毕业论文高层抗震

浅谈高层建筑抗震设计措施

为了减轻地震所造成的损害，高层建筑的抗震能力必须得到有效的提高，那么，高层建筑抗震设计措施是?

摘要 ：随着经济的不断发展，城市不断壮大，促进了建筑行业的发展。但我国人口众多，城市用地不足，高层建筑逐渐成为了城市建设的主导。高层建筑的抗震设计是设计者需要重点关注和解决的问题。和其他自然灾害不一样，地震是很难做到提前预防。到目前为止，在世界范围内，地震的预测是公认的难题。高层建筑的抗震设计已经成为了业内人士急需要解决的问题。文章通过对高层建筑抗震性能的理论研究，提出了在前期施工和设计时所需要注意的问题，并给出了具体的防范措施，希望能得到同行的认可和指教，切实可行的落实到设计修建当中。

关键词：高层建筑;抗震设计;形体;构件布置

为了减轻地震所造成的损害，高层建筑的抗震能力必须得到有效的提高。但由于地震发生的突然性以及不确定性，因此在高层建筑的抗震设计不能只依赖理论的计算，更多的应该结合以往灾害发生的原因和前人总结的抗震理念。以此实现小震不坏、中震可修、大震不倒的基本理念，尽可能的降低地震所造成的人员伤亡和经济损失，给广大人民群众一个舒心的生活环境。

1我国地震的特点

基于构造地震的活动特点，和特殊的自然条件和地形、社会条件以及历史因素，我国的地震灾害主要有以下特点：①地震的频率较高。我国地处世界两大地震带-环太平洋地震带和欧亚地震带的交汇处，有非常明显的地震活动性，光记录在案七级以上的地震就有十多起，5级以下的地震一年发生上千起;②灾情较为严重。我国大陆的地震震源一般都比较浅，大都在地壳内部10～25km，破坏力可想而知。超过五级的地震，在我国就会造成大量的房屋倒塌和人员的伤亡;③伴有很严重的次生灾害。我国地势西高东低，呈阶梯状分布，地势复杂多样，丘陵、山地、平原、盆地、高原均有分布。地震的直接灾害，常常会引起火灾、水灾、滑坡、泥石流、台风、海啸，由于震后人员的安置比较集中，密度较大，加之震后医疗设备的不齐全，卫生环境跟不上，很容易导致大规模疫情的传播，给人们身体和心理上造成多重的伤害，远比地震的直接损害要更为严重;④成灾面积广，地震波及范围大，发生一次规模较大的地震，它有可能波及震中周围几百或者上千公里之内的地界。如我国2008年5月12号发生的汶川地震，除了黑龙江和辽宁，其他省份均有明显的震感，最远波及到了3000km之外的曼谷，可想而知它的威力之大、范围之广;⑤地震灾害呈一定的周期，目前我国处于地震高发时期，可能会维持到下个世纪初，因此一定要提前做好预防，加强建筑的抗震能力。

2建筑形体及构件布置的规则性对高层抗震的影响

平面不规则

平面不规则的类型主要分为扭转不规则、凹凸不规则、楼板局部不连续。《规范》规定：建筑及其抗侧力结构平面布置宜规则、对称并具有良好的整体性。层间的布置、划分属于建筑平面的布置。内墙结构的布置、可活动的空间面积、楼梯与通道的布置位置、竹子间的距离大小、楼层间的变化布置等。如果在建筑平面时，墙体不对称布置，柱子与墙体不协调、不对称分布，在平面上将会造成建筑结构质量与刚度不协调、不对称分布，在地震时使建筑物发生扭转地震作用。有的建筑物的电梯井筒的刚度很大，却被布置在建筑平面的一侧或角部，发生地震时，使得靠电梯井筒一侧建筑物破坏严重，这是由于地震作用的主要部分被电梯井筒很大的抗侧力刚度吸引了，此典型震害的一例就是1972年的南美洲那瓜高十五层的.中央银行大厦。因为部分建筑物在布置平面时一侧墙少，一侧墙多，内隔墙中断或不对称，所以在地震发生时，地震力传递受阻和刚度发生突变等，这些都表明平面布置影响结构抗震很明显。

