高層建筑結構抗震設計要點探析

方正娟

摘要：在高層建筑中，結構和性能要求比一般建筑要高，必須對高層建筑的抗震設計進行重點考慮，本文即對于高層建筑結構的抗震設計要點進行了分析。

關鍵詞：高層建筑；結構設計；抗震設計

中圖分類號：TU973.31 文獻標識碼：A 文章編號：1674—3024（2016）11—177—02

前言

高層建筑是當前建筑行業發展的主要趨勢，高層建筑物的抗震設計是一項十分重要的課題，必須要做好抗震結構設計工作。

1高層建筑結構抗震設計存在的問題

1.1抗震設計準備不充分

高層建筑抗震設計準備不充分主要體現在對施工環境所處的區域的地質條件的調查不充分.設計人員沒有充分了解該地區的地質條件，沒有對某些特殊地區進行規避，也沒有對該地區的地震特點做出特殊設計。另外，受到市場條件和自身能力的限制，一些建設單位違規的裁剪現場施工人員、壓縮工期來提高效益。

1.2受力體系設計難控制

受到高層建筑與眾不同的受力體系決定了高層建筑的受力點更加難以控制，因此，在對高層建筑進行抗震結構設計時，需要充分考慮建筑本身的受力結構設計，避免抗震結構破壞原本的承力結構。如果一個高層建筑的受力結構太過復雜，會導致建筑承力不均衡，容易破壞建筑的穩定性，降低抗震能力。

1.3結構設計與抗震矛盾

人們在建筑的外觀上投注了更多的精力，這導致了最近十幾年來建筑的許多突破傳統的外形。這些創新外形的高層建筑大多都具有不規則的線條，導致這些建筑的受力結構不像普通高層建筑一樣垂直，在設計時需要更多的考慮承力設計的問題。我國有許多建筑設計人員在這些不規則外形的高層建筑設計中存在著不同意見，沒有較高的水平來完成這些高難度的設計工作，導致設計的不規則高層建筑容易出現設計與實際不符等問題。許多高層建筑的不規則結構消除了抗震設計和施工的均衡點，導致建筑抗震結構無法滿足需求，對高層建筑物的整體安全性帶來了很大的安全隱患。

2高層建筑結構抗震設計的內容

高層建筑構設計中的抗震需要做好兩個方面，一個是建筑結構的隔震，二是建筑結構的減震。

2.1高層建筑結構隔震設計

高超隔震結構設計主要是在在高層建筑物下方設置一種地震時比其他層產生更大水平變形的“隔震層”，使得振動能量不容易傳遞到上方建筑物，從而會讓上層建筑物減小與地基出現共振現象，有集中吸收振動能量的作用。具體構件可以分為三個部分。一是鉛制緩沖構件，這是一種利用高純度的鉛材料的塑性變形而制成構件。二是鋼制緩沖構件，這是一種利用鋼料的塑性變形，起著衰減振動的作用而制成的構件。三是疊層橡膠，這是一種將厚度數毫米的橡膠與鋼板兩者交互重疊接合，施加熱與壓力，避免與地基共振，發揮橡膠特有的彈性，保持了垂直方向堅硬而設計的做法。

根據高層對建筑不同位置，建筑結構隔震技術又可以分為四種。一是基礎抗震，這種抗震位置在建筑基礎與上層結構部分之間。裝置通常常是夾層橡膠墊隔震、基底滑移隔震和混合隔震。二是地基隔震，這種抗震位置設置在建筑基礎下的地基當里，材料通常用砂、糯米和軟粘土，在發生地震時有多次吸收、反復吸收能量波的作用。三是懸掛隔震，顧名思義就是建筑結構進行懸掛設計和建造的隔震技術。四是層間隔震，這是一種融合了隔震技術和抗震技術安裝的耗能減震裝置可以吸收地震發生產生的能量，降低建筑結構在地震中反應的強烈，該技術的隔震效果良好，值得推廣。

2.2高層建筑結構減震設計

結構減震目的是有效的控制建筑結構的移位，按照減震方式的不同，高層建筑構減震分為三種方式。

（1）消能減震。該技術是憑借建筑結構附加阻力值的提高達到減弱建筑結構地震反應程度。也就是在結構中某些部位設置耗能元件，會在結構振動變形時使得滯回變形耗散能量，以至于在地震荷載下，不會破壞建筑結構或破壞程度在允許范圍內。能減震裝置的種類是比較多，包括摩擦阻力、器粘滯阻力器和塑性阻力器等裝置。一是摩擦阻力器，該阻力器是利用兩塊固體之間相對滑動產生的摩擦來耗散能量。二是金屬阻力器，該阻力器是利用金屬的非彈性變形耗能，而金屬阻力器具體又分為軟鋼阻力器、鉛陰力器、形狀記憶合金阻力器。三是粘滯阻力器，該陰力器是利用豁稠液體的粘性來耗散振動能量。消能減震技術具有迅速衰減結構的地震反應，并保護主體結構和構件免遭損壞，具有非常的安全性。同時還具有非常大的經濟性，消能減震加固方法相比傳統抗震加固方法可以達到節省10%-60%的造價。

