高層建筑結構抗震設計存在的問題及其對策

馬業強

摘 要：近年來，隨著建筑行業的快速發展，高層建筑在數量與規模上均有較大提升。在高層建筑中，結構設計中抗震問題顯得尤為重要，不僅關系著建筑的質量，也關系著人們的生命安全，鑒于此，文章對高層建筑結構設計中抗震問題進行分析和探討。

關鍵詞：高層建筑;抗震設計;問題;對策

引 言

近年來，隨著城鎮化速度的加快，大量人口涌入城市，城鎮用地緊張，普通的多層居民住宅已經不能適應城鎮化發展的要求，為了緩解居住用地的緊張，高層建筑成為首選，高層建筑的設計與建造逐漸成為熱門。為了提高高層建筑結構的穩定性，設計人員在設計建筑結構的過程中廣泛的應用抗震設計，獲得了較好的效果，不僅保證了高層建筑結構穩定性，更重要的是發生重大地震時可以從根本上保證人民群眾有充足的逃生時間。

一、高層建筑結構抗震設計概述

高層建筑結構抗震設計需要根據地區地震災害狀況及建筑工程建設經驗進行設計，針對建筑整體及內部結構進行合理布置，能夠有效應對地震災害。在高層建筑結構抗震設計過程中，需要充分了解建筑的結構性質，選擇合理的建筑材料應對外部變化，能夠在合理范圍內應對地震災害的不確定性。要注意的是，高層建筑結構的抗震設計不能只考慮計算結果，要以建筑結構抗震設計理論為基礎，并經過抗震檢驗來明確相應的設計方法，解決高層建筑結構抗震設計中存在的問題。

二、高層建筑結構抗震設計存在的問題

（一）結構體系問題。即在我國高層建筑結構設計中，為了滿足居民需求，注重在150m以上的建筑設計時，采取框—筒、筒中筒、框架—支撐體系結構設計方法。但因這三種結構設計方法涉及到了鋼結構的使用，而鋼結構在超過一定高度后，質量會隨之減小，并表現出柔軟的特點。所以，將影響高層建筑結構抗震性能。為此，應在高層建筑結構體系具體設計過程中把鋼骨混凝土作為建筑結構材料。

（二）高層建筑抗震材質選擇不合理。以發達國家為例，地震危險區域，建筑的材料主要是鋼材。但是就我國的實際情況而言，高層建筑的主要材料仍然是鋼筋混凝土，相對于鋼材，鋼筋混凝土的抗震性明顯不足，應該在有條件的情況下，盡量選擇鋼骨混凝土作為高層建筑的主要材料。

（三）建筑抗震設防烈度相對于發達國家較低。現今很多建筑學領域人士指出，我國當前推行的建筑整體架構設計安全度已經不能滿足我國居民的居住需要。相對于其他國家而言，結構設計安全度較低，需要隨著我國城鎮化的推進適當提高標準。除抗震設防烈度較低外，具體抗震計算方法和構造的安全度規定也不如發達國家。隨著經濟發展和社會財富的增加，一旦發生地震，結構失效帶來的損失會越來越大，結構在當前抗震設防烈度下應該采用彈性設計。

