高層建筑結構抗震設計方法

楊其航

（棗莊市建筑設計研究院，山東 棗莊 277100）

現如今，隨著社會經濟的快速轉型與升級，城鎮化進度的不斷加快，推動建筑行業的快速發展，特別是隨著我國高層建筑工程規模的不斷擴張，使人們居住環境、辦公環境發生明顯改變。比如，高層建筑可以居住很多人，建設過程中需要投入很多成本，若建筑結構抗震設計缺乏合理性，當遭遇強烈地震時，極易對人們的生命財產安全造成嚴重威脅，因此從設計人員方面來看，需要高度重視建筑結構設計，根據建筑工程的具體狀況，熟練掌握建筑結構設計要點，最終全面提升建筑工程的總體質量，強化建筑工程的抗震強度[1]。

1 高層建筑結構抗震設計

1.1 設計流程

抗震設計指的是建筑工程設計時，立足于整體結構的角度，根據建筑結構強度、剛度、軸壓比及延度等方面的設計狀況，設計行之有效的建筑結構抗震設計計劃。因為汶川地震產生的影響，我國對建筑結構抗震設計的重視程度越來越高，同時對《建筑抗震設計規范》等一系列文件進行相應調整和完善，確定了建筑鋼結構的阻尼比、隔震結構水平向減震系列等指標，同時針對建筑結構抗震設計提出非常嚴格的標準和要求[2]。

所以在當前高層建筑結構抗震設計工作開展過程中，應結合建筑結構的類型、受力分析及結構體系等設計，明確的抗震設計方案。另一方面，還應結合地震強度對建筑結構產生的不良影響及各方面因素（阻尼等建筑材料、可屈服構件剛度折減系數、結構及彈性構件等），設計詳細的抗震結構方案。

1.2 建筑結構體系參考標準數據

通過對上文內容進行敘述可以得知，在高層建筑結構抗震設計中，剛度折減系數發揮著至關重要的作用，其與結構、構件的剛度折減系數存在非常大的不同，能夠直接影響建筑投入使用后的承重能力及抗震能力。鋼筋混凝土結構經常見到的彈性模量折減系數和剛度折減系數如表1、表2 所示。在高層建筑結構抗震設計過程中，應根據各種建筑結構的標準參數，精準計算建筑設計方案的抗震能力、承重能力，保證建筑工程投入使用后，可以實現理想的預期稱重與抗震效果。

表1 溫度作用下混凝土彈性模量的折減系數

表2 預應力度與剛度折減系數

2 高層建筑結構抗震設計的重要作用

2.1 高層建筑結構抗震設計的設計要求和原則

其一，高層建筑工程結構想要強化自身的抗震性，應精準計算高層建筑結構設計圖紙的每個部分，確保工程施工圖紙和抗震設計要求相匹配，進而強化高層建筑物抗震性能。根據高層建筑物結構建設地基所在的位置，結合圖紙確定每個結構數據、現場建筑狀況及施工環境，促使高層建筑物的建筑結構抗震設計符合抗震設計提出的要求。

其二，高層建筑結構抗震工作開展過程中制定的設防目標為：當建筑物遇到的小震低于當地抗震設防烈度時，建筑工程項目的主體結構沒有遭到破壞或者是不用修繕，方可連續使用；如果遇到的設防地震級別等同于當地抗震設防烈度時，極易破壞建筑物項目的結構主體，但是經過修繕后依然能夠繼續使用，但是需要高層建筑物結構具有較強的韌性與彈性，使高層建筑結構遇到中度地震時，可以避免不必要的經濟損失；另一方面，如果高層建筑結構遇到的大震級別高于當地抗震設防烈度時，高層建筑結構會倒塌，甚至嚴重威脅群眾的生命安全，所以這就要求其具有較強的變形能力，這樣可以使高層建筑遭遇罕見大震時，其主體結構不會倒塌[3]。

