高层建筑物结构的抗震设计分析

李 更 生

(泉州市建筑设计院有限公司，福建 泉州 362000)



高层建筑物结构的抗震设计分析

李 更 生

(泉州市建筑设计院有限公司，福建 泉州 362000)

分析了高层建筑结构抗震性能的影响因素，针对地震灾害中高层建筑的破坏特点，论述了高层建筑抗震设计的基本内容和具体方法，为提高建筑物结构的抗震能力提供了参考。

高层建筑，抗震性能，结构体系，建筑材料

0 引言

地震给人类的生命财产安全带来巨大危害，建筑物非常容易受到地震的影响和破坏从而为人类的生命财产安全带来巨大的威胁。随着城市化进程的加快，城市中高层建筑逐年增加，这些高层建筑物结构复杂，外形设计不规则，这些都对建筑结构物的稳定性和抗震性能提出了更多的要求。我国位于环太平洋地震带和欧亚地震带之间，地震发生的频率较大，一旦发生地震灾害，将造成建筑物的严重损坏，从而对人们的生命和财产都造成巨大的威胁。因此做好高层建筑结构的抗震设计，提高建筑物的安全和稳定性至关重要。

1 影响高层建筑物抗震性能的关键因素

影响建筑物稳定性和安全性的关键因素主要包括外部环境以及建筑物自身的材料和结构设计几个方面。建筑物所处位置的地质情况对于建筑物的结构设计提出一定的要求，建筑物材料和结构的设计对于保证高层建筑的稳定性，提高抗震能力具有重要意义。

1.1 地理环境对高层建筑物结构抗震性能的影响

建筑物所处的地理环境对于建筑物的结构稳定性提出了不同的要求。我国地缘辽阔，同时处在环太平洋地震带和印度洋地震带之间，地震灾害频发，在地震灾害发生时次生灾害常常伴随发生，这些都会对建筑物结构造成巨大的灾害和严重的损失。同时由于局部地区的地质特点，例如地下岩洞、矿山开采等，如果调查不够深入，选址不当必将对建筑物的稳定性造成一定的影响。因此在进行建筑物选址时要做好实地的调查工作，对当地的地形、地质，历史灾害情况进行统计分析，保证针对当地环境合理的进行建筑物结构的抗震性能设计，最大程度的减小地震对高层建筑物结构的破坏。

1.2 建筑材料对高层建筑物结构抗震性能的影响

建筑材料的质量与高层建筑结构抗震性能的好坏存在直接关系，在相同的地质条件和外部环境下，建筑物材料的选择对于提高建筑物的抗震能力，从而增加建筑物的安全系数具有决定性作用。在实际的设计施工中，建筑物围护墙等一般采用空心砖等质量较轻的材料，从而提高建筑的抗震能力。对于地质灾害频发的地区，高层建筑结构应该选择结构相对稳定的钢结构建筑，从而提高建筑物的抗震性能。

1.3 高层建筑物自身结构对抗震性能的影响

高层建筑物自身的结构是决定其抗震性能好坏的关键性因素。合理选择建筑结构的形式，对于提高建筑物结构的抗震性能具有重要的意义。目前我国的建筑物结构设计有了很大的进步，但是相对于发达国家来讲，我们还有很大的差距，尤其是在结构优化设计、载荷配置方面都无法与快速发展的建筑形式相适应。目前高层建筑物结构正向着复杂化和高层化发展，提高建筑物结构抗震性能的设计对于提高建筑物抗震能力，减少生命财产损失具有重要意义。

2 地震灾害中高层建筑的破坏特点

通过对近年来国内外的地震资料的分析和建筑物破坏情况的调查统计，在静载荷下受力分析合理的建筑物结构在地震中，由于载荷突变，很容易失稳，发生巨大的破坏。在地震中高层建筑物结构的破坏一般呈现以下几个方面的特点。

2.1 地基方面

地基位置和类型对于建筑的抗震性能具有重要的影响。在冲击土层场地上，由于土层较厚并且呈现相对较软的趋势，因此发生地震时建筑物的破坏显著增加。由于地基选择不稳，选址在了危险地段，因此地基不稳导致在出现地震时建筑物地基不稳，发生整体倾斜甚至是倒塌。同时如果地基施工不合格，造成地基沉降，很容易从结构上导致房屋的损坏，从而破坏结构的稳定性。

2.2 结构体系方面

高层建筑物一般采用以下几种常用的结构形式，“填墙框架”“底框结构”“钢筋混凝土板”等。当采用“填墙框架”的房屋结构时，钢筋混凝土结构容易发生剪切破坏而影响整体的强度，为了避免这种情况的发生，房屋结构可以采用框架—抗震墙体系的房屋结构；当采用“底框结构”体系的房屋时，底层由于刚度不足，容易发生破坏，采用“钢筋混凝土板”时，同样容易发生破坏。因此结构体系方面，采用不同的结构，当地质灾害发生时，结构的破坏形式也不同。