竖向不规则

竖向不规则的类型分为侧向刚度不规则、竖向抗侧力构建不连续、楼层承载力突变。《规范》规定：建筑的竖向剖面宜规则，竖向抗侧力构建的材料强度和截面尺寸宜自上而下逐渐增大，防止抗侧力结构的侧向刚度和承载力突变。根据《规范》的要求对建筑的的突变限度和高度进行限制，避免产生竖向不规则类型，使竖向分布刚度和质量比较均匀，防止产生突变，避免产生薄弱和扭转。

3框剪结构中剪力墙受力特征

框剪结构中能够影响结构刚度的因素有很多，诸如剪力墙的界面尺寸、数量、位置以及它自身的形状等，其中对结构刚度影响最深的是刚度理论。在框剪结构中，结构的刚度和刚度分布是由剪力墙布置的位置和数量决定的。《高层规程》将高层建筑分为两级，即高层建筑(A级)，超限高层建筑(B级)，对应于不同的抗震设计等级，不同结构有不同的适用高度。框剪结构中，发挥最大作用的是剪力墙。剪力墙是抗侧力构件，采用这种结构时应在两个主轴外侧布置剪力墙，从而形成双向侧力体系。框架结构体系是利用梁柱组成的纵横两个方向的框架形成的结构体系。它同时承受竖向荷载和水平荷载。其主要优点是建筑平面布置灵活，可形成较大的建筑空间，建筑立面处理比较方便。主要缺点是是横向刚度小，当层数较多时，会产生过大的侧移，易引起非结构性构件(如隔墙，装饰等)破坏进而影响使用。在非地震区，框架结构一般不超过15层。框架结构的内力分析通常是用计算机进行精确分析。框架剪力墙结构也称框剪结构，这种结构是在框架结构中布置一定数量的剪力墙，构成灵活自由的使用空间，满足不同建筑功能的要求，同时又有足够的剪力墙，有相当大的侧向刚度(剪力墙的侧向刚度大就是指在水平荷载(风荷载和水平地震力)的作用下抵抗变形能力强)。框架结构的缺点是侧向刚度小，当层次较多时，全产生过大的侧移，易引起非结构性构件破坏而影响使用，但它具有平面布局灵活，可形成较大建筑空间的优点，为了保留这个优点，同时又提高其侧向刚度，便产生了框架剪力墙结构。这个结构主要特点是在保留框架结构优点的基础上由于增设了抵抗剪力的剪力墙，从而地增加了其侧身刚度，在这个结构体系中剪力墙承担了80%的以上的水平荷载，而其中的框架仅承担了约20%，这与框架结构中不管什么方向的荷载均由框架全部承担的情况是不同的。当建筑高度、设防烈度、建筑重要性类别、基底类别等均相同的情况下，对框架结构中的框架要求要比框剪结构中框架的要求等级要高得多。框架结构的特点：建筑平面布置灵活，外墙立面设计也较为灵活，其变形特点为剪切变形和弯曲变形组合起来的剪切型变形，框架结构构件类型少，易于标准化，定型化，在材料变形性能良好的时候，可以建造到30层，一般情况下15～20层为好。剪力墙结构的特点：整体性能好，刚度大，在水平作用下侧向变形小，承载力要求也比较容易满足，其侧向变形为弯曲型，但是由于剪力墙的间距不能过大，所以其平面布置不够灵活。为了克服其缺点，会使用框支剪力墙结构，跳层剪力墙结构。

4高宽比对结构的整体抗震及经济指标的影响

整体抗震

所谓建筑结构的动力作用就是地震作用，这不仅与地震强烈程度有关，而且很大的关系在于其本身的动力特性，剪重比和基底剪力是衡量结构地震反应的两个常用指标。高规推荐的高宽比是以6为界限，取高宽比以6的基底剪力为参考值的两种结构，得出结构基地剪力在高宽比变化时，相对高宽比为6时的相对值(见图1)。高宽比在增大时，结构基底剪力大约呈线性增大，结构受的地震力随高度增大成比例增大，且剪力端结构增长速度比较快。结构重力载荷和水平地震作用之比在逐步增大，起初，下滑成都比较快，随后变化就较稳定，显示了在结构周期加长时，结构更柔，地震反应减小的优点(见图2)。

