高層建筑結構抗震性能處理措施分析與設計

來寶文

（中鐵二十一局集團有限公司勘察設計院，甘肅 蘭州 730000）

為了更好地滿足社會發展實際需求，現如今人們生活中出現了大量的高層和超高層建筑，不僅有效提高了土地資源利用率，同時還增加了城市的美感。但高層建筑結構需要對其抗震性能引起重點關注，否則一旦地震來臨會造成不可預估的損失。

1 高層建筑結構抗震設計要求和基本原則

首先，想要有效提升高層建筑結構的抗震性能，在工程最初設計階段工作人員就需要保證設計圖紙計算內容的精準性，確保抗震設計可以很好地滿足高層建筑結構實際建設要求。在此過程中需要充分結合高層建筑所處的地理位置合理確定每一個結構數據，同時還要對建筑工程和施工現場具體環境進行綜合考慮，保證工程結構的抗震性能滿足相關標準和要求。在高層建筑結構抗震剛度和強度都滿足要求基礎之上，還需要進一步確定建筑工程施工材料，為建筑工程施工質量的不斷提升奠定堅實的前提基礎和保障。

其次，對于高層建筑結構來看，其最基本的抗震目標就是當工程結構遭受到低于本地區抗震設防烈度地震的時候，建筑主體結構不會受到嚴重的破壞，也無需進行修復處理；當遭受到和本地區抗震設防烈度相當的地震強度的時候，可能會對建筑主體結構造成一定程度的損壞，但經過簡單修復處理之后便可以繼續使用，這就對工程結構的韌性和彈性都提出了更高的要求；當遭受到強度大于本地區抗震設防烈度的大地震時，工程結構雖然會受到較為嚴重的損壞，但不至于出現倒塌事故，也不會危機居住著的生命安全［1］，此時就對建筑結構的抗變形能力提出了更高的要求。

2 高層建筑結構抗震設計的重要性

在高層建筑工程建設過程中，抗震性能至關重要，只有保證高層建筑結構的抗震性能嚴格滿足設計基本原則和要求，才能保證工程整體結構抗震性處于良好的狀態，而且這一問題和建筑物乃至人民群眾的生命財產安全都息息相關，可見做好高層建筑結構抗震設計工作的重要性和必要性。

我國大多數高層建筑結構的抗震能力相對還是比較強的，甚至很多地層建筑結構的抗震性能都遠遠不及高層建筑工程。所以很多地震中更多倒塌的建筑物為低層建筑結構，而非高層建筑。但由于高層建筑的層數比較多，高度大，所以在遇到地震的時候往往會出現較為嚴重的搖晃現象，所以對其整體結構的抗震性要求也非常嚴格。通常情況下我國高層建筑結構的抗震性能要達到7度以上，由于地震的不可預測性，在真正遭受到地震的時候難免會造成一定的損壞，我們只能是通過對建筑結構的合理設計盡可能減低損失，保證人員的生命安全［2］。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。

3 高層建筑結構抗震性能水準

3.1 小震作用下性能水準

這項性能水準對建筑結構的各項指標均提出了較高的要求，使周期比和位移比均滿足了建設規范，尤其是對于高層建筑結構的扭轉效應產生了良好的控制。每個樓層的側向剛度都達到了一定的標準，與相鄰上部樓層的側向剛度相比可以達到其標準的70%，而與相鄰三層樓層的側向剛度相比則可以達到其平均值的80%左右。建筑結構的各方向布置均符合規范規則，不存在薄弱層都有質量缺陷的樓層；同時各樓層之間的位移角的大小達到了建筑工程標準，而高層結構頂點的最大加速度限值也滿足了標準規范，此外從整體上來看無論是樓層結構的側向剛度還是舒適度都在合適的范圍內。當剛重比大于1.4時高層建筑結構的整體穩定性可以得到有效的保障；而當剛重比大于2.7時［3］，則不考慮重力二階效應。對建筑結構在該性能水準下的計算結果都滿足《高規》的相關要求，同時振型分解反應譜法和時程分析的結果具有相同的統計意義。在對高層建筑結構緩解地震作用時產生的效應進行計算時，按照工程要求已將結果取平均值，而對震型分解反應譜法計算結果則取的是較大值。

3.2 中震作用下性能水準

高層建筑物在該性能水準要求下具有較高的抗地震作用能力，在設防烈度的地震作用下建筑結構會進入非彈性工作階段。同時，地震對高層建筑結構體系的損壞程度不會進入不可修復的范圍，對于重要的結構構件例如支柱，剪力墻底部加強部位等建筑結構應該始終保持不屈服的狀態，這樣在地震作用結束之后便可以通過對建筑結構進行簡單的修復即可以繼續使用。一般情況下，中震的烈度比通常遇到的地震烈度約大1.55°，在進行計算分析時要將建筑結構的水平地震影響系數調整到0.23，相較于小震下的0.08有所升高［4］。此外，對于建筑材料的強度也會有所提高，例如抗震承載力調整系數取1.0等。

