高层建筑结构的抗震设计

高层建筑结构的抗震设计

何柱洪

佛山市顺德建筑设计院股份有限公司   广东佛山   528000

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，越来越复杂。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，由于我国位于环太平洋地震带与欧亚地震带之间，由于受到太平洋板块、印度板块和菲律宾海板块的挤压，中国地震活动的频度非常高、强度也很大。自建国以来，我国经历了唐山大地震，汶川大地震等几次大地震，对人民和国家带来巨大的人员伤亡和财产损失。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：高层建筑结构；抗震设计

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地设计，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。

一、高层建筑的抗震设计原则

高层建筑的抗震设计原则是为了确保建筑在地震发生时能够有效地抵御地震力和保护建筑及其内部设施的安全。以下是关于高层建筑抗震设计的一些原则：

1.1强度，刚度和延性

高层建筑的结构应具备一定的强度和足够的刚度和良好的延性，以承受地震产生的水平力和垂直力。在设计中，需要根据所在地的地震烈度和建筑的用途确定结构的强度指标，以确保其能够承受预期的地震力。

1.2建筑物整体稳定性

高层建筑的整体结构应具备稳定性，以确保在地震时能够保持平衡。稳定性设计要考虑建筑的重心和重点区域的布局，以及地震力对建筑产生的影响，确保建筑物的整体稳定性。

1.3结构吸能

高层建筑的抗震设计应考虑采取各种吸能装置和措施，以使结构能够吸收地震能量并减少地震作用对建筑的影响。例如，可采用阻尼器和减震器等装置来提高建筑的耗能能力，减少结构的震动影响。

1.4断层和滑移面的考虑

对于位于活动断层附近的高层建筑，抗震设计还应考虑地震中的断层和滑移面对建筑物的影响。在设计中，需要合理选择地基形式和地基加固方式，以减少断层和滑移面带来的破坏风险。

1.5水平和垂直支撑系统

高层建筑抗震设计应采用适当的水平和垂直支撑系统，以增加建筑物的刚度和稳定性。常见的支撑系统包括剪力墙、框架结构和核心筒结构等，这些系统能够有效地传递和分散地震力。

1.6地基加固

地基加固是高层建筑抗震设计中的重要环节。通过采取地基加固措施，可以增加建筑的稳定性和抗震能力。常见的地基加固方式包括地下连续墙、地基加固桩和地基悬挂等，这些方式能够增加地基的承载能力和刚度。

二、高层抗震设计方法

2.1基础设计

（1）地震力计算：在高层建筑的抗震设计中，首先需要进行地震力的计算。这涉及根据地震区域的地震参数，如设计地震加速度和设计地震谱，对建筑物所受的地震力进行估算。这些参数和计算方法是根据相应的抗震设计规范来确定的。

（2）地震力传递和分布：在地震力计算的基础上，需要将计算得到的地震力传递到建筑物的各个部位。这涉及结构分析和设计，确定地震力在建筑物内部的传递路径和分布情况。通过合理的结构布局和抗震支撑系统的设计，使地震力能够得到有效的传递和分散，减轻对建筑物的影响。

2.2结构设计

（1）结构形式选择：在高层抗震设计中，需要选择合适的结构形式。常见的结构形式包括框架结构、剪力墙结构、桁架结构等。不同的结构形式具有不同的抗震性能，需要根据具体地地震区域和建筑物的特点来选择最合适的结构形式。

（2）结构材料选择：在高层抗震设计中，选择合适的结构材料也是非常重要的。常见的结构材料包括钢筋混凝土、钢结构等。这些材料具有不同的抗震性能和耐久性，需要根据建筑物的要求和地震区域的特点来选择合适的材料。

（3）结构构造设计：在高层抗震设计中，需要进行结构构造的设计。这包括确定结构的柱、梁、板等构件的尺寸和布置，以及连接方式和节点设计。合理地构造设计可以提高结构的整体抗震性能，减轻地震力的影响。

2.3抗震设备和技术：

（1）阻尼器：阻尼器是一种用于减震和降低结构振动的装置。在高层抗震设计中，可以采用摩擦阻尼器、液体阻尼器等不同类型的阻尼器来提高建筑物的抗震性能。

（2）隔震系统：隔震系统是一种将建筑物与地面分离的装置，通过减震效果来降低建筑物的地震响应。常见的隔震系统包括橡胶隔震支座、液体隔震支座等。

（3）钢筋混凝土剪力墙：剪力墙是一种具有较好抗震性能的结构构件，可以有效地抵抗地震力的作用。在高层抗震设计中，可以采用钢筋混凝土剪力墙来提高建筑物的整体抗震性能。

