高层建筑结构抗震性能处理措施分析与设计

来宝文

（中铁二十一局集团有限公司勘察设计院，甘肃 兰州 730000）

为了更好地满足社会发展实际需求，现如今人们生活中出现了大量的高层和超高层建筑，不仅有效提高了土地资源利用率，同时还增加了城市的美感。但高层建筑结构需要对其抗震性能引起重点关注，否则一旦地震来临会造成不可预估的损失。

1 高层建筑结构抗震设计要求和基本原则

首先，想要有效提升高层建筑结构的抗震性能，在工程最初设计阶段工作人员就需要保证设计图纸计算内容的精准性，确保抗震设计可以很好地满足高层建筑结构实际建设要求。在此过程中需要充分结合高层建筑所处的地理位置合理确定每一个结构数据，同时还要对建筑工程和施工现场具体环境进行综合考虑，保证工程结构的抗震性能满足相关标准和要求。在高层建筑结构抗震刚度和强度都满足要求基础之上，还需要进一步确定建筑工程施工材料，为建筑工程施工质量的不断提升奠定坚实的前提基础和保障。

其次，对于高层建筑结构来看，其最基本的抗震目标就是当工程结构遭受到低于本地区抗震设防烈度地震的时候，建筑主体结构不会受到严重的破坏，也无需进行修复处理；当遭受到和本地区抗震设防烈度相当的地震强度的时候，可能会对建筑主体结构造成一定程度的损坏，但经过简单修复处理之后便可以继续使用，这就对工程结构的韧性和弹性都提出了更高的要求；当遭受到强度大于本地区抗震设防烈度的大地震时，工程结构虽然会受到较为严重的损坏，但不至于出现倒塌事故，也不会危机居住着的生命安全［1］，此时就对建筑结构的抗变形能力提出了更高的要求。

2 高层建筑结构抗震设计的重要性

在高层建筑工程建设过程中，抗震性能至关重要，只有保证高层建筑结构的抗震性能严格满足设计基本原则和要求，才能保证工程整体结构抗震性处于良好的状态，而且这一问题和建筑物乃至人民群众的生命财产安全都息息相关，可见做好高层建筑结构抗震设计工作的重要性和必要性。

我国大多数高层建筑结构的抗震能力相对还是比较强的，甚至很多地层建筑结构的抗震性能都远远不及高层建筑工程。所以很多地震中更多倒塌的建筑物为低层建筑结构，而非高层建筑。但由于高层建筑的层数比较多，高度大，所以在遇到地震的时候往往会出现较为严重的摇晃现象，所以对其整体结构的抗震性要求也非常严格。通常情况下我国高层建筑结构的抗震性能要达到7度以上，由于地震的不可预测性，在真正遭受到地震的时候难免会造成一定的损坏，我们只能是通过对建筑结构的合理设计尽可能减低损失，保证人员的生命安全［2］。设计师在进行施工图纸设计的时候，一定要做好抗震设计，进一步保证高层建筑结构抗震性能达到设计要求。

3 高层建筑结构抗震性能水准

3.1 小震作用下性能水准

这项性能水准对建筑结构的各项指标均提出了较高的要求，使周期比和位移比均满足了建设规范，尤其是对于高层建筑结构的扭转效应产生了良好的控制。每个楼层的侧向刚度都达到了一定的标准，与相邻上部楼层的侧向刚度相比可以达到其标准的70%，而与相邻三层楼层的侧向刚度相比则可以达到其平均值的80%左右。建筑结构的各方向布置均符合规范规则，不存在薄弱层都有质量缺陷的楼层；同时各楼层之间的位移角的大小达到了建筑工程标准，而高层结构顶点的最大加速度限值也满足了标准规范，此外从整体上来看无论是楼层结构的侧向刚度还是舒适度都在合适的范围内。当刚重比大于1.4时高层建筑结构的整体稳定性可以得到有效的保障；而当刚重比大于2.7时［3］，则不考虑重力二阶效应。对建筑结构在该性能水准下的计算结果都满足《高规》的相关要求，同时振型分解反应谱法和时程分析的结果具有相同的统计意义。在对高层建筑结构缓解地震作用时产生的效应进行计算时，按照工程要求已将结果取平均值，而对震型分解反应谱法计算结果则取的是较大值。

3.2 中震作用下性能水准

高层建筑物在该性能水准要求下具有较高的抗地震作用能力，在设防烈度的地震作用下建筑结构会进入非弹性工作阶段。同时，地震对高层建筑结构体系的损坏程度不会进入不可修复的范围，对于重要的结构构件例如支柱，剪力墙底部加强部位等建筑结构应该始终保持不屈服的状态，这样在地震作用结束之后便可以通过对建筑结构进行简单的修复即可以继续使用。一般情况下，中震的烈度比通常遇到的地震烈度约大1.55°，在进行计算分析时要将建筑结构的水平地震影响系数调整到0.23，相较于小震下的0.08有所升高［4］。此外，对于建筑材料的强度也会有所提高，例如抗震承载力调整系数取1.0等。

