高層建筑結構抗震設計研究

（廣東粵建設計研究院有限公司西安分公司，陜西 西安 710000）

0 引言

中國是世界上人口最多的國家，我國無論在建筑上還是人均資源消耗量上都是世界首位，但是我國在能源利用率上仍然處于不發達階段，這對可持續發展有制約作用。現如今，許多建筑業學者投身于高層建筑結構中。我國現代建筑層數越來越高，結構形式也越來越多。對于高層建筑結構來說，其抗震性能及其安全性對于人們居住有著很大的影響，因此，高層建筑的抗震設計需要從高層建筑的結構設計、材料選擇、地理位置的選擇等方面進行綜合思考，從而使其滿足可持續發展的原則，使高層建筑達到抗震設計要求，避免因自然災害造成人員傷亡和財產損失。

1 高層建筑結構抗震設計的重要性

1.1 高層建筑結構抗震設計的設計要求和基本原則

首先，要想高層建筑結構的抗震性能達到要求，就必須要對高層建筑結構的設計圖紙的每一部分都進行準確計算，保證施工設計圖紙能夠達到抗震設計要求，從而使高層建筑結構的抗震性能達到要求。結合高層建筑結構地基所處的位置，根據圖紙確定好每一個結構的數據，結合現場的施工環境和建筑情況，確保高層建筑結構的抗震設計能夠符合抗震設計要求，高層建筑結構抗震強度剛度達到要求后，再對建筑材料進行進一步的確定分析，使我們的高層建筑結構達到施工質量要求。

其次，高層建筑結構的基本抗震設防目標是：當遭受低于本地區抗震設防烈度的多遇地震（小震）影響時，主體結構不受損壞或不需要修理可繼續使用；當遭受相當于本地區抗震設防烈度的設防地震（中震）時，可能發生損壞，但經一般性修理仍可繼續使用，這就要求高層建筑結構具有較強的彈性及韌性，使其在發生中度地震時能夠降低地震給高層建筑結構所帶來的損失；除此之外，還要求當遭受高于本地區抗震設防烈度的罕遇地震（大震）時，高層建筑結構不致倒塌或發生危及生命的嚴重破壞，因此，高層建筑結構需要具備較強的變形能力，保證高層建筑在遇到罕遇地震時不倒塌。

1.2 高層建筑結構抗震設計的重要性

抗震設計對于高層建筑結構來說非常重要，因此，對于高層建筑結構抗震設計的要求和基本原則也有相應的要求。對于高層建筑結構來講，抗震性能的好壞，直接決定了建筑物中人員的安全。

當遇到地震時，高層建筑結構的抗震能力通常來說都是比較強的；而對于低矮的建筑結構來說，抗震能力未必能夠達到高層建筑結構抗震能力。因此，在大地震中，往往倒塌的不是高層建筑結構，而是低層結構。但是對于高層建筑結構來說，在遇到地震時會搖晃的非常厲害，因此它的抗震性能是非常重要的。

一般來說，高層建筑結構的抗震等級會達到7 度以上，比8 層以下的建筑結構的抗震等級要高。當然，在遇到更高的地震時，高層建筑結構和多層結構都會遭受到一定的破壞，為了能夠更好的減少損失，并且保證人員的安全，應該對高層和多層建筑結構的抗震性能做更好的設計。

現代房屋的設計一般高層建筑結構居多，且高層建筑結構的高度比較高，比多層結構的設計難度更大。因此，做好高層建筑結構的抗震設計是非常重要的，設計師在進行施工圖紙設計的時候，一定要做好抗震設計，進一步保證高層建筑結構抗震性能達到設計要求。

2 現高層建筑結構抗震設計的影響因素

2.1 建筑物地基的選擇

對于高層建筑結構的地基，當選擇不恰當時，往往會增加高層建筑結構抗震性能設計的難度。建筑物的地基是指支撐基礎的土體或巖體，因此地基是高層建筑結構的根基，地基的選擇對于高層建筑結構來說是非常重要的，地基選的好才能夠保證高層建筑結構的建造要求，達到設計規范。

為了保證高層建筑結構的安全并保證其能正常使用，對于地基的選擇，一定要滿足設計的基本要求：足夠的強度和穩定性。地基需要承載高層建筑結構的上部荷載，因此，它的強度和穩定性是非常重要的。地基選擇不當，會導致高層建筑結構的穩定性出現問題，如果承載力無法滿足要求，建高層建筑結構就會出現相應的變形問題。

這棟建筑在地震中已經傾斜，但從整體結構看是比較完整的，在建筑物強度方面經受了考驗，關鍵應該是軟土地基的問題，這是導致建筑物傾倒的重要原因，而高層及超高層建筑的打樁深度與地基處理是非常完善的，比如一般超高層建筑中，打樁深度為建筑物高度的10%，上海環球金融中心的打樁深度為80M，因此傾倒的可能性是比較小的！

