采取控制后澆帶封閉時間等措施，來調整塔樓與裙房之間的差異沉降。
3.2 地下室設計
地下室為1層，頂板樓蓋采用梁板結構。本工程塔樓與裙房于地下相連，地上設縫脫開。塔樓即為地下室外墻，同時利用地下室電梯井壁及部分填充墻布置剪力墻，使地下室剛度達到大于一層剛度2倍的嵌固要求。經計算地下一層與一層樓層的側向剛度比為X向為6.86，Y向為3.69。地下室頂板可以作為上部結構的嵌固端。鑒于本工程的地下室結構超長，因此設置施工后澆帶和沉降后澆帶來減少混凝土早期收縮對結構的不利影響。
四、 結構計算分析
本工程采用SATWE進行計算設計，用ETABS程序進行了校核比較，并采用彈性時程分析結果與前兩者進行分析比較。其主要計算結果如下。
4.1 層間位移角
表1 風荷載和地震作用下的彈性位移角
風荷載作用下的彈性位移角 地震作用下的彈性位移角 偶然偏心地震作用下樓層最大位移比
X方向 Y方向 X方向 Y方向 X方向 Y方向
1/3593 1/1010 1/2669 1/2175 1.03 1.29
4.2 轉換層上下樓層側向剛度比
為滿足建筑功能要求，二層有局部剪力墻無法落地，形成框支剪力墻結構體系。根據《高規》10.2.3條，轉換層上部結構與下部結構的側向剛度比γ應符合附錄E.0.1條。按附錄E.0.1條計算得到的等效剪切剛度比分析結果見下表。
表2 等效剪切剛度比分析結果
X向剛度（kN/m） Y向剛度（kN/m）
1層 7.0214E+07 1.7453E+08
2層 8.2429E+07 3.0113E+08
1層與2層剛度比γ 0.85 0.58
可見底層的剪切剛度為上層的58%，滿足《高規》附錄E.0.1中大于50%的要求。
4.3 罕遇地震彈塑性分析
對該高層結構進行靜力彈塑性分析（pushover）。采用兩種推覆力分布模式，一種是倒三角形分布模式，另一種是CQC地震力分布模式。其主要計算結果為，倒三角形分布模式下結構能力曲線與需求譜曲線的交點及性能點坐標為：X方向為4.251s，Y方向為3.671s，X方向需求最大層間位移角為1/458，Y方向為1/637，滿足大震下層間位移角1/120的限值。通過以上計算分析結果表明：在小震作用下，結構各項控制指標均在合理范圍內，而且該高層結構全部構件的抗震承載力和層間位移均滿足現行規范要求，結構構件處于彈性工作狀態，滿足規范要求。在中震作用下，結構的豎向構件、轉換構件及框支框架處于彈性工作狀態。在大震作用下，薄弱位的部分構件均未達到屈服階段且滿足變形限制要求，結構的最大層間位移角X方向為1/458，Y方向為1/637。框支層最大層間位移角為1/9999；豎向構件不發生剪切破壞，滿足結構預期性能目標和規范要求。對重要構件的細部構造采取加強措施：框支柱、轉換梁和框支層框架梁采用型鋼混凝土構件；提高底部加強區墻體的分布筋配率和約束邊緣構件的體積配箍率；各構件的構造均滿足高延性要求。綜上所述，高層結構在小震、中震、大震作用下，其受力性能均滿足設計的預期性能目標和滿足規范要求。因此本高層結構所采取的設計措施是可行和可靠的。
