高层抗震结构设计要点探究

凌小萍（江西省商业建筑设计院）

高层抗震结构设计要点探究

凌小萍（江西省商业建筑设计院）

当前，随着我国经济发展速度的不断加快，建筑行业得到了较为快速的发展。由于人们生活水平的显著提升，也使得人们对于建筑有了全新的认识和要求。在此新形势下，高层建筑、甚至高层建筑不断增多，这也使得对于此类建筑的抗震结构设计，成为了社会各界普遍关注的问题。本文简要阐述了高层结构抗震设计的总体需求，从高层结构抗震刚度方面进行必要的设计控制，并进一步探讨了高层建筑超限设计方法，旨在为高层建筑具备良好的抗震效果，以及具备更加完善的质量体系，做出自己应有的贡献。

高层建筑；抗震结构；设计要点

前言

新时代背景下，社会的发展和科技的进步，以及城市化进程的不断深入，使得高层建筑和高层建筑如雨后春笋般拔地而起。这使得高层建筑或高层建筑的质量问题越来越受到建筑行业的重视。作为高层建筑设计中重要的组成部分，抗震结构设计在整体高层建筑设计中占据极其重要的位置。一方面，由于经济的发展，建筑工程的增多，对于地质破坏程度较为严重；另一方面，我国众多省市地区处于地震多发地带，这些因素都导致地震灾害频发。不仅造成了严重的经济损失，更威胁到人们的生命安全。是以，在高层建筑设计中融入并加强抗震结构设计是极其必要的。从高层建筑的抗震结构设计要点出发，从结构选择以及刚度设计等方面进行深入探讨，并总结出高层建筑的超限设计方法，以此来不断设计和完善高层抗震结构设计，这样不仅会加强高层建筑在地震灾害中的抗震能力，还能够有效减少由地震灾害所带来的经济损失和人员伤亡。因此，对于“高层抗震结构设计要点”的探究，就具有极大的现实意义。

1　高层建筑抗震结构设计要点

建筑行业内，对于高层或高层建筑的抗震结构设计，主要秉承“三准两阶”原则。三准是针对地震程度而言，即“小震不倒，中震不修，大震不坏。”其中，“小震不倒”为第一水准，是指受到地震灾害的程度低于所在地区的设防烈度或地震强度，此时高层建筑不易因地震而受到损坏，且即使出现损坏，其程度也较小，未经过修理便可正常使用和居住；“中震不修”为第二水准，是指受到地震灾害的程度接近所在地区的设防烈度或地震强度，此时高层建筑会发生相应的损坏，但损坏程度不会对人们的生命和财产安全构成影响和威胁，可通过简单修理或不采取任何修理便可继续使用和居住[1]。“大震不坏”为第三水准，是指受到地震灾害的程度高于所在地区的设防烈度或地震强度，此时高层建筑会因地震而受到相应的损坏，但不会出现建筑倒塌现象，更不会使人们的生命安全受到威胁。但对于高层建筑而言，其结构复杂、造价成本较高、建筑面积大、涉及人员多，在地震中也会受到次生影响[2]。因此，在对高层建筑进行抗震结构设计时，不仅设计师要具备专业的知识能力、良好的自然灾害预防意识，更要结合相关专业部门或专家的意见和建议，并要将业主的意见考虑到其中，以此在确保高层建筑安全、质量、以及符合经济标准的前提下，对高层建筑进行结构设计。此外，在高层建筑结构设计中，还应当对受力方式进行重点分析和研究。如高层建筑中的边缘竖向构件，在对建筑进行支撑的同时，能够以轴向受力的方式，承担高层建筑的倾覆弯矩力。在处于第一水准时，边缘竖向构件会产生弯曲；在处于第三水准时，边缘竖向构件则会出现拉弯现象，若此种现象持续时间较长，则会对混凝土的承载力和刚度产生严重影响，进而使高层建筑处于稳定性失衡状态，也将造成极大的安全隐患[3]。因此，在高层建筑抗震结构设计中，要注意构件承载力的程度。