（4）钢结构：钢结构具有优良的抗震性能和可塑性，在高层抗震设计中被广泛采用。钢结构可以通过合理地设计和连接方式来提高建筑物的抗震能力。

三、高层抗震设计实施和监控

3.1设计实施流程

高层抗震设计实施的流程是一个系统性的过程，需要综合考虑建筑结构的各个方面，包括地基土壤的情况、建筑物的结构类型、使用功能等因素。该流程通常包括以下几个主要步骤：

（1）收集信息：在开始设计之前，需要收集和分析有关地区地震活动、地质条件、建筑物使用功能等方面的信息。这项工作通常由专业的地震工程师和结构工程师完成。

（2）地震荷载计算：根据所在地区的地震活动水平和建筑物结构类型，进行地震荷载的计算。这一步骤需要考虑建筑物的质量、刚度和抗震性能等因素。

（3）结构设计：根据地震荷载计算结果，进行建筑物结构的设计。设计过程中需要考虑建筑物的整体稳定性、柱网结构、墙体布置、楼板系统等方面的因素。如佛山洲立置业有限公司的中洲璞悦花园的高层住宅，单体的X方向的长度为52.1米，Y方向的长度为13米，长宽比为4：1，因此Y方向的需要布置足够多的剪力墙，才有足够的刚度来承受地震产生地震力。

（4）施工图设计：根据结构设计的结果，进行详细的施工图设计。这一步骤需要考虑施工过程中的实际情况，如施工方法、材料的使用等因素。

（5）施工过程监控：在高层建筑的施工过程中，需要进行监控和检查，以确保施工的质量和安全性。监控和检查的内容通常包括土壤、基础、结构体系的施工质量。

（6）结构验收和评估：在建筑物竣工后，需要进行结构验收和评估，以确保建筑物满足设计要求和抗震性能。这一步骤需要使用非破坏性检测等方法，对建筑物的结构进行评估。

3.2监控和评估方法

在高层建筑的抗震设计实施过程中，需要进行持续地监控和评估，以确保设计的有效性和安全性。监控和评估方法主要包括以下几个方面：

（1）施工过程监控：在施工过程中，需要进行结构施工的监控，包括材料的质量和强度检查、连接节点的施工质量控制等。通过监控施工过程，可以及时发现和解决潜在问题。

（2）结构性能评估：在建筑物竣工后，需要进行结构性能评估，包括对建筑物的动力特性、变形性能等进行测试和分析。通过对结构性能的评估，可以了解建筑物的抗震性能是否达到设计要求。

（3）设备监测和维护：在高层建筑的使用过程中，需要进行设备的监测和维护，确保设备的正常运行。特别是一些关键设备，如抗震支撑装置和减震器等，需要定期进行检查和维护，以保证其工作效果和可靠性。

3.3设计变更和更新

在高层建筑的抗震设计实施过程中，可能会出现一些情况需要进行设计变更和更新。设计变更和更新主要包括以下几个方面：

（1）设计调整：在进行设计实施的过程中，可能会发现一些与原设计方案不符或需要改进的地方。此时，设计团队需要进行相应的设计调整和优化，以保证建筑的抗震性能。

（2）规范更新：随着科学技术的进步和建筑抗震设计规范的不断修订，建筑抗震设计的要求也会发生变化。设计的过程中，需要及时了解和掌握最新的规范要求，并据此进行设计。

（3）灾后修复：在地震等自然灾害后，可能会对建筑物造成不同程度的损坏。此时，需要对受损建筑进行修复和加固工作，以恢复其正常的使用功能和抗震性能。

结束语：综上所述，高层抗震设计方法包括基础设计、结构设计和抗震设备和技术。通过地震力计算、地震力传递和分布，选择合适的结构形式和材料，设计结构的构造细节，以及应用阻尼器、隔震系统、钢筋混凝土剪力墙和钢结构等抗震设备和技术，可以提高高层建筑的抗震能力，保护人们的生命财产安全。

参考文献：

[1]王君喜.浅谈高层建筑结构的抗震设计[J].魅力中国,2019(18):312.

[2]浅谈风车形平面高层建筑结构的抗震设计[J].工程抗震与加固改造,2020,42(2):后插7.

[3]梁勇军.风车形平面高层建筑结构的抗震设计[J].中国建筑装饰装修,2022(12):84-86.