高层建筑结构的抗震设计探讨王建顺

高层建筑结构的抗震设计探讨王建顺

王建顺

关键词：高层建筑；建筑结构；抗震设计

1导言

在高层建筑施工中，因其结构设计较为复杂，所以，对工程结构抗震设计要求较高。而在具体的抗震设计工作中，为了满足结构设计要求，应参照《抗震设计规范》，实施具体的高层建筑结构抗震设计工作。同时，在高层建筑结构抗震设计工作中，从多角度入手了解结构抗震特点，且分析结构中构件延性、结构体系、刚度分布、房屋体型等抗震薄弱环节，对其进行弥补，达到最佳的抗震设计效果。

2建筑结构抗震概述

国家根据相关资料，根据我国地理和地质的资料，经过严格的勘察，将地震分为不同的级别，一般来说，我国的地震分为六个级别，根据建筑物不同的设防标准，根据房屋高度和结构形式，对于钢筋混凝土结构，一般来说，抗震分为四个级别，分为很严重、严重、较为严重、一般。在高层建筑抗震中，混凝土结构应根据不同的地区的地震设防烈度和建筑高度进行严格计算。

3高层建筑结构抗震设计存在的问题

就当前的现状来看，高层建筑结构抗震设计存在的问题主要体现在以下几个方面：

3.1结构体系问题。即在我国高层建筑结构设计中，为了满足居民需求，注重在150m以上的建筑设计时，采取框—筒、筒中筒、框架—支撑体系结构设计方法。但因这三种结构设计方法涉及到了钢结构的使用，而钢结构在超过一定高度后，质量会随之减小，并表现出柔软的特点。所以，将影响高层建筑结构抗震性能。为此，应在高层建筑结构体系具体设计过程中把钢骨混凝土作为建筑结构材料；

3.2抗震设防烈度较低的问题。即在我国高层建筑结构设计中，界定中震是指50年内超越概率为10%的地震烈度，抗震设防烈度较低。同时，始终秉承着“小震不坏，中震可修，大震不倒”的建筑结构设计原则。此种建筑结构设计方法，远不如发达国家。所以，应针对抗震设防烈度较低的这一问题进行解决，并严格规范建筑结构抗震设计中梁柱承载力、轴压比、配筋率等各项参数；

3.3高度问题。即因部分建筑企业在高层建筑施工过程中，基于建筑层数的不断增加，开始表现出违反现行技术规程的行为。如，延性要求、材料性能、荷载取值超标现象，影响到了建筑结构整体抗震水平。

4提高建筑抗震设计的措施

根据建筑结构抗震的影响因素，我们提出下面的抗震设计措施，当然，建筑抗震需要考虑多方面的因素，但下面的因素是最有必要考虑的。

4.1选择正确的结构体系

高层建筑抵抗水平力成为主要矛盾，因此，选择抗侧力较大的结构体系是关键问题，针对高层建筑的结构类型，我们主要选择以下两种结构类型进行讨论：

框架结构作为高层建筑结构设计时，当建筑物层数较少时，水平荷载对结构的影响较小，而框架结构体系比较合理，当层数较多时，框架结构在水平力作用下，内力分布不均匀，由于层间屈服强度特别弱的楼层的存在，框架结构的构件截面惯性矩较小，很容易导致侧向变形，在强地震作用下，框架结构的薄弱层很容易先屈服，出现弹塑性变形，并出现应力集中现象，短柱一般会出现剪切破坏，尤其是柱端更容易发生破坏，因此，框架结构适合以剪切变形的结构中，主要用于非抗震设计和层数较少的建筑中去。

剪力墙结构属于弯曲变形为主的刚性结构，剪力墙的内力完全接近材料力学中的直线分布规律，其地震力靠最终是由界面的内力偶负担的，连肢墙通过连系梁等许多墙肢工作，地震力矩由多个墙肢的截面内力矩和连梁对墙肢的约束力矩共同承担，设计原则是梁最先屈服，墙肢发生弯曲破坏并丧失承载能力。当连梁钢筋屈服并有延展性时，可以吸收大量的地震能量，并且可以传递弯矩和剪力，对墙体有约束作用。