3.3 大震作用下性能水准

通常建筑物在该性能水准下具有较高的抵抗地震作用能力，在地震中结构不会产生扭转效应，同时建筑结构的最大侧向位移和水平位移限值均满足规范要求，并且在局部楼层梁上会出现塑性铰对建筑结构进行加固。此外，在地震作用下建筑周围的型钢混凝土柱绝大部分都不会进入塑性阶段，因此可以有效的确保底部的剪力墙始终保持着较好的承载能力。

4 高层建筑抗震性能处理措施及设计优化对策

4.1 加强抗震防线设计

随着人们对高层建筑抗震效果的重视程度的提高，相关设计人员除了要确保建筑基本的设计标准以及安全建设标准，还需要提高现代混凝土结构的抗震性能。在设计高层混凝土建筑的过程中，需要加强抗震防线的设计。如果发生地震，那么建筑物可以处于多条防线的保护下，尽可能地防止出现混凝土结构坍塌的情况，从而增强建筑结构的平衡性［5］。因此，设计人员需要根据国家所制定的相关标准，科学设计混凝土结构的抗震级别，不断提高混凝土结构的安全性和稳定性。

4.2 合理选择设计位置

在建设高层混凝土建筑的过程中，还应该合理地选择其设计的位置，设计人员要亲自到施工场地了解和掌握相关布局以及场地的地质情况，同时也要综合考虑该地段的建筑是否存在社会价值和商业价值。针对地质情况以及地形条件比较复杂的位置区域，强化各个不同层面的管理和控制，不能将建筑物设计得太高，需要有效确保地基的设计和安排的科学性。而具体的设计和建设情况还应该根据实际情况进一步有效分析，不同种类的高层建筑物之间需要进行更加具体的对比分析。

4.3 合理选择结构类型

在设计高层混凝土建筑结构的过程中，相关的工作人员应该结合该建筑的实际需要以及建筑的结构，合理地选择相适应的建筑结构类型，同时还需要结合建筑物的类型以确定设计方案。针对底层住房空间比较大的楼层，需要在建筑物的外围设计保护结构，这有利于提高建筑物整体的平衡性，以保证建筑的安全性。针对楼层比较高的建筑物，还需要增强抗震能力的设计，以此提高建筑的稳定性。另外，为了确保车辆能够正常出入，还需要为其预留一定的通行位置［6］。

4.4 提高基础机构设计的合理性

高层混凝土建筑工程的设计和施工具有一定的难度，而其整体质量的好坏和基础机构的设计有着非常密切的联系。建筑的底框结构具有较强的实用性，可以适用于比较多的建筑项目，而且能带来一定的经济效益。但是底框结构也有一个比较大的问题，就是在具体的施工建设过程中，存在刚度分布不统一的问题，容易导致主体出现裂开的情况，这不利于保证建筑物结构的稳定性和安全性。

4.5 加强对建筑承受力的考虑

在具体设计建筑结构的过程中，需要对建筑物的压力承受能力进行合理的分析和计算，这是优化高层混凝土建筑抗震结构的重要因素。因此，有关的设计工作人员应该加强对建筑承受力的考虑和重视，采用一定的弹性策略，以保证高层建筑工程的平衡性以及安全性。为了提高建筑的抗震能力，在设计的过程中可以适当减少水平方向的侧移程度，同时减少建筑物本身的重量。除此之外，在具体的设计环节中，对于比较重要的数据还要进行更加具体的分析，全面考虑其给建筑抗震结构设计带来的影响。

4.6 妥善落实建筑抗震性能的加固设计

通过分析目前我国的高层建筑抗震设计情况可知，很多建筑的抗震方式比较简单，抗震的能力也不强。因此，当建筑物遇到强烈的地震发生时，就会产生不同程度的破坏和坍塌，从而造成严重的人员伤亡事故。为此，在设计高层混凝土建筑抗震结构的过程中，需要妥善落实建筑抗震性能的加固设计工作。在具体的施工过程中，施工人员要科学合理地分布建筑结构的刚度和强度，防止出现薄弱层。

总而言之，高层建筑是现代化城市发展的主要载体之一，成为诸多城市的地标性建筑。随着我国城镇化进程的加剧，为满足人们对建筑美观、舒适等多样化需求，围绕高层建筑的理论研究、分析设计和建造实践正在不断发展完善。高层建筑结构抗震性能处理和设计工作还有很多方面值得深入研究和创新发展。