2.2 高層建筑結構抗震設計的重要性

抗震設計工作在高層建筑結構設計中起著至關重要的作用，所以對高層建筑結構抗震設計的要求與基本原則同樣需要提出相關要求。就高層建筑結構而言，抗震性能的優劣可以對建筑物中的人員安全造成直接影響。如果遭遇地震時，高層建筑結構往往具有較強的抗震性能；然而就低層建筑結構而言，其自身的抗震性能或許不能達到高層建筑結構的抗震性能。所以，當遇到大地震時，通常坍塌的是低層建筑。就高層建筑結構而言，當遭遇地震時會出現劇烈搖晃，因此非常有必要強化高層建筑結構的抗震性能。

通常而言，如果遭遇級別更高的地震時，高層建筑物的結構與多層建筑結構均會受到一定的損壞，為了避免地震對群眾造成不必要的損失，需要有效保證高層建筑物的抗震性能。新型房屋設計通常以高層建筑結構為主，由于高層建筑物的結構較高，與多層結構設計相比具有一定的難度。所以，設計人員非常有必要加強建筑項目結構的抗震設計，其設計高層建筑物結構圖時，必須要設計好抗震結構，如此一來可以使高層建筑物結構符合抗震性能設計的要求。

3 高層建筑結構抗震設計存在的問題

3.1 建筑高度超出規定建設標準

我國疆土遼闊，國土面積非常大，東西南北橫跨較大區域，就建筑行業而言，由于區域差異化明顯，因此不同地區對建筑物高度提出的要求迥異不同，不同地區針對建筑物高度制定了詳細的規定。就建筑企業而言，需要嚴格根據相關規定與要求開展工作。但是從具體狀況來看，有些建筑企業為了實現自身經濟效益最大化，在施工過程中使建筑物的建設高度超過預設高度，這種情況對建筑抗震水平造成間接影響，如果遇到強烈地震，“超出標準”的建筑因地震外力的影響，極易出現破壞，從而對建筑物的安全性造成直接影響。

3.2 施工材料選擇不恰當

高層建筑工程施工設計時，材料的選擇可以對建筑抗震水平與總體質量產生直接影響，特別是針對經常發生地震災害的板塊交界地帶，對于這些地區來說，高層建筑施工前，需要嚴格選擇施工材料。當前，我國建筑工程施工建設過程中離不開鋼筋與混凝土這兩種主要的施工材料，若這兩種材料在設計過程中存在問題，極易改變高層建筑的結構，因此這就需要采用相應的措施強化高層建筑結構混凝土的強度，或利用設計增強結構抗側移能力。

3.3 地基選擇不合理

高層建筑工程施工過程中，如果選擇的地基不合理，通常會為高層建筑物結構抗震性能設計工作的開展增加困難。建筑物地基的概念是支撐建筑地基的土體或者是巖體，所以地基是高層建筑結構中的根基，選擇恰當的地基有利于保證高層建筑結構的穩定性與安全性，選擇良好的地基可以確保高層建筑結構符合建造要求，滿足設計標準。為了安全使用高層建筑物結構，選擇地基時，需要讓結構設計的可靠性與強度符合基本要求。因為地基承載著高層建筑結構上部分的重力，所以非常有必要保證結構的可靠性與強度。

如果地基選擇不合理，會直接影響高層建筑物結構的平穩性和安全性，若承載力不能符合高層建筑施工的相關要求，就會改變高層建筑物結構。雖然這棟建筑結構在地震中出現傾斜的情況，但是從整體結構來看相對完整，這種現象對建筑物的強度帶來嚴峻考驗，主要是因為軟土地基造成的影響，其是建筑工程傾斜的主要因素，高層建筑物的地基與打樁深度沒有任何損壞，例如常規超高層建筑中，高層建筑物應將打樁深度保持為建筑物高度的1%，這樣當高層建筑遇到地震時，傾斜的可能性非常小[4]。

