高層建筑的抗震防風結構設計

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1 高層建筑的結構設計特點

1.1 需要重視軸向變形

在高層建筑中，有很大的豎向載荷，在柱中會引起一定的軸向變形，對于連續梁彎矩會造成相應的影響，使得連續梁中部的支座位置的負彎矩不斷減小，還有，還會對于預測構造部件下料的長度造成影響，要求按照軸向變形計算有關值，對于下料長度進行相應的調整。對于構件的剪力以及側移造成影響，需要給予重視，否則不利于建筑的安全性和穩定性。

1.2 結構延性是重要設計指標

和底層建筑進行比較，高層建筑結構更加柔和一些，在地震的情況下，建筑變形更大。為了讓在進入塑性變形的階段后，高層建筑結構依然有比較強的變形能力，防止出現倒塌的情況，需要在建筑構造上使用合適的措施，來確保結構有足夠的延性。

1.3 水平荷載是決定因素

一方面，由于高層建筑的樓面的使用情況與樓房自重的荷載在豎向建筑構件中所導致的軸力以及彎矩的數據，僅僅和建筑高度一次方成為正比。其水平荷載給建筑結構造成的傾覆力矩數值和由此在建筑豎向構件內導致的軸力，是和樓房的高度數值的兩次方是正比。在另一方面，對于具有相應高度的樓房來講，一般豎向荷載屬于一個定值，而水平荷載產生的地震作用和具有的風荷載，其實際數值是伴隨建筑結構動力自身的特性出現變化而不斷變化。

2 高層建筑結構設計難點

2.1 設計高層建筑的抗震結構

在設計抗震結構的時候，高層建筑還存在一定的缺陷，因此在發生地震的時候，建筑結構不穩定，容易出現比較嚴重的人員傷亡，并且由于高層建筑其設計工作比較系統，具有一定的復雜性，有時在設計中設計人員沒有對于各個方面進行充分的考慮，特別是在抗震方面，導致高層建筑的抗震結構的設計缺乏一定的安全性與穩固性。

2.2 設計高層建筑的防風結構

在高層建筑中，風振作用會產生比較大的影響，因此，對于高層建筑進行防風設計的時候，需要對于抗風問題進行重點的考慮。由于高層建筑的樓層較高，對于風會形成干擾和阻礙，伴隨風的效應出現改變，會帶來一個振動的作用力，破壞高層建筑自身的動力荷載，出現的風壓有可能會導致墻體、表面出現裂縫，更嚴重的可能影響高層建筑的建筑結構。

3 高層建筑結構抗震設計

3.1 重視建筑結構的規則性

在抗震設計中合理的建筑布置是十分重要的，要求是平立面的簡單對稱，根據以往的震害經驗得出，這類型建筑在地震災害中不容易受到傷害。規則建筑通常體現于建筑物平面與里面的形狀簡單。抗側力體系剛度承載力的上下變化能夠連續、均勻，平面布置大致對稱。

3.2 抗震設計的原則

(1)剛柔并濟。在進行建筑的抗震設計的時候，不應該只追求不斷提高結構的抗力，還需要按照初定的尺寸以及混凝土等級對于結構的剛度進行計算，然后再根據結構剛度計算出地震力，然后再計算配筋。倘若結構剛度過大，那么地震作用的效應也很大，為了能夠抵御地震需要配置更多的鋼筋。在地震的時候，這樣大結構剛度建筑可能出現局部受損。太柔的結構有著比較好的延展性，但是易導致變形而沒有辦法使用。有效滿足剛柔并濟的要求，不僅能夠達到變形的要求，還能夠減少地震的作用力。

(2)多道設防原則。一個良好的抗震體系，應該是由若干個延伸性比較好的分體系來構成，并且由延伸性比較好的結構構件進行鏈接，一起協同工作，例如剪力體系、框架是由剪力墻和延性框架這兩個分體系構成。在地震中，倘若一道防線被破壞了，還有其他防線可以進行支撐。

(3)抗側力結構和構件應設計成延性結構或構件。在結構屬于延性結構的時候，因為塑性變形能夠消耗地震能量，結構變形會加大，但是結構受到的地震作用不會上升，指的是結構是使用其變形能力對于地震作用進行抵抗。延性結構構件設計需要遵守強剪弱彎，強柱弱梁，強底層弱柱，強節點弱桿件的原則，承受的豎向荷載的構件不能夠作為主要的耗能構件。

