探讨高层建筑结构抗震分析和设计

摘要：随着社会经济的发展和人口数量的增加，土地资源短缺的情况愈发严峻，而高层建筑有利于节省土地资源，满足社会发展和人们的需求，不论是办公楼还是住宅楼，高层建筑的数量越来越多，高层建筑结构的抗震性能始终都是人们关注的重点，如果高层建筑的抗震性能不好将会直接威胁到人民群众的生命财产安全。所以，我们应当充分了解高层建筑结构抗震设计中的注意事项，分析提高其抗震性能的措施。

关键词：高层建筑；建筑结构；抗震设计和分析

中图分类号：TU97文献标识码： A

在高层建筑的设计和施工中，抗震设计是一项非常关键的工作，因为它对高层建筑的使用年限和使用功能有不容忽视的作用。所以，设计人员优化高层建筑的设计方案的时候，应当遵循建筑设计的有关原则，运用科学的方法开展设计，在充分了解高层建筑结构特点的基础上，认真分析抗震设计中的不足，不断探索更加科学的抗震设计方法。本文主要对高层建筑结构抗震分析和设计进行探讨。

一、高层建筑结构抗震设计的具体要求

（一）高层建筑结构的抗震设计思路

从世界各国的建筑设计原则来看，基本的原则可以总结为：建筑遇到轻度地震不被破坏，遇到中度地震可以修理，遇到大地震不倒塌。在各国具体的实践中，这个原则受到了普遍的肯定，并且取得了良好的效益。

小地震建筑物不发生损坏的意思是，建筑物遇到了轻微的地震，结构发生弹性变形，不会受到损坏，不需要修理仍然可以正常使用；中等程度的地震建筑物可以修理的意识是当建筑物遇到中等强度的地震，发生了非弹性变形，出现了某种程度的破坏，但是只要进行普通的修理仍然不影响正常使用；建筑物遭遇大地震不倒塌的意思是当建筑物遭遇强度非常强的地震后，各个结构受到一定程度的破坏，但是整体不发生坍塌。

发达国家的建筑物大都符合抗震设计的要求，发生地震时人员伤亡数量不多，我国与发达国家相比，仍然存在较大的差距，由于抗震设计不科学，造成轻微地震就对建筑造成重大破坏的情况屡见不鲜。

（二）地震烈度与抗震等级

地震烈度属于地域概念，它是国家的相关部门在参考地理环境资料、历史资料等资料的前提下，经过勘验后，制定出的经验数值，我国多数地区建筑地震烈度是8度。抗震等级指设计单位根据我国的相关规定，参照烈度、建筑物的结构类型和高度，运用不同的抗震等级开展的设计。比如钢筋混凝土结构，其抗震等级可以分成四级来表示其严重程度

二、当前高层建筑结构设计存在的不足

对于大多数建筑，不管是横向设计原理还是侧向设计原理，其差异并不大，不过高层建筑与低层建筑相比，其在侧向方面需要考虑的因素更多，主要有以下几个原因：第一，建筑物的高度越高，那么它需要承受的竖向演练就会增大，因此，它就需要更坚固的墙体、墙柱等；第二，在建筑中，通常侧向力会比横向力产生更大的变形压力和倾覆压力，因而，对于竖向负载，压力会急剧增加，这在建筑抗压抗震性能方面的表现尤为明显。高层建筑的问题不只是表现在它本身结构的抗剪方面，还表现在抗弯曲和变形方面。此外，设计师在设计时还需要综合考虑共振、剪重、侧向位移等因素。

三、高层建筑结构抗震设计的方法

（一）关注建筑的理念设计

理念体现出人们对客观事物的理性认识。设计师要想设计出优异的方案，必须了解最基本的理念设计，因为正确的理念能够有效的指导设计工作，保证设计出高层建筑结构科学、各个构件平衡，同时具有良好的安全性和经济性，正确的理念应当贯穿设计的始终。

（二）正确处理薄弱层

高层建筑结构需要承受的负荷很多，既有来自于它本身的竖直方向上的负荷，还有侧向风负载和地震产生的冲击，后一种负载对高层建筑结构的影响更大。同一座高层建筑，它在不同的高度上抗侧力的强度是不同的，这种情况会出现薄弱层，设计人员在设计时应当尽可能避免或者减弱薄弱层。当前，我国为了增强高层建筑的抗震性能，提出了两个环节的设计。在第一个环节中，设计师应利用计算高层建筑在弹性情况下会出现的地震效应；在第二个环节中，要计算出高层建筑的薄弱层之后对结构的薄弱环节进行转角处理，考虑到转角处理的难度较大，也可以侧向移位，但是要注意设计不能大于规定的范围，这样做的目的是保证建筑本身不受影响的前提下合理处理薄弱层。