2　高层建筑的抗震刚度控制要点

2.1高层抗震结构设计中的侧向高度控制

（1）剪力系数设定。通过《高层建筑抗震规范》不难看出，最小地震剪力系数是高层建筑抗震结构设计中极为重要的部分。考虑到高层建筑结构的加速度反应谱通常以较快的速度降低，且此系数要依靠位移和速度两项指标进行操控，为确保高层建筑在稳定性上符合设计要求和施工标准，并且为确保其安全性，将最小地震剪力系数引入其中，能够很好的满足高层建筑结构在设计中对于安全性的需求[4]。①明确阻尼和最小地震剪力系数的内在联系。在高层建筑施工过程中，阻尼比的大小决定着最小地震剪力系数的大小，若高层建筑阻尼比较低，建筑的最小地震剪力系数就不会符合设计建造的需要，并且在施工后期进行减小地震效应的消能设计，会使得最小地震剪力系数差值增大，与设计及施工的偏离值增加，从而使高层建筑的抗震能力降低。②高层建筑高度和最小地震剪力系数的联系。当建筑高度不大于400m时，可作为高层建筑进行抗震结构设计，且可通过提升抗侧刚度或应用强度高、质量轻的材料来确保最小地震剪力系数符合高层建筑的需求；当建筑高度在400～500m之间时，通常建筑材料的成本将加大，并可通过控制风荷载的方式来达到抗震结构设计的要求；当建筑高度达到500m以上时，则要在增加建筑材料的同时，把握好抗侧刚度，应用强度较大的建筑材料来完成抗侧结构体系[5]。

（2）层间位移角的设定。层间位移角是高层建筑抗震结构设计中重要的设定指标。其不仅涉及到强度方面，还涉及到刚度方面。应先保证弹性状态下的主体结构，控制好横、竖构件所达成的开裂限定，同时，在确保机电管线和设备能够有效运行的前提下，保证非结构构件的完整性。除此之外，对层间位移角进行科学、合理的设计，是确保高层建筑在地震情况下依然挺立的基础。

2.2高层抗震结构设计中的结构体系选择

高层抗震结构设计中，结构体系在选择时要使侧向刚度符合抗震结构设计需求，这不仅需要结构体系具有良好的空间性，使轴压状态替代受压或受弯状态，还应当在结构体系外部结构中设定具有实际相应倾覆弯矩力的竖向构件。同时，为确保竖向构件承载力的增强，还应将竖向构件有机的组合起来，以加大其抗力能力。

3　高层建筑结构设计研究的展望

现阶段，工程结构逐渐呈现高大、复杂等发展趋势，并且，由于人们对现代控制论的借鉴和对工程建筑结构的设计构想，创新出一种“结构控制装置”，并使之应用于建筑工程结构中。若工程结构受到外力荷载作用，控制器能够自动生成反向作用力，以此来减少工程结构由振动所产生的变形、位移或动力响应等。进而使工程结构抵御外来荷载的能力有所加强。同时，一种全新的计算方法——有限元状态空间法，也整被逐渐研究和应用于高层建筑结构分析中，通过此种算法，能够使之与现代控制论、结构力学等进行充分的渗透和融合，以此来使高层建筑结构分析上升到全新的水平。这也必将对高层建筑结构设计的研究和发展，起到积极的促进作用。

4　结语

综上所述，新形势下，由于经济发展以及人们生活的需要，高层建筑逐渐增多。而随着人们对于高层建筑的质量和安全等意识也在逐渐增强，并且由于我国地震灾害的多发，使得高层建筑的抗震结构设计受到了社会各界，尤其是建筑行业的普遍关注和重视。为确保高层建筑在地震灾害发生时，能够有效减少经济损失和人身伤害，建筑行业必须在高层建筑设计中，充分把握抗震结构设计的要点，并将其融入到建筑设计和工程施工过程中。唯有如此，才能使高层建筑的抗震效果符合设计要求，也才能使高层建筑为应对地震灾害而具有足够的抗震能力，为建筑行业的发展做出积极的促进作用。

[1]汪源浩，沈小璞，王建国.高层建筑结构的减震控制技术与抗震设计要点[J].合肥工业大学学报（自然科学版），2006，03：334～337+345.

[2]周 鹏.高层结构抗震设计相关问题探究[J].江西建材，2016，08：22.

[3]胡先林.试论复杂高层与高层建筑结构设计要点[J].建材与装饰，2016，10：124～125.

[4]陈玉葵.某高层剪力墙住宅结构抗震设计要点分析[J].江西建材，2016，18：30.

[5]杨秀培.高层建筑结构地震反应分析及抗震性能设计研究[D].河南工业大学，2013.

TU973.31

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