高層建筑抗震設計探究

郝存毅 易洪宇

（華北理工大學，河北 唐山 063000）

地震作為一種自然災害，難以預料，其對建筑結構破環較大，易造成損失和安全問題，因此在建筑設計時應考慮抗震設計[1]。隨著人口的不斷增長，人們的需求增加的同時，高層建筑的數量也在增加。在這種情況下，我們應更加重視高層建筑的抗震結構設計，尤其是地震多發的區域。與此同時，關于高層建筑的抗震措施和技術也應與時俱進，以此來提供更好的辦公和居住環境。

1 抗震設計的重要性

我國地域廣闊，包含了不少地震帶，地震發生次數較多，世界各大陸地震中大約1/4 的大地震發生在我國，對人們造成的傷害不言而喻。因此，我們迫切需要做好預防地震的措施，使建筑物的穩定性和抗震能力得到提高，從而減少對人們的傷害和損失。

隨著我國城鎮化建設的推進，高層建筑已經較為普遍。高層建筑雖然在一定程度上代表了繁榮，但同時也會產生許多的問題，國家已經開始嚴格監管高層及超高層建筑了。例如，2021 年就出臺了相關規定，控制新建的超高層建筑。根據我國的發展情況，高層建筑還會進一步發展，需要逐漸提升相關技術，而這里面的抗震設計就顯得格外重要。目前我國的抗震方面的技術在國際上并不領先，亟需國家完善有關制度和政策，明確高層建筑抗震設計的相關標準[2]，使大家對高層建筑抗震設計的重要性認識得到提高。

2 抗震效果的關鍵影響因素

2.1 工程所需資料的準備

在進行抗震設計前，首先需要準備相應的工程資料，這些資料包括建筑設計的參數、建筑場地的地質條件等。這些資料的收集和處理對建筑設計有著重要的影響，設計人員需要根據這些資料進行分析設計，來完成對高層建筑的抗震設計[3]。例如，通過對地質條件的勘測，提前預防躲避，避免山體滑坡、地基塌陷等地質災害對建筑物的破壞。

2.2 高層建筑物的抗震設計

建筑物的抗震設計對建筑物抗震效果的影響是顯而易見的，所以需要重視建筑物設計方面的科學性、合理性。而抗震設計主要取決于設計的人員，因此設計人員的設計經驗、理論知識的應用等方面的因素都會影響到最終的抗震設計。

在抗震設計時，要針對建筑物的實際情況具體分析，尤其是高層建筑結構比較復雜，需要對抗震性能進行不斷的優化。例如，在進行不規則結構設計時，需要調整偏心距、扭轉力之間的關系，調整扭轉效應。通過各方面的調整后，提高建筑物的抗側力水平[4]。在設計人員方面，也應多人考慮，層層把關，將多人的經驗和知識相結合，相互彌補，最終得到較為適合的設計方案。

2.3 實際施工過程

實際施工的質量是抗震性能的重要保障。應當對建筑材料進行合理地選擇，不同材料的性能、承載力等方面都會不同，選用不同的材料，會對建筑物的抗震性能產生較大的影響。這就需要全面分析高層建筑結構、剛度等，再對建筑材料進行選擇，避免因為材料選取的不恰當，而影響抗震設計的實際效果。例如，可以選擇輕質材料減輕自重或者新的隔震、抗震材料來使抗震效果增強。除了建筑材料的嚴格選取外，在施工時的各個環節都需要密切監督，把握好實際施工的質量，在任何環節都不可放松警惕。只有這樣，才可以與其他的方面相配合，使高層建筑物達到理想的抗震效果。

