高层建筑结构抗震设计研究

高层建筑结构抗震设计研究

张蓉

哈尔滨工业大学建筑设计研究院 黑龙江哈尔滨 150090

摘要：经济的发展，促进建筑工程项目逐渐增多。我国现代建筑层数越来越高，结构形式也越来越多。对于高层建筑结构来说，其抗震性能及其安全性对于人们居住有着很大的影响，因此，高层建筑的抗震设计需要从高层建筑的结构设计、材料选择、地理位置的选择等方面进行综合思考，从而使其满足可持续发展的原则，使高层建筑达到抗震设计要求，避免因自然灾害造成人员伤亡和财产损失。本文就高层建筑结构抗震设计展开探讨。

关键词：抗震设计研究；高层建筑结构；抗震结构

引言

高层建筑物的出现，极大地改善了城市人群的居住环境，也有效地丰富了城市建筑物的类型。在高层建筑结构设计的过程中，不仅要满足建筑物本身的各种特性，还要结合具体的使用目的、环境安全进行专业有效的设计，并对结构内部的各个要点进行可靠设计，以最大化地满足高层建筑的优势发挥。

1层建筑结构抗震设计的重要性

1.1高层建筑结构抗震设计的设计要求和基本原则

首先，要想高层建筑结构的抗震性能达到要求，就必须要对高层建筑结构的设计图纸的每一部分都进行准确计算，保证施工设计图纸能够达到抗震设计要求，从而使高层建筑结构的抗震性能达到要求。结合高层建筑结构地基所处的位置，根据图纸确定好每一个结构的数据，结合现场的施工环境和建筑情况，确保高层建筑结构的抗震设计能够符合抗震设计要求，高层建筑结构抗震强度刚度达到要求后，再对建筑材料进行进一步的确定分析，使我们的高层建筑结构达到施工质量要求。其次，高层建筑结构的基本抗震设防目标是：当遭受低于本地区抗震设防烈度的多遇地震（小震）影响时，主体结构不受损坏或不需要修理可继续使用；当遭受相当于本地区抗震设防烈度的设防地震（中震）时，可能发生损坏，但经一般性修理仍可继续使用，这就要求高层建筑结构具有较强的弹性及韧性，使其在发生中度地震时能够降低地震给高层建筑结构所带来的损失；除此之外，还要求当遭受高于本地区抗震设防烈度的罕遇地震（大震）时，高层建筑结构不致倒塌或发生危及生命的严重破坏，因此，高层建筑结构需要具备较强的变形能力，保证高层建筑在遇到罕遇地震时不倒塌。

1.2高层混凝土建筑抗震结构设计的必要性

高层混凝土建筑抗震结构设计的必要性首先表现在后期建筑物的长期应用中。因为高层建筑物往往涉及大量的使用人员，如果在应用过程中存在着明显安全隐患，势必会带来较为恶劣的隐患，人民群众的生命财产安全得不到较好保护。所以，地震灾害作为不容忽视的一个危险来源，需要引起高层建筑设计人员的高度重视，在结构设计中充分考虑抗震设计需求，提升整体高层建筑物抗震性能。另外，对于未来我国高层混凝土建筑工程的发展而言，其结构往往更为复杂多样，这种创新性发展不仅仅需要得到技术层面的支持，往往还需要重点从设计层面予以适应性调整，促使结构设计方案同样也能够紧跟整体高层建筑工程发展步伐。抗震设计作为其中重要组成部分，同样也应该加大关注力度，以求较好推动整个高层混凝土建筑行业的创新发展，避免该方面形成阻碍因素。

2高层建筑结构抗震设计的有效对策

2.1合理选择混凝土抗震结构设计方案

对混凝土抗震结构设计方案的优化是保证高层混凝土建筑工程质量的关键因素，高层建筑物的设计过程中，设计人员需按照国家相关的建筑抗震设计规范，本着规范、科学设计的原则进行每一个建设步骤的设计。建筑设计过程中应该注意建筑物的各个剖面的规则对抗震性能及经济合理性的影响，设计师要优选规则的构件，抗侧力构件的平面布置要按照规则堆成、侧向的刚度需要均匀变化、竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料的强度需要自下向上不断地加强，避免出现侧面刚度和承载力的突变。