三、高層建筑結構抗震設計優化策略

（一）結構體系優化設計。在高層建筑結構設計過程中，為了進一步提高高層建筑結構抗震設計水平，注重優化結構體系設計是非常必要的。首先，在結構體系優化設計中，應合理布局樓層蓋梁系，即把其與構件墻、柱之間的垂直間距縮到最短，繼而在建筑結構中，可更好的傳遞垂直重力荷載，并保持豎向構件重力荷載應力水平均勻性，避免應力的二次轉移行為，影響高層建筑結構抗震性能。同時，為了滿足抗震要求，在高層建筑結構體系優化中，應以“連貫性”為指導思想，科學部署剪力墻、筒體、支撐、框架等各個結構，讓它們豎向重力荷載的傳遞更加均勻，起到最佳的抗震效果。其次，因框架—剪力墻結構更具備抗震能力，所以，在結構體系優化中，應采取框架—剪力墻結構設計方法。而在框架—剪力墻結構具體設計中，應以雙向抗側力體系設計方式，保證兩個主軸方向側向剛度、水平承載力適宜性，且保持兩個主軸方向均部署相應的剪力墻，避免相差懸殊所引起的結構扭轉問題，達到最佳的結構抗震設計效果。同時，基于框架—剪力墻結構設計工作開展的基礎上，應嚴格按照《高規》要求，控制剛度設計問題。即當框架部分地震傾覆力距是結構的10%時，應以剪力墻結構為標準，展開框架—剪力墻結構設計工作。當框架部分地震傾覆力矩是總地震傾覆力距的10%-50%時，應以框架—剪力墻結構為標準，展開高層建筑結構設計行為，而當數值超過80%時，應在采取框架—剪力墻結構設計方法的基礎上，科學控制建筑高度。

（二）建筑結構材料的選取。建筑結構材料的好壞決定著建筑在地震發生時的安全性。事實上，高層建筑抗震結構設計的實質就是將各個建筑構件的延性整合起來，并對其進行相應的協調與把握，其目的就使建筑在面對地震時能夠安全穩定。在選擇建筑鋼筋時，一定要盡量選擇那些具有較高韌性的材料。對于在垂直方向受力的鋼筋，要采用熱軋鋼筋，以HRB400級和HRB335級為標準，對于箍筋，則是以HRB335、HRB400和HPB235級熱軋鋼筋為佳。在選取建筑結構材料過程中，一定要時時考慮材料抗震方面的性能，當然，在建筑過程中，建筑成本、造價控制也是建筑企業必須要考慮的問題，因此，在對建筑結構材料選取的過程中，一定要找到建筑成本與抗震新性能之間的點，兼顧二者，以期實現以最少的材料獲取最佳的抗震效果。

（三）設置多道抗震防線。搭建系統抗震結構時，應該布置多道抗震防線，部分延展性突出的結構進行系統性合并，可以使其抗震性能更佳。抗震墻系統由主體抗震墻和延展性框架組成，共同進行作用，能發揮抗震結構的最佳作用。抗震結構系統應留有一定的冗余度，并且依照設計原理，建造有規律的屈服區，最終目的是讓樓房可以完全吸收或者消耗地震帶給樓房的震動能量。為了保證抗震性能的突出，體系中適當增添部分多余結構，建筑周期與地震頻發周期一致時，冗余設計的用處便能突出。針對抗震設計，設置多道措施，即便第1道抗側力防線被損壞，第2道、第3道防線也可以繼續對建筑進行保護，減緩共振，減輕地震帶來的損害。

（四）隔震和消能減震設計。有些高層建筑對于抗震的要求較為嚴格，除了要實現一般的抗震效果外，還有保證隔振、消能等方面的需求。因此，為了達到這些效果，首先，從場地與地基的角度來看，應該選擇具有較高密實度的地基，因為高密實度的地基，可以減輕地震發生時所產生的能量給建筑造成的破壞，降低共振發生幾率。對于不同建筑，其所要求的隔振系數有所不同，因此，在進行建筑結構設計時，一定要具體問題具體分析，選擇相應的隔震支座，并且，也要考慮因風力所給建筑帶來的負荷。對于隔振、消能方面的建筑構件的選擇上，盡量采用延性好的材料，使建筑受地震能力帶來的破壞降低。

結 語

地震會給人們的生命財產安全帶來較為嚴重的危害，為降低地震對建筑的破壞作用，在開展建筑設計工作過程中，必須采取有效措施進行合理的抗震設計。考慮建筑結構的抗震設計要求，嚴格遵守標準規范，深入了解高層建筑結構特點，熟悉相應的標準要求，選擇合理的結構形式，努力提高高層建筑結構抗震設計質量，確保高層建筑整體建設質量及安全性。

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