（三）选用恰当的高层建筑结构类型

框架结构、剪力墙结构、筒体结构等都是高层建筑经常使用的结构体系，设计人员设计时要关注下面几个要素：首先，结构的形式要尽量简单，切忌复杂，这样结构的受力也会简单，发生地震时，高层建筑的受力明确，地震力的传递简单，而且简单的结构有助于设计人员来评估结构的抗震能力；其次，建筑结构要均匀规则，只有保证建筑平面的规则性，结构布置的均匀性，才能避免子结构在短时间被破坏、发生坍塌等情况；再次，地震力的方向不是单向的而是双向的，这就要求设计人员在布置结构的过程中要保证结构可以抵抗来自于任何方向上的地震作用；最后，保证结构的整体性能。钢结构与混凝土结构相互结合形成的钢混结构的整体性能好，所以，目前很多设计师都会选择钢混结构。

（四）减少高层建筑结构本身的重量

减轻高层建筑结构本身的重量对于高层建筑结构的设计具有重要意义，在不增加基础、不提高地基处理成本的前提下，设计人员可以适当的增加高层建筑的楼层，比如在相同地基承载基础上，为了扩大使用面积，可以通过减少自重的方式来增加层数，与此同时，要考虑高层建筑的质量与地震作用是正比的关系，高层建筑的质量降低了，地震效应也会下降，例如高层建筑的高度较高，重心高，安全性和可靠性差，为了降低其自重，可以采用轻型的填充墙。

（五）控制地震能量的输入

利用有效的抗震措施，采用基于位移的高层建筑结构抗震设计来确定结构发生的变形，同时确定机构需要的延性抗震性，进而保证结构在不同的地震作用下达成抗震目标。控制的证能量输入的办法还包括：认真核算构件的承载能力和变形值；依据施工标准和以往的经验来确定构件的具体构造要求，从各个阶段进行控制，降低地震力导致的共振破坏。

（六）高层建筑构件配筋的设计

设计人员在设计高层建筑结构的构件配筋时注意不能随意加强，要遵守该弱就弱，该强就强的基本原则，因为如果在设计中以大代小，改变了构件配筋的状况，就可能会出现结构的某个部位的设计太强，进而出现相对的薄弱部位，不利于高层建筑结构分解地震力。比如，在柱配筋不改变的情况下，设计人员随意提高了梁的配筋，就有可能出现柱端比梁端先出铰的情况，破坏结构。

（七）设计多道抗震防线

高层建筑结构中，剪力墙结构的性能非常好，它不仅是常用的抗侧力构件，而且还是首道抗震防线。所以，剪力墙的数量应当充足，如果首道防线被破坏，那么可以将联肢墙当作下一道防线。

结语

高层建筑对于缓解当前土地资源紧张的情况有重要的作用，但同时高层建筑施工的难度比较大，所以，其设计是否科学合理非常重要。众所周知，我国幅员辽阔，人口基数大，很多地区位于地震频发带上，为了维护社会的稳定，保障人民的生命财产安全，我们应当关注高层建筑结构的抗震分析和设计，掌握高层建筑抗震方面的专业知识，从各个环节入手，不断提高设计水平，制定可行性高的设计方案。

参考文献：

[1]董涛.浅谈高层建筑结构抗震设计[J].河南建材,2009(01)

[2]陈维东.高层建筑结构抗震设计存在的问题及其对策[J].中国高新技术企业,2009(05)

[3]刘建政.住宅高层建筑结构抗震的优化设计[J].建筑设计管理,2012(02)

作者简介：

姓名：李超；出生年月：1986.8：民族：汉；籍贯：河南信阳；毕业院校：南昌理工学院；学历：大专；职称：助工；单位：信阳市建筑勘察设计研究院有限公司；研究方向：建筑结构；

姓名：褚培培；出生年月：1986.8：民族：汉；籍贯：河南信阳；毕业院校：广州大学；学历：本科；职称：助工；单位：信阳市建筑勘察设计研究院有限公司；研究方向：建筑结构；