浅析高层建筑减震结构

浅析高层建筑减震结构

谭檀檀

广东省维美工程设计有限公司523000

摘要：随着经济的发展，高层建筑在社会发展中扮演者越来越重要的角色，但是随之产生的问题也不可忽视，尤其是高层建筑的抗震性能。近几年来，基础隔震技术的研究与应用已取得了很大进展。高层建筑顶部隔震技术就是在基础隔震结构的工程实践中发展起来的一种新型隔震结构形式。高层建筑顶部隔震结构的出现拓展了隔震技术的应用范围，同时又提出了一些新的研究课题。

关键词：住宅结构；减震；高层建筑；方法

1、引言

随着经济的发展和施工技术的进步，城市的集中化造就了不断攀升的高层建筑，同时也存在着潜在的威胁。

地震是一种突发性极强、破坏性极大的自然灾害。人类在漫长的发展历程中始终在与地震作抗争，人类文明也在与地震的不断抗争中得以重生和延续。人们对地震的认识过程是一个循序渐进的过程，与之相应的抗震理论与抗震技术也经历了一系列发展和完善。

所以有越来越多国家的学者和研究人员提出一条有效途径一减震控制体系，减轻建筑物上部结构发生的非线性变形，提高建筑的抗震能力。抗震技术的发展建筑结构的地震反应很大程度上取决于地震动和结构特性，特别是结构的动力特性。所以，人们对地震反应的分析水平也是随着对这两方面认识的深入而逐步提高的。

2、抗震技术的发展

建筑结构的地震反应很大程度上取决于地震动和结构特性，特别是结构的动力特性。所以，人们对地震反应的分析水平也是随着对这两方面认识的深入而逐步提高的。经过近几十年的研究，人们对地震动的谱成分、活动性、不确定性、结构的非线弹性以及结构物在不同破坏阶段表现出的破坏特性有了逐步深入的认识，对结构的地震反应分析也有了相应的进展⑴。

随着结构反应分析方法的不断发展，结构的抗震设计理论也在不断完善，传统的抗震设计理念分别提出了刚性结构体系、柔性结构体系、柔性底层结构体系和现在普遍采用的延性结构体系。

在我国的建筑行业中主要体现为“两阶段”设计方法，即在多遇地震作用下，结构处于弹性阶段，建筑物能够依靠自身的刚度和强度来抵御地震荷载作用；在罕遇地震作用下，建筑物的部分结构构件进入塑性阶段，依靠自身的塑性变形和延性消耗和吸收地震能量，减轻整个建筑物的地震反应，从而使建筑不至于发生倒塌。这种“延性结构”体系，可以在设计过程中控制建筑结构体系的整体刚度和局部刚度，在小震作用下结构自身具有足够的强度能够承受地震作用，当大震发生时部分结构构件进入塑性状态，以消耗地震能量，减轻地震反应，但整体结构不能发生倒塌，这一三水准抗震设防目标在我国的《建筑抗震设计规范》（中具体化为“小震不坏”、“中震可修”、“大震不倒的三水准两阶段设计思想。

我们可以看出：依靠建筑物本身的结构构件的强度和部分构件的塑性变形来抵抗地震作用、吸收地震能量，尽量减少建筑物破坏的可能。

传统的抗震设计理念，从产生到今天，从完全忽略结构动力的特性到今天逐渐引入结构动力特性、场地特性和地震特性等等的多种因素，分析方法也经历了从按地震波的频率分布特性而发展的频域分析法到按地震的时间历程求解结构体系运动微分方程的时域程分析法的发展，且发展了结构随机振动分析的研究方向。

3、高层建筑抗震减震设计中存在的问题

所谓高层建筑就是建筑高度大于27米的住宅和建筑高度大于24m的非单层厂房、仓库和其他民用建筑。在美国，24.6m或7层以上视为高层建筑；在日本，31m或8层及以上视为高层建筑；在英国，把等于或大于24.3m的建筑视为高层建筑。中国《高规》（JGJ3-2010）1.0.2条规定10层及10层以上或房屋高度大于28m的住宅建筑以及房屋高度大于24米的其他高层民用建筑混凝土结构为高层建筑。

