高層建筑結構抗震設計重點分析

陳超群?王冠通

摘要：地震對高層建筑的影響較大，科學性、規范性的抗震設計，能夠確保居住公民的生命和財產安全，也能夠降低危險事故的發生率。所以，在高層建筑實際設計當中，應當提高對抗震設計的重要性，設計人員要掌握基本原則和要求，根據工程實際情況，優化設計方案及流程，從根本上提高抗震設計的有效性，確保高層建筑的質量安全。

關鍵詞：高層建筑;結構;抗震;設計

1 抗震設計原則

為了使高層建筑結構抗震設計更具科學性，獲取應用價值良好的設計方案，則需要了解相關的設計原則。具體包括：（1）輕度地震不能發生損壞;（2）中度地震損壞能夠修復;（3）重度地震建筑物不能坍塌。實踐中通過對這些不同設計原則要求的充分考慮，可使高層建筑結構抗震設計質量更加可靠，滿足建筑物安全使用要求，避免其結構穩定性、應用價值等受到不利影響。

2 高層建筑的抗震設計分析

2.1 建筑場地及地基的選擇

建筑物的場地選取應根據實際的工程需要，對實際的工程地質條件和地震活動的具體情況進行掌握，同時了解地震地質的有關資料，分別對抗震的有利地段，不利地段以及危險地段進行綜合性的評價，對于不利地段，例如，地質較為松軟或者是具有軟弱下臥層的地質應該盡量避讓，在無法避讓時應結合設計單位采取有效措施，例如，進行砂石換填和采用樁基礎等^[1]。

2.2 建筑結構的規則性

建筑的抗側力結構適于采用簡單規則的平面布置方式，建筑平面的規則性可以保證建筑本身的承載力與剛度分布較為均勻。建筑平面適宜于采用矩形以及方形等平面形式，由于這類建筑平面形狀較為規整，所以在地震發生時可以保持建筑整體協調一致，使得結構的抗震處理相對安全簡單。建筑平面布置不規則時，例如，出現L形或者是部分凸出凹進等形狀時會造成結構質剛不同心，出現較大的扭轉震動，使得結構轉角應力過于集中，其中結構內部剛度較小的構件會因此承擔更多的水平地震力，容易造成構件破壞，最終造成整體結構因一側失效從而產生倒塌現象。此外為了避免抗側力結構的側向剛度以及承載力發生突變，應該將抗側力構件的材料強度以及截面尺寸從下到上逐漸減小，對于豎向不規則結構，在結構模型計算時應將其薄弱層的地震剪力增大1.15倍，同時按照有關規定進行彈塑性變形分析。

2.3 減輕房屋自重

在高層建筑當中建筑的地上部分其樓蓋自重約占40%左右，為了增強結構的抗震性能，減小結構層間水平應力值，避免豎向構件承擔更多的水平地震力剪力和彎矩，應該采取措施適當減小樓蓋自重，例如采用密肋樓板或者預制多孔板等結構形式。對于剪力墻結構或者框架剪力墻結構的高層建筑而言，內部包含有較多鋼筋混凝土墻體，為了適當減輕墻體所造成的自重增加，在結構計算允許的范圍內應當適當減薄墻體尺寸，同時對于其中自承重墻體可以選擇使用加氣混凝土砌塊或者是輕骨料混凝土等材料設置輕型隔墻，這同時也是減輕房屋自重的有效措施。

3 高層建筑結構的抗震設計重點

3.1 合理選擇建筑結構體系

在加強高層建筑結構設計、優化抗震性能的過程中，應注重建筑結構體系的合理選擇。（1）根據高層建筑的自身情況及所在區域的地質狀況、氣候特點等，設計人員在實踐中應重視對框架—剪力墻結構、剪力墻結構等不同結構體系的選擇及使用，落實好相應的設計工作，并通過對地震沖擊力破壞影響的思考，注重對多道防線結構體系的合理設置，促使高層建筑可處于安全應用狀態，為其抗震設計目標實現及性能可靠性增強等提供專業保障;（2）基于高層建筑結構的抗震設計研究，通過對多道防線結構體系設置及應用方面的綜合考慮，有利于增強相應設計方案的應用效果，逐漸提高建筑物結構方面的安全性能^[2]。