2.2 高層建筑結構建筑的材料選擇

建筑材料的選擇對于高層建筑結構來說是非常重要的，因此，一定要重視高層建筑結構建筑材料的選擇。對于建筑材料的選擇，如果不能夠達到高層建筑結構設計的建筑標準，就無法滿足抗震性能設計的要求，一旦遇到地震，高層建筑結構也會很難發揮其預期的抗震性能去保證人員的安全。

對高層建筑結構來說，一般是采用鋼和混凝土兩種材料進行組合，具體的結構形式有鋼結構型鋼混凝土結構，鋼管混凝土結構和鋼筋混凝土結構等。規則結構本身是一個整體，不均勻下沉或傾斜會造成其整體破壞，但不會直接造成局部拉裂；錯層或連體結構，即使結構在合適的部位設置變形縫，也不可避免在地震時因各部分獨立振動而又相互牽連而導致直接拉裂。構造柱只抵抗軸力，在高層中剪力極大,最易破壞。因此，材料選擇對高層建筑結構非常重要。

2.3 高層建筑結構的結構體系設計

高層建筑結構的結構體系設計與抗震性能息息相關，對于高層建筑結構的結構體系來說，一定要讓施工人員和專業人員對高層建筑結構的結構體系進行準確的計算，要綜合考慮各種因素找出合理的計算簡圖和合適的地震作用傳遞路徑。

如果高層建筑結構的結構體系設計出現不恰當的情況，將會使高層建筑結構的抗震性能和承載能力受到極大影響，從而使高層建筑結構出現問題。高層建筑結構的高度一定要遵守國家的土建規范體系，不要超過限制標準，也不要隨意增加高層建筑結構的建筑高度，否則會影響到高層建筑結構的抗震性能和承載能力。因此，高層建筑結構在進行結構設計的過程中，一定要做好抗震設計，提高建筑的承載能力，保證高層建筑結構建筑能夠有一個良好的抗震性能。

“世界第一高樓”臺北101 大廈（2004年建），是華人所創造的第一項建筑高度紀錄。101 大樓是經過多方面設計的，它的中心設有由鋼筋混合土制成的大圓球，因為地震分左震和右震，因此它可以將地震的力度分散于整個大樓，把地震的力度降到最低，具有很好的避震性能。

3 高層建筑結構抗震設計的有效對策

3.1 科學合理的選擇地理位置

為了高層建筑在地震發生時能夠更好地保護人員安全和減少財產損失，一定要科學合理的選擇地理位置。高層建筑結構在遇到地震時，會遭受到不同程度的破壞。因此，對于高層建筑來說，要選擇能夠抗震的有利場所去修建高層建筑結構，避免高層建筑因自然災害問題受影響，減輕地震對高層建筑結構帶來的損失。

對于地基的選擇，一定要通過對建筑地塊進行地質勘查，通過科學合理的方法去找到適合高層建筑結構修建的場所，避免高層建筑結構在不利場地修建。高層建筑結構的建筑地基對其影響比較深，因此，選擇合理的基礎結構形式，避免不利地基對高層建筑結構帶來不利影響。

在選擇地基時，一定要對地基周圍的水文地質情況進行全方位了解，保證高層建筑結構建筑能夠有一個科學的修建場地，避免水文地質的影響造成抗震性能不達標。設計人員在設計階段應多推敲抗震設計方案，多研究多討論，可以多聽取專家的意見，選擇最合適、最科學合理的施工方案進行建設。

3.2 選擇適合抗震設計的建筑材料

在高層建筑結構進行施工時，其建筑材料應進行合理的選擇，其建筑材料一定要符合國家規范。以往的磚混結構的抗震設計要求不能滿足高層建筑結構，因此，高層建筑結構采用鋼結構就較多，特別是地震多發區，人們對于高層建筑結構的抗震設計要求更加重視。

如果高層建筑結構的設計出現問題，那么材料就會容易發生變形，因此材料的選擇和結構設計是會相互影響的，只有當材料的選擇和結構設計兩者之間相互滲透、相互考慮，才能夠更好的建造出具有抗震性能良好的高層建筑結構建筑。

4 結束語

綜上所述，對于高層建筑結構的抗震設計來說，一定要選擇合理的抗震設計方法，科學合理的選擇地理位置，選擇適合抗震設計的建筑材料以及高層建筑結構形式，嚴格的遵循國家土建設計規范上的每一個要求，進行合理的高層建筑結構設計，避免因某個結構或者是某個材料的因素影響，導致抗震性能出現問題。

一定要使我們的高層建筑結構建筑達到“小震不壞，中震能修，大震不倒”的標準要求。抗震性能是高層建筑結構建筑相當重要的一個技術要求，建筑設計師在進行施工圖紙設計的時候，一定要結合高層建筑結構的各方面問題，進行全面的考慮，設計出最合適高層建筑結構的施工圖和施工設計方案。

除此之外，為了更好的保證高層建筑結構的整體建筑質量，一定要對高層建筑結構建筑的抗震結構引起重視，做好高層建筑相應的施工準備和理論依據，提高整體工程的安全性和穩定性。