高层建筑结构的抗震性能优化研究

高层建筑结构的抗震性能优化研究

方宏

中信建筑设计研究总院有限公司   湖北省武汉市   430000

摘要：我国的建筑物抗震设计理念充分体现出防灾减灾的基本思想，强调在大震中不可出现倒塌，以免造成较大的人员伤亡。实现建筑抗震设计理念离不开各项抗震技术。应从建筑工程的实际需求出发，进行抗震结构设计方案调整，使其更加适用于当地的环境，提升业主满意度。要做好该项工作，需给予足够重视，综合多方意见，重视新理念、新材料、新技术的引入，不断提升抗震设计能力。基于此，本文主要分析了高层建筑结构的抗震性能优化措施。

关键词：抗震设计；房屋建筑结构设计；应用

中图分类号：TU3文献标识码：A

引言

在建筑行业，迫切需要增强结构的地震防护能力，只有通过不懈提升防震设计水平，提高建筑物的抗震能力，才能更好地保障人民生命财产安全，减少地震灾害造成的损失。现阶段面临的问题是建筑物的场地、地基和基础，场地选择要规避危险和不良地段，地基避免不良地质条件，基础方面推荐人工建造的刚性基础。消震隔震技术是当前较为先进的抗震设计，隔震装置在保护建筑安全性基础上，消震装置可以降低地震的能量。延性结构、多重设防也是优秀的抗震技术措施。

1结构抗震设计的含义

抗震设计涉及在建筑领域内应用工程技术与设计策略，以增强建筑物抵御地震冲击时的稳定性与安全性，并优化其整体的抗震效能。其目的是通过合理的结构布局、选择适当的结构形式、材料和构件设计、加固措施等，使建筑结构在地震发生时能够减少破坏程度，保障人员生命安全，并尽量避免财产损失。结构抗震设计的核心在于通过科学的手段和方法，使建筑结构具有足够的刚度、强度和延性，以在地震作用下吸收和分散地震能量，降低结构受到地震力的影响，从而减小地震灾害对建筑物的危害程度。抗震设计的目标是确保建筑物在地震中具备足够的稳定性和安全性，以最大程度地减少人员伤亡和财产损失[1]。

2建筑抗震设计原则

地震灾害对人类生存和社会发展造成了严重威胁，以往的小震不坏、中震可修、大震不倒的抗震设防目标已经难以满足现在社会发展需求，随着抗震设计理念的不断更新完善，采用隔震技术和减震技术成为抗震设计的主要发展方向，有利于降低地震灾害发生时建筑结构的破坏程度，更好地保证人们生命财产安全。第一，合理设置结构的受力路径。在抗震设计中，需要合理设置结构的受力路径，确保地震荷载能够有效传递并得到合理分布。通过合理设置受力路径，可以使结构在地震作用下产生较少的变形和应力集中，从而提高结构的整体稳定性和抗震能力。第二，采用合适的材料和构造形式。在抗震设计中，选择合适的抗震材料和构造形式是至关重要的。抗震设计应当考虑使用具有良好延性和抗震性能的材料，如钢材、混凝土等，并合理设计构造形式，如设置剪力墙、加固节点等，以提高结构的整体抗震性能。第三，考虑结构的整体稳定性。在抗震设计中，需要充分考虑结构的整体稳定性，确保结构在地震作用下不会出现局部失稳或全局失稳的情况。

3高层建筑结构的抗震性能优化措施

3.1结构布局与形式

在抗震设计中，结构布局与形式直接影响着建筑物的抗震性能。首先，框架结构是一种常用的抗震结构形式，其由柱子和梁构成，通过连接节点实现相互支撑和刚性连接。在框架结构设计中，需要合理确定柱梁的尺寸和材料，以及节点的设计。合适的框架结构布局能够在地震中承担大量荷载并分散振动能量，从而减小结构的变形。其次，剪力墙结构是另一种常用的抗震结构形式，它通过设置墙体来承受地震荷载。剪力墙结构的墙体通常沿着建筑物的主要方向进行布置，并且在平面布局上形成闭合的结构。在剪力墙结构设计中，首先需要确定合理的墙体位置、厚度及材料，并针对墙体进行合理的加固与连接设计。

