抗震優(yōu)化設(shè)計在高層住宅結(jié)構(gòu)的應(yīng)用

【摘要】在建筑事業(yè)快速發(fā)展的今天，抗震優(yōu)化設(shè)計在住宅高層建筑結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用十分重要。其不僅能夠讓整體的抗震效率得到相應(yīng)的提升，還能讓高層建筑的結(jié)構(gòu)體系得到相應(yīng)的優(yōu)化。本文主要針對抗震優(yōu)化設(shè)計在住宅高層建筑結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用進行分析，并提出了相應(yīng)的優(yōu)化措施。

【關(guān)鍵詞】抗震優(yōu)化設(shè)計；住宅；高層住宅結(jié)構(gòu)

1、高層住宅結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計原理

1.1高層住宅結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計目標原則

在設(shè)計具有抗震性能的高層住宅時，應(yīng)確保：在發(fā)生低級地震時，高層建筑具有極大的安全性；發(fā)生中級地震時，住房建筑存在的損壞不會危及居民生命安全；而當(dāng)發(fā)生大型地震時，則需要保證高層住房不會存在倒塌的風(fēng)險，從而給居民創(chuàng)造出較大的時間和空間撤離居所。

1.2高層住房結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計基本原則

為了不斷優(yōu)化高層住宅結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計目的，需要講以下原則融合到住宅的抗震設(shè)計中來。其一，住宅建筑應(yīng)具有一定的剛性和彈塑性，這樣就可以保證高層住宅在發(fā)生地震時，由于剛性過硬和彈塑性過大而導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)形變。其二、地震過后一般都會伴發(fā)余震，因此過度追求建筑的抗震性能就會導(dǎo)致建筑整體剛性偏大，而對余震所帶來的壓力則難以承受而易出現(xiàn)結(jié)構(gòu)的損毀。其三，依據(jù)地震后對建筑產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)變形程度，需要高層住宅具有備延性良好的分體系，從而防止整體塌陷的后果發(fā)生。

2、高層住宅結(jié)構(gòu)設(shè)計方法

2.1高層建筑設(shè)計方法

高層住宅設(shè)計應(yīng)嚴格按照兩階段設(shè)計和三標準設(shè)防進行。兩階段即為對住宅建筑第一階段設(shè)計的地震動參數(shù)應(yīng)與第一標準相同，地震參數(shù)的設(shè)計應(yīng)嚴格按照結(jié)構(gòu)彈性理論，通過精確計算高層結(jié)構(gòu)地震作用效應(yīng)，并結(jié)合實際建筑中存在的重力載荷、風(fēng)荷載和實際所需承載抗震調(diào)整系數(shù)，促使第一階段設(shè)計能與第一標準完全匹配。而第二階段需要將以上設(shè)計的地震動參數(shù)與第二、三標準相匹配，確定合理的地震彈塑性位移角，并不高于抗震規(guī)范最大值，并嚴格符合建筑第三標準中的防倒塌要求，從而在結(jié)構(gòu)設(shè)計上確保高層建筑的抗震性能。

2.2結(jié)構(gòu)規(guī)則設(shè)計

對住宅高層建筑而言，足夠的扭轉(zhuǎn)剛度是確保其抗震性能良好的另一標準。在其結(jié)構(gòu)設(shè)計中，需要確保結(jié)構(gòu)平面對稱均勻，并符合 抗震設(shè)計規(guī)范，由此能更好的減小建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)里和書香內(nèi)力因存在的差異而出現(xiàn)變形的影響。此外，還需保證建筑整體體型簡單、結(jié)構(gòu)剛度適宜以及書香重力載荷受力均勻等，將應(yīng)力集中的地方進行細部處理，當(dāng)?shù)卣鸪霈F(xiàn)時，才可以有效的抵抗所產(chǎn)生的摧毀力而保證高層住宅的安全性。

2.3層間位移和地震扭轉(zhuǎn)效應(yīng)

高層建筑的抗震性能與整體的結(jié)構(gòu)體系、結(jié)構(gòu)材料和為宜顯著都有著極為重要的內(nèi)在聯(lián)系。同時還與整體建筑的高寬比、側(cè)向載荷有關(guān)。在對高層建筑進行抗震設(shè)計時，這些因素都需嚴格進行考慮。處理好層間位移限制，加強建筑整體穩(wěn)定性和正常使用的功能性。此外，還需合理的布置建筑群構(gòu)建的抗測力，增強建筑結(jié)構(gòu)的抗倒塌能力，因此注重建筑結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效益的影響，就需要適宜的降低最大位移處構(gòu)件的剛度，由此可以有效地提高距鋼芯較遠的結(jié)構(gòu)邊緣的抗測力，并提高層間側(cè)移，從而有效的增大結(jié)構(gòu)的抗扭轉(zhuǎn)剛度，加強高層住宅建筑對地震的抗震能力。

