高层建筑结构分析与抗震设计探究

张文胜

【摘要】地震灾害的发生是不可预期的，地震等级和发生的时间都不可能进行预测，但是以现在的技术完全可以在地震发生时对非震中区域做出相应的预警，从发出预警到地震波传播至设防地区前的这一过程中，建筑物的抗震性能就顯得格外的重要，它可以为广大的人民群众提供宝贵的逃生时间，因此，在高层建筑设计的过程中必须充分了解到抗震设计的意义所在，确保设计的结构能够保证建筑结构整体的稳定性。为达到这一要求，必须对抗震设计进行深入的了解，并在设计过程中充分利用各种抗震措施，使建筑物满足抗震设计的要求。

【关键词】高层建筑;结构;