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高層建筑結構抗震設計論文范文1

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高層建筑結構抗震設計論文范文2

關鍵詞：高層建筑；抗震設計；結構體系

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“小震不壞，中震可修，大震不倒”的目的。本文圍繞高層建筑結構，總結了高層建筑結構設計的特點以及提出了高層建筑結構分析和各種體系相對應的方法。為實際高層建筑結構分析與設計提供一定參考。

1 高層建筑抗震結構設計的基本原則

1.1結構構件應具有必要的承載力、剛度、穩定性、延性等方面的性能

(1)結構構件應遵守“強柱弱梁、強剪弱彎、強節點弱構件、強底層柱(墻)”的原則。(2)對可能造成結構的相對薄弱部位，應采取措施提高抗震能力。(3)承受豎向荷載的主要構件不宜作為主要耗能構件。

1.2在設計構造上宜有多道抗震防線

(1)一個抗震結構體系應由若干個延性較好的分體系組成，并由延性較好的結構構件連接協同工作。例如框架―剪力墻結構由延性框架和剪力墻兩個分體組成，雙肢或多肢剪力墻體系組成。(2)地震之后往往伴隨多次余震，如只有一道防線，則在第一次破壞后再遭余震，將會因損傷積累導致倒塌。抗震結構體系應有最大可能數量的內部、外部冗余度，有意識地建立一系列分布的屈服區，主要耗能構件應有較高的延性和適當剛度，提高結構抗震性能，避免大震時倒塌。(3)適當處理結構構件的強弱關系，同一樓層內宜使主要耗能構件屈服后，其他抗側力構件仍處于彈性階段，使“有效屈服”保持較長階段，保證結構的延性和抗倒塌能力。(4)在抗震設計中某一部分結構設計超強，可能造成結構的其他部位相對薄弱，因此在設計中不合理的加強以及在施工中以大帶小，改變抗側力構件配筋的做法，都需要慎重考慮。

1.3對出現的薄弱部位，應采取措施提高其抗震能力

(1)構件在強烈地震下不存在強度安全儲備，構件的實際承載能力分析是判斷薄弱部位的基礎。(2)要使樓層(部位)的實際承載能力和設計計算的彈性受力的比值在總體上保持一個相對均勻的變化，一旦樓層(部位)的比值有突變時，會由于塑性內力重分布導致塑性變形的集中。(3)要防止在局部上加強而忽視了整個結構各部位剛度、承載力的協調。(4)在抗震設計中有意識、有目的地控制薄弱層(部位)，使之有足夠的變形能力又不使薄弱層發生轉移，這是提高結構總體抗震性能的有效手段。

2 高層建筑結構靜力分析方法

2.1 框架－剪力墻結構

框架－剪力墻結構中剪力墻布置應按“均勻、分散、對稱、周邊”的基本原則考慮,內力與位移計算的方法很多，大都采用連梁連續化假定。由剪力墻與框架水平位移或轉角相等的位移協調條件，可以建立位移與外荷載之間關系的微分方程來求解。由于采用的未知量和考慮因素的不同，各種方法解答的具體形式亦不相同。框架－剪力墻的機算方法，通常是將結構轉化為等效壁式框架，采用桿系結構矩陣位移法求解。

2.2 剪力墻結構

計算剪力墻的內力與變形時,其剪力墻應計入端部翼緣地共同工作,剪力墻的受力特性與變形狀態主要取決于剪力墻的開洞情況。單片剪力墻按受力特性的不同可分為單肢墻、小開口整體墻、聯肢墻、特殊開洞墻、框支墻等各種類型。不同類型的剪力墻，其截面應力分布也不同，計算內力與位移時需采用相應的計算方法。剪力墻結構的機算方法是平面有限單元法。此法較為精確，而且對各類剪力墻都能適用。但因其自由度較多，機時耗費較大，目前一般只用于特殊開洞墻、框支墻的過渡層等應力分布復雜的情況。

2.3筒體結構

筒體結構包括框筒結構?筒中筒結構以及其它筒體結構。筒體結構的分析方法按照對計算模型處理手法的不同可分為三類：等效連續化方法、等效離散化方法和三維空間分析。等效連續化方法是將結構中的離散桿件作等效連續化處理。一種是只作幾何分布上的連續化，以便用連續函數描述其內力；另一種是作幾何和物理上的連續處理，將離散桿件代換為等效的正交異性彈性薄板，以便應用分析彈性薄板的各種有效方法。

3 高層建筑的結構體系

3.1框架－剪力墻體系。有框架結構布置靈活，使用方便的特點，又有較大的剛度和較好的抗震性能。當框架體系的強度和剛度不能滿足要求時，往往需要在建筑平面的適當位置設置較大的剪力墻來代替部分框架，便形成了框架－剪力墻體系。在承受水平力時，框架和剪力墻通過有足夠剛度的樓板和連梁組成協同工作的結構體系。在體系中框架體系主要承受垂直荷載，剪力墻主要承受水平剪力。框架－剪力墻體系的位移曲線呈彎剪型。剪力墻的設置，增大了結構的側向剛度，使建筑物的水平位移減小，同時框架承受的水平剪力顯著降低且內力沿豎向的分布趨于均勻，所以框架－剪力墻體系的能建高度要大于框架體系。