2.2合理选择建筑位置

要注意对建筑物的建筑位置进行合理的设计。首先，要对建筑物所在城市的地震情况进行详细的了解，对地震带的分布进行必要的勘测，在选择建设高层建筑的过程中，不能将高层建筑物设计在地震断裂带的位置，这样会增大高层建筑物的安全风险。要选择在相对稳定，且地震影响较小的位置进行高层建筑物的设计。其次，要对高层建筑物的具体设计区域进行地质勘测，由于高层建筑物在长期的使用过程中，会对地层产生一定的沉降问题，要选择有资质的专业地勘单位对土层情况进行检测，避免高层建筑在后期的施工和使用过程中，出现大面积不均匀沉降现象，影响整个结构的安全和稳定，也限制了抗震结构的合理设计。

2.3选择适合抗震设计的建筑材料

在高层建筑结构进行施工时，其建筑材料应进行合理的选择，其建筑材料一定要符合国家规范。以往的砖混结构的抗震设计要求不能满足高层建筑结构，因此，高层建筑结构采用钢结构就较多，特别是地震多发区，人们对于高层建筑结构的抗震设计要求更加重视。如果高层建筑结构的设计出现问题，那么材料就会容易发生变形，因此材料的选择和结构设计是会相互影响的，只有当材料的选择和结构设计两者之间相互渗透、相互考虑，才能够更好的建造出具有抗震性能良好的高层建筑结构建筑。

2.4结构优化

结构优化设计工作相比结构初设计，更为冗杂系统。每一个建筑物本身都是一个从上到下的完整结构系统。平立面选择上，要规整合理简单，这是优化结构设计成功与否的基础。建筑物造型越复杂，结构抗震设计的建筑成本越高。所以，合理结构体系的选择，直接影响建筑物的造价成本。比如：因为普通短肢剪力墙的含钢量较高，设计人员通过选择合理布置普通剪力墙可以适当降低成本。而稳定的基础形式，不仅能降低基础造价，而且可以提高上部结构的稳定性。结构形式不同，结构优化的重点也就不同。例如，剪力墙结构中剪力墙钢筋量/上部结构钢筋量＞60%，则结构优化要重点考量剪力墙；而框架结构中，梁的钢筋用量/整体结构中＞55%，所以梁是框架结构中优化的重点。

2.5减隔震设计应用

在抗震结构设计过程中，传统方法是通过增强结构本身的抗震性能（强度、刚度、延性）来实现，这也是目前结构抗震设计的主要模式，但是随着科技的进步，对于一些对抗震安全性和使用功能有较高要求的建筑，还可采用隔震和消能减震设计。在建筑物的基础部位进行隔震支座的设计，可有效地延长结构的自振周期，减少结构的水平地震作用。大量的试验和国内外的工程经验表明：采用了隔震技术的结构，水平地震加速度降低了60%，极大地提高了结构的地震安全性。但值得注意的是，在使用隔震技术时，也要考虑适用范围，并不是所有建筑都可使用，有时可能会适得其反。比如场地土本身就较软的情况，如果使用隔震延长了结构自振周期，导致场地卓越周期与结构基本周期更加接近反而不利于结构安全。

结语

综上所述，做好抗震结构是确保高层建筑物安全与稳定的重要措施，同时针对高层建筑物存在的问题，应该采取积极有效的措施及时应对，切实做好高层建筑抗震结构设计。

参考文献

[1]曹萌.大悬挑超限高层建筑结构基于多参数的性能化抗震设计方法研究[D].西安建筑科技大学,2018.

[2]赵凤娇.某带有斜向抗侧力构件的超限高层建筑结构基于性能的抗震设计与分析[D].青岛理工大学,2018.

[3]王志龙.天水某大底盘双塔超限高层建筑结构基于性能的抗震研究[D].兰州交通大学,2019.

[4]杨小微,李晓雷.国家（威海）创新中心2#楼复杂高层建筑结构抗震设计[J].建筑结构,2019,49（S1）:370-373.