3 抗震設計的要求和原則

3.1 確定合適的結構體系并滿足整體性要求

高層建筑物是由各個部分組成的一個完整的結構體系，并且具有一定的整體性，這關系到建筑物抗震能力的強弱。確定結構體系時，應當結合不同地區的具體情況，滿足當地的抗震設防烈度的要求。與此同時，要結合建筑物設計的建筑高度、建筑選地等其他各種因素來進行結構體系的確定，保持結構剛度、強度等因素的協調。高層建筑結構的整體性提高，其抗震能力也會提高，例如強柱弱梁、預制混凝土樓板的連接等措施，其實都是為了提高結構的整體性。構件之間的可靠連接可以使構件的承載能力得到充分的發揮，同時，也可以更好地滿足在地震時結構剛度、強度的要求[5]。不僅是結構構件，對于內隔墻、女兒墻等非結構構件也應當采取相應的措施，可以將非結構構件的材料進行替換，使其在連接處可以有一定的形變空間。如果想提升整體剛度，也可以改變材料性能，讓非結構構件具有一定的承載力，例如將填充墻改為抗震墻。

3.2 選擇合適的結構構件以滿足結構剛度要求

各個結構構件要滿足剛度要求不發生破壞，才可以使整體結構不被破壞。設計人員需要根據尺寸、材料等因素來確定整體結構要滿足的剛度要求，并且通過各種技術與建筑材料來控制結構變形和保障結構剛度，而這就需要結構構件滿足一定的質量要求，其應當具有良好的延性，這樣也可以提升建筑抗震設計的實際水平。

由此可見，整體結構和構件應將剛度和柔度協調好。結構太剛會讓結構進行硬性碰撞，容易使局部破壞。而結構太柔，延性變形過大，也會導致結構位移過大等致命問題[6]。所以這就需要設計者運用專業知識進行嚴格設計和選擇。

3.3 選擇合適的場地并且多道設防

選擇良好的地基和基礎是首先要考慮的問題，對于高層建筑更為重要。在選擇場地時，應當讓專業人員事先進行勘測和評估，避開不利的地質條件區域，選取抗震性能較好的場地進行建設。例如，避免軟土較多的區域、地質存在裂縫區域和可能發生地質災害的區域等等。在對基礎和地基進行施工時，也要嚴格要求，這是高層建筑物關于抗震性能關鍵的第一步。

在設置防震措施時應設立多道地震防線，如果只有一道防線，那么抗震效果會比較差。地震在縱波和橫波之后，還會有不同程度的余震等震動，這會導致即將倒塌破壞的構件被進一步破壞，如果設置多道防線的話，相當于構成了一個保護的體系，多層保護可以避免部分構件被繼續破壞的情況，從而減少損失和傷害。

3.4 注意高層建筑形狀和結構的規則性

高層建筑物的立面和平面形式會影響建筑物的抗震性能，因此在設計時應注意結構的規則性。高層建筑設計時應盡量滿足規則性，將平面設計成對稱面，這樣有利于對建筑的破環程度進行監測和評估。隨著社會的發展，建筑物在美觀方面的要求也逐漸提高，出現了不少的不規則設計。但是仍然要注意，在高層建筑結構中，需要符合建筑結構的設計標準，在追求建筑個性化美觀的同時，也要注意抗震性能的要求，需認真及時地分析調整設計中的不規則問題。如果這些局部的不規則問題不能被很好地處理，那么就會嚴重影響建筑物的抗震性能，所以分析抗震實施的技術要點，對不規范的問題進行處理具有重要的意義[7]。

4 高層建筑設計存在的問題

隨著城市化的發展，高層建筑也隨之興起。在高層建筑的設計中，工程師和設計者往往沒有有效地結合實際的各種特點來落實建筑結構的抗震建設。現階段我國高層建筑的建設問題仍然存在，這使高層建筑的整體質量和耐久性受到嚴重威脅，不利于發揮高層建筑的抗震性能。

4.1 高層建筑選址問題

城市人口不斷增加，對建筑的需求也在增加，而城市的土地資源有限，開發商為了謀取利益，會盡量開發土地資源，從而降低了開發地址選擇的標準。在這種情況下，地質條件就會有更多的不確定性，會對建筑物的抗震性能產生一定的影響[8]。而高層建筑對地基的要求更加嚴格，要保證土質密實，考慮多方面因素，如果選擇不完全合適的場地作為地基，會造成更大的安全隱患。