3.2剪力墻體系。剪力墻體系結構剛度大，空間整體性好，當受力主體結構全部由平面剪力墻構件組成時，即形成剪力墻體系。在剪力墻體系中，單片剪力墻承受了全部的垂直荷載和水平力。剪力墻體系屬剛性結構，其位移曲線呈彎曲型。剪力墻體系的強度和剛度都比較高，有一定的延性，傳力直接均勻，整體性好，抗倒塌能力強，是一種良好的結構體系，能建高度大于框架或框架－剪力墻體系。

3.3筒體體系。凡采用筒體為抗側力構件的結構體系統稱為筒體體系，包括單筒體、筒體－框架、筒中筒、多束筒等多種型式。筒體是一種空間受力構件，分實腹筒和空腹筒兩種類型。實腹筒是由平面或曲面墻圍成的三維豎向結構單體，空腹筒是由密排柱和窗裙梁或開孔鋼筋混凝土外墻構成的空間受力構件。筒體體系具有很大的剛度和強度，各構件受力比較合理，抗風、抗震能力很強，往往應用于大跨度、大空間或超高層建筑。

4 結束語

在強烈地震作用下,建筑物的破壞機理和過程是十分復雜的,要進行精確的抗震計算是困難的,在總結大量地震災害經驗的基礎上,提出了概念設計,并認為它是結構抗震設計的首要問題,比計算設計更為重要。對設計人員來說,掌握概念設計,有助于明確抗震設計思想,靈活、恰當地運用抗震設計原則,不致陷入盲目的計算工作,從而比較合理地進行抗震設計。

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高層建筑結構抗震設計論文范文3

［論文摘要］文章分析高層建筑結構的六個特點，并介紹目前國內高層建筑的四大結構體系：框架結構、剪力墻結構、框架剪力墻結構和筒體結構。

我國改革開放以來，建筑業有了突飛猛進的發展，近十幾年我國已建成高層建筑萬棟，建筑面積達到2億平方米，其中具有代表性的建筑如深圳地王大廈81層，高325米；廣州中天廣場80層，高322米；上海金茂大廈88層，高420.5米。另外在南寧市也建起第一高樓：地王國際商會中心即地王大廈共54層，高206.3米。隨著城市化進程加速發展，全國各地的高層建筑不斷涌現，作為土建工作設計人員，必須充分了解高層建筑結構設計特點及其結構體系，只有這樣才能使設計達到技術先進、經濟合理、安全適用、確保質量的基本原則。

一、高層建筑結構設計的特點

高層建筑結構設計與低層、多層建筑結構相比較，結構專業在各專業中占有更重要的位置，不同結構體系的選擇，直接關系到建筑平面的布置、立面體形、樓層高度、機電管道的設置、施工技術的要求、施工工期長短和投資造價的高低等。其主要特點有：

（一）水平力是設計主要因素

在低層和多層房屋結構中，往往是以重力為代表的豎向荷載控制著結構設計。而在高層建筑中，盡管豎向荷載仍對結構設計產生重要影響，但水平荷載卻起著決定性作用。因為建筑自重和樓面使用荷載在豎向構件中所引起的軸力和彎矩的數值，僅與建筑高度的一次方成正比；而水平荷載對結構產生的傾覆力矩、以及由此在豎向構件中所引起的軸力，是與建筑高度的兩次方成正比。另一方面，對一定高度建筑來說，豎向荷載大體上是定值，而作為水平荷載的風荷載和地震作用，其數值是隨著結構動力性的不同而有較大的變化。

（二）側移成為控指標

與低層或多層建筑不同，結構側移已成為高層結構設計中的關鍵因素。隨著建筑高度的增加，水平荷載下結構的側向變形迅速增大，與建筑高度H的4次方成正比（＝qH4/8EI）。

另外，高層建筑隨著高度的增加、輕質高強材料的應用、新的建筑形式和結構體系的出現、側向位移的迅速增大，在設計中不僅要求結構具有足夠的強度，還要求具有足夠的抗推剛度，使結構在水平荷載下產生的側移被控制在某一限度之內，否則會產生以下情況：

1.因側移產生較大的附加內力，尤其是豎向構件，當側向位移增大時，偏心加劇，當產生的附加內力值超過一定數值時，將會導致房屋側塌。

2.使居住人員感到不適或驚慌。

3.使填充墻或建筑裝飾開裂或損壞，使機電設備管道損壞，使電梯軌道變型造成不能正常運行。

4.使主體結構構件出現大裂縫，甚至損壞。

（三）抗震設計要求更高

有抗震設防的高層建筑結構設計，除要考慮正常使用時的豎向荷載、風荷載外，還必須使結構具有良好的抗震性能，做到小震不壞、大震不倒。

（四）減輕高層建筑自重比多層建筑更為重要

高層建筑減輕自重比多層建筑更有意義。從地基承載力或樁基承載力考慮，如果在同樣地基或樁基的情況下，減輕房屋自重意昧著不增加基礎造價和處理措施，可以多建層數，這在軟弱土層有突出的經濟效益。

