高層建筑結構抗震設計研究

徐志鵬

摘? 要：當前，為有效緩解土地資源緊缺問題，建筑結構呈現出高層化的發展趨勢，高層和超高層建筑的出現有效實現了地下地上空間資源的合理利用。但因為高層建筑的高度較大，對于結構設計的要求相對較高，因此為實現抗震性優化設計，需專業設計人員從綜合性角度著手，采取恰當的設計方法。基于此，本文重點分析了高層建筑結構設計中的抗震設計影響因素和設計策略，以供參考。

關鍵詞：高層建筑;結構設計;抗震優化

中圖分類號：TU97 文獻標識碼：A??? 文章編號：2096-6903（2021）02-0000-00

現階段，我國的高層建筑項目逐年增多，因為高層建筑結構設計標準的日漸提高，給各個高層建筑結構設計和施工帶來了巨大難題。因此，抗震性已然成為了高層建筑設計中人們關注的重點問題，抗震性是否達標，將決定高層建筑是否具有強大的地震或者其他外力的抵御能力。由于影響結構抗震設計的因素較多，為達到抗震設計標準，專業設計人員應加強對先進設計理念和方法、技術的應用。

1高層建筑抗震結構設計的主要內容

在我國建筑行業不斷發展的過程中，對于高層建筑結構設計提出了明確的標準，在相應的規范中，明確指出：10層或者10層以后且高度在28m以上的鋼筋混凝土結構建筑就是高層建筑，當建筑結構高度超過100m時，就是超高層建筑，30層左右且接近100m的建筑為高層建筑，50層左右且高度在200m以上的為超高層建筑。就我國當下建筑行業的發展來看，高層建筑的防裂度大多為8度，可以抵御6級地震。為達到高層建筑的結構設計標準，抗震設計應從承載力、剛度、穩定性的角度出發，在出現地震災害的情況下，建筑結構構件可以在承受劇烈抖動的情況下不出現倒塌。結構抗震設計時，建筑及其抗側力結構的平面布置應保持規則性和對稱性、整體性;立面與豎向剖面應規則，側向剛度應保持均勻的變化趨勢;豎向抗側力構件的截面尺寸、材料強度應遵循從上到下逐步增大的原則，嚴禁出現側抗力結構側向剛度和承載力的突變。

2影響高層建筑結構抗震性能的相關因素

2.1地基

高層建筑的結構設計中，地基對于整個結構性能的影響非常大，在結構抗震性能方面，很多高層建筑在遇到強烈地震災害時，常常由于地基問題引發結構安全問題，如果地基形式選擇不當，整個高層建筑的抗震性能將難以達到標準。通常情況下，對厚軟弱沖積土層條件下的高層建筑結構，更容易受到其他作用力的影響產生巨大的結構破壞。因此，高層建筑項目實施中，地基多選擇在開闊平坦地帶的堅硬土層、密實均勻中硬土層條件下，最好遠離河岸，否則，地基土的液化或者軟化都將會加劇地基的不均勻沉降，導致結構抗震設計的難度系數增多。

2.2建筑物高度

建筑物高度同樣是高層建筑結構抗震設計中需關注的重點問題，從當下我國建筑結構設計的相關技術標準，在一定的結構形式下，對于鋼筋混凝土高層建筑高度有著對應的高度限制，在此高度范圍內，結構抗震性是比較合理的，但一旦超出了這一高度限制，整個結構抗震性的目標將難以達到。但就當下的建筑結構抗震設計方面，部分高層建筑的高度超出了技術標準中的高度限制，使得在地震作用力下，引起了建筑結構的變形或者坍塌。因此，建筑物高度同樣是抗震設計中需關注的一大因素。

2.3材料的選用和結構體系

我國部分地區處于地震多發區，在此區域中的建筑結構設計中，需強化抗震設計，在整個建筑結構設計中，材料和結構體系的選擇均符合抗震設計標準。根據我國當下建筑結構的設計情況，對于150m以上的建筑形式，主要包含了框-筒、筒中筒、框架-支撐體系。因此，高層建筑結構的抗震設計中，材料選擇和結構體系設計都會影響到最終的抗震性能。我國當前的建材市場上，鋼材種類逐步增多，不同鋼材的性能也有著明顯的差距，整體來看，鋼結構的加工和制造能力都大大提升，這就給建筑結構設計中的材料選擇提供了更多的選擇，很多高層建筑結構設計中，選用的是鋼骨混凝土結構、鋼管混凝土結構、鋼結構等，通過這些結構的創新，有效減小了柱斷面尺寸，整個結構的抗震性得以優化。