框剪结构是刚柔并济的一种结构体系，能够具有框架和剪力墙结构的优点，框架和剪力墙共同承担水平力，通过各层楼板使其变形一致，从受力特点来看，框剪结构由于其变形的各项协调性，在顶部框架结构协助剪力墙抗震，底部剪力墙帮助框架抗震，因此，框剪结构具有最好的优点。

4.2正确认识高层建筑的受力特点

高层建筑本质是一个竖向的悬臂结构，垂直荷载主要是结构的轴向力和建筑的高度成线性关系，水平荷载导致结构产生弯矩。从受力上来看，垂直荷载基本不变，而水平荷载则可能来自任意方向，而且随着建筑的高度的增加而增加，如果水平荷载是均布荷载，那么弯矩与建筑的高度呈二次方变化，侧移与建筑高度成四次方变化。因此，水平荷载的影响远远大于竖直荷载的影响，在进行剪力墙设计时，一定要让侧向变形控制在结构变形的允许范围内。

4.3选择合理的结构布置

高层建筑的结构类型要满足建筑功能的要求，尽量做到经济合理、方便施工，建筑物的各项建筑要求如层高、进深和体型要满足使用要求，尽可能的使用标准层，统一柱网布置。高层建筑物最重要的是位移控制，除了平面体型的变化和结构的总体刚度外，一定要考虑尽量减少结构的位移。在结构布置时，应考虑结构的整体性和刚度，让整体构件受力均匀，同时应加强结构的整体高度，选择合适的体型，尽量采用刚度大的方形、圆形、矩形等建筑，将建筑体型和结构抗震有效的结合起来。

4.4结构均匀性优化设计

在高层建筑结构抗震性能具体设计中，为了保证建筑使用安全性，注重保持建筑结构刚度均匀性也是非常必要的。

首先，在建筑结构均匀性设计中，应做好主体抗侧力结构的设计工作。即遵从“相近”原则，科学部署建筑主体抗侧力结构的两个主轴方向，继而通过两个主轴方向的刚度均匀性部署方法，应对地震作用。即地震作用表现出风荷载方向任意的特点。所以，若采取主轴方向刚度相近的设计方法，可进一步增强高层建筑抗震性能，达到最佳的建筑结构设计效果。

其次，待主体抗侧力结构设计完毕的基础上，应以“均匀性”为指导思想，展开主体抗侧力结构构成和竖向断面的设计工作，这种结构设计方法可满足高层建筑抗震要求。

再次，在高层建筑结构优化设计中，为了有效预防地震作用，应在主体抗侧力结构平面部署时，尽量保持同一主轴方向刚度的均匀性，避免因一、二片刚度较大的问题，造成地震时应力集中，发生建筑坍塌事故。

4.5结构延性优化设计

在高层建筑结构设计中，注重结构延性的优化设计也可增强高层建筑抗震性能。而在高层建筑结构延性优化具体设计中，若采取的是钢筋混凝土框架结构设计形式，那么应在高层建筑施工中，遵从抗震性能设计要求，以“强柱弱梁”的设计方法，优化高层建筑结构延性，避免地震发生时对建筑结构造成破坏。此外，因配箍特征值过大时，高层建筑结构中的构件会表现出变形问题，影响建筑抗震效果。为此，应在结构优化设计期间，以剪压比限值的优化设计方法，提高高层建筑结构延性，达到最佳的结构抗震设计目的。

结束语

高层建筑结构抗震设计工作的展开关乎着人们生命财产安全。所以，在高层建筑建造数量逐渐增多的背景下，应从结构体系优化设计、结构均匀性优化设计、结构延性优化设计三个方面入手，进一步优化建筑框架—剪力墙的设计过程。同时，在满足结构造价、重量要求的基础上，保证结构方案设计中裂缝最小、挠度最小，最终通过科学的设计，增强高层建筑结构抗震性能，避免因地震灾害造成高层建筑坍塌，威胁人们生命安全。

参考文献：

[1]沙乃健.超高层建筑结构抗震设计要点探讨[J].住宅与房地产，2016，（36）：44.

[2]马秀.高层建筑结构抗震设计探析[J].中国建材科技，2016，25（04）：74-75.