高层建筑结构抗震设计要点探析

方正娟

摘要：在高层建筑中，结构和性能要求比一般建筑要高，必须对高层建筑的抗震设计进行重点考虑，本文即对于高层建筑结构的抗震设计要点进行了分析。

关键词：高层建筑；结构设计；抗震设计

中图分类号：TU973.31 文献标识码：A 文章编号：1674—3024（2016）11—177—02

前言

高层建筑是当前建筑行业发展的主要趋势，高层建筑物的抗震设计是一项十分重要的课题，必须要做好抗震结构设计工作。

1高层建筑结构抗震设计存在的问题

1.1抗震设计准备不充分

高层建筑抗震设计准备不充分主要体现在对施工环境所处的区域的地质条件的调查不充分.设计人员没有充分了解该地区的地质条件，没有对某些特殊地区进行规避，也没有对该地区的地震特点做出特殊设计。另外，受到市场条件和自身能力的限制，一些建设单位违规的裁剪现场施工人员、压缩工期来提高效益。

1.2受力体系设计难控制

受到高层建筑与众不同的受力体系决定了高层建筑的受力点更加难以控制，因此，在对高层建筑进行抗震结构设计时，需要充分考虑建筑本身的受力结构设计，避免抗震结构破坏原本的承力结构。如果一个高层建筑的受力结构太过复杂，会导致建筑承力不均衡，容易破坏建筑的稳定性，降低抗震能力。

1.3结构设计与抗震矛盾

人们在建筑的外观上投注了更多的精力，这导致了最近十几年来建筑的许多突破传统的外形。这些创新外形的高层建筑大多都具有不规则的线条，导致这些建筑的受力结构不像普通高层建筑一样垂直，在设计时需要更多的考虑承力设计的问题。我国有许多建筑设计人员在这些不规则外形的高层建筑设计中存在着不同意见，没有较高的水平来完成这些高难度的设计工作，导致设计的不规则高层建筑容易出现设计与实际不符等问题。许多高层建筑的不规则结构消除了抗震设计和施工的均衡点，导致建筑抗震结构无法满足需求，对高层建筑物的整体安全性带来了很大的安全隐患。

2高层建筑结构抗震设计的内容

高层建筑构设计中的抗震需要做好两个方面，一个是建筑结构的隔震，二是建筑结构的减震。

2.1高层建筑结构隔震设计

高超隔震结构设计主要是在在高层建筑物下方设置一种地震时比其他层产生更大水平变形的“隔震层”，使得振动能量不容易传递到上方建筑物，从而会让上层建筑物减小与地基出现共振现象，有集中吸收振动能量的作用。具体构件可以分为三个部分。一是铅制缓冲构件，这是一种利用高纯度的铅材料的塑性变形而制成构件。二是钢制缓冲构件，这是一种利用钢料的塑性变形，起着衰减振动的作用而制成的构件。三是叠层橡胶，这是一种将厚度数毫米的橡胶与钢板两者交互重叠接合，施加热与压力，避免与地基共振，发挥橡胶特有的弹性，保持了垂直方向坚硬而设计的做法。

根据高层对建筑不同位置，建筑结构隔震技术又可以分为四种。一是基础抗震，这种抗震位置在建筑基础与上层结构部分之间。装置通常常是夹层橡胶垫隔震、基底滑移隔震和混合隔震。二是地基隔震，这种抗震位置设置在建筑基础下的地基当里，材料通常用砂、糯米和软粘土，在发生地震时有多次吸收、反复吸收能量波的作用。三是悬挂隔震，顾名思义就是建筑结构进行悬挂设计和建造的隔震技术。四是层间隔震，这是一种融合了隔震技术和抗震技术安装的耗能减震装置可以吸收地震发生产生的能量，降低建筑结构在地震中反应的强烈，该技术的隔震效果良好，值得推广。

2.2高层建筑结构减震设计

结构减震目的是有效的控制建筑结构的移位，按照减震方式的不同，高层建筑构减震分为三种方式。

（1）消能减震。该技术是凭借建筑结构附加阻力值的提高达到减弱建筑结构地震反应程度。也就是在结构中某些部位设置耗能元件，会在结构振动变形时使得滞回变形耗散能量，以至于在地震荷载下，不会破坏建筑结构或破坏程度在允许范围内。能减震装置的种类是比较多，包括摩擦阻力、器粘滞阻力器和塑性阻力器等装置。一是摩擦阻力器，该阻力器是利用两块固体之间相对滑动产生的摩擦来耗散能量。二是金属阻力器，该阻力器是利用金属的非弹性变形耗能，而金属阻力器具体又分为软钢阻力器、铅阴力器、形状记忆合金阻力器。三是粘滞阻力器，该阴力器是利用豁稠液体的粘性来耗散振动能量。消能减震技术具有迅速衰减结构的地震反应，并保护主体结构和构件免遭损坏，具有非常的安全性。同时还具有非常大的经济性，消能减震加固方法相比传统抗震加固方法可以达到节省10%-60%的造价。

