高层建筑结构抗震分析和设计的探讨

胡昌德

（酒钢集团甘肃筑鼎建设有限责任公司，甘肃嘉峪关 735100）

近年来，我国建筑行业发展迅速，高层建筑越来越多，而为了应对频繁的地震灾害，高层建筑结构设计与布局都需要考虑抗震性，这使得高层建筑结构设计越发困难。对于高层建筑工程抗震设计工作而言，抗震分析是十分重要的，其实抗震设计的基础，为了保证建筑结构能够实现安全抗震，施工单位必须要重视高程建筑抗震分析和设计工作，为其施工建设和使用奠定良好的基础，同时增加高层建筑的经济效益和社会效益。

1 高层建筑结构抗震概述

我国当前使用的高层建筑抗震计算基于予多遇地震情况提出的一种计算方法，在反应谱理论指导下所设计的，并应用弹性方法对其内力、位移展开计算，采用极限状态方法对构件进行设计。

高层建筑结构抗震设计要考虑以下几点：场地、地基合适性，选择合适的地理位置建设；地震衍生伤害规划，通过合理规划预防地震引发的衍生灾害；结构合理，考虑建筑抗震的设防烈度、类别、材料、高度等因素；非结构构件做好处理，包括建筑非结构构件及其主体连接、附属机电设备等构件的计算处理[1]。

2 高层建筑结构设计原则

高层建筑结构设计原则具体体现在以下几点：

（1）因地制宜。设计前要仔细勘察建筑物周边情况，包括地形、地基荷载等情况，确保建筑设计能够有效落实。

（2）误差合理。在设计高层建筑结构前，首先要计算简图，以确保建筑结构设计符合用户要求，同时能够通过简图计算了解其中的不足，进行改进，提高建筑结构安全性。因此，在设计时，要将结构设计尽量控制在标准范围内，通过准确的简图计算时结构设计更加完善。

（3）功能完善。高层建筑类型不同，其功能也有所不同，因此，设计人员要根据用户实际要求来设计建筑结构，满足不同建筑在功能上的各种需求。

（4）建筑延性。高层建筑在抗震方面有着较高的要求，因此，设计施工时需要注意建筑延性要求，利用施工材料、设计和机构特点等完善高层建筑的功能，提高其延性。

3 高层建筑结构抗震分析设计中存在的问题

3.1 地基问题

有些高层建筑的场地属于较厚的软弱冲击土层，这类土层对建筑地基破坏力比较大。而且，地基由于受到土液化影响出现沉降现象，影响了上部建筑，严重的甚至会导致整个建筑倾斜。高层建筑的建设位置一旦处于危险地段，极易发生由于地基问题而导致的结构破坏现象，若是建筑结构周期与场地自振周期重趋同，引发共振效果会加大建筑破坏力。

3.2 高度问题

当前我国使用的高层建筑混凝土结构技术相关规定指出，在一定的设防烈度和结构形式基础上，钢筋混凝土高层建筑有相应的高度标准，该高度需要根据我国的建筑水平、经济水平以及施工水平等来决定，这种方法被大部分建筑学家所认可[2]。但是，现阶段高层建筑在建设时，很多建筑的高度超过标准高度，一旦遭遇地震，这些超高建筑极易发生变形现象，建筑物也会迅速被破坏，整个建筑的安全都会受到影响。

3.3 结构体系问题

高层建筑结构一般是框架结构或是框架与抗震墙结构，而钢筋混凝土框架平面内柱的上部分极易出现剪切破坏现象，窗洞部位外墙框架柱在窗下墙体影响下出现短柱形剪切破坏问题。如果高层建筑应用的是抗震墙结构，产生的破坏性就比较小。如果应用的是底框结构，建筑底层由于刚度低所遭遇的破坏性比较大。如果应用的是框架结构，底层为敞开式框架间，且没有砖墙，建筑底层就会遭遇严重破坏[3]。如果应用的是钢筋混凝土土柱结构，楼板一旦受到冲切，或是楼层出现较大的侧移现象，柱脚就会被破坏，各层楼板会出现掉落、重叠现象。

3.4 抗震设防烈度不高

对于高层建筑抗震设计而言，很多建筑学家指出，当前的建筑结构抗震设计已经无法满足当前我国的建筑行业发展需求，对我国的高层建筑建设的帮助不大，因此，我国必须要提高建筑设计水平，重视其抗震分析和设计工作。当时，现在我国的建筑结构抗震设计发展不畅，设计人员不重视抗震设计，设计时不遵循抗震设计原则，抗震计算和构造措施也不够严谨，特别是轴压比、配筋率、承载力等方面的计算。