经济指标

若仅从结构安全角度看，目前高规中在实际设计工作中可以放宽高宽比限制。根据以往的工程经验，当建筑高度增加时会出现两方面的变化。一方面，高宽比比较大时，结构侧移将会随之发生变化，呈正向关系增大，与此同时，抗倾覆能力和整体稳定性则会受到负面影响，呈现下降趋势;另一方面，水平荷载将会短时间出现变化，迅速增大。在水平荷载作用时，建筑顶部位移同倾覆力矩呈现正相关。具体而言，建筑物顶部位移越大，倾覆力矩越大，反之亦然，高度四次方成正比，同宽度成反比。为了使结构刚度、抗倾覆能力和稳定性足够，需要增大结构构件的尺寸，材料用量也会随之增大，结构经济性更差。

5提高高层建筑抗震性能的具体措施

在高层建筑的建造中，不仅要满足材料的强度、硬度等要求，还应使其具有较好的延展性，并在指定的部位具有屈服区域。具体分为以下方面：①提高高层建筑地基的稳定性和其短柱的抗压能力。提高剪跨比，从而减小短柱的截面积，提高抗震性能。其主要方法是采用等级较高的混凝土材料并与其他可提高材料延展性的方法相结合，运用于实际施工中，提高抗震性能;②采用性能更为优良的混凝土-钢管混凝土柱来做建筑的整体结构，有于钢管内部的混凝土一直处于受压状态，其相对应的压应变及抗压强度都得到了很大的提升，解决一般混凝土延展性不好的问题;③设计之初要进行全面的分析。高层建筑结构的模型在建设前能适当的进行简化，但是其整体受力和关键部位的受力是绝对要在模型上体现出来的，构件的参数及恢复力模型的选择，应该符合我国结构构件的主要性能和结构特点，不能一味的抄袭已有的外国行业参数。根据地震等级的不同来选择与之相对应的弹塑性状态，要从结构的位移、承载力、抗压力、屈服度、阻尼比等数据进行全面的分析和讨论，正确的运用到实际的施工中去。

6结束语

随着经济的不断发展，城市建设日益繁荣，越来越多的高楼大厦拔地而起，给人们带来便利和美的享受的同时，建筑行业更应该关注的是高层建筑的抗震性能。自然灾害的发生总是那么的残酷无情而且毫无征兆。要想更好的建设国家，就必须做到提前预防，在建筑本身做文章，提高其抗震性能和应对各种自然灾害的能力。只有这样才能让人们在面对强大的天灾面前有足够的反应时间，才能真正的享受城市所带来的便利。

