试论高层建筑抗震性能的设计分析

樊慧

(太原市明仕达煤炭设计有限公司，山西 太原 030001）

1 概述

事实上，在建筑结构的设计过程中，抗震性能设计是目前所有高层建筑极需认真考虑的问题。我国的高层建筑主材料一般都是选用钢筋混凝土，而高层建筑结构的复杂化以及设计的新颖化对高层建筑的抗震性能又有一定的影响。

2 当前高层建筑抗震理念

在人类建筑史当中，人们一直想要寻求一个很好的办法去抗震防震，随着地质学家对地震的了解以及深入，已经基本掌握了地震的特征以及一般的地震地面运动特点，于是，在此基础上，高层建筑的抗震性能设计理论以及设计方案都有了很大的转变，并且不断完善发展。

现在最为流行使用的抗震设计方法就是基于位移的抗震设计方法。这种方法主要是对高层建筑进行准确的定量分析研究，再用量化的位移指标来制定高层建筑的抗震性能，从而让高层建筑的抗震变形能力范围可以满足地震时最低的变形要求，最终保持高层建筑的抗震性能能够达到一定的标准。

基于位移的抗震设计方法一般能够细分成下面的方法，即为：①能力谱方法；②按延性系数设计方法；③直接基于位移的方法。直接基于位移的方法是按照地震作用下预期的位移去计算地震的作用，从而进行高层建筑的抗震性能设计，望高层建筑能够达到一定的预期变形，能够起到抗震防震的作用。

3.高层建筑抗震性能低的原因分析

3.1 高层建筑层数过多

混凝土高层建筑的层数是有一个极限的，也就是说混凝土高层建筑的高度是有一个极限的，不能无限增高。一旦该建筑超过了混凝土建筑的最大高度，高层建筑的自重就会变大，导致这个高层建筑的抗震性能变差，给实际上的高层建筑施工带来的施工难度就更大了。这样一来，施工的时间、成本的耗费也就大了，而且居民的安全却无法得到保障，这是没有好处的。若地震发生，高层建筑容易倒塌，给国家跟居民所造成的精神伤害以及经济损害是无法估计的。因此，为了能够保证高层建筑的抗震性能良好，高层建筑的层数不宜过高，一定要根据实际施工场地，严格依照专业的高层建筑设计师的标准高层建筑设计图来进行施工。

3.2 地基选取不当

在一定程度上，地基的选取也可以对高层建筑的抗震性能造成一定的影响。地基之所以会对高层建筑的抗震性能造成影响，是因为地基作为所有建筑的基础，一旦地基不牢固，地震又不幸发生，高层建筑损坏甚至倒塌的现象就会极易出现。因此，在实际的高层建筑施工设计过程当中，优先选择一些地势较低、相对平坦的场地，还要保证基底的硬度足够大，如一些坚硬施工场地或者是较为均匀的中硬度施工场地，避免在山崖、陡坡或者下陷的地方进行高层建筑施工。

3.3 材料选取不当

在地震较为频繁的地区，除了要考虑高层建筑的施工层数、地基的选取还必须要考虑高层建筑的施工材料。施工材料的选择，是控制高层建筑抗震性能的最直接途径。同时，还有注意选取比较合理的建筑结构体系，在实际施工中，施工工作人员应当确保混凝土结构的位移限制值必须控制在国家相关法律法规当中。

3.4 抗震设防烈度偏低

根据地震发生的频率以及地震发生时地震的强度，我国把全国划分成多个地震设防区域，在不同的地方，不同的高层建筑设防等级也是不尽相同的。一旦高层建筑的抗震设防烈度下降，高层建筑的结构安全隐患就会增大。我国目前使用的抗震设防标准还没有达到一个较高的水平，中级地震就相当于在规定的设计既准期以内超越概率约为百分之十的地震强度，所以，高层建筑的抗震设防烈度不容忽视。

4、有效增强高层建筑的抗震性能

4.1 高层建筑结构规则性

对高层建筑进行一个合理的布局是增强高层建筑抗震性能的有效措施，有专家曾经分析过，外观较为简单、建筑结构较为对称的建筑在地震发生时，该种建筑的抗震性能会比较好，不易被地震损坏。之所以会这样，是因为这类建筑在地震发生时可以很快地对地震的强度作出很好的反应，抵御地震。所以，专业的高层建筑施工人员在进行高层建筑设计时会采用较为简单的建筑结构设计，确保建筑的平面外形以及立面外形的尺寸、抗侧力构件布置、承载力等各个方面都能够均匀分布，保持了高层建筑的相对规则性。唯有外观简单、受力均匀、结构硬度适中的高层建筑设计，才可以保证建筑物的抗震性能良好。

4.2 降低地震能量输入

要想降低高层建筑在地震中的能量输入，最常用的方法就是消能减震技术，这个技术就是在建筑结构的一些特殊部分，就好像节点、支撑点、连接缝等，在这些部位添加一些消能元件，然后这些消能元件就会通过产生摩擦非线性滞回变形耗能来分散或者是吸收地震能，从而减少建筑主体受地震的影响，防止高层建筑的结构被地震损坏甚至倒塌。

虽然这个方法可以大幅度地提高高层建筑的抗震性能，但这个方式的真正施工实施较难，若施工的尺度不能准确把握，到时整个工程就没有达到预期的抗震效果。所以，在实际施工当中，一定要注意合理规划施工。

4.3 控制地震扭转效应

一旦地震发生，那些建筑结构不对称、建筑格局不合理的建筑通常会出现水平移动，产生水平位移，这样就会产生扭转性的效应，严重的还会让高层建筑倒塌。究其原因，就是因为不规则的高层建筑的水平荷载中心跟刚度中心无法很好地重合在一起。所以，这就告诉专业的建筑施工人员，在实际的施工过程中要充分考虑建筑的结构会对建筑的抗震性能产生什么样的影响，最好选择一些外观规则、简单的建筑设计。

4.4 建筑结构自重减轻

当前的混凝土高层建筑，自重很大，一旦高层建筑的层数过多，要求相应的地基承载力也要大。所以，应当尽可能地减小高层建筑的自重，这样就对地基有很好的效果而且我们都应该注意到，建筑的质量跟地震效应是成一个正比关系的，建筑质量越大，受地震的影响就越大，所吸收的地震能量也就多。如这些地震能量无法释放，必然会损坏高层建筑。

4.5 增设抗震防线

要想增强高层建筑的抗震性能，还可以在建筑内外设置多道抗震防线，一旦第一道抗震防线被破坏，其他的抗震防线也可以继续起作用。

结语

在不断追求高层建筑的外形新颖奇特的同时，抗震性能一定不能忽略。因为一个建筑最能体现它的价值的除了其外观结构、建筑材料，更重要的一样就是抗震性能。从根本上增强高层建筑的抗震性能就要从实际上综合考虑各方面的因素。唯有从高层建筑的内部结构有足够大抗震防震措施，方可从根本上增强高层建筑的抗震性能。

[1]李忠献.高层建筑结构及其设计理论[M].北京:科学出版社.2006(8).

[2]张俊.高层建筑结构抗震控制[J].2008(9).