3高層建筑結構抗震設計的優化措施

3.1基礎抗震設計

3.1.1場地選擇

高層建筑結構設計中，因為基礎對結構性能的影響非常大，因此，在結構抗震性設計上，應該從基礎設計的優化出發，具體從工程場地的選擇出發。從地震的發生機理來看，地殼運動是主因，因此，地震具有極大的危害性和突發性，雖然在不斷的技術進步下，地震預警能力大大提升，但地震所造成的危害依舊是巨大且難以消除的。地震災害出現的同時伴隨著周邊的地質運動，而這些地震作用力引起了建筑結構構件的松動和破壞。基于場地選擇對建筑結構的重要影響，在抗震設計優化時，應加強對建筑場地的綜合對比，盡量選擇在地勢開闊、地質堅硬的場地，且要盡量遠離河岸、山坡邊緣等特殊環境。如果在高層建筑建設時必須要在這些特殊場地內實施，應做好相應的抗震設計和加固處理。

3.1.2地基設計

建筑結構中的地基設計同樣非常重要，隨著建筑行業的快速發展，建筑地基設計的方法越來越多，不同的地基設計方法適用于不同的地基條件，地基設計是否合理將與整體的建筑結構穩定性和安全性有著直接的聯系。因此，在高層建筑的抗震設計中，同樣需注重地基設計，對于同一個建筑而言，最好選擇同一性質的地基，單獨選用樁基結構或者利用天然地基條件。地基處理的過程中，應由專業人員來做好充分的現場條件調查，保障地基處理方法的有效性，使得地基基礎的受力盡可能均勻，針對地基中可能存在的沉降、承載力問題，應做好相應的地基加固設計。

3.1.3基礎設計

近年來，我國的經濟社會發展水平顯著提升，整個社會的集聚效應越來越明顯，在地震災害出現以后，所造成的人員損失和建筑結構破壞都是非常嚴重的。在建筑結構的抗震設計上，應保障基礎設計的合理性，使得基礎具有極強的承載力能力。高層建筑基礎設計中，專業設計人員需根據對應的技術標準，適當增大埋設深度，增大建筑物的嵌固程度，使其具備更好的結構性能。因此，基礎設計時應加大基礎埋深，通過基礎加深和夯實來提高基礎結構的穩固性。此外，因為高層建筑中的基礎是與上部結構緊密連接的，二者之間的連接效果同樣會影響到整個建筑結構的抗震性，相關人員在結構設計時，需注意基礎與上部結構的連接處理，保障建筑結構的整體性。

3.2結構構造的抗震設計

3.2.1地基采用特殊材料隔震

建筑結構構造的抗震設計應該開展地基的隔震處理，基礎隔震主要是對建筑基礎進行適當的處理，使得在經由這一處理以后，地震作用發生的過程中，地震作用力對地基基礎的不利影響降至最小，傳統的地基基礎隔震處理中，主要是通過在基礎位置交替進行砂子和粘土的鋪設，或者直接進行砂子層或者粘土墊層的鋪設來提高基礎結構抗震性能，有效減小地震作用力對地基所造成的破壞。隨著當前人們對建筑結構抗震性的日漸重視，在基礎隔震處理上，很多工程企業采用了瀝青材料，通過這種隔震層的設置，有效提升了地基基礎的抗震能力。

3.2.2建筑基礎設置隔震

在建筑基礎的隔震設計上，主要是在基礎位置和上部建筑之間進行特殊裝置的安裝，通過這一特殊裝置來減弱地震作用力的向上傳遞，控制地震能量波。基礎隔震裝置的設置，在一定條件下甚至可以減少地震對建筑傳遞的2/3能量。但是，從現實情況來看，裝置減震措施在建筑結構設計中的應用效果并不理想，裝置設置以后，建筑結構的自振周期大大延長，減震效果無法達到預期，可以選用粘彈性隔震、摩擦滑移隔震處理、橡膠墊裝置等的設置來保障基礎抗震性。

