高層建筑物結構的抗震設計分析

李 更 生

(泉州市建筑設計院有限公司，福建 泉州 362000)

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高層建筑物結構的抗震設計分析

李 更 生

(泉州市建筑設計院有限公司，福建 泉州 362000)

分析了高層建筑結構抗震性能的影響因素，針對地震災害中高層建筑的破壞特點，論述了高層建筑抗震設計的基本內容和具體方法，為提高建筑物結構的抗震能力提供了參考。

高層建筑，抗震性能，結構體系，建筑材料

0 引言

地震給人類的生命財產安全帶來巨大危害，建筑物非常容易受到地震的影響和破壞從而為人類的生命財產安全帶來巨大的威脅。隨著城市化進程的加快，城市中高層建筑逐年增加，這些高層建筑物結構復雜，外形設計不規則，這些都對建筑結構物的穩定性和抗震性能提出了更多的要求。我國位于環太平洋地震帶和歐亞地震帶之間，地震發生的頻率較大，一旦發生地震災害，將造成建筑物的嚴重損壞，從而對人們的生命和財產都造成巨大的威脅。因此做好高層建筑結構的抗震設計，提高建筑物的安全和穩定性至關重要。

1 影響高層建筑物抗震性能的關鍵因素

影響建筑物穩定性和安全性的關鍵因素主要包括外部環境以及建筑物自身的材料和結構設計幾個方面。建筑物所處位置的地質情況對于建筑物的結構設計提出一定的要求，建筑物材料和結構的設計對于保證高層建筑的穩定性，提高抗震能力具有重要意義。

1.1 地理環境對高層建筑物結構抗震性能的影響

建筑物所處的地理環境對于建筑物的結構穩定性提出了不同的要求。我國地緣遼闊，同時處在環太平洋地震帶和印度洋地震帶之間，地震災害頻發，在地震災害發生時次生災害常常伴隨發生，這些都會對建筑物結構造成巨大的災害和嚴重的損失。同時由于局部地區的地質特點，例如地下巖洞、礦山開采等，如果調查不夠深入，選址不當必將對建筑物的穩定性造成一定的影響。因此在進行建筑物選址時要做好實地的調查工作，對當地的地形、地質，歷史災害情況進行統計分析，保證針對當地環境合理的進行建筑物結構的抗震性能設計，最大程度的減小地震對高層建筑物結構的破壞。

1.2 建筑材料對高層建筑物結構抗震性能的影響

建筑材料的質量與高層建筑結構抗震性能的好壞存在直接關系，在相同的地質條件和外部環境下，建筑物材料的選擇對于提高建筑物的抗震能力，從而增加建筑物的安全系數具有決定性作用。在實際的設計施工中，建筑物圍護墻等一般采用空心磚等質量較輕的材料，從而提高建筑的抗震能力。對于地質災害頻發的地區，高層建筑結構應該選擇結構相對穩定的鋼結構建筑，從而提高建筑物的抗震性能。

1.3 高層建筑物自身結構對抗震性能的影響

高層建筑物自身的結構是決定其抗震性能好壞的關鍵性因素。合理選擇建筑結構的形式，對于提高建筑物結構的抗震性能具有重要的意義。目前我國的建筑物結構設計有了很大的進步，但是相對于發達國家來講，我們還有很大的差距，尤其是在結構優化設計、載荷配置方面都無法與快速發展的建筑形式相適應。目前高層建筑物結構正向著復雜化和高層化發展，提高建筑物結構抗震性能的設計對于提高建筑物抗震能力，減少生命財產損失具有重要意義。

2 地震災害中高層建筑的破壞特點

通過對近年來國內外的地震資料的分析和建筑物破壞情況的調查統計，在靜載荷下受力分析合理的建筑物結構在地震中，由于載荷突變，很容易失穩，發生巨大的破壞。在地震中高層建筑物結構的破壞一般呈現以下幾個方面的特點。

2.1 地基方面

地基位置和類型對于建筑的抗震性能具有重要的影響。在沖擊土層場地上，由于土層較厚并且呈現相對較軟的趨勢，因此發生地震時建筑物的破壞顯著增加。由于地基選擇不穩，選址在了危險地段，因此地基不穩導致在出現地震時建筑物地基不穩，發生整體傾斜甚至是倒塌。同時如果地基施工不合格，造成地基沉降，很容易從結構上導致房屋的損壞，從而破壞結構的穩定性。

2.2 結構體系方面

高層建筑物一般采用以下幾種常用的結構形式，“填墻框架”“底框結構”“鋼筋混凝土板”等。當采用“填墻框架”的房屋結構時，鋼筋混凝土結構容易發生剪切破壞而影響整體的強度，為了避免這種情況的發生，房屋結構可以采用框架—抗震墻體系的房屋結構；當采用“底框結構”體系的房屋時，底層由于剛度不足，容易發生破壞，采用“鋼筋混凝土板”時，同樣容易發生破壞。因此結構體系方面，采用不同的結構，當地質災害發生時，結構的破壞形式也不同。