参考文献：

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1、工程概况 在该工程的设计过程中，针对该工程平面凹口较深，平面较为狭长及高宽比较大等结构特点，在结构布置、分析计算和构造措施等方面做了一些有效的处理，使整体设计满足规范要求，且经济实用。以下谈谈本人在设计中的一点体会。 该工程地下一层、地上二十八层，总建筑面积： ，其中地上建筑面积：，建筑物室外地坪至主体结构檐口的高度为：。地下室建筑面积：，地下室层高：裙房三层。一层层高：二、三层层高为。主楼四至二十八层，每层层高。该楼层四层以上平面南侧凹口深，占凹口方向楼板长的，另还有两处凹口分别占凹口方向楼板长的和，高宽比为。 2、地基及基础 地基土层结构及特征 据本次勘探揭露，拟建场勘察深度内岩土体可分为l0层：①层冲填土、②层耕填土、③层细砂、④层中砂、⑤层粗砂、⑥层砾砂、⑦层强风化泥质粉砂岩、⑧层中风化泥质粉砂岩。 地下水埋藏条件及砼腐蚀性评价 勘察场区内赋存有上层滞水和潜水。 据场地水质分析报告结果：拟建场地下潜水对混凝土结构、钢筋混凝土结构中钢筋无腐蚀性，对钢结构具弱腐蚀性。 地基方案与基础选型分析评价 根据以上场地地基岩土层条件和拟建建筑物点，经过充分的技术经济分析比较，决定采用直径分别为Ф800、Ф1000、Ф1200的钢筋混凝土钻孔灌注桩，混凝土强度等级为C30，以⑧层中风化泥质粉砂岩做桩端持力层。桩长为22～29m左右，Ф800的单桩承载力设计值为4200KN；Ф1000的单桩承载力设计值为6000KN；Ф1200的单桩承载力设计值为7900KN。因南昌地区中风化泥质粉砂岩中均有多层且无规律的软弱夹层，桩端进持力层取5d。根据最后静荷载试验结果来看，Ф1000的单桩竖向抗压极限承载力为13500KN，极限状态下桩顶累计沉降量为，质量和经济效果均较好。本工程主楼带地下室、地下室层高，底板掺混凝土膨胀剂，桩基承台为梁式承台，因为上部结构为剪力墙，荷载分布较为均匀，因而梁板截面高度不需过大，承台梁高lO00mm，地下室底板除核心筒部分（1500mm）外，其余均为350mm，砼标号为C30；为抵抗混凝土收缩、徐变及加强基础的整体性，地下室底板采用双层双向满布配筋Ф14@120。地下室外围墙厚300mm，内部剪力墙厚250mm，地下室顶板作为上部结构的嵌固部位，板厚为200mm，并采用双层双向Ф 12@150满布配筋。 3、上部结构设计与计算 根据《建筑抗震设防类标准》（GB50223—2008）本工程为丙类建筑，结构的地震作用按设防烈度6度计算，采用全现浇钢筋混凝土剪力墙结构体系，剪力墙抗震等级为三级，框架抗震等级为三级。结构的阻尼比为，水平地震影响系数最大值为，基本风压为，地面粗糙度为B类，结构体型为。地震力按X、Y两个方向计算，同时考虑扭转耦联，竖向力按模拟施工加荷方式1计算，风荷载按X、Y两个方向计算，恒、活荷载分开计算，周期折减系数为，计算取21个振型。连梁刚度的折减系数为，考虑抹灰粉刷层重量后，混凝土的重度为27KN/m2，地震力的分项系数为，风荷载分项系数为，恒荷载分项系数为，活荷载分项系数为。墙元细分中，壳元最大控制边长为。 该建筑平面有多处凹口，平面较为狭长，再加上楼梯问和电梯间开洞，采用SATWE进行分析。计算结构显示，结构在地震和风荷载作用下位移均在规范要求的范围内，但以扭转振动为主的第三振型周期T3 与侧向振动为主的第一振型周期T1之比为；以扭转振动为主的第三振型周期T3和以侧向振动为主的第二振型周期T2 之比为，并且第一振型和第二振型的扭转振动成分偏大，这表明结构扭转效应显著，对建筑结构不利。同时计算结果还表明，凹口周围、楼房东西两端及平面宽度变化处梁、墙等构件内力值较大。在设计时，考虑应将楼、电梯间处核心筒及5-12、5-14轴上剪力墙加强且连成整体，形成受力的主要部位，承担大部分的剪力和弯矩，实际电算时加强或削弱此部分刚度（主要为增加或减短墙长）对位移影响较大，较增加墙厚等方法有效的多。实际电算和分析相同，但由于建筑功能限制，5-G轴上，5-9轴和5-1l轴间；5-15轴和5-17轴间、还有5-l2轴和5-14轴间无法布置剪力墙，只有设置宽扁梁，加强刚度，实际效果较好，剪力墙成筒布置，在筒与筒之间将板厚加厚为120mm，实际电算时所有凹口处按未设连梁电算，在位移等满足要求规范要求，施工图则按所有凹口处增设250×400连梁处理，更加安全。在平面宽度变化处，剪力墙本工程剪力墙布置既满足了规范要求，经济效益又较好。为消除混凝土收缩、温差可能引起的裂缝，将屋面板配置了双层双向钢筋。 除平面不规则以外，该房屋的平均高宽比为也较大，因而验算结构底部外围构件在侧向力最不利组合情况下的轴压比，并控制轴压比在内；验算桩基在侧向力最不利组合下的抗压能力以及桩身是否会出现拉力，并通过调整桩的布置，使其符合要求。 在抗震构造措施方面，建筑物底部四层为剪力墙底部加强区；对墙体布置有变化处增设暗柱，加强其配筋。采取增大两端剪力墙的长度、调整其它部位剪力墙长度等措施，使用SATWE软件分析计算可知，凹口处及其周围剪力墙和连梁，以及建筑物两端转角、山墙处剪力墙和连梁基本上没有出现超筋现象，构件的截面和配筋设计符合规范要求。周期T1～T3 及其比值、结构位移值、基底剪重比、地震力倾覆弯矩等均在规范要求范围内，具体结果如下： 上述计算分析结果表明，T3 /T1远小于，结构平面布置扭转影响较小；楼层最大层间位移角满足规范要求，且由Y向风荷载控制；底层剪重比接近于，结构刚度适合，受力体系经济合理，抗震性能良好。 4、结语 本工程在省抗震设计施工图检查中，经过省抗震专家评审，得到了专家的认可。专家肯定了我们对于本工程结构体系的选择、抗震设计参数的取值及对于平面不规则采取的构造加强措施。