地震效應與建筑的重量成正比，減輕房屋自重是提高結構抗震能力的有效辦法。高層建筑重量大了，不僅作用于結構上的地震剪力大，還由于重心高地震作用傾覆力矩大，對豎向構件產生很大的附加軸力，從而造成附加彎矩更大。

（五）軸向變形不容忽視

采用框架體系和框架——剪力墻體系的高層建筑中，框架中柱的軸壓應力往往大于邊柱的軸壓應力，中柱的軸向壓縮變形大于邊柱的軸向壓縮變形。當房屋很高時，此種軸向變形的差異將會達到較大的數值，其后果相當于連續梁中間支座沉陷，從而使連續梁中間支座處的負彎矩值減小，跨中正彎矩值和端支座負彎矩值增大。

（六）概念設計與理論計算同樣重要

抗震設計可以分為計算設計和概念設計兩部分。高層建筑結構的抗震設計計算是在一定的假想條件下進行的，盡管分析手段不斷提高，分析的原則不斷完善，但由于地震作用的復雜性和不確定性，地基土影響的復雜性和結構體系本身的復雜性，可能導致理論分析計算和實際情況相差數倍之多，尤其是當結構進入彈塑性階段之后，會出現構件局部開裂甚至破壞，這時結構已很難用常規的計算原理去進行分析。實踐表明，在設計中把握好高層建筑的概念設計也是很重要的。

二、高層建筑的結構體系

（一）高層建筑結構設計原則

1.鋼筋混凝土高層建筑結構設計應與建筑、設備和施工密切配合，做到安全適用、技術先進、經濟合理，并積極采用新技術、新工藝和新材料。

2.高層建筑結構設計應重視結構選型和構造，擇優選擇抗震及抗風性能好而經濟合理的結構體系與平、立面布置方案，并注意加強構造連接。在抗震設計中，應保證結構整體抗震性能，使整個結構有足夠的承載力、剛度和延性。

（二）高層建筑結構體系及適用范圍

目前國內的高層建筑基本上采用鋼筋混凝土結構。其結構體系有：框架結構、剪力墻結構、框架—剪力墻結構、筒體結構等。

1.框架結構體系。框架結構體系是由樓板、梁、柱及基礎四種承重構件組成。由梁、柱、基礎構成平面框架，它是主要承重結構，各平面框架再由連系梁連系起來，即形成一個空間結構體系，它是高層建筑中常用的結構形式之一。

框架結構體系優點是：建筑平面布置靈活，能獲得大空間，建筑立面也容易處理，結構自重輕，計算理論也比較成熟，在一定高度范圍內造價較低。

框架結構的缺點是：框架結構本身柔性較大，抗側力能力較差，在風荷載作用下會產生較大的水平位移，在地震荷載作用下，非結構構件破壞比較嚴重。

框架結構的適用范圍：框架結構的合理層數一般是6到15層，最經濟的層數是10層左右。由于框架結構能提供較大的建筑空間，平面布置靈活，可適合多種工藝與使用的要求，已廣泛應用于辦公、住宅、商店、醫院、旅館、學校及多層工業廠房和倉庫中。

2.剪力墻結構體系。在高層建筑中為了提高房屋結構的抗側力剛度，在其中設置的鋼筋混凝土墻體稱為“剪力墻”，剪力墻的主要作用在于提高整個房屋的抗剪強度和剛度，墻體同時也作為維護及房間分格構件。剪力墻結構中，由鋼筋混凝土墻體承受全部水平和豎向荷載，剪力墻沿橫向縱向正交布置或沿多軸線斜交布置，它剛度大，空間整體性好，用鋼量省。歷史地震中，剪力墻結構表現了良好的抗震性能，震害較少發生，而且程度也較輕微，在住宅和旅館客房中采用剪力墻結構可以較好地適應墻體較多、房間面積不太大的特點，而且可以使房間不露梁柱，整齊美觀。

剪力墻結構墻體較多，不容易布置面積較大的房間，為了滿足旅館布置門廳、餐廳、會議室等大面積公共用房的要求，以及在住宅樓底層布置商店和公共設施的要求，可以將部分底層或部分層取消剪力墻代之以框架，形成框支剪力墻結構。

在框支剪力墻中，底層柱的剛度小，形成上下剛度突變，在地震作用下底層柱會產生很大內力及塑性變形，因此，在地震區不允許采用這種框支剪力墻結構。

3.框架—剪力墻結構體系。在框架結構中布置一定數量的剪力墻，可以組成框架—剪力墻結構，這種結構既有框架結構布置靈活、使用方便的特點，又有較大的剛度和較強的抗震能力，因而廣泛地應用于高層建筑中的辦公樓和旅館。