3.3 大震作用下性能水準

通常建筑物在該性能水準下具有較高的抵抗地震作用能力，在地震中結構不會產生扭轉效應，同時建筑結構的最大側向位移和水平位移限值均滿足規范要求，并且在局部樓層梁上會出現塑性鉸對建筑結構進行加固。此外，在地震作用下建筑周圍的型鋼混凝土柱絕大部分都不會進入塑性階段，因此可以有效的確保底部的剪力墻始終保持著較好的承載能力。

4 高層建筑抗震性能處理措施及設計優化對策

4.1 加強抗震防線設計

隨著人們對高層建筑抗震效果的重視程度的提高，相關設計人員除了要確保建筑基本的設計標準以及安全建設標準，還需要提高現代混凝土結構的抗震性能。在設計高層混凝土建筑的過程中，需要加強抗震防線的設計。如果發生地震，那么建筑物可以處于多條防線的保護下，盡可能地防止出現混凝土結構坍塌的情況，從而增強建筑結構的平衡性［5］。因此，設計人員需要根據國家所制定的相關標準，科學設計混凝土結構的抗震級別，不斷提高混凝土結構的安全性和穩定性。

4.2 合理選擇設計位置

在建設高層混凝土建筑的過程中，還應該合理地選擇其設計的位置，設計人員要親自到施工場地了解和掌握相關布局以及場地的地質情況，同時也要綜合考慮該地段的建筑是否存在社會價值和商業價值。針對地質情況以及地形條件比較復雜的位置區域，強化各個不同層面的管理和控制，不能將建筑物設計得太高，需要有效確保地基的設計和安排的科學性。而具體的設計和建設情況還應該根據實際情況進一步有效分析，不同種類的高層建筑物之間需要進行更加具體的對比分析。

4.3 合理選擇結構類型

在設計高層混凝土建筑結構的過程中，相關的工作人員應該結合該建筑的實際需要以及建筑的結構，合理地選擇相適應的建筑結構類型，同時還需要結合建筑物的類型以確定設計方案。針對底層住房空間比較大的樓層，需要在建筑物的外圍設計保護結構，這有利于提高建筑物整體的平衡性，以保證建筑的安全性。針對樓層比較高的建筑物，還需要增強抗震能力的設計，以此提高建筑的穩定性。另外，為了確保車輛能夠正常出入，還需要為其預留一定的通行位置［6］。

4.4 提高基礎機構設計的合理性

高層混凝土建筑工程的設計和施工具有一定的難度，而其整體質量的好壞和基礎機構的設計有著非常密切的聯系。建筑的底框結構具有較強的實用性，可以適用于比較多的建筑項目，而且能帶來一定的經濟效益。但是底框結構也有一個比較大的問題，就是在具體的施工建設過程中，存在剛度分布不統一的問題，容易導致主體出現裂開的情況，這不利于保證建筑物結構的穩定性和安全性。

4.5 加強對建筑承受力的考慮

在具體設計建筑結構的過程中，需要對建筑物的壓力承受能力進行合理的分析和計算，這是優化高層混凝土建筑抗震結構的重要因素。因此，有關的設計工作人員應該加強對建筑承受力的考慮和重視，采用一定的彈性策略，以保證高層建筑工程的平衡性以及安全性。為了提高建筑的抗震能力，在設計的過程中可以適當減少水平方向的側移程度，同時減少建筑物本身的重量。除此之外，在具體的設計環節中，對于比較重要的數據還要進行更加具體的分析，全面考慮其給建筑抗震結構設計帶來的影響。

4.6 妥善落實建筑抗震性能的加固設計

通過分析目前我國的高層建筑抗震設計情況可知，很多建筑的抗震方式比較簡單，抗震的能力也不強。因此，當建筑物遇到強烈的地震發生時，就會產生不同程度的破壞和坍塌，從而造成嚴重的人員傷亡事故。為此，在設計高層混凝土建筑抗震結構的過程中，需要妥善落實建筑抗震性能的加固設計工作。在具體的施工過程中，施工人員要科學合理地分布建筑結構的剛度和強度，防止出現薄弱層。

總而言之，高層建筑是現代化城市發展的主要載體之一，成為諸多城市的地標性建筑。隨著我國城鎮化進程的加劇，為滿足人們對建筑美觀、舒適等多樣化需求，圍繞高層建筑的理論研究、分析設計和建造實踐正在不斷發展完善。高層建筑結構抗震性能處理和設計工作還有很多方面值得深入研究和創新發展。