高层建筑中的问题和解决对策论文

摘要: 随着社会的全面发展，高层建筑在整个建筑体系中所占比例日益的增加。为了避免建筑结构设计中的失误对工程质量造成重大的影响，不仅需要对高层建筑中结构设计的各种问题进行分析，还要采取相应的措施进行全面优化。

关键词: 结构设计;高层建筑;问题;对策分析

一、高层建筑结构设计中存在的问题

近年来，随着人们生活水平不断提高以及建筑设计技术的发展，高层建筑结构的设计也在不断提升，就当前的设计情况而言，在对高层建筑结构进行设计的过程中还存在着许多的问题，这样会使得高层建筑结构的建设质量以及设计质量很难得到保证。首先，需要对高层建筑结构中存在的设计问题进行分析，并且针对这些问题进行有效的解决。

1．1设计的中间过程的把握

在日常的设计中，设计人员通过辅助计算软件计算出来的结果对照着配筋，但在计算的结果上会有一定程度的放大，作为安全储备。尤其是面对高层建筑的时候，我们很难做到淡定。因为高层建筑和多层、低层比较的话，无论是从设计还是从施工和建造上来讲，都要复杂得多。所以很多时候，我们的设计人员在中间过程的很多环节由于过分谨慎，层层放大，导致最终的结果过大，严重不符合实际受力情况，造成极大浪费。

1．2过度优化的问题

随着高层建筑的越来越多，人们对于高层建筑也越来越熟悉，尤其是对于住宅建筑，结构形式相对于公共建筑来说，要简单些，也比较有规律性。所以一栋住宅从前期规划到最后建设完成，把其中的各个环节摸清弄懂，不难。另外住宅建筑具有可复制性，可参照性。因此拥有更好的经济指标就成了很多的建设方和设计单位追逐的目标，前者想要获取最少的投入，后者想借此获得更多的设计任务。设计优化本身是一件造福社会的事情，但如果这件事情对施工造成了困扰，则很有可能会造成安全隐患。

1．3建筑结构风荷载设计的问题

高层建筑是属于对风荷载比较敏感的建筑，风荷载对于高层建筑来讲，是很重要的荷载，但是现阶段对计算风荷载的各种因素和方法还不十分确定，所以对于设计人员来讲，如何来确定风荷载的大小，这个应该引起足够重视。另外当多个建筑物，特别是群集的高层建筑，相互距离较近时，会产生风力相互干扰的群体效应。但是目前高层建筑的结构设计过程中，结构建模都是以单个建筑物主体为单位，单独计算和分析，往往容易忽视群体效应的影响。