要想做好高层建筑的抗震减震设计，就必须了解高层建筑抗震减震设计中存在的问题，高层建筑抗震减震设计中主要存在的问题有以下几个方面：

1.建筑物超过限制高度。我们知道，钢筋混凝土结构造就的高层建筑是有一定的强度和刚度的，这就决定了其高度要有一定的限制。但是，现今不断加的世界新高度，成为了一种潮流。其实忽视钢筋混凝土的高度限制危害是非常大的。

2.地质达不到要求。城市化进程催生的不仅是经济的进步和文明的发展，也催生了许多高楼大厦。人口的高度集中化导致许多城市开始选择高层，甚至是超高层建筑。这就导致了许多建筑没有选择适宜的地址，地址的地质要求根本没有达到，这本身就给建筑物的抗震减震带来了严重的问题。

3.材料性能不达标。一些高层建筑物在施工时选用的材料没有达到要求，不仅增大了建筑物本身的负载，而且不能达到抗震减震的目的。

4、高层建筑抗震减震设计的基本方法

针对高层建筑的抗震减震设计，我国出台了最新的《建筑抗震设计规范》GB50011-2010和《高层建筑混凝土结构技术规程》JGJ3-2010，用于指导高层建筑抗震减震设计。传统的抗震减震设计方法中，通常是依靠结构自身的延性来消耗地震作用的能量，但是这样存在这严重的问题，当能量消耗殚尽时，楼层的结构也已经造成严重的破坏，即使能够修复，造成的费用也超过了建筑本身的价值。将现代控制理论应用于建筑工程领域以后，建筑抗震减震设计方法就改变了。

4.1减少地震能量的输入。在建筑初期抗震减震设计中必须经过严格有效的计算，来保证结构的变形能力要满足在预期的地震作用下的变形要求，尤其是各层之间的位移延性比。选择合理的地址可以有效地减轻地震能量的输入，合理切实地减小共振等地发生。

4.2广泛采用消能减震设计和隔震技术。现行的抗震结构体系是延性结构，这种结构以消耗地震能量为主要目的，承受地震以后造成不可逆的后果。在未来的建筑设计的发展中，这种结构已经不能够满足现代防震的设计。那么新型的隔震技术的应用就变得势在必行。

4.3材料的选择。材料的选择必须经过严格有效的计算分析，以便使材料满足一定的强度、刚度以及延性。抗震减震设计时，必须因地、因情况不同选择不同的材料，千万要杜绝为节省成本一律选用低性能的材料，或为保证抗震减震设计一律使用最高性能材料。合理选用材料不仅能够保证建筑物的抗震等级，而且不会造成优质材料的浪费。

4.4高层建筑自身结构的合理性。高层建筑自身结构的合理性也是不可忽视的，合理的结构可以有效地减轻自重，这样高层建筑本身就对地基的负荷较小。

4.5高层建筑应该设计多道抗震防线。一个抗震结构体系，应由若干个延性较好的分体系组成，并由延性较好的结构构件连接起来协同工作。抗震结构体系应有最大可能数量的的内外部赘余度，有意思地建立起一系列分布的屈服区，以使结构能吸收和消散大量的地震能量。

5、结束语

近几年来，基础隔震技术的研究与应用已取得了很大进展。高层建筑顶部隔震技术就是在基础隔震结构的工程实践中发展起来的一种新型隔震结构形式。众所周知，隔震层的水平刚度和阻尼比是影响隔震效果的重要因素，在实际工程中能具体的操作，还需要考虑另外的一些因素，因此要进行隔震设计还要进一步的做工作，这样才能做到优化设计。因此，尚需对隔震的安全问题做进一步研究。

参考文献：

[1]GB50011—2001建筑抗震设计规范［S］.北京：中国建筑工业出版社，2001.

[2]DB62/T25-3037—2006兰州市区建筑抗震设计规程（试行）［S］.

[3]江世茹，王社良.高层建筑结构被动消能减震控制[D].西安建筑科技大学，2012.

[4]蔡立雄.高层建筑结构的抗震设计探讨[J].建筑科学，2007，10.

[5]季新强，张志强.高烈度区高层建筑结构与减震设计研究[J].建筑结构，2013，5