4.筒體結構體系。隨著建筑層數、高度的增長和抗震設防要求的提高，以平面工作狀態的框架、剪力墻來組成高層建筑結構體系，往往不能滿足要求。這時可以由剪力墻構成空間薄壁筒體，成為豎向懸臂箱形梁，加密柱子，以增強梁的剛度，也可以形成空間整體受力的框筒，由一個或多個筒體為主抵抗水平力的結構稱為筒體結構。通常筒體結構有：

（1）框架—筒體結構。中央布置剪力墻薄壁筒，由它受大部分水平力，周邊布置大柱距的普通框架，這種結構受力特點類似框架—剪力墻結構，目前南寧市的地王大廈也用這種結構。

（2）筒中筒結構。筒中筒結構由內、外兩個筒體組合而成，內筒為剪力墻薄壁筒，外筒為密柱（通常柱距不大于3米）組成的框筒。由于外柱很密，梁剛度很大，門密洞口面積小（一般不大于墻體面積50%），因而框筒工作不同于普通平面框架，而有很好的空間整體作用，類似一個多孔的豎向箱形梁，有很好的抗風和抗震性能。目前國內最高的鋼筋混凝土結構如上海金茂大廈（88層、420.5米）、廣州中天廣場大廈（80層、320米）都是采用筒中筒結構。

（3）成束筒結構。在平面內設置多個剪力墻薄壁筒體，每個筒體都比較小，這種結構多用于平面形狀復雜的建筑中。

（4）巨型結構體系。巨型結構是由若干個巨柱（通常由電梯井或大面積實體柱組成）以及巨梁（每隔幾層或十幾個樓層設一道，梁截面一般占一至二層樓高度）組成一級巨型框架，承受主要水平力和豎向荷載，其余的樓面梁、柱組成二級結構，它只是將樓面荷載傳遞到第一級框架結構上去。這種結構的二級結構梁柱截面較小，使建筑布置有更大的靈活性和平面空間。

除以上介紹的幾種結構體系外，還有其他一些結構形式，也可應用，如薄殼、懸索、膜結構、網架等，不過目前應用最廣泛的還是框架、剪力墻、框架—剪力墻和筒體等四種結構。

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高層建筑結構抗震設計論文范文4

關鍵詞：多高層結構；抗震分析方法；靜力彈塑性分析法

中圖分類號：TU973+.31 文獻標識碼：A 文章編號：

隨著經濟與社會的發展，多高層建筑已經逐漸成為當前時代建筑發展的主流方向，建筑物的造型和結構體型日趨復雜化。震害對于多高層建筑的威脅越來越嚴重，對其進行的抗震分析也越來越成為目前國內外建筑科研熱點問題。

1 現有常用的抗震分析方法

1.1 底部剪力法

底部剪力法它適用于高度不超過40m，結構以剪切變形為主且質量和剛度沿高度分布比較均勻的結構。此時假設地震作用下建筑將以基本振型為主，且結構的基本振型近似為一條斜直線。通過這兩種假設，我們可近似的算出地震作用下建筑各層的地震水平力之和，即“底部剪力”。此方法簡單，但因忽略了高階振型的影響而且對結構的基本振型也作了簡化，因此計算精度較差。

1.2 振型分解反應譜法

振型分解反應譜法根據振型疊加原理，將多個振型的綜合作用分解為一系列單個振型的疊加，分別計算各個振型的水平地震作用，求其結構內力，最后將各振型的內力進行組合，得到地震作用下的結構內力和變形。此法計算量稍大，但計算精度較高，計算誤差主要來自振型組合時關于地震動隨機特性的假定。

1.3 時程分析法

時程分析法是對結構物的運動微分方程直接進行逐步積分求解的一種動力分析方法。由時程分析可得到各質點隨時間變化的位移、速度和加速度動力反應，并進而可計算出構件內力的時程變化關系，可以準確而完整的反映結構在強烈地震作用下反應的全過程狀況。時程分析法是改善結構抗震能力和提高抗震設計水平的一項重要措施。《抗震規范》規定，重要的工程結構，例如：大跨橋梁，特別不規則建筑、甲類建筑，高度超出規定范圍的高層建筑應采用時程分析法進行補充計算。但時程分析法計算的是某一確定的地震動的時程反應，不能反應不同地震動時程記錄的隨機性，應用時需要對多條地震記錄進行分析。

1.4結構彈塑性分析方法

結構彈塑性分析方法有彈塑性時程分析和靜力彈塑性分析兩大類。

1.4.1 彈塑性時程分析

彈塑性時程分析能比較準確而完整的得出結構在罕遇地震下的反應全過程，但計算過程中需要反復迭代，數據量大，分析工作繁瑣，且計算結果受到所選用地震波及構件恢復力和屈服模型的影響較大，一般只在設計重要結構或高層建筑結構時采用。

