浅谈高层建筑结构抗震设计

杨国征

【摘要】高层建筑结构抗震分析更需要建筑设计重视，高层建筑结构抗震性能较差，一旦出现强烈地震，后果不堪设想。因此应该重视高层建筑结构抗震设计，但当前我国是高层建筑结构抗震设计普遍存在一些问题，需要设计人员认真分析，提出相应对策，以提高高层建筑结构的抗震性能。

【关键词】高层建筑结构；抗震设计；问题；对策

1、引言

從20世纪80年代起，我国的高层建筑建设步伐不断加快，高层建筑的规模也在不断的扩大，随之而来的对高层建筑的安全性、质量的要求就更加严格。因此必须做好高层建筑结构抗震设计，根据不同的高层建筑结构的结构特点并结合相关的结构设计原则，遵循相关高层结构抗震设计规范进行设计，认真分析高层建筑结构设计过程中所存在的问题，并进行总结、分析，提出相应的解决方案，达到高层建筑结构合理抗震设计的效果。

2、高层建筑结构抗震设计所存在的问题

2.1、高层建筑结构不标准

在高层建筑结构设计时，一般需要根据结构形式以及设防烈度确定建筑高度，建筑高度应该符合《高层建筑混凝土结构技术规程》中相关要求，也是反映目前建筑建设水平的一个建议高度。但是在实际的高层建筑施工过程中，很多建筑高度都超出这一建议高度，导致其抗震性能发生变化。高层建筑结构轴压比设计时也存在一定问题，在钢筋混凝土的高层建筑结构设计时，往往为了保证柱子的轴压比，将柱子截面做到很大，但是柱子的纵向配筋却采用的是构造配筋。限制柱子的轴压比主要是考虑将柱子处于大偏心受压的受力状态，避免受拉钢筋没有达到屈服强度但混凝土已经被压碎的情况，柱子的塑性变形小，相应的延性便差，在遭遇地震时，其吸收地震波能量能力就差，导致结构容易破坏。

2.2、材料的性能及结构体系问题

在进行高层建筑结构抗震设计时，对于材料的性能及结构体系需要认真对待。一般150m以上的高层建筑，一般采用框架、筒中筒和框-桶结构。我国高层建筑结构建设一般采用钢筋混凝土核心筒结构，其主要靠钢筋混凝土整体结构的位移控制基准作为变形的控制手段，通过刚度较小的钢结构协同以达到减少侧移的效果，但是这样的设计方法大大的增加了钢结构的承受负担，并且其控制侧移的效果也没有十分显著，有时需要增加混凝土结构的刚度来提高限制侧移能力，但这样容易导致其刚度过大产生刚度突变现象，使结构剪力突然增大，导致结构不稳定，因此要慎重选择高层建筑结构体系，采用性能好的材料以满足高层结构对于结构体系和材料性能的需要。

2.3、平面刚度分布不均匀

高层建筑结构抗震设计过程中，对于建筑结构的要求为建筑物的平面、立面布置应该规则、方正并对称，建筑结构物的刚度变化应该均匀，质量分布需要均匀，保证建筑物稳定，否则设计过程中要充分考虑设计的不利情况，以对其进行采取特别措施辅助。但当前有的高层建筑平面设计存在着严重不对称的现象，表现为建筑结构一侧进深很小，而另一侧进深很大，一侧房屋设计为大开间，而另一侧设计为小房间，一侧为承重墙承重，另一侧采用柱子承重，平面形状上采用更加不规则平面进行设计，这样极大程度上做成了建筑结构的纵向刚度不均匀。建筑地层往往为地下停车库，一侧为了满足车辆进出需要而取消全部的结构纵墙，而另一侧确直接采用墙承重，引起横向刚度不均匀，对于高层建筑结构抗震十分不利。

2.4、结构抗震等级、烈度掌握不准确

由于对场地类型、土质情况、结构类型及建筑高度等因素的评定不准确造成对结构抗震等级、烈度掌握不准确。当前我国的建筑结构设计安全标准已经落后于国情的需要，对于“小震保持不坏，中震可维修，大震不倒塌”的设计原则应该重新审视，在当前高层建筑结构不断发展的情形下，这种标准有待提高。除了设防烈度过低，高层建筑结构的具体的抗震设计计算方法以及所需的安全度也有一些弊端，没有国外那么严格，容易导致设计不严谨，导致在地震情况下结构失效，导致不可估量的损失。

