高层建筑结构的抗震性能优化研究

高层建筑结构的抗震性能优化研究

吕微晗

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摘要：高层建筑结构的抗震能力改善不但影响到建筑物本身的安全性，而且还影响了人们的生命和经济的安全，甚至是整个城市的平稳。通过对建筑构造的分布、材料的筛选和节点构造进行改善，可有效保证高层建筑在地震下维持一定的稳定性。同时，利用好的测定手段与智能化的管控机制，可及时地对建筑物的改变进行发现，并选择针对性的应对措施，以增强抗震特性的成效与反应速度。因此，本文从高层建筑的抗震反应的原理入手，提出了优化建筑抗震能力的方法与抗震加固的具体对策，以供借鉴。

关键词：高层建筑；抗震性能；优化

随着我国城镇化进程的加快，高楼已逐渐被人们所熟知，它既是城市的地标，又是当今城市进展的主要内容，也是技术发展与经济进步的重要象征，对缓解我国城市人口密度大、用地紧张等矛盾具有十分关键的意义。但是，在针对各种的自然灾害时，特别是在遭受地震时，高层建筑的安全问题已经变得不可忽视。地震是具有破坏性以及突发性的一种自然灾害，严重影响着高层建筑的安全性。对其有关的抗震设置进行进一步的研究，既是当前工程技术方面的所需，也是关系到人民群众财产与人身安全的根本保证。

一、抗震设计的主要原理

（一）选择适宜的位置

选取正确的位置是进行抗震设计的重要条件，它能有效减小地震效应对于建筑造成的影响。高层建筑所处位置的选择需避开高地震烈度区、地质结构不正常等区域，选取地震烈度很低、地质平稳等位置。

（二）隔震及减震技术

减震技术主要是加装阻尼器、减震器等设施，利用地震能量的损耗降低建筑物的振动幅值。隔震技术是将建筑物和地基进行有效的分离，从而避免建筑物在地震之中遭受地面运动的冲击，从而降低地震对建筑物带来的损害。

（三）强化构造

为保证房屋在强震作用下不发生坍塌或者破坏，必须严格遵守我国与区域现行抗震设计相关的要求。比如，选择钢构造或者钢筋混凝土，为了提高建筑物的整体延性与刚性，在抗震方面可以采取一些措施。

（四）对地震风险进行合理评估

对地震的烈度、频度和地质情况等原因进行了研究。依据评定的结论，明确建筑的指标与抗震对策，以保证在地震之中建筑的安全度。

二、具体的优化策略

（一）需求探究

由于各区域的地质状况及地震频度存在较大的差异，所以在进行设计时，应结合工程的具体要求，制定相应的抗震设计规范及相关的参数。首先，根据地震的资料及研究以往的震害资料，能有效预估地震对于高层建筑的破坏程度，进而制定出针对性的抗震方式。其次，由于以外的钢筋混凝土体系在地震反应能力方面相较有限，建议采取框架-剪力墙、剪力墙等新的抗震构造模式。另外，采用新的材料如钢结构、混凝土等能够增强抗震的能力，降低地震损害建筑构造的程度。此外，选取阻尼器、减震设施等方式，能降低建筑物在强震下的震动，从而强化建筑的安全与平稳度。

（二）结构材料的改善和使用

其主要体现在：（1）超高性能混凝土（UHPC）因其优异的力学和耐久能力，在抗震中发挥了重要的作用。UHPC有着较高的密度，其的抗压性、抗折性能均优于常规的混凝土，且在抗震方面具有较好的抗冲击性与平稳性。同时， UHPC有较强的自密实性、流动性，使得UHPC在复杂的工程建设中会更加有效。（2）高强钢有较优的韧性与强度，对改善建筑物的抗震能力起到了很大的促进作用。通过优化热处理技术以及合金成分，能改善材料的屈服度及塑性，让其在强震作用下出现大变形且不断裂。将该技术用于高层建筑的重点区域，可有效强化整个构造的抗震效果。（3）纤维增强复合材料（FRP）具有高强、轻量化的特点，在加固抗震期间发挥最大化的优势，可用在对既有的墙体、梁柱等构件的加固中，从而加强其的抗震效果。同时，FRP有良好的易成型性以及抗腐蚀性，使得其在恶劣、复杂的条件下有更大的优越性。

