浅论高层建筑抗震结构设计

摘要：随着我国经济的飞速发展以及城市化进程不断的加快，为了有效的缓解城市用地紧张的局面，高层建筑开始大规模的兴建。高层建筑具有层数较高，垂直高度大，结构较为复杂，所以对其抗震性能有更严格的要求。本文章主要就高层建筑的抗震结构设计进行分析。

关键词：高层建筑；抗震设计；隔震

中图分类号：TU97文献标识码： A

前言

近年来，由于人类对于自然环境的不断破坏，各类自然灾害发生的较为频繁。地震作为自然灾害中一种，其突发性和破坏性对人类的生存安全及社会的稳定造成了很大的影响。通过对近几年地震中的伤亡原因进行统计表明，由于地震所引发的次生灾害--房屋倒塌，成为地震中对人类的安全及经济损失影响最大的因素。所以当前对于建筑物的设计，特别是在设计高层建筑时，其结构抗震设计是十分关键的，对于减轻地震灾害具有十分重要的意义。基于此，下文主要针对高层建筑，就其抗震结构设计进行探析。

一、建筑物抗震结构简介

建筑结构是建筑物中能承受水平和竖向作用的骨架，包括上部结构设计和基础设计。结构工程师或者其它相关专业人士通过在建筑设计原有基础上增加部件或者器械以增加建筑物整体的抗震能力，这就是建筑物抗震结构设计。进行抗震设计的建筑，其基本抗震设防目标是：当遭受低于本地区抗震设防烈度的多遇地震影响时，主体结构不受损坏或不需修理可继续使用；当遭受低于本地区抗震设防烈度的设防地震影响时，可能发生损坏，但经一般性修理仍可继续使用；当遭受高于本地区抗震设防烈度的罕遇地震影响时，不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。此设防目标的通俗说法是：小震不坏、基本地震可修、大震不倒。使用功能或其他方面有专门要求的建筑，当采用抗震性能化设计时，具有更具体或更高的抗震设防目标。

二、高层建筑抗震设计

10层及10层以上或房屋高度大于28米的住宅建筑和房屋高度大于24米的其他民用建筑为高层建筑。地震灾害对建筑物造成的伤害程度随着地震的强度、建筑物地基的坚实程度而变化，要做到降低建筑物受到地震后的损坏，只能在建筑过程或者建筑设计阶段增加建筑物的抗震能力。而建筑物受到地震伤害的程度也会随着楼层的增加而增大。建筑物抗震设计最主要的方向就是将建筑物经过改造以后能够对地震作用于建筑物的力产生与之对抗的力。两种力相互抵消，才能够达到这个目标。

三、上部结构的抗震

上部结构主要从建筑承受荷载与结构布置、体系以及结构分析四点做说明。

1.荷载以及建筑物外力

建筑的荷载和外力主要是指建筑物施工完成后，能够使建筑的整体或局部发生形变的影响因素。建筑物的荷载和外力主要分为建筑物横向受力、横向荷载，建筑物纵向外力、纵向荷载等。这两种类型是建筑物自身所产生的一种内力，除此之外，建筑物还会受到外力的影响。按照受力时间的长短可以分为长期作用在建筑物上的力和临时作用在建筑物上的力两种。不管是建筑物自身的内力还是建筑物所受的外力都应该在建筑物设计的标准范围内，否则，建筑物就会因为长期承受超负荷的力而发生形变甚至倒塌，对使用者造成巨大的伤害和经济损失。

2.建筑形体及其构件布置

建筑布置对结构的规则性影响重大，抗震性能良好的建筑，需要建筑师与结构工程师的相互配合。建筑形体及其构件布置应避免形成平面和竖向的不规则。结构平面布置的关键是避免扭转并确保水平传力途径的有效性，应使结构的刚度中心与质量中心一致或基本一致。否则，地震时将使结构产生平东与扭转偶联振动，使远离刚度中心的构件侧向位移及所分担的地震剪力明显增大，产生较严重的破坏。因此，对每个结构单元应尽量采用方形、矩形、正多边形、椭圆形等简单规则的平面形状，避免主要抗侧力构件的偏置。结构立面和剖面布置的关键是避免承载力及楼层刚度的突变，避免出现薄弱层并确保竖向传力途径的有效性。应使结构的承载力和竖向刚度自下而上逐步减小，变化均匀、连续，不出现突变。否则，在地震作用下某些楼层或部位将形成软弱层或薄弱层而加重破坏。因此，建筑立面应尽量采用矩形、梯形、三角形等均与变化的几何形状，避免采用带有突然变化的阶梯型立面。

