高层建筑结构抗震设计要点解析

□□

(太原市建筑设计研究院，山西 太原 030002)

引言

为了更好地优化高层建筑结构设计，作为设计师必须充分意识到做好抗震设计工作的重要性，它是高层建筑结构的基础。在进行设计工作之前，必须结合高层建筑工程的实际情况，把握高层建筑结构设计的要点，将抗震技术更好地运用到高层建筑结构设计中，在提高高层建筑结构设计水平的同时，确保建筑物的质量。

1 高层建筑结构抗震设计的要素分析

为了使抗震技术能够更好地在高层建筑结构设计中运用，作为高层结构设计人员，就必须充分掌握抗震技术设计的要素，才能达到抗震设计的技术要求。从笔者以往的设计实践来看，高层建筑结构抗震技术的设计要素包括以下几点：

1.1 高层建筑结构平面和竖向布局的抗震设计重点

墙体和柱子之间的平面位置与高层建筑结构的抗震性能有着直接的关系，因此，要科学合理地分布高层平面和竖向的位置，这是高层建筑抗震技术的首要设计方向。为了科学地分布平面和竖向的位置，需要在抗震设计过程中遵循以下两个原则：一是要使竖向和平面结构构件保持整洁；二是将刚度的重心与质量的中心相结合。

但在对竖向进行设计时，为了达到竖向位置的平衡，需适度降低高层建筑的刚度重心，减少高层建筑竖向结构的错向频率，做好对高层建筑结构的竖向高度、刚度和强度的控制，确保其分配均匀，严格控制高出屋面的高度，才能有效地预防“鞭梢效应”的出现。因此，在进行高层建筑抗震设计工作之前，要制定科学、合理的设计方案，以避免后期设计过程中出现问题。可通过设置抗震缝对建筑进行划分，用抗震缝把建筑分割开来，这样既可以确保建筑物整体形状的美观，还能使其他功能得到发挥。

1.2 高层建筑结构整体抗震性能的技术要点分析

为了提升高层建筑结构整体的抗震性能，必须全面、充分地考虑影响抗震效果的多方面因素。如地基的选择、抗防线的设置、各种原材料的质量等因素，都会对高层建筑的整体抗震性能带来影响。因此，需要掌握以下几个要点：

(1)地基是高层建筑抗震设计的基础，在对地基进行设计时，要确保地基的稳定性，要选用稳定性能较强的地基，以防地基出现变形、下陷的情况，对一些相同结构的单元，必须确保地基的统一性，才能充分发挥地基的抗震性能。

(2)在设计过程中，要确保建筑结构分布的对称性和均匀性，平均分布建筑的承受力，利用对称性来降低地震带来的影响，从而避免由于应力集中而产生的建筑坍塌或扭曲情况。在对高层建筑整体结构进行设计时，应采用多元化的设计方法来提升抗震性能，例如对容易发生坍塌的地方，应采取相应的加固措施，以降低出现危险的几率。

(3)必须确保高层建筑物结构设计的牢固性，最大限度的减轻建筑物自重，从而降低对地基的压力。如果发生地震，也能缓解地震对高层建筑造成的冲击力，为人员的迅速撤离提供时间，这对于一般震级的地震抵抗效果非常明显。

(4)高层建筑往往不在同一个平面上，在进行整体结构设计时，要把整个设计放到同一个平面上，对空间结构进行统一设计。需要注意的是，竖向结构的刚度必须要能支撑高层建筑的最大质量。

1.3 隔震层在高层建筑结构设计中的要点

在高层建筑结构中需要设置隔震层(如图1所示)，其主要目的是降低地震对高层建筑结构造成破坏的程度。在隔震层设计过程中，需注意高层建筑主体与基础连接部位的设计要点。为减轻地震对建筑物的损害，可以在建筑物的顶楼设置反摆隔震层，设置反摆隔震层后即使发生了地震，反摆隔震层通过产生相反方向的阻力，可以降低地震方向的震级，在一定程度上可以减轻地震的冲击力对建筑物造成的损坏。这需要设计师合理地选择反摆隔震层的位置，才能有效地发挥其作用。

图1 隔震层示意图

1.4 刚度在高层建筑结构中的设计要点

对刚度的设计也是高层建筑结构抗震设计的要点之一。在刚度设计过程中，需要注意两个方面：第一，材料要选用与钢筋混凝土紧密结合的型号，尤其是采用钢结构对双层进行加固时，必须确保钢筋混凝土的刚度，使上下层的阻尼比与刚度比相同，以避免安全隐患。第二，对高层建筑结构侧向刚度的控制，要严格按照国家抗震设计的相关规定进行，尤其是要做好对高层建筑刚度的控制，以有效避免地震对建筑物造成的损坏，同时还能为企业节省材料，降低成本。

2 抗震技术在高层建筑结构整体抗震设计中的运用

在对高层建筑结构整体抗震性能的技术要点进行分析的基础上，为了保证并完善高层建筑结构抗震设计的效果，需要将抗震技术运用到设计过程中。隔震技术和消能隔震技术在高层建筑结构抗震设计中的运用，能够有效降低地震对建筑物的损坏程度。

2.1 隔震技术在高层建筑结构抗震设计中的运用

隔震技术在高层建筑结构抗震设计中的运用(如图2所示)，可以延长高层建筑结构自身振动的周期，减轻地震发生时对建筑物造成的损坏。需要注意的是，在隔震技术图纸设计阶段，重点应标明架设和铺设的设计要点，通过隔震装置把下部与上部分隔开，再对隔震装置进行具体的铺设，并采用仪器对铺设过程进行检测，确保有效地分割上层和底部建筑。这就对隔震装置的质量提出了较高的要求，只有选择具有较高承载性能的材料，才能延长隔震装置的使用寿命。另外，还要做好对隔震装置的保护工作，以延长隔震装置的使用寿命，充分发挥隔震装置的功能。

图2 高层建筑结构抗震设计中隔震技术的运用

2.2 消能隔震技术在高层建筑结构抗震设计中的运用

消能隔震技术是将基础与上部房屋结构分离，有效地隔离地震对建筑物的冲击力，实现地震时虽然地动但建筑物基本不动，达到保证建筑物安全的目的。同时，为了确保建筑物内部结构的稳定性，还需要在每个关键部位安装阻尼元件进行加固。在阻尼元件的选型上，一般选用架构兼顾型的，才能充分发挥其作用。

3 在高层建筑结构整体抗震设计中的注意事项

(1)要不断优化和完善抗震结构设计体系，这是提升抗震设计质量的前提和基础。

(2)通过设置相应的消能隔震结构，来降低地震能量的冲击力。并通过多道防震防线的设置，来减少强震过后余震发生时造成的破坏，从而降低地震对建筑物的损坏程度。同时还要确保刚度适当和具有较高的延伸性，这样才能提升抗震结构的性能，最大程度上降低地震灾害。

(3)对于框架的抗震墙结构，可通过在多层和高层建筑的竖向和横向布置适当的抗震墙，来降低地震带来的破坏力。

4 结语

高层建筑结构的设计需要注重抗震技术的设计，将抗震技术科学合理地运用到抗震设计中，以有效降低地震对建筑物造成的损坏。因此，设计人员必须切实掌握高层建筑的抗震设计要素，将抗震技术科学合理地运用于高层建筑结构的抗震设计中，这样才能更好地在设计中保证建筑物抗震性能的提高和优化，同时也能促进设计人员设计水平的提升。