1.4.2 靜力彈塑性分析

靜力彈塑性分析方法是對結構計算模型上施加按某種規則分布的水平單調遞增荷載，直至目標位移或結構呈現不穩定的發散狀態為止，使結構呈現彈塑性的特性，從而判定結構及其構件的變形受力是否滿足設計要求。

結構彈塑性分析方法優點突出體現在較底部剪力法和振型分解反應譜法，它考慮了結構的彈塑性特性；較時程分析法，其輸入數據簡單，工作量較小。通過引入地震反應譜可使結構在基于一定的性能水準上，合理滿足不同的抗震需求。

2 多高層結構抗震分析方法

2.1 模型分析方法

多高層建筑結構中構件數量大且結構復雜，無法采用連續體單元進行建模和分析，需采用合理的結構模型以及構件單元模型，對受力進行必要簡化。目前，已有的結構分析模型包括層模型、構件-層模型以及非線性結構單元分析模型三種。

2.2 彈塑性分析方法

隨著建筑結構不斷增高，結構體系和構造日益復雜，彈塑性分析的方法也就顯得越來越重要。歷史上多次較大的震害也證明了結構彈塑性分析的必要性。

2.2.1彈塑性時程分析方法

結構彈塑性時程分析方法同時考慮地面震動的主要特性（主要是幅值、頻率、持時三要素）以及結構的動力彈塑性特性，被認為是到目前為止進行抗震變形驗算和震害分析最為精確可靠的方法。通過動力彈塑性分析，可以計算出在地震波輸入時段內結構地震響應的全過程，得到每一時刻結構的位移、速度、加速度以及構件的變形和內力。借助這些分析結果，可以研究構件屈服次序和結構的破壞過程，便于設計者對結構在大震下的性能進行直觀評價。

目前常用的計算模型有：等效剪切型彈塑性時程分析模型、平面桿系彈塑性時程分析模型以及空間桿系彈塑性時程分析模型等。到目前為止空間桿系結構彈塑性時程分析方法是結構非線性地震反應分析中最可靠的方法。

2.2.2 靜力彈塑性分析方法

靜力彈塑性分析并不是一種新的方法，但由于其能提供結構在側向力作用下的能力或性能數據，符合當前正在研究發展的基于性能抗震設計的需要，因此該方法在近年得到普遍重視和廣泛研究。我國的GB 50011-2001建筑抗震設計規范和JGJ 3-200高層建筑混凝土結構技術規程規定，對于不規則且具有明顯薄弱部位可能導致地震時破壞的建筑結構以及較高的和較復雜的高層建筑結構，宜采用彈塑性靜力或動力分析方法驗算薄弱層彈塑性變形。

目前，國內外對于靜力彈塑性分析研究的重點主要包括如下幾個方面:

(1)水平加載方式

靜力彈塑性分析采用的水平加載方式通常有倒三角分布方式、均勻分布方式、拋物線分布方式等。一般的靜力彈塑性分析忽略了高階振型的影響，對于高階振型在地震反應中所占比例較大的結構，分析得到結構的反應，與動力時程分析所得的差別較大。采用自適應的水平加載方式來考慮非線性的影響，水平力的分布在加載過程中隨著結構的動力特性的改變而變化。

(2)目標位移的確定

結構目標位移指結構在地震過程中可能達到的最大頂點位移。如果結構在相應地震水準的側向力作用下達到屈服位移，則認為其不能抵抗相應烈度的地震作用。目標位移的計算方法有兩種：一種方法為：假定結構沿高度的變形向量（一般取第一振型），利用分析得到的底部剪力一頂點位移曲線，將結構等效為SDOF體系，然后用彈塑性時程分析法計算等效SDOF體系的最大位移，從而計算出結構的目標位移。另一方法是采用彈塑性反應譜來計算等效SDOF體系的最大位移。

(3) 與真實動力荷載作用的差別

靜力彈塑性分析得到的僅僅是結構在某種特定分布形式的水平力作用下的結構響應，并不能全面反映結構在實際地震作用下的實際性能。研究表明，對于規則結構可以較準確地反映結構的非線性地震反應特征，不失為一種可行的簡化分析方法，但是對于復雜結構體系則會有較大的誤差。

3 結語

多高層結構的抗震分析方法中，彈塑性時程分析方法和靜力彈塑性分析方法比一般常用的底部剪力法以及振型分解反應譜抗震分析方法能夠提供更合理、更符合實際的結果。

靜力彈塑性方法能夠得到結構在地震作用下由彈性階段到破壞的全過程性能變化，與其他傳統的抗震分析方法相比，進行一次非線性分析即可獲得完備的結構信息；在獲取能力曲線的基礎上，借助其他不同方法可以確定任意地震水準下的結構狀態，對于基于性能的結構抗震評定是簡便而實用的。靜力彈塑性分析方法是目前最為實用的基于性能的結構抗震評定分析方法。