3.2.3建筑層間隔震措施

載破舊建筑的改造過程中，層間隔震設計的方法相對適用，在利用這種方式提高建筑抗震性的過程中，整體的施工操作更為便捷。但是，層間隔震處理方式與隔震裝置設計相比較，其隔震的效果并不理想，一般僅能夠對地震能量的1/10～1/3加以控制。建筑層間隔震中，需在高層建筑的不同樓層間隔內進行減震裝置的設置，通過減震裝置，地震能量的破壞力得到了一定的控制和削弱。

3.2.4建筑結構懸掛隔震

懸掛隔震處理同樣是高層建筑抗震設計中的重要方式，在具體的處理中，主要是將建筑的大部分結構或者整體結構加以懸掛，通過懸掛結構的形成來進一步減小地震作用力干擾。在地震災害出現的過程中，地震能量基本上不會傳遞到懸掛結構中，大型的鋼結構建筑中，懸掛隔震的抗震設計方法較為適用，當下很多的大型鋼結構建筑中，幾乎都采用的是懸掛隔震的處理方式。一般情況下，大型鋼結構中都包含了主框架和子框架，在懸掛結構設計時，子框架通過吊桿或者索鏈懸掛于主框架上，在地震發生時，雖然主框架會由于地震能量而出現搖擺的情況，但由于在子框架和主框架之間存在吊桿和索鏈，地震作用力在經由這些連接部件傳輸時會發生一定的削弱，整體的結構抗震性有所保障。

3.3設置多道抗震防線

高層建筑結構的抗震設計中，通過抗震防線的設計，可以使得建筑結構的抗震能力大大提高，但抗爭防線設計時，不僅僅要設置一道，應結合高層建筑的結構特點，設置多道，以最大程度上減小地震作用力對建筑結構的危害。在高層建筑設置了多道抗震防線以后，即使第一道防線的構件在巨大的地震作用力下受到了破壞，其他的抗震防線也可以依次發揮其對地震作用力的抵御能力，這對控制建筑結構傾斜、倒塌極為有效。專業設計人員在抗震放線的設計上，可以通過框架剪力墻、筒中筒等多種結構形式來保障其結構的抗震能力。

3.4綜合使用各種隔震措施

近年來，高層建筑已然成為了建筑領域的主要結構形式，為滿足高層建筑的結構性能標準，設計人員在設計時大多都采用了延性的結構方式，延性結構方式的利用，對建筑物的剛硬程度實現了有效的控制，即使發生了地震災害，建筑物中的各種結構構件也可以處于塑性條件下，這種狀態下的地震釋放作用力得到了一定的釋放，有效減小了地震作用力對建筑結構所造成的損壞。總之，在高層建筑結構的抗震設計上，為提升其結構抗震能力，需注重多種隔震措施的綜合使用。

4結語

隨著高層建筑項目的增多，雖然這種類型的建筑結構實現了空間資源的有效利用，但對于結構設計的要求卻非常高，其中，抗震性是高層建筑結構設計中需關注的重點設計方面，有關設計人員需從高層建筑的結構設計要求和技術標準出發，采取恰當的抗震設計方法。

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Seismic Design of High-rise Building Structures

XU Zhipeng

（Taizhou Civil Architecture Design Co.， Ltd.，Taizhou Zhejiang? 318000）

Absrtact： At present， in order to effectively alleviate the shortage of land resources， building structures are showing a trend of high-rise development. The emergence of high-rise and super high-rise buildings effectively realizes the rational use of underground and above-ground space resources. However， because of the large height of high-rise buildings， the requirements for structural design are relatively high. Therefore， in order to achieve optimal seismic design， professional designers must start from a comprehensive perspective and adopt appropriate design methods. Based on this， this article focuses on the analysis of the seismic design influencing factors and design strategies in the structural design of high-rise buildings for reference.

Keywords： high-rise building; structural design; seismic optimization