3.结构体系

抗震结构应采用合理经济的结构类型，结构方案选取是否合理对安全和经济起主要作用。抗震结构体系要求受力明确、传力合理且传力路线不间断，使结构的抗震分析更符合结构在抗震时的实际表现，且对提高结构的抗震性能十分有利，是结构选型与布置结构抗侧力体系时应首先考虑的因素之一。结构的抗震能力需要强度、刚度和变性能力的统一，即抗震结构体系应具备必要的强度和良好变形耗能能力，仅有强度和缺乏足够的延性时，在强烈的地震下很容易破坏；虽有较好的延性而强度不足时，在强烈地震下必然产生很大的变形、破坏严重甚至倒塌。

4结构分析

结构分析是结构设计的前提，是结构设计的重要依据性工作，采用合理的计算模型和计算假定，正确选用计算程序，必要时的多模型多程序比较分析等对结构设计关系重大。振型分解反应谱法是目前结构抗震设计计算的主要方法，底部剪力法是一种简化的计算方法，随着计算机应用的普及，底部剪力法在实际工程中的应用正逐渐减少，在方案及初步设计中常用。时程分析法作为振型分解反应谱法的补充计算方法，在工程中的应用越来越普遍。

四、基础结构的抗震作用

基础是加载在地基之上，以地基为基础，用来承受整个建筑物的一种抗震结构。基础结构是针对于整个建筑物而言的，在建筑物的地基上加建基础结构能够有效的防止建筑物在遭遇地震后产生的位移和塌陷等现象。为此，基础必须是在有足够承载能力的地基之上建设。由于建筑物的高度决定了整个建筑物的质量和若是发生位移以后的位移量，基础结构的抗震效果主要体现在当建筑物遭遇地震时，建筑物塌陷能够均匀下沉而不是局部塌陷，有效的防止了建筑物由于局部塌陷而导致的楼体坍塌等问题。

五、隔震结构的设计

以往的高层建筑抗震能力较差，在遭遇地震灾害以后，整个建筑物的主要受力结构会受到损伤，从而影响建筑物的功能使用。现代的高层建筑物为了能够有效的降低建筑物主要受力结构的损伤，保证建筑物的功能正常，会在建筑设计阶段给建筑物设计一种有效的抗震结构，即隔震结构。这种结构之所以被称之为隔震结构，主要是由于它能够使建筑物在遭遇地震灾害时地震作用在建筑物上的力最大程度的隔离在建筑物以外，使建筑物承受的只是地震产生力的一小部分，极大的降低高层建筑在地震中受到的损伤。同时，在下层楼层中加入这种隔震结构，能够有效的阻止地震能量向建筑物高层传递，在一定程度上能够对高层建筑起到较大的保护作用。

1.隔震结构在地基中的设计

地基作为承受整个建筑物的载体，在地基当中使用隔震结构能够使建筑物在发生地震时，将地震所产生的能量在地基阶段就被阻挡在地下；也可能是因为隔震结构的缓冲作用极大的降低了这些能量从而保护了建筑物。

2.隔震结构在楼层中的设计

与1所述一样，在楼层中是用隔震结构将地震产生的能量阻隔在建筑物底层，或者抵消很大一部分能量，使高层不受或者很少受到这种能量的冲击。

结语

目前，高层建筑已经成为现在城市建筑的主流，对于高层建筑的抗震设计已经是重要的工作之一。因此，高层建筑在抗震设计时应充分提高其整体的抗震能力，克服设计工作中遇到的问题，确保人民财产安全。上文主要对高层建筑抗震结构设计进行了研究，希望能够对相关工作人员提供相应的理论依据。

参考文献：

[1]建筑抗震设计规范应用与分析GB50011-2010，朱炳寅，中国建筑工业出版社 2011年9月第一版.