高层建筑结构抗震设计要点分析

陈冠龙

摘要：从目前我国高层建筑抗震设计的基本思路入手，对高层建筑结构抗震设计要点进行了分析，并着重论述了高层建筑抗震设计中存在的问题，以促进建筑业的进一步发展。

关键词：高层建筑;结构;抗震;设计要点

引言

在我国经济的高速发展和全球经济一体化的趋势下，我国的基础设施有了突飞猛进的发展。高层建筑的产生满足了人们对现代化都市生活的追求，空间上的发展也节约了土地的使用，同是也是一个城市现代化程度的标志。随着高层建筑的不断增加，高层建筑的安全性及抗震性问题突显重要。特别是近几年来，我国地震灾害频发，地震对建筑物的破坏及人们生命财产的安全所造成的伤害让人触目惊心。

1 高层建筑抗震结构设计的基本原则

“小震不坏、中震可修、大震不倒”作为结构抗震设防的三水准要求的具体含义是：“小震不坏”是第一水准要求，要求建筑结构在多遇地震作用下均满足承载力极限状态和建筑结构的弹性变形不超过规定值;即：能保障人们的生产、生活等各项社会活动的正常进行。“中震可修”为第二水准要求，要求建筑结构具有一定的变形能力，不会发生不能修复的脆性破坏，结构的延性满足规范的抗震措施和抗震构造措施;即：保障人的生命安全和减小经济损失。“大震不倒”为第三水准，要求建筑结构有足够的变形能力，强烈地震时弹塑性变形不超过规定限值;即：避免倒塌，保障生命的安全。第一水准为承载力验算阶段，适用于大多数结构，如规则的结构及一般不规则结构。第二、第三水准为弹塑性变形验算阶段，适用于在强震时容易倒塌的结构、有明显薄弱层的不规则结构及有特殊要求的结构。结构抗震设计中，“小震不坏”通过其自身的抗震承载力实现，而“大震不倒”主要依靠结构构件的延性来保障。因此要求结构构件必须具有足够的延性。即结构构件屈服后，其本身承载力不降低或基本不降低，并且有足够变形能力，用延性来吸收和耗散地震的能量，以保证建筑结构的安全可靠。结构构件除具有必要的延性外，还应具有足够的承载力、刚度和稳定性。结构构件的关键部位遵循“强剪弱弯、强柱弱梁、强节点弱杆件”的设计原则。对可能出现薄弱层的部位，采取措施提高其抗震能力。还有结构构件在设计时应具有多道防线，多道防线对结构在强烈地震下的安全是非常重要的。

2 高层建筑结构抗震设计的主要要点

由于地震的不可预知性，高层建筑结构在设计过程中很难准确地预测建筑物所遭遇的地震特性和基本参数，只靠计算很难使高层建筑结构具备良好的抗震性能，这就要求每个结构工程师必须重视建筑结构的抗震概念设计。因此，高层建筑结构在抗震设计中，应注意以下几点：

1）建筑结构的平面布置。建筑结构的平面布置是影响结构抗震的重要因素，合理的建筑平面布置对建筑结构设计是至关重要的。大量地震灾害表明，平面布置简单、对称规则、质量和刚度分布比较均匀并且具有明确传力途径的建筑结构在地震时不容易发生破坏。规则结构能较为准确地预估结构的作用效应和地震时的反应，较容易采取有效的抗震措施及相应的结构措施来加强其抗震性能。相反，平面布置复杂、不对称且不规则的结构，其地震作用效应很难估计的。因此，高层建筑结构中规范規定，宜采用规则结构，不应采用严重不规则的结构。

2）建筑结构的体系选择。高层建筑结构设计中，就优先采用具有多道防线的结构体系。例如：框架—剪力墙结构、剪力墙结构和筒体结构。这三种结构可以作为地震区高层建筑的首选体系。当建筑物高度不高且层数不多时，可采用框架结构。但当建筑物位于地震区，且高度均较高时，应避免采用框架结构、板柱剪力墙结构。因为，地震具有强破性且持续时间很长，往复次数较多，能够对建筑物造成累积破坏。单一的结构体系在遭遇地震时，一旦发生破坏，很容易造成房屋倒塌，危及人们的生命及财产的安全。当结构体系具有多道防线时，当遭遇地震时，第一道防线遭破坏后，后续的防线仍然能抵抗地震的冲击力，可以最低限度的防止建筑物的倒塌，给人们以充分的时间进行逃生，保证人民的生命安全。因此，高层建筑结构抗震设计中的多道防线是进行抗震设计时所必须设置的。