4 高層建筑結構抗震設計方法

4.1 注重建筑結構整體性

高層建筑結構抗震設計工作開展過程中，建筑結構的總體性決定著其抗震性能，設計過程中需要采用恰當的手段，如此一來可以實現理想的抗震設計效果，提升建筑結構的完整性。高層建筑物結構抗震設計時，需要綜合考量構件損壞的情況，避免高層建筑出現延性剪切的現象，通過有效解決構件問題，采用強剪弱彎的手段，提升高層建筑結構的設計水平。受到地震的影響，損壞高層建筑的剪切力不同于因地震造成的抗剪切力損壞構件問題。高層建筑物應高度重視延性，強化其抗震能力，有效開展高層建筑抗震設計工作，實現理想結構延展性效果。比如，通過加強對受拉鋼筋配筋率的控制，提升高層建筑物結構的穩定性與整體性，增強高層建筑結構的抗震能力，完善與創新高層建筑的抗震結構方式，提升建筑結構的精密性[5]。另外，還需要科學合理地控制高層住宅建筑的夯實狀況，確保地基的穩定性與牢固性，強化地基對建筑總體承載能力，科學設計結構方案，設計抗震墻，利用加固梁柱節點等措施，強化高層住宅解決水平剪應力的能力。

4.2 選擇合適的建筑材料

高層建筑工程的施工質量與抗震性能的好壞主要取決于建筑材料的質量，高層建筑作業期間，針對高層建筑施工質量和抗震設計應加大控制力度，這就需要科學選擇建筑材料，確保應用在建設過程中的材料與相關要求相匹配。高層建筑作為一種體量較大的項目，在施工建設過程中需要使用很多的建筑材料，所以挑選材料過程中應綜合考量多個方面的因素，這樣能夠快速增強高層建筑建設結構的抗震能力。高層建筑工程施工時，還需要依據施工場地的建設情況，對當地的地質條件、環境等進行深入分析，挑選符合抗震要求的高質量施工材料，特別是在我國一些頻發地震災害的地區，復合材料是高層建筑結構抗震設計過程中經常使用的一種材料，通過注重高層建筑結構的平穩性，強化高層住宅防范地震災害的能力，減輕建筑總體重量，確保完好的質量效果，避免地震災害，為居民創設良好、安全的居住環境。

4.3 選擇合理的地基位置

當發生地震時，為了使高層建筑更好地保護人員生命安全，減少不必要的財產損失，應選擇恰當的地理位置。當高層建筑遭遇地震時，會出現程度不一地損壞。所以，就高層建筑而言，應挑選有利于抗震的地理位置建設高層建筑，防止高層建筑受到自然災害影響，減少地震對其造成的不必要損失[6]。針對地基的挑選，需要采用恰當方式全面勘察建筑地塊，然后明確符合層數較高建筑住宅的位置，防止高層建筑在劣質地基段施工建設。高層建筑結構的等級可以對其結構產生不利影響，所以挑選恰當的基礎結構，能夠防止因地基選擇不恰當對高層建筑結構造成不利影響。

當挑選地基時，必須要全面了解地基周邊的水文地質狀況，確保高層建筑結構擁有一個合理的修建場所，避免因水文地質的影響，降低高層建筑結構的抗震性能。施工設計工作人員需要反復討論高層建筑結構的抗震設計方案，多聆聽專家提出的意見，最終確定適合高層建筑抗震的施工方案。

5 結論

總而言之，地震屬于一種經常見到的自然災害，可以對人們的生命財產安全帶來直接影響，高層建筑工程施工建設過程中應加強抗震設計，這需要得到設計人員的高度關注。設計人員需要根據高層建筑結構抗震設計過程中存在的一系列問題，通過注重住宅結構總體性、選擇合適的建筑材料及選擇合理的地基位置針對性地解決措施，增強高層建筑結構的抗震能力，實現理想的抗震效果，最終為建筑行業健康穩定的良性發展保駕護航。