从防震角度看高层建筑结构设计
摘 要：本文以我国高层建筑的防震设计的发展现状为切入点，从设计、施工、等几个方面进行分析，提出一些对目前结构设计中针对防震角度需给予重视的几个要点，另外对国际上结构设计针对防震所采取的一些设计手段。
关键词：高层; 结构设计; 防震
前言
建筑物抗震性能的好与坏，设计环节起到了关键的作用，可以说一个好的、科学的、合理的设计直接会影响到这个建筑结构的综合性能，当然这其中包括了建筑结构的抗震性能。作为一个优秀的设计者必须清楚荷载与承受荷载的结构的关系。我们知道地震作用，也就是地震荷载是一种随机性很大的、循环频率很高的、往复性很强的荷载，从地震对结构的破坏机理来看，又是十分复杂的，其中存在着很多不确定因素，如果设计者在对结构进行结构内力分析时，不能全面考虑到结构的空间作用、弹塑性性质、材料的多向物理性能等综合因素，加之计算方法还相对单一，只是靠数学力学计算恐怕难以真正保证建筑结构在承受地震荷载时具有良好的抗震能力。
上述要求对我们结构设计者提出了相对较高的知识结构的要求。目前我国高层建筑抗震结构设计都遵循了如下的原则，即按抗震设计要求进行结构分析与设计，也就是将结构抗震性能作为首要保证目标，其目的是力求使所设计的结构保证强度、刚度、延性及耗能能力等各个方面都让结构发挥到最佳效果。达到上述设计目标就可以与我国抗震设计的基本要求\"小震不坏，中震可修，大震不倒\"
相吻合了。
一、高层建筑抗震设计原则
对于高层建筑的划分，建筑设计规范、建筑抗震设计规范、建筑防火设计规范都分别进行了不同的规定，但是从业界基本有如下约定：认为建筑总高度超过24m为高层建筑。
在建筑抗震设计过程中部分设计人员喜欢提高结构抗力，一味的增加结构刚度，此种做法的弊端是结构刚度固然加大，但是在一旦发生地震，地震的作用也会相应增大，或是成倍增加。即在增加结构刚度的同时也加大了地震对结构的破坏作用，当地震发生时一般遵循这样的原则，即首先是建筑物局部受损破坏，逐渐是建筑物逐点击破;反之假设建筑物刚度过小，从力学角度而言，刚度小依靠其柔性可以消减部分外力，但是容易导致建筑物产生大尺寸的形变，结果是同样不能使用，更严重的是地震发生时，变形过大会直接导致结构整体倾覆。可见在高层建筑物设计过程中必须坚持刚柔相济的原则，即要求建筑物在地震过程中，除了对其变形的要求，还要保证减小地震力对结构的破坏的双重目标。
在设计角度做到几道设防或是多道设防，其初衷是由于每次强震之后，还会发生若干次余震，这就要求我们在建筑物的抗震设计过程中不能只做一道设防，另外在第一次强震后，结构被破坏，其后的余震来临时，结构将因为多次的余震积累而产生倒塌，因此，建筑物的抗震结构体系必须由若干道设防体系所构成，即由几个延性较好的子体系构成，一旦地震荷载形成，这些具有较好延性的子体系共同作用，相应的结构构件对应的工作，进而来分解地震对结构产生的作用。
二、科学选择合理的结构形式
高层建筑的竖向荷载一般以自重为主，包括部分活荷载，其作用效果主要是使结构产生竖直方向的轴向力，而风荷载等水平荷载主要产生弯矩。竖向荷载方向基本是不变的，但是随着建筑高度改变而改变，水平荷载则是多个水平轴线方向，相比而言竖向荷载造成的建筑物的侧位移量很小，而水平荷载造成的侧位移则很大，是结构高度的四次方的数量级，可见高层建筑结构中水平荷载对结构的影响远远大于竖向荷载造成的影响，因此重点控制水平荷载是结构设计的关键因素。在设计过程中首先就要满足建筑功能，其次是抗震性能良好，之后就要选择合理有效的结构类型，并保证其具有良好的结构性能。高层结构世界范围内采用较多的结构形式是钢混结构、钢结构，其中钢混结构具有刚度较大、空间整体性能优越、可选择的材料资源丰富等优点而被广泛应用，但其自重大、抵抗塑性变形能力差、易发生共振等缺点也是为设计者所头疼;钢结构相对而言自重较轻、强度更高、抗震性能更好、施工简单、施工周期短等优点，但其造价过高也影响了其广泛推广。
三、重视震时荷载对结构的影响
经过多次震后数据分析及模拟结果表明，当建筑结构的平面布置不对称导致了建筑层间水平荷载合力中心与建筑结构刚度中心不重合时，在地震荷载作用时建筑结构除了产生水平位移外还常常伴随扭转破坏，严重的会导致结构整体倒塌。可见结构扭转破坏的影响不容忽视。由于结构在扭转作用下距刚心较远的结构边缘的抗侧力单元产生的层间侧移最大;在刚度不均匀变化的结构中，不同竖向位置的刚度中心分布在多条轴线上，进而产生较大差距，上述情况会使各层结构的偏心距和扭矩产生变化，这样就要求在设计过程中修正不同位置的扭转系数。具体做法为当结构刚度有较小富余量时，可均衡加强建筑外侧刚度，当较大富余量出现时则采取在加强外围刚度的同时，做到均衡的削弱结构内部中心抗水平荷载的构件刚度的方法进行处理。当结构位移比较大，则应采取增加最大位移处的承载构件的刚度，同时减小最小处位移处的承载构件的刚度、一般可在最大位移处加设剪力墙、增加框架部分的侧向刚度以及设置防震缝等措施，将不规则的平面重新划分为相对较小的规则平面群的方法进行处理。
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