但靜力彈塑性分析方法仍有如下問題：

(1)對建筑物進行靜力彈塑性分析時首先要確定一個合理的目標位移和水平加載方式，其分析結果的精確度很大程度上依賴于這兩者的選擇。

(2) 只能從整體上考察結構的性能，不能全面考察結構中所有構件的性能。未考慮結構在反復加載過程中損傷的累積及剛度的變化，不能完全真實反應結構在地震作用下性狀。

(3)高階振型的影響、能力譜法中需求譜的計算方法、樁-土-結構相互作用等方面還待完善。

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[8] 程遠兵, 楊超. 抗震結構靜力彈塑性分析的方法及步驟[J]. 山西建筑, 2009,6(2): 65-66

高層建筑結構抗震設計論文范文5

關鍵詞：建筑工程；建筑結構設計；抗震設計；抗震研究

近年來，我國經濟不斷發展，人民生活水平不斷提高，但是地震災害卻不斷發生，地震災害不斷威脅著我國人民的生命財產安全。眾所周知，地震災害的后果十分嚴重，然而，以現有的技術很難對其進行控制或者提前預測，因此，對地震災害進行根本性的防治是無法做到的，但是，在建筑結構設計中加入抗震設計，大幅度提高建筑的抗震能力，從而確保建筑在遭受地震災害時有一定的穩定性，進而減少地震災害發生帶來的危險。

一、在建筑結構設計中加入抗震設計的意義

毫無疑問，地震災害是眾多自然災害中破壞了最強的災害之一，對人們生命財產的安全有著極大的威脅，不僅如此，地震災害對建筑工程有著極強的破壞力，也因此，怎樣提高建筑物的抗震能力是是從事建筑工程設計的相關工作人員重點想要解決的問題，在我國歷史上，出現過許多次破壞力極強的地震，例如，唐山大地震，汶川地震。而我國經濟不斷發展，城市化發展迅速，建筑需求不斷增加，人口激增，高層建筑的需求量不斷擴大，建筑人群比較集中，所以，建筑人群集中的區域如果發生了地震，相應的損失是無法估量的。眾所周知，地震這一自然災害，以現有的技術手段無法提前預測并實施有效的防護措施，因此，在建筑結構設計中加入抗震設計，提高建筑物的抗震能力是比較有效的防護手段，因此在建筑結構設計中加入抗震設計是十分重要的。

二、建筑結構設計中的抗震設計需要達到的相關要求

首先，需要明確得是，我國對于建筑結構設計中的抗震設計是有著十分明確的要求的，因此，在實際建筑結構設計過程中需要遵循相應的設計準則，以相關設計準則為標準嚴格施工，在實際建筑結構設計過程中，相關設計師們要善于總結以往的設計經驗，再根據當前的建筑設計實際需求，完成建筑結構設計，從而使建筑結構設計科學合理。其次，在選擇防震措施時一定要選擇多級防震。以往的建筑物通常選擇得是三級防震措施，即需要建筑物做到小震沒有損壞，中震可以修理，大震不會倒塌，然而，根據相關實際狀況來看，建筑結構的防震措施必須選擇多級防震，從而最大程度地提升建筑物的抗震性能，只有這樣，在地震發生時，才可以盡可能地減少建筑物搖晃倒塌帶來的危害，減少人民群眾的經濟損失。最后，在實際建筑結構設計過程中，需要將概念設計理論與性能設計理念有效結合起來，在對建筑施工地點進行嚴謹科學地考察后，綜合多方面具體狀況進行全面的分析，從而設計出科學的建筑設計方案。

三、建筑結構設計抗震設計重點

（一）確保建筑物連接處的質量

在進行建筑結構設計工作時，不僅需要設計師們對建筑構件實施科學配置，還要確保建筑物連接處的質量問題，確保建筑構件之間的連接十分牢固，從而最大限度地降低因為建筑構件之間連接不牢固降低抗震性能情況的出現。如今，許多建筑物外壁都會使用一定的裝飾物品，相應的裝飾材料一般為大理石，瓷磚等，不僅如此，在對建筑物進行裝修時很有可能會使用新的裝修技術，而這些裝飾會依附于建筑結構而存在，從某種程度上來說，這些裝飾物的存在對建筑結構設計的抗震性能會產生一定的影響，這些裝飾物很有可能會降低建筑物的抗震能力，從而在地震來臨時增加建筑物遭到破壞倒塌時帶來的危害，比如，在地震發生時出現的玻璃雨，玻璃雨的出現通常是因為地震發生時，強大的破壞力使建筑物的玻璃幕墻產生變形，隨后在地震的破壞力作用下破碎。因此，在建筑結構設計中需要確保建筑構件連接處的質量，進而避免出現玻璃幕墻因為地震破壞力變形破碎從而帶來危險。不僅如此，在進行玻璃隔斷，內隔墻等工作時必須確保連接處的質量，讓建筑物主體連接更加穩固，從而確保建筑物的抗震性能。