（2）跷动减震。该技术有两种做法一是在建筑结构中对于要承受地震能量较大的柱，以及支撑等结构与建筑下部基础，采取不紧固设计方法。二是在建筑上部结构和下部基础采取竖向上的不紧固设计方法。

（3）机械减震。该技术是利用建筑结构内部钢支撑与外包钢管间的不粘结性，或者是在建筑物的内部用钢支撑与外包钢服并在钢管混凝土上涂抹无粘结漆，以此形成滑移的界面。

3高层建筑结构抗震设计的优化

3.1提升抗震设计人员的水平

设计人员的抗震设计水平和对抗震设计的重视程度在很大程度上决定了建筑的抗震能力。提升建筑抗震能力，首先需要提升抗震设计水平。设计人员要积极做出探讨，完善目前抗震设计中的不足之处并交流经验。其次，设计人员要重视建筑设计中的抗震设计，提升建筑的抗击和承载力，同时要做到抗震系统和建筑其他系统之间的和谐运作。最后，政府相关部门应该为设计人员的抗震设计水平的提升提供帮助，例如组织设计人员的集中学习，提高他们的业务水平和职业素养，提升行业的整体水平。设计人员应该积极提升自己的能力，学习和掌握国内外的新技术，进而使其更好地进行抗震设计工作。

3.2建筑材料的合理选择运用

高层建筑结构材料的选择在抗震性能方面有关键性的影响。在地震时，高层建筑物遭受地震的作用力和建筑结构的刚度往往是成正向比例的，也就是建筑物中重量越大的结构构件，遭受地震的影响也就会越大。所以在对建筑材料进行选择时，应该选用符合高层建筑抗震要求的工程材半气一方面在确保安全的基础前提下，建筑屋面构件中用用轻质材料来代替厚重的材料，以此减少建筑结构构件的整体重量不同材料的结构类型性能是不一样的，按照抗震性能多采用钢结构或型钢混凝土结构。同时还应考虑材料经济性和建筑施工过程中的质量管理，在注重安全性的同时，也要注重工程建设的经济效益。

3.3优化高层建筑的结构设计

高层建筑结构设计首先是地基地质的勘察设计。在复杂地形下对建筑物平面进行布置时，会存在建筑物的质心和钢心不一样的现象，使得高层建筑物重心不稳的状况，尤其是在地震发生中建筑结构就会出现很大的扭曲，造成破坏的加大。所以按照建筑场地地基地质特点与受地震破坏作用的强弱做好分类，遵循形状规则、竖向均匀和结构对称的原则，并且根据建筑场地的实际情况做好抗震措施，保证建筑结构的重心保持稳定，如根据地基地质抗震设防类别、地基液化等级方面，采取地基和上部结构整体性刚度的加强措施，避免建筑结构出现头重脚轻的现象。

3.4地震作用中的水平力控制

在地震的地面运动作用下，高层建筑不仅要求横墙有足够的承载力，同时还要求建筑楼盖必须有能把地震力传给横墙的水平刚度，因为水平力会使得高层建筑物发生倾覆力矩，同时在结构的竖向构件中会发生巨大的轴力，水平力的弯矩产生往往会随着建筑物高度的两次方成正比，侧向位移和高度四次方成正比，这样我们就发现，对于高层建筑而言，竖向荷载不受建筑物高度影响，而水平方向上地震作用的数值大小会随着建筑物的质量刚度等动力特性不同，产生较大幅度的变化。

3.5进行高层建筑的侧移控制

高层建筑中，水平荷载下结构的侧移会随着楼层的增加而增大，侧向位移过大就会使得结构产生附加内力，如果附加偏心力超过了一定的限度值，就会造成整个结构的倒塌。而在地震荷载作用下，高层建筑结构所产生的水平剪切力同样会造成建筑物侧移，所以在结构构件，应保证有一定的强度、刚度和稳定性。

3.6采取多层次建筑抗震设计

高层建筑的抗震能力与其分部抗震体系的性能有很大关系，而考虑到高层建筑的延伸性，高层建筑防震结构的设计可以采取多层防震系统的方式。同时，当高层建筑的主耗能构件具有较高的延伸性和刚柔性时，能够在地震带来的时候承受更大的冲击力，并将力量传递扩散出去，减少对构件本身的损坏。另外，构件之间组成的系统能够将各个构件的抗震能力组合成一个整体，要及时对构件的性能进行检测，避免某个构件出现屈服降低系统的看诊性能。

4结语

高层建筑抗震结构设计问题直接关系到其结构的稳定性，高层建筑的抗震设计一定要遵循其高层的特点，从而使高层建筑的抗震能力得到充分保障。