（三）动力隔震体系的使用

在优化建筑抗震性能的措施当中，运用动力隔震体系属于是革命性的创新。该体系的思想主要是利用独特的工程方法，将高层建筑物的主要部分与地基之间分隔开来，可明显降低地震对于高层建筑带来的冲击。在实际工程中，隔振装置的使用要注意如下几个问题：一是减震垫的设计和使用。实施动力隔震体系时要重视以下内容：（1）设计和使用隔震支座。隔震支座为动力隔震体系之中的主要构件，设计时需和建筑结构的动力性能相吻合。隔震支座普遍的类型有滑动支座、高阻尼橡胶支座、铅心支座等。为保证在强震下能够将地震动向上层的传导，必须充分考虑高层建筑的刚性、品质以及期望的抗震性能。（2）对体系进行总体评价。动态隔震体系的效果，除了依靠隔震支座以外，还与体系整体的协同工作有关。这就需要对高层建筑的动力性能给予全面化评价，这包含了仿真各种特性、强度的地震严重影响高层的建筑。经评价，该体系能够满足不同地震情况下所期望的成效。（3）地震力传递方法的改善。对隔震体系进行设计时，最重要的是改进传递地震力的方式。这表明除隔震支座之外，还需对建筑物的其它构件（楼板、梁柱等）进行适当的优化，以保障在建筑当中地震力的传输更为平稳，降低对承重主体构造的影响。

（四）监管与评价综合风险

从地震发生的强度、可能性和阻尼比以及结构刚性等多个方面开展综合风险评价，既要考虑地震学，还需考虑阻尼比、抗震设计规范、结构的抗震性能以及以往的地震信息等因素。由多层面的评价，可使建筑物对未来可能发生之大震后的易损性有全方位的认识。在此基础上，选取好的计算建模与软件，对地震的造成影响进行仿真分析，可有效评估高层建筑在地震不同场景下出现的反应，这涵盖了结构破坏程度、高层建筑的振动方法、非结构要素等的影响。研究成果可用于确定建筑之中可能存在的薄弱部分，从而对结构的维修与改造加以指导。在风险判定结论的基础上，编制相应的灾害应对方案是极为关键的，这包含了震后疏散人员的应急方案、防护重点设施的方法以及应急救援队伍的组成等。应急计划的高校执行取决于常规的演习及对员工的培训，保证在具体的条件下可高校、快速地实施。需关注的是，管理综合风险属于一项不断进行的工作，必须对对高层建筑的抗震性给予定期性的监测与再评价。

（五）自适应控制及智能化监测体系的运用

（1）架构状态的实时监控。通过应变仪、加速度计、位移装置等传感网络实时地对结构的健康状况进行观测，不断地对建筑的主要结构指标实施测定，上述的传感器能有效获取建筑在正常及恶劣的环境（如地震）下的状态信息。利用探究上述的信息，工程人员能及时掌握高层建筑物的具体概况，对可能出现的结构性问题加以预警，且对其进行检修或者加固。（2）综合运用自适应控制体系。该体系有主动、被动的管控体系两种，能按照所获得的信息及外界条件的改变而做出相应的反应。比如，当结构遭受地震时，可通过改变建筑的刚性、阻尼系数等来降低震动以及可能存在的损害。这样的适应性使得建筑物能更好的处理诸如地震之类的自然灾害。（3）地震有关的预警和紧急反应。智能监控体系可起到整合预告地震能力的作用，其能对要出现地震提早几秒或数分钟内发出警报。为刚性以及阻尼比建筑物当中的自动安全体系（如应急疏散指示、电梯控制等）给予较多的时间，以此对楼内的人员及设施进行有效的防护。

结语

综上所述，由于高层建筑在遭受地震等自然灾害的时候，其的抗震能力是决定其平稳及安全的关键性因素，所以，其抗震能力的改进变成了当前建筑行业中待解决的主要问题。经对其进行深入的分析与探讨，工程人员需不断找寻完善的技术方法与设计思想，以此强化我国高层建筑的地震防护能力，确保人民群众的机体与经济的安全程度。

参考文献：

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