3）结构薄弱层。当建筑结构的侧向刚度分布不均匀、竖向抗侧力构件不连续和楼层承载力突变时，容易产生薄弱层。薄弱层在地震中是最先遭受破坏的部位。因此，对有明显薄弱层的结构，应采用相应的抗震构造措施来提高其抗震能力。结构构件的实际承载能力是判断薄弱层部位的基础，有意识、有目的地控制薄弱层部位，让它有足够的变形能力，而且不使薄弱层发生转移是提高结构抗震性能的重要手段。

3 高层建筑抗震设计常见问题

1）高层建筑结构的地基问题。

高层建筑结构在设计阶段，应有完善的岩土工程勘察报告，为结构工程提供基本的设计依据。建筑结构场地应选择在有较稳定的基岩、开阔、平坦、土层坚硬或较密实的有利地段，不应建造在容易发生滑坡、地陷、崩塌和泥石流等不利地段及抗震的危险地段，有利地段的建造对建筑物的抗震是十分有利的。有时由于建设单位工期要求，在确定方案后设计人员就直接进入了施工图设计阶段，从而忽略了岩土工程勘察资料和场地的选择，从而给后续工作带来不必要的麻烦。

2）高层建筑结构平面布置问题。

高层建筑为了追求外立面效果的美观而设计成平面不规则、不对称且有较大凹进或较大开洞的结构，这种结构对抗震十分不利。因此，在建筑方案正式确定前，结构工程师就应对建筑平面布置、体型方面的内容提出自己的见解，及时和建筑师进行沟通，尽量选用平面、竖向规则对称、质量和刚度、承载力均匀的平面布置，这对抗震十分有利。

3）高层建筑结构的高度问题。

如今的高层建筑结构的高度越来越高，甚至出现了很多超高层的高层建筑，这就对结构工程师的专业知识提出了更高的要求。不同的高度对应不同的结构体系，规范上有明确规定。一旦结构超过了规范规定的限制高度，就应通过专门的审查、论证进行更严格的计算分析和研究。

4）高层建筑抗震设防等级的选取问题。

抗震等级是结构抗震设计的重要依据，抗震等级选取不当将给建筑物的安全带来许多隐患，对工程造价也会带来不必要的浪费。抗震等级根据房屋的场地类别、抗震设防烈度、建筑高度、结构类型等因素综合评定。每个结构工程师应当熟练掌握结构的抗震概念设计和规范知识，做到该提高的应当提高其抗震等级，该降低则应适当降低。

5）计算软件的合理应用。

高层建筑结构抗震设计时，应该应用正规的结构设计软件进行设计，软件中的各个参数指标能够正确反映建筑物的特征。结构工程师能正确分析结构软件所计算的结果，并做出正确的判断。但有时计算机设计会给结构工程师带来一种错觉，有的结构工程师往往过分依赖计算结果，而减少了结构的概念学习。一旦选择了错误的计算参数，就会导致结构设计出现问题，对结构的安全和经济方面造成影响。因此，结构工程师应加强自身的业务学习和抗震概念设计的理解，做到熟练掌握相关的结构概念设计，并且根据自身的专业知识配合计算结果选择最佳的结构设计方案。

4 结语

在现代化进程高速发展的今天，高层建筑的发展也突飞猛进。建筑造型独特新颖的建筑，规模和高度也在不断增加。随着建筑业的进一步发展，满足高层建筑的材料、形式、整体力学模型都将趋于复杂和多元化，这就要求每个结构工程师要有过硬的专业知识、清晰的概念分析和熟练掌握处理问题的能力，不断的探索和研究，为我国建筑业的发展贡献自己的力量。

参考文献：

[1]池祥.高层建筑结构抗震设计要点分析[J].化工管理，2018（25）：68.

[2]沙乃健.超高层建筑结构抗震设计要点探讨[J].住宅与房地产，2016（36）：44.

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