3、高层建筑结构抗震设计对策

3.1、严格执行高层建筑结构标准

高层建筑结构设计时，对于建筑高度、柱子尺寸以及轴压比等参数必须严格参照我国相关高层建筑设计规范。必须根据结构形式以及设防烈度确定建筑高度并保证建筑在施工过程中严格遵守设计规范，确保建筑高度最终停留在合适的建议高度。在进行抗震设计时，以承载能力作为基础，用线弹性的计算方法计算结构在地震作用下的位移及内力，从而却动构件的截面，提高结构的承载能力。通过进行优化结构构造，提高结构的延性，降低结构耗能。再设计时，可以适当对建筑结构的刚度进行控制，容许结构构件在发生地震时处于一种非弹性的状态，保证有一定的延性，从而消耗地震能量，减轻建筑结构的地震反应，保证结构物在地震作用下“裂而不倒”。

3.2、减轻自重，选择合理结构体系

在进行高层建筑结构抗震设计时，首先要考虑结构自重问题，在同样地基情况下可以通过增加层数或者减少地基处理造价以提高建筑实用性，地震效应与建筑质量成正相关关系，高层建筑界欧股由于其高度高、重心高的特点，当其处于地震作用时其倾覆力矩便增加，容易使高层建筑垮塌，因此应该尽量减轻结构自重，尝试新型轻型高强材料。其次，选择合理的结构体系，高层建筑的竖向荷载引起结构轴向力，水平荷载引起弯矩，因此在设计过程中应考虑在满足高层建筑结构自身功能和其抗震要求下选择合理地结构体系，保证结构具有良好的结构性能，一方面要选择刚度较大、空间整体型号的结构体系，另一方面也要考虑到结构体系的自重，综合考虑，选用适合当前建筑建设的结构。

3.3、选择规则性设计，平衡结构刚度、质量分布

对建筑物布置要科学、合理，一般建筑物结构简单、对称往往具有良好的抗震性能，避免出现建筑结构一侧进深很小，而另一侧进深很大，一侧房屋设计为大开间，而另一侧设计为小房间等不规则现象，因此在进行高层建筑结构设计时，应尽量选取规则性、对称性设计方法，对易于采取抗震构造的地方进行详尽的细部处理，保证建筑物平面上均匀、对称，体型简单，结构的刚度及质量分布沿着建筑物竖向分布均匀，保证建筑物的扭转刚度，降低结构发生扭转带来的影响，并努力在建筑物结构竖向均匀分布荷载，保证建筑物的稳定性。使高层建筑结构体系具有合理的刚度和强度，保证建筑物刚度、强度合理分布，避免出现因为刚度、强度突变引起薄弱部位破坏的现象，防治出现过大变形和应力集中现象，及时分散应力，平衡结构体系的刚度、质量分布。

3.4、采用多级抗震设计思路设计

设计人员首先应该对于建设场地情况进行详细了解，对于场地土质情况、结构类型等进行准确评定，在此基础上应进行设置多级抗震防线。因为当发生强烈地震时往往会有多次震动，采用多级抗震可以有效避免由于结构第一次破坏后损伤积累而使建筑结构内部屈服从而垮塌的情况。在进行设计时应该适当控制结构的刚度，要具有一定的延性，可以消耗地震能量，从而减轻地震反映，提高高层建筑结构的抗震性能。

4、结论

随着高层建筑结构设计的不断深入，结构抗震设计愈来愈重要，当前我国的高层建筑结构抗震设计主要存在高层建筑结构不标准、结构体系不太合理、选用的材料性能问题、结构平面刚度的分布不均匀以及对于结构抗震等级掌握不准确等问题，针对我国高层建筑结构抗震设计所存在的问题应该尝试选用新型高强轻质材料，合理设计结构体系，选择规则性设计思路，保证结构的刚度平衡均匀分布，采用多级抗震设计思路进行设计等措施进行设计，提高高层建筑结构的抗震性能。

参考文献

[1] 赵建荣.建筑结构抗震设计若干问题的探究[J]，科技创新导报，2012（06）

[2] 杨秋根.建筑结构中抗震设计存在的问题及对策探讨[J]，商品与质量，2012（06）