1．4高层建筑的结构抗震设计问题

高层建筑结构设计中最重要的环节就是抗震设计，但这也是我国建筑结构设计中最薄弱的环节，由于高层建筑结构设计中的抗震设计较为复杂，需要对建筑结构体系、建筑基础形式、建筑高度、建筑材料等方面的问题进行综合考虑。在以汶川大地震为代表的几次大的'地震发生之后，人们对于地震以及其带来的危害有了全新的认识，也引起了足够的重视。但是抗震设计是基于抗震概念的设计，如果概念错误，再怎么认真设计，也无事于补。目前存在的主要问题是设计人员对于抗震概念设计的意识比较薄弱，只知道一味地遵循规范。

二、高层建筑结构设计对策

通过对高层建筑结构设计中存在的问题进行分析可知，高层建筑结构设计水平需要不断的提升，针对产生的问题，采取相应的对策，对于提升建筑结构设计水平，建筑结构设计控制的加强及建设质量具有重要意义。

2．1中间过程加强检查，最终结果安全储备

设计人员在设计的中间过程只要做到严格检查，不漏项，不缺项，在最终的计算结果的基础上适当放大，作为安全储备即可，既经济，又能做到心中有数。

2．2适当优化才是正道

走出优化误区，优化不是挑战设计和施工的极限。建筑结构设计是偏重于理论的工作，施工则是偏重于实际操作的工作，如果设计不断压缩施工的空间，结果可能会让很多构件和节点的结构功能无法实现，造成主体结构安全隐患，此为过犹不及。设计人员应该在理论和实际施工中寻找一个平衡点，让建筑功能完美体现。

2．3对高层建筑结构的风荷载合理取值

我们在对待风荷载这一重要荷载的时候，应该如何把握?首先应充分认识到高层建筑对于风荷载的特殊性，基于目前计算方法的局限性，我们对于高层建筑的基本风压应适当提高，确保其安全性。如何提高基本风压值，仍可由各结构设计规范，根据结构自身的特点作出规定，没有规定的可以考虑适当提高其重现期来确定基本风压。至于如何处理风荷载群体效应的问题，我们可将单独建筑物的体型系数乘以相互干扰系数，避免由于漩涡的相互干扰，造成房屋某些部位的局部风压显著增大的现象。

2．4高层建筑结构抗震设计

在高层建筑的结构抗震方面，首先需要加强抗震的概念设计的培训。只有方向把握对了，我们才有可能设计出质量优良的产品。抗震设计主要包括三个方面，概念设计，抗震计算设计和构造设计。建筑抗震的概念设计是把地震及其影响的不确定性和规律性结合起来，就是进行结构抗震设计时着眼于结构的总体地震反应，按照结构的破坏机制和破坏过程，灵活运用抗震设计准则，从设计一开始就全面合理的把握好结构设计中的基本问题(总体布置、结构体系、刚度分布和延性等)，并顾及关键部位的细节，力求消除结构中的薄弱环节，从根本上合理的保证结构的抗震性能。抗震设计的三个层次的内容是一个不可割裂的整体，忽略任何一部分，都可能造成抗震设计的失败。要使建筑物具有较好的抗震性能，首先应该从大的方面入手，做好概念设计，再结合计算设计，构造设计，才能得到一项较为满意的抗震设计结果。如果不重视概念设计而过分的相信仔细的计算，对结构抗震设计不仅没有必要，而且还可能在概念设计中出现不当甚至错误。

三、结语

结构设计在高层建筑中常常会暴露诸多的问题。为了能够让整体的设计效率得到相应的提升，需要结合其设计中的问题不断优化其整体的设计体系。加强抗震概念设计，严格把握中间过程，适当优化的同时还要做好风荷载设计以及抗震设计。只有这样，高层建筑结构设计才能朝着一个质量稳定的方向发展。

作者:杨明珠 单位:广州南方建筑设计研究院武汉分院

参考文献

［1］浅谈高层建筑设计［J］．居雪涛．科技创新与应用．2014(05)

［2］高层建筑设计中存在的问题与对策［J］．万艳红．四川水泥．2014(12)