2.3 構件形式方面

在常見的框架結構中，其安全性要低于梁、板，在發生地震災害時，框架結構更容易遭到破壞，在鋼筋混凝土結構中，通常會發生傾斜或者是交叉裂縫。當鋼筋混凝土框架層間角度較大時，短柱的損壞程度更加嚴重。如圖1所示為建筑構件形式抵抗地震能力的示意圖。對結構體施加水平力時，若超過其支承的彈性限度，變形就會急劇地增加，達到最大強度。在設計時，對于頻度高的地震，通常都停留在支承力的彈性極限以下，大地震時則不要超過其最大強度。

3 抗震設計方法與分析

針對以上問題，在進行高層建筑物結構的設計時要從較少地震載荷輸入和增加建筑物抵抗地震能力兩個方面入手進行深入的優化設計。目前，在進行高層建筑物結構優化設計時需要從以下幾個方面進行分析。

3.1 多角度設置抗震防線

當地震發生時，采用冗余設計可以保證建筑物結構的穩定，提高建筑物的抗震能力。當第一種抗震措施失效時，可以有后續的結構來保證結構物的穩定，阻止建筑物的進一步破壞，避免大面積的倒塌，造成巨大的生命財產損失。因此在進行建筑物的結構設計過程中，應該采用多肢節或者是框架式結構。同時采用剪力墻等措施，多方面保證結構的穩定性。

3.2 合理選擇建筑材料

建筑材料的選擇直接關系著建筑結構的質量，當選用的建筑材料優質合理時，建筑物結構總體的抗震能力都有一個很好的提升。因此必須對構成建筑物結構的材料進行優選。在材料確定之前，要進行數據調查分析和參數選擇。不能單純的從價格或者是承載能力進行考慮，而是要多方面考慮問題，從整體上對建筑物結構的材料進行選擇，從而達到多方位、多層次對建筑材料進行選擇和確定的目的，保證建筑的經濟性、穩定性、抗震性都保持在一個合理的水平。鋼材具有較好的機械性能和力學性能，在正常的使用條件下可以有效的避免因為超載引起的斷裂、坍塌等突發事故。同時，因為鋼材的塑性和韌性都比較好，且鋼結構對動載荷的適應能力很強，使得鋼結構能夠快速地吸收地震等引起的劇烈的動載荷沖擊，從而保證鋼結構良好的抗震性能，有效的保護了人民群眾的生命財產安全，因此在抗震結構中優先推薦采用鋼結構。

3.3 合理設計抗震結構

合理的結構設計直接關系著高層建筑物結構抗震性能的好壞優劣。目前，我國在建筑抗震結構設計中一般采用以下幾種結構，主要包括框筒結構、筒中筒和框架體系。抗震結構的制作、安裝技術的成熟性和合理性直接關系著建筑的抗震能力和使用安全。由于抗震結構的制作和安裝技術相對而言比較復雜，一直以來都是行業內關注的重點。因此在高層建筑物鋼結構的設計和施工過程中，要做好技術分析和控制。

4 結語

隨著科學技術的發展，高層建筑物結構的抗震設計技術和方法也在不斷的革新，先進的設計方法和設計理念層出不窮。為了保證抗震設計的科學性，必須深入了解影響高層建筑物結構抗震性能的關鍵因素，分析在遭遇地震災害時建筑物的破壞情況，從而選擇合理的建筑物結構的設計。多角度設置抗震防線，綜合利用多種抗震措施，合理設計抗震結構，從而增強建筑物的抗震能力，達到減少地震災害給高層建筑物造成的破壞，保護人們的生命和財產安全的目的。

[1] 傅振芳.高層建筑結構的抗震設計分析[J].科技創新與應用,2015(35):247.

[2] 石慧民.高層建筑物結構的抗震設計[J].四川水泥,2015(9):155.

[3] 陳 平.高層建筑結構抗震分析與設計[J].科技風,2014(20):168.

On seismic design analysis of high-rise buildings

Li Gengsheng

(QuanzhouArchitecturalDesignInstituteCo.,Ltd,Quanzhou362000,China)

According to the damage features of the high-rise buildings in earthquakes, the paper analyzes the affected factors for the seismic performance of high-rise buildings, and indicates the basic content and methods for the seismic design methods for the high-rise buildings, so as to improve the seismic performance of the architectural structures.

high-rise building, seismic performance, structural system, architectural materials

1009-6825(2017)06-0065-03

2016-12-18

李更生(1978- )，男，工程師

TU352

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