（二）重視抗震措施的作用

設計師們在進行抗震設計時可以綜合運用基礎性防震措施來提高建筑物的防震性能，然而在實際運用過程中，需要根據建筑物的實際狀況進行科學選擇。比如，基礎隔震技術，這種技術在使用過程中，必須將隔震層放置于建筑項目的上部和基礎位置連接處，這樣放置能夠有效地降低建筑結構上部受到地震能的影響，從而減少地震能從地基傳遞到上層的可能性。目前，比較常用的抗震裝置包括夾層橡膠隔層，混合隔震裝置等。而間層隔震技術一般可以用來吸收地震產生的沖擊余力，最大程度地削弱地震的沖擊力量，從而保護建筑物不受地震沖擊力的較大影響，通常情況下，間層隔震使用于原始結構層。

（三）注意建筑結構的空間設計

在進行建筑結構設計抗震設計工作過程中，需要注意空間設計工作，即既要做好平面設計工作，也需要完成立體空間設計工作，從而確保建筑物的抗震效果達到最大，與此同時，在進行空間設計時需要確保設計方案科學合理。首先，需要確保方案設計的均衡性。在進行建筑設計工作的過程中，需要考慮地震發生時產生的多方面的作用力，確保設計方案的均衡性能夠有效地削減地震的沖擊力。其次，在不影響建筑物使用功能的同時簡化建筑結構，從而確保結構穩定性不會受到建筑結構的影響。最后，設計師們需要重視結構的整體性。

四、總結

隨著我國經濟的發展，人民生活水平不斷提高，而經濟的發展，城市化進程的發展使得建筑需求越來越大，高層建筑的需求量越來越大，在這樣的情況下，考慮建筑結構設計中的抗震設計是十分重要且有必要的。本論文從建筑結構設計中抗震設計的重要性開始談起，簡述了抗震設計的相關要求，提出了幾項抗震設計重點，希望對抗震設計有一定的幫助。

參考文獻： 

[1]劉明魁.建筑結構設計中的抗震設計研究[J].建筑工程技術與設計，2017（23）：1543-1543. 

[2]陳瀟.建筑結構設計中的抗震設計研究[J].建筑·建材·裝飾，2017（7）：121，142. 

高層建筑結構抗震設計論文范文6

關鍵詞：高層建筑；結構設計；問題；對策；

引言：多層和高層結構的差別主要是層數和高度。但是實際上，多層和高層建筑結構沒有實質性差別，它們都要抵抗豎向及水平荷載作用，從設計原理及設計方法而言，基本上是相同的。但是在高層建筑中，要使用更多結構材料來抵抗外荷載，特別是水平荷載，因此抗側力結構成為本工程結構設計的主要問題，設計時要滿足更多的要求，尤其自身有別于多層建筑的特殊要求和設計特點。

1.高層建筑結構設計的特點

某工程系一個大地盤、多塔樓、帶高位轉換層的高層建筑，設計過程中主要把握以下幾個方面。

（l）水平荷載成為控制結構設計的主要因素。結構內力、位移與高度的關系，除軸向力與高度成正比之外，彎矩和位移隨高度都呈指數曲線上升，因此，隨著高度的增加，水平荷載將成為控制因素。水平力作用下結構是否優化，材料用量將有很大差別。

（2）特別是在地震區，隨著層數的增加，地震作用對高層建筑危害的可能性也比對多層建筑大，高層建筑結構的抗震設計應受到加倍重視，本工程位于非地震區，無需進行地震作用計算，仍需要考慮抗震的構造措施。

（3）側移成為控制指標。與多層建筑不同，結構側移已成為高層建筑結構設計中的關鍵因素。隨著建筑高度的增加，水平荷載下結構的側移變形迅速增大，因而應將結構在水平荷載作用下的側移控制在某一限度之內。

（4）軸向變形不容忽視。高層建筑中豎向荷載數值很大，使得柱產生較大的軸向變形，從而會使得連續梁中間支座處的負彎矩值減小，跨中正彎矩和端支座負彎矩值增大。軸向變形還會對預制構件的下料長度產生影響，需要根據軸向變形的計算值調整下料長度進行。另外軸向變形對構件的剪力和側移產生影響，如不考慮構件豎向變形將會得出偏于不安全的計算結果。

2.高層建筑結構設計存在問題

2.1 底層框架剪力墻砌體結構挑梁裂縫問題

底層框架剪力墻砌體結構房屋是指底層為鋼筋混凝土框架剪力墻結構，上部為多層砌體結構的房屋。該類房屋多見于沿街的旅館、住宅、辦公樓，底層為商店，餐廳、郵局等空間房屋，上部為小開間的多層砌體結構。這類建筑是解決底層需要一種比較經濟的空間房屋的結構形式。部分設計者為追求單一的建筑立面造型來增加使用面積，將二層以上的部分橫墻且外層挑墻移至懸挑梁上，各層設計有挑梁，但實際結構的底層挑梁承載普遍出現裂縫，該類挑梁的設計與出現裂縫在臨街砌體結構房屋中比較常見。