4 高層建筑的防風設計

4.1 地理位置

在一些地區，統計風速比其他的地方大很多，在許多地區，有許多的統計數據能夠使用，基本風速一般使用等值線的形式進行公布，等值線指的是在地圖上繪制相等的風速線。

4.2 物理位置

倘若高層建筑物處在暴露的地點，風吹的速度會變得更高，在沿海比在內陸區域的城市中心，由于表面不同的粗糙程度，降低了平面風速，粗糙系數需要考慮到這種變化，它和地形粗糙程度以及超過地面的高度有一定的關系。

4.3 建筑結構尺寸

建筑高度和防風有著十分密切的關系，伴隨離地平面高度的不斷增加，風速也不斷增加。平均風速根據參考風速決定的，參考風速是地面粗糙度、建筑高度以及地形的因式，平均風速的平方和風壓成正比。

5 高層建筑結構的優化設計

5.1 抗震結構優化設計

在進行高層建筑的結構設計時，應該要按照剛柔并濟的原則，加強建筑結構的靈活性。與此同時，在對于抗震設計進行優化的時候，應該使用多層的防線進行設防。這樣倘若第一道的防線在地震的作用下受到破壞的時候，后面的第二道以至第三道防線都能夠立即補上，有效減輕地震造成的傷害，確保建筑結構的穩定性。經過以往的數據信息顯示，重力荷載過重，是建筑結構在受到地震作用后出現坍塌的最直接的原因。因此，在對于高層建筑結構進行抗震優化設計的時候，在材料方面，應該盡量選擇重量輕但強度高的材料。與此同時，應該充分地發揮抗震縫的作用，設置抗震縫，減輕地震帶來的破壞。在對于高層建筑抗震結構進行優化設計時，應該優先使用先進的產品和技術，來提高設計的水平，從而達到更好的效果。在進行建筑結構抗震設計時，也可以使用結構自身存在的抗震性能，來抵抗地震，但是這種方法的效果不明顯。倘若受到破壞，將會產生人員傷亡和財產損失。倘若要加強對于結構減震的控制，可以考慮加裝控制裝置。通過控制裝置，來承受地震產生的作用，減輕建筑結構受到的地震反應。基礎隔震在其中就屬于一種很好的方法，基礎隔震能夠通過安裝隔震的裝置，構成有效的隔震層，提高建筑的抗震能力。使建筑結構能夠一直處在彈性的狀態，避免建筑物受到地震造成的傷害。耗能減震，是通過安裝耗能的裝置，有效的吸收地震帶來的結構能量，減輕建筑結構對于地震的反應。防止建筑結構出現破壞或者倒塌的情況，來達到控震減震的目的。

5.2 抗風結構優化設計

選擇有效的結構，處理好建筑和結構之間的關系。選擇結構需要符合建筑的功能要求，具有一定的經濟性以及合理性，能夠方便施工。建筑的層高、開間、進深等平面關系與體型除了要滿足使用的要求外，還需要盡量減少種類，盡可能使用統一的柱網布置以及層高，使用相同的標準層。做好高層建筑的控制位移，在進行結構布置的時候，需要加強結構的剛度和整體性，及時加強構件連接，使結構各個部分能夠使用最有效的方式進行作用。還需要在建筑基礎設計上，使用配比度較高的砂石，提高建筑地基的密實程度，與此同時，還需要安裝抗拔錨桿，來提升建筑自身的抗拔強度。在進行減振系統的設計時，需要利用樓板、剪力墻、耗能支撐等組成減振系統，來降低風力對于建筑可能造成的影響。對于水平力和風力的問題，需要對于出現風力比較密集的建筑進行加固工作。這是從水平荷載的內力、水平的壓力等方面來進行系統性的考慮，有效加強高層建筑的穩定性。

6 結束語

現今，伴隨經濟的不斷發展，高層建筑變得越來越多。因此，相關單位需要對于高層建筑設計給予關注，做好高層建筑的抗震防風結構設計，從而有效保障人們的人身安全以及財產安全，促進我國經濟的發展。

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