2.3 构件形式方面

在常见的框架结构中，其安全性要低于梁、板，在发生地震灾害时，框架结构更容易遭到破坏，在钢筋混凝土结构中，通常会发生倾斜或者是交叉裂缝。当钢筋混凝土框架层间角度较大时，短柱的损坏程度更加严重。如图1所示为建筑构件形式抵抗地震能力的示意图。对结构体施加水平力时，若超过其支承的弹性限度，变形就会急剧地增加，达到最大强度。在设计时，对于频度高的地震，通常都停留在支承力的弹性极限以下，大地震时则不要超过其最大强度。

3 抗震设计方法与分析

针对以上问题，在进行高层建筑物结构的设计时要从较少地震载荷输入和增加建筑物抵抗地震能力两个方面入手进行深入的优化设计。目前，在进行高层建筑物结构优化设计时需要从以下几个方面进行分析。

3.1 多角度设置抗震防线

当地震发生时，采用冗余设计可以保证建筑物结构的稳定，提高建筑物的抗震能力。当第一种抗震措施失效时，可以有后续的结构来保证结构物的稳定，阻止建筑物的进一步破坏，避免大面积的倒塌，造成巨大的生命财产损失。因此在进行建筑物的结构设计过程中，应该采用多肢节或者是框架式结构。同时采用剪力墙等措施，多方面保证结构的稳定性。

3.2 合理选择建筑材料

建筑材料的选择直接关系着建筑结构的质量，当选用的建筑材料优质合理时，建筑物结构总体的抗震能力都有一个很好的提升。因此必须对构成建筑物结构的材料进行优选。在材料确定之前，要进行数据调查分析和参数选择。不能单纯的从价格或者是承载能力进行考虑，而是要多方面考虑问题，从整体上对建筑物结构的材料进行选择，从而达到多方位、多层次对建筑材料进行选择和确定的目的，保证建筑的经济性、稳定性、抗震性都保持在一个合理的水平。钢材具有较好的机械性能和力学性能，在正常的使用条件下可以有效的避免因为超载引起的断裂、坍塌等突发事故。同时，因为钢材的塑性和韧性都比较好，且钢结构对动载荷的适应能力很强，使得钢结构能够快速地吸收地震等引起的剧烈的动载荷冲击，从而保证钢结构良好的抗震性能，有效的保护了人民群众的生命财产安全，因此在抗震结构中优先推荐采用钢结构。

3.3 合理设计抗震结构

合理的结构设计直接关系着高层建筑物结构抗震性能的好坏优劣。目前，我国在建筑抗震结构设计中一般采用以下几种结构，主要包括框筒结构、筒中筒和框架体系。抗震结构的制作、安装技术的成熟性和合理性直接关系着建筑的抗震能力和使用安全。由于抗震结构的制作和安装技术相对而言比较复杂，一直以来都是行业内关注的重点。因此在高层建筑物钢结构的设计和施工过程中，要做好技术分析和控制。

4 结语

随着科学技术的发展，高层建筑物结构的抗震设计技术和方法也在不断的革新，先进的设计方法和设计理念层出不穷。为了保证抗震设计的科学性，必须深入了解影响高层建筑物结构抗震性能的关键因素，分析在遭遇地震灾害时建筑物的破坏情况，从而选择合理的建筑物结构的设计。多角度设置抗震防线，综合利用多种抗震措施，合理设计抗震结构，从而增强建筑物的抗震能力，达到减少地震灾害给高层建筑物造成的破坏，保护人们的生命和财产安全的目的。

[1] 傅振芳.高层建筑结构的抗震设计分析[J].科技创新与应用,2015(35):247.

[2] 石慧民.高层建筑物结构的抗震设计[J].四川水泥,2015(9):155.

[3] 陈 平.高层建筑结构抗震分析与设计[J].科技风,2014(20):168.

On seismic design analysis of high-rise buildings

Li Gengsheng

(QuanzhouArchitecturalDesignInstituteCo.,Ltd,Quanzhou362000,China)

According to the damage features of the high-rise buildings in earthquakes, the paper analyzes the affected factors for the seismic performance of high-rise buildings, and indicates the basic content and methods for the seismic design methods for the high-rise buildings, so as to improve the seismic performance of the architectural structures.

high-rise building, seismic performance, structural system, architectural materials

1009-6825(2017)06-0065-03

2016-12-18

李更生(1978- )，男，工程师

TU352

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