2.2 樓層平面剛度的問題

一些設計在缺乏基本的結構觀念或結構布置缺乏必要措施時，采用樓板變形的計算程序。盡管程序的編程在數學力學模型上是成立的甚至是準確無誤的，但在確定樓板變形程度上卻很難做到準確。作為計算的大前提都無法“準確”，就不可能指望其結果會“正確”了。據此進行的結構設計肯定存在著結構不安全成分或者結構某些部位或構件安全儲備過大等現象。

2.3 忽視了縱向框架 現行建筑抗震設計規范要求水平地震作用應按兩個主軸方向分別計算，各方面的地震和用應由該方向的抗側力構件來承擔。說是說，在框架結構設計中，縱向框架與橫向框架有同等的重要性。一些結構設計者對以于非抗震設計，而縱向地按普通的連續梁進行設計，梁柱的節點和框架中的縱筋、箍筋的配置無法不答合框架的構造要求。由于沒有考慮地震的縱向作用，在實際設計中經常出現梁的支座負筋，跨中縱筋及箍筋的配筋置均不足的現象。

3.保證高層建筑結構設計質量的有效對策

3.1 主梁有次梁處加附加筋

一般應優先加箍筋，附加箍筋可認為是：主梁箍筋在次梁截面范圍無法加箍筋或箍筋短缺，在次梁兩側補上，像板上洞口附加筋。附加筋一般要有，但也不是絕對的。規范中說的比較清楚，位于梁下部或梁截面高度范圍內的集中荷載，應全部由附加橫向鋼筋承擔。也就是說，位于梁上的集中力如梁上柱、梁上后做的梁如水箱下的墊梁不必加附加筋。位于梁下部的集中力應加附加筋。但梁截面高度范圍內的集中荷載可根據具體情況而定。當主次梁截面相差不大，次梁荷載較大時，應加附加筋。當主梁高度很高，次梁截面很小、荷載很小時，如快接近板上附加暗梁，主梁可不加附加筋。還有當主次梁截面均很大，如工藝要求形成的主次深梁，而荷載相對不大，主梁也可不加附加筋。總的原則，當主梁上次梁開裂后，從次梁的受壓區頂至主梁底的截面高度的混凝土加箍筋能承受次梁產生的剪力時，主梁可不加附加筋。梁上集中力，產生的剪力在整個梁范圍內是一樣，所以抗剪滿足，集中力處自然滿足。主次深梁及次梁相對主梁截面、荷載較小時，也可滿足。

3.2 平面及立面形式的選擇

在高層建筑結構設計中，應盡量使建筑的三心（幾何形心、剛度中心、結構重心）盡可能匯于一點，達到三心合一。如若在結構設計中沒有做到三心合一，由此就會產生扭轉問題。扭轉問題就是結構在水平荷載作用下發生的扭轉振動效應。扭轉振動效應在風載等水平荷載載荷情況下會對結構產生危害，為避免其危害應在結構設計時選擇合理的結構形式和平面布局，盡可能地使建筑物做到三心合一，所以平面和立面形式的選擇很關鍵。高層建筑的平面宜采用簡單、規則、對稱的形狀，避免過于復雜的平面形式，大量震害的資料表明，高層建筑物平面布置不對稱、過多的外凸、內凹等復雜形式都容易造成震害。在高層結構的抗震設計中，結構體系的選擇、布置、構造措施比軟件的計算結果是否精確更能影響結構的安全，除了考慮結構安全因素外，還要綜合考慮建筑美觀、結構合理及便于施工和工程造價等多方面因素。資料和力學分析表明，在不對稱結構中，結構在凹凸拐角等處容易造成應力集中而遭到破壞，所以應盡量避免。而在完全對稱的結構中，也應注意凸出部分的尺寸比例。如凸出部分較長，要在結構設計中采取相應的補救措施。結構的豎向布置要盡力做到剛度均勻且連續，避免結構的剛度突變和出現軟弱層。剛度突變及軟弱層的出現往往是由于切斷剪力墻所致，如果在結構設計中必須要切斷少數剪力墻時，其他剪力墻在該切斷層處應給以加強。總之，標新立異的平面及立面設計是以結構的抗震和安全性能為代價的。

3.3 水平位移要求

水平位移滿足高層規程的要求，并不能說明該結構是合理的設計。同時還需要考慮周期及地震力的大小等綜合因素。因為結構抗震設計時，地震力的大小與結構剛度直接相關，當結構剛度小，結構并不合理時，由于地震力小則結構位移也小，位移在規范允許范圍內，此時并不能認為該結構合理。因為結構周期長、地震力小并不安全；其次，位移曲線應連續變化，除沿豎向發生剛度突變外，不應有明顯的拐點或折點。一般情況下剪力墻結構的位移曲線應為彎曲型；框架結構的位移曲線應為剪切型；框-剪結構和框-筒結構的位移曲線應為彎剪型。

4.總語

高層建筑結構設計是隨著經濟發展及人們對建筑物功能要求改變，又隨著科技的進步而得以實現和解決。以上所提到的幾個問題是建筑結構設計人員在工程設計中較易出差的地方，對設計者來說要把提高設計質量作為終身奮斗的目標，確保建筑工程的可持續發展。

參考文獻：