4.2 高層建筑材料問題

建筑材料的質量直接關系到建筑物整體的質量，因此在建筑材料的選取上應嚴格分析與把控。而少部分商家為了獲得更多的利益，在建筑材料的選擇上并沒有嚴格把關，這會導致建筑物的抗震性能降低，對高層建筑的影響更為巨大。在真正遭遇地震時，會致使建筑結構被破壞，造成損失和傷害，具有很大的安全隱患。所以在選取材料時必須保證質量，這樣才能使抗震能力符合要求。

4.3 高層建筑的高度問題

隨著人口的不斷增長，土地資源變得越來越緊張。少數承包商為了獲得更多利益，將實際建筑高度設置為高于設計安全高度，完全無視建筑安全。當實際高度超過安全高度時，建筑物的抗震性能就會顯著降低，在發生地震時，對人類生命造成嚴重威脅的可能性會增加。而國家在這方面的監管力度也在不斷加大，在2020 年和2021 年都出臺了相關政策對高層建筑的建設進行限制。在國家的嚴格監督下，相信以后這方面的問題也會逐漸減少。

5 提高高層建筑抗震設計質量的措施

5.1 利用現代先進的信息技術

設計技術對高層建筑的抗震設計會產生較大的影響。以前的設計都是依靠設計人員的人力進行計算分析，而現在技術有了很大的進步，可以利用BIM 技術、有限元等軟件對抗震結構進行必要的計算分析和可視化模擬，有利于問題的解決，最終使抗震設計更加合理[9]。并且，還可以建立完整的信息化技術體系，利用BIM 技術整合各種項目的相關信息，使工程涉及的各個團體都能對建筑信息得到正確理解，在提高生產效率、節約成本等方面發揮了重要作用。

5.2 保證結構參數的準確

在高層建筑抗震設計時，應對實際建筑的位置、地質環境等進行全面的勘測，以得到準確的數據，高層建筑的抗震設計以此數據為基礎，結構設計的參數就會更加精確，而結構設計也會更加合理，與實際情況相符。并且在設計時，可以利用計算機軟件和現代的技術建立模型，并進行計算，保障結構參數的準確和合理，從而提高建筑結構的穩定性，增強其抗震能力。

5.3 選擇合理的結構體系和結構布置

高層建筑的結構體系有很多，包括框架剪力墻結構、框架核心筒結構、筒中筒結構和鋼砼混合結構等。高層建筑結構各體系的適用范圍不同，在進行抗震設計時要針對高層建筑的實際情況，采用合理的結構體系。這不僅需要考慮結構的豎向受力和抗側力構件的布置，同時也要設立多道地震防線，并且不斷地調整不規則設計，進行立面與平面的協調，使其達到所需的抗震效果。

5.4 采用高延性結構和減隔震技術

高延性設計可吸收更多地震能量，承受更大的變形，并減少地震造成的破壞。當建筑物設計為塑性結構時，雖然結構的變形會增加，但地震力不會迅速增加，內力也就不會增加，因此塑性結構可以降低結構的承載能力要求。同時，還可以利用減震和隔震技術來提高建筑物的抗震性能。可安裝隔震支架，增加整個結構的自振周期，從而減少輸入地震效應，起到預防作用[10]；阻尼器等裝置也可用于吸收提供給結構的能量，降低主體結構的地震作用，這也將提高建筑物的抗震能力。

6 結語

地震是無法預料的自然災害，需要及時采取措施來預防。高層建筑的抗震設計會直接影響到人們的安全問題，并且我國的高層建筑數量也在增長，因此必須高度重視這個問題。雖然我國在工程技術方面擁有豐富的經驗，但也需要不斷地探索和提高。設計人員在進行高層建筑抗震設計時要注意到抗震效果的影響因素，滿足抗震設計的原則和要求，并采取相應措施保證高層建筑的抗震能力，減少安全隱患，為人們的生活和工作提供更加有力的保障。