3.2 注重對施工場地的科學處理

高層建筑建設中的施工場地處理是否有效，與其結構抗震設計水平能否提升、性能是否可靠等密切相關。因此，在實現高層建筑結構抗震設計目標的過程中，應對其施工場地科學處理進行充分考慮。（1）了解施工場地的具體情況，落實與之相關的處理工作，并根據高層建筑選址要求，為其地基結構穩定性提高提供參考信息，確保高層建筑結構抗震設計有效性，全面提高其應用質量;（2）當施工場地處理工作完成后，可為高層建筑結構抗震設計提供更多的參考信息，滿足其設計工作高效開展要求，優化高層建筑使用功能，避免引發其結構應用問題。

3.3 隔震消能減震設計

隔震系統具有足夠的豎向強度和剛度以支撐上部結構的重量，并且具有足夠的水平初始剛度，應用過程中可滿足高層建筑結構安全性能優化要求，實現其抗震設計目標。具體表現為：（1）隔震系統自身具有較大的阻尼，地震時可耗散較多的能量，增強建筑結構應用安全性。因此，高層建筑設計人員應在了解隔震系統功能特性的基礎上，積極開展這類建筑結構減震設計工作，降低高層建筑主體結構的地震反應，減少其破壞影響;（2）基于高層建筑的隔震消耗減震設計，應加強信息技術使用，實現對豐富信息資源的整合利用，促使建筑隔震消耗減震設計能夠達到預期效果，為其設計方案應用質量提高提供技術保障。

3.4 結構剛度的合理布置

對于鋼框架核心筒結構，變形控制主要要以鋼筋混凝土結構的位移限值為基準，但因其彎曲變形的側移較大，靠剛度很小的鋼框架協同工作減小側移，不僅增大了鋼結構的負擔，且效果不大，有時不得不加大混凝土筒的剛度或設置伸臂結構，形成加強層才能滿足規范側移限值;此外，在結構體系或柱距變化時，需要設置結構轉換層和加強層。加強層和轉換層都在本層形成大剛度而導致結構剛度突變，常常會使與加強層或轉換層相鄰的柱構件剪力突然加大，加強層伸臂構件或轉換層構件與外框架柱連接處很難實現強柱弱梁。

4 高層建筑結構構件的抗震設計

高層建筑結構抗震設計當中，需要注意地震作用下的一些影響因素與阻礙，其中位移是非常重要的一點，需要隨時面對界面應變，來匹配框架支撐結構框架水平。在框架中若能保證強柱弱梁設計，且梁具有良好延性，則柱子進入屈服的可能就大大減少，此時可放松軸壓比限值。確定是不是短柱的參數是柱的剪跨比，只有剪跨比≤2的柱才是短柱。另外，還可以運用其他方法對抗震結構進行精準設計，如設計多段墻框架、利用高延展性結構等方法，來進行消震或隔離，確保建筑結構的穩固性。其中高延展性結構的設計能夠將其運用在承受地震時，更好地使用阻尼器轉接并吸收地震能量，從而提高建筑的穩固性。其次，還要在抗震結構設計中遵循強柱弱梁的原則，將框架在地震中所承受的力進行分布，這樣就會降低高層建筑倒塌的幾率。^[3]其中建筑結構不同構件和非構件，其內力設計值，以及抗震作用都要進行規范設定，以確保輔助框架結構的穩固性和抗震性。

5 結語

高層建筑在設計中，從基礎選型開始到上部結構的布置，再到細部構件的選擇均需要非常嚴格，這樣才能夠保證建筑本身具有非常良好的抗震性能。與此同時，還要與一些先進的結構抗震優化設計理念和方式進行結合，這樣不僅可以保證抗震設計方案在制訂和具體應用過程中具有科學性和合理性，而且還可以提高高層建筑本身結構的抗震性和經濟性，為人們的生命財產安全提供有效保障。

參考文獻：

[1]王雪峰.淺談超限高層建筑工程抗震設計與實踐[J].黑龍江科技信息，2017（05）：228.

[2]李晶晶，顏秉星.高層建筑抗震結構設計探討[J].智能城市，2017，3（01）：106.

[3]凌小萍.高層抗震結構設計要點探究[J].低碳世界，2016（31）：145-146.