2.4強節(jié)點弱構(gòu)件設(shè)計

在設(shè)計的過程中，還應(yīng)當(dāng)對其強節(jié)點以及弱構(gòu)件的方法進行相應(yīng)的對比分析。其大致的設(shè)計方法就是“強柱弱梁，強剪弱彎”是一個從結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計角度提出的一個結(jié)構(gòu)概念。這個時候就要對其內(nèi)部預(yù)應(yīng)力做出相應(yīng)的計算。一般情況下可以采用牛頓第二定律：F=m.a進行相應(yīng)的合理計算。在節(jié)點設(shè)計的過程中，一定要保證受力的穩(wěn)定性輸出。只有這樣其節(jié)點才能得到有效地強化。與此同時在進行負載計算的過程中，需要結(jié)合其負載參數(shù)進行精準計算。其相關(guān)參數(shù)表如下圖所示：

鋼結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計負載計算參數(shù)表

從以上數(shù)據(jù)中我們可以較為清晰的看到，在進行參數(shù)的設(shè)計過程中首先就要對其荷載的整個結(jié)構(gòu)體系進行全面的數(shù)據(jù)分析，然后對其荷載的總和進行計算。同時也要做好節(jié)點抗震平衡設(shè)計，而平衡的基礎(chǔ)就在于對稱。其次在設(shè)計的過程中還要保證其負載的平衡，這需要相應(yīng)參數(shù)進行科學(xué)的設(shè)計。并結(jié)合其屋面的預(yù)應(yīng)力指數(shù)進行相應(yīng)的計算。

3、抗震優(yōu)化設(shè)計在高層住宅結(jié)構(gòu)的應(yīng)用

3.1多道抗震防線應(yīng)用

在地震作用下，抗震結(jié)構(gòu)體系中延性好的要最大限度的發(fā)揮耗散和吸收地震能量的作用，要起到第一抗震防線的作用，其他的依次形成第二、第三甚至是更多的防線，這就是多道抗震防線。多道抗震防線可以有效的避免個別構(gòu)件和建筑結(jié)構(gòu)在地震作用下遭到嚴重破壞。因此，設(shè)計多道抗震防線是必要不可缺少的一部分。在進行多抗道設(shè)計的過程中，其需要做好以下兩方面的準備工作。

①具備良好的耗能、變形能力和必要的強度。如果沒有較強的抗側(cè)力強度和很強的延性在地震中是很容易遭到破壞的。但是兩者之中，如果只具有很大的延性，而抗側(cè)力強度不大，那么在地震也會受到破壞，但是如果地震作用不大的情況下，就只會產(chǎn)生變形，建筑結(jié)構(gòu)不會收到破壞。

②剛度以及強度的分配要協(xié)調(diào)。結(jié)構(gòu)的剛度和強度要合理分布，如果它們分布不合理，就會產(chǎn)生變形或者造成應(yīng)力過大，那么一來，結(jié)構(gòu)就會發(fā)生突變，也可能造成局部的強度變?nèi)酰瑥膩沓蔀楸∪醯牟课?。一旦結(jié)構(gòu)上出現(xiàn)薄弱部位，我們就要采取相應(yīng)的措施來增加它們抗擊地震的能力。

3.2建筑平面和立面的質(zhì)量分布和剛度要相對稱

如果建筑的質(zhì)量分布和剛度不對稱，那么在地震作用下就會發(fā)生非常明顯的扭曲和震動，因此，在建筑當(dāng)中，不管是整體還是獨立的單元我們都要做到質(zhì)量分布和剛度對稱。

結(jié)語：

抗震優(yōu)化設(shè)計在住宅高層建筑結(jié)構(gòu)的應(yīng)用十分重要，其能夠讓整體的抗震體系得到相應(yīng)的優(yōu)化。在進行設(shè)計的過程中，其需要結(jié)合高層建筑結(jié)構(gòu)體系讓高層建筑的受力更加平衡。與此同時，還要做好強節(jié)點，弱構(gòu)件的相關(guān)設(shè)計。最終讓高層建筑抗震結(jié)構(gòu)體系的效果全面的發(fā)揮出來。

參考文獻：

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