（2）蹺動減震。該技術有兩種做法一是在建筑結構中對于要承受地震能量較大的柱，以及支撐等結構與建筑下部基礎，采取不緊固設計方法。二是在建筑上部結構和下部基礎采取豎向上的不緊固設計方法。

（3）機械減震。該技術是利用建筑結構內部鋼支撐與外包鋼管間的不粘結性，或者是在建筑物的內部用鋼支撐與外包鋼服并在鋼管混凝土上涂抹無粘結漆，以此形成滑移的界面。

3高層建筑結構抗震設計的優化

3.1提升抗震設計人員的水平

設計人員的抗震設計水平和對抗震設計的重視程度在很大程度上決定了建筑的抗震能力。提升建筑抗震能力，首先需要提升抗震設計水平。設計人員要積極做出探討，完善目前抗震設計中的不足之處并交流經驗。其次，設計人員要重視建筑設計中的抗震設計，提升建筑的抗擊和承載力，同時要做到抗震系統和建筑其他系統之間的和諧運作。最后，政府相關部門應該為設計人員的抗震設計水平的提升提供幫助，例如組織設計人員的集中學習，提高他們的業務水平和職業素養，提升行業的整體水平。設計人員應該積極提升自己的能力，學習和掌握國內外的新技術，進而使其更好地進行抗震設計工作。

3.2建筑材料的合理選擇運用

高層建筑結構材料的選擇在抗震性能方面有關鍵性的影響。在地震時，高層建筑物遭受地震的作用力和建筑結構的剛度往往是成正向比例的，也就是建筑物中重量越大的結構構件，遭受地震的影響也就會越大。所以在對建筑材料進行選擇時，應該選用符合高層建筑抗震要求的工程材半氣一方面在確保安全的基礎前提下，建筑屋面構件中用用輕質材料來代替厚重的材料，以此減少建筑結構構件的整體重量不同材料的結構類型性能是不一樣的，按照抗震性能多采用鋼結構或型鋼混凝土結構。同時還應考慮材料經濟性和建筑施工過程中的質量管理，在注重安全性的同時，也要注重工程建設的經濟效益。

3.3優化高層建筑的結構設計

高層建筑結構設計首先是地基地質的勘察設計。在復雜地形下對建筑物平面進行布置時，會存在建筑物的質心和鋼心不一樣的現象，使得高層建筑物重心不穩的狀況，尤其是在地震發生中建筑結構就會出現很大的扭曲，造成破壞的加大。所以按照建筑場地地基地質特點與受地震破壞作用的強弱做好分類，遵循形狀規則、豎向均勻和結構對稱的原則，并且根據建筑場地的實際情況做好抗震措施，保證建筑結構的重心保持穩定，如根據地基地質抗震設防類別、地基液化等級方面，采取地基和上部結構整體性剛度的加強措施，避免建筑結構出現頭重腳輕的現象。

3.4地震作用中的水平力控制

在地震的地面運動作用下，高層建筑不僅要求橫墻有足夠的承載力，同時還要求建筑樓蓋必須有能把地震力傳給橫墻的水平剛度，因為水平力會使得高層建筑物發生傾覆力矩，同時在結構的豎向構件中會發生巨大的軸力，水平力的彎矩產生往往會隨著建筑物高度的兩次方成正比，側向位移和高度四次方成正比，這樣我們就發現，對于高層建筑而言，豎向荷載不受建筑物高度影響，而水平方向上地震作用的數值大小會隨著建筑物的質量剛度等動力特性不同，產生較大幅度的變化。

3.5進行高層建筑的側移控制

高層建筑中，水平荷載下結構的側移會隨著樓層的增加而增大，側向位移過大就會使得結構產生附加內力，如果附加偏心力超過了一定的限度值，就會造成整個結構的倒塌。而在地震荷載作用下，高層建筑結構所產生的水平剪切力同樣會造成建筑物側移，所以在結構構件，應保證有一定的強度、剛度和穩定性。

3.6采取多層次建筑抗震設計

高層建筑的抗震能力與其分部抗震體系的性能有很大關系，而考慮到高層建筑的延伸性，高層建筑防震結構的設計可以采取多層防震系統的方式。同時，當高層建筑的主耗能構件具有較高的延伸性和剛柔性時，能夠在地震帶來的時候承受更大的沖擊力，并將力量傳遞擴散出去，減少對構件本身的損壞。另外，構件之間組成的系統能夠將各個構件的抗震能力組合成一個整體，要及時對構件的性能進行檢測，避免某個構件出現屈服降低系統的看診性能。

4結語

高層建筑抗震結構設計問題直接關系到其結構的穩定性，高層建筑的抗震設計一定要遵循其高層的特點，從而使高層建筑的抗震能力得到充分保障。