3.2引入抗震加固技术

抗震加固技术包括：增加构件加固法、增加截面加固法、外包钢、预应力加固法、粘钢加固法、绕丝法、高性能钢丝网复合砂浆薄层加固技术、碳纤维加固法、植筋锚固技术、增强自身整体加固法等，以增强自身整体加固法为例，主要包括两种形式：压力灌注水泥浆加固法，可灌注混凝土构件裂缝、砖墙裂缝；压力灌注环氧树脂浆加固法，适用于有裂缝的钢筋混凝土构件，可提升建筑砖墙整体稳定性、强度，提升抗震能力[2]。

3.3多重设防

在建筑抗震设计中，多重设防是一种有效的思路，其原理是在建筑物结构中设计多道防线，以结构物的塑性变形吸收能量，强度较弱的结构先发生延性变形，当其破坏后再危及下一道防线。例如，在钢筋混凝土剪力墙—联系梁结构中，联系梁将作为第一道防线。联系梁的主要作用是将建筑物分体结构连接为统一的整体，高层建筑中在每一层都可设置联系梁。地震时，联系梁增强了建筑物的整体性，联系梁破坏后才会危及分体建筑。同时，还需要保持建筑结构简单性，结构均匀性、规则性。要求建筑结构在承受地震作用时，能有明确、直接的传力途径，结构内力、计算模型、限制薄弱位置、位移分析等相较容易把握，在结构抗震性能估计上较为可靠。

3.4结构抗震验算

结构抗震验算的重要性不可低估。地震作用对建筑物可能造成毁坏甚至倒塌的严重威胁，而抗震验算正是为了评估建筑结构在地震荷载下的受力性能，并确保其具备足够的抗震能力。在建筑工程中，结构抗震设计理论的具体应用中，结构抗震验算是至关重要的一环。通过结构抗震验算，可以验证结构在地震作用下的受力情况，保证建筑物在地震发生时能够保持稳定并减少损坏。首先，结构抗震验算需要根据设计地震作用谱以及结构的动力特性，计算出结构在地震作用下的受力响应，包括受力分布、变形情况等。其次，针对不同部位和构件进行详细的受力分析，如梁、柱、墙等构件的内力、剪力、弯矩等[3]。

3.5消震设计

消震设计主要利用具有消震、减震作用的装置抵消地震所产生的能量，降低其破坏作用。阻尼器是一种典型的消震装置，通常设置在超高层建筑物上。阻尼器的抗震原理是当建筑物受到地震作用而产生摆动时，阻尼器的摆动方向与建筑物的摆动方向相反，从而抵消能量。目前的消震设计方法具有多种技术路径。例如，在建筑物的中上层位置布置较大的质量块，上海中心大厦就采用了这种设计方案。另一种是在大楼的支撑柱上设计交叉斜撑。

3.6减震设计

结构减震设计过程中，需要在明确抗震设防目标的前提下进行，通过科学设置消能减震装置，完善细部构造设计，提高建筑整体结构的抗震可靠性。结构减震设计的基本流程包括提出预期变形、确定附加阻尼、设计消能器具体布置和参数指标、整体减震效果分析论证、确定连接方式等。如果分析计算结果不能满足位移控制要求，那么就需要重新优化设计。消能减震部件要由阻尼器以及支撑构件组成，应设置在层间变形较大的部位，根据需要沿着结构两个主轴方向分别设置。兼顾理论计算、检查替换等综合因素，合理确定分布间距和数量，形成均匀、合理的受力体系，保证建筑整体结构的减震功能[4]。

结束语

高层建筑作为现代城市中的主要建筑形式之一，具有承载力强、空间利用率高等优势。然而，地震等自然灾害给其安全性带来了巨大挑战。随着地震工程理论和技术的发展，高层建筑抗震结构设计虽然取得了一定的进步，然而，其仍然存在着诸如结构刚度不足、节点连接不合理等问题，给抗震性能埋下了一定的隐患。因此，有必要对高层建筑抗震结构设计的关键要素进行研究，以增强其抗震性能和安全性。

参考文献

[1]何瑞淼,夏力.高层混凝土建筑抗震结构设计要点分析[J].陶瓷,2023(5):137-139,150.

[2]范韬.浅析高层混凝土建筑抗震结构设计优化方案[J].中文科技期刊数据库(全文版)工程技术,2023(6):150-153.

[3]孙乐乐,程旭.高层混凝土住宅建筑抗震结构设计的实施策略探究[J].中文科技期刊数据库（全文版）工程技术,2022(9):20-23

[4]沈晓龙.建筑结构设计中的隔震减震措施浅析[J].建材发展导向,2022,20(12):91-93