4 高层建筑结构抗震设计分析

4.1 降低地震能量输入

在进行高层建筑抗震设计时，可以采用位移结构抗震方法，对设计方案进行定量分析，保证结构变形弹性与预期地震作用变形要求相符合。在验收构件承载力时，需要计算结构地震下的高层建筑层间位移限值，并根据建筑物结构位移及其变形关系确定构件的变形值[4]。根据建筑物应变分布情况明确构件构造标准。对于高层建筑来说，施工场地必须要坚固，以降低地震能量的输入，减少地震对高层建筑的破坏。

4.2 实行平立面设计

建筑结构与布局直接决定建筑物动力性能，因此，建筑结构布置必须要遵循标准规范及合理原则，以保证房屋建设的安全。因此，在进行高层建筑抗震设计时，可以采用平立面设计方法，该设计要求建筑要对称、规则，具备适当的刚度与质量，以防止出现楼层错层的现象[5]。同时，对变形链也要合理设置，防止建筑变形。在进行结构设计时，需要预算地震影响及其产生的伤害程度，对薄弱部位需要采用抗震构造，尤其是高度及其高度比需要合理设计配置，设计要负荷规范。

4.3 控制好结构变形

高层建筑结构变形直接影响着气抗震能力，一旦发生地震，在水平震动力下，建筑物会出现侧移，使得建筑物结构变形，甚至被破坏。因此，必须要重视结构类型考察工作，采取针对性加固方法降低建筑结构由于地震而出现的变形现象。实践证明，在评估高层建筑损坏程度时，间层侧移角度指标十分重要，其计算需要按照公式进行，在规定标准内即可。此外，还需要控制建筑结构侧移现象，一般是通过缩小框架梁距和柱距，应用弯剪双重抗侧力体系、采用立体构件、围护结构、交错布置等方式，并使用双曲线圆筒和加大宽度来控制建筑结构侧移。

4.4 设置抗震防线

设置抗震方向有利于提高高层建筑结构抗震力，在抗震体系中，受到地震的影响，一些延性好的构件所发挥的作用也比较大，能够对抗震工作提供较大的帮助，其他构件也发挥着抗震防护作用[6]。而通过设置多层的抗震防线能够有效降低建筑抗震性，降低地震对建筑的破坏，即使第一道防线被破坏，还有其他道防线能够保护建筑物。在设计高层建筑抗震结构时，可以采用多肢节、壁式框架剪力墙结构起到抗震作用，其中框架剪力墙就是多层抗震防线结构，剪力墙为第一层防线，通过设置多个剪力墙结构提高建筑承载力，增强建筑抗震性。

4.5 注重薄弱环节的设计

对于高层建筑结构而言，其设计必须要重点考虑薄弱环节，降低其对建筑整体的影响力。对此，需要明确薄弱位置，保证其不仅能够具备变形能力，同时也需要计算好改部位的构件实际承载力，判断薄弱层的抗震效果，控制好薄弱部位承载力与弹性受力比，减少由于受力过大而导致构件变形，出现建筑坍塌现象。

4.6 合理选择设计方案

合理选择设计方案是建筑结构设计的重点环节，为后续工程进行奠定了良好的基础。因此，为了能够得到高层建筑结构标准，设计人员要选择最优方案，并不断优化设计方案，设计时需要综合考量各种因素，确保建筑结构设计是在相关规范和制度基础上实现的，尽量闭避免超高设计。同时，在设计建筑结构时，设计人员需要对现场环境和施工情况进行仔细的考察，特别是地下水、地质条件、荷载等情况，并根据实际情况设计最优建筑结构，为施工和应用提供保障。而为保证建筑水平力，设计时可以通过设置嵌固端以及短肢剪力墙来实现，增强建筑稳定性。此外，在进行延性设计时，高层建筑一般会设置防控空间和地下空间，这些设置会影响高层建筑延性，对此，设计人员需要对建筑的抗震等级以及嵌固端刚性比例等把握好，控制好结果的刚性变形范围，降低其共振性，尽量减小结构的刚性设置，这样才能够使高层建筑结构本身延性上升，进而增强其抗震性能。

5 结束语

近年来，建筑行业进入新的发展阶段，为了提高高层建筑质量，必须要做好结构设计，提高高层建筑的抗震性。在进行高层建筑结构抗震设计时，需要根据具体的建筑物情况来设计抗震结构，通过对建筑地基承载力、构件承载力、材料选择等分析，就高层建筑结构抗震设计提出降低地震能量输入、实行平立面设计、控制好结构变形、设置抗震防线、注重薄弱环节的设计、合理选择设计方案等方法，确保抗震设计能够符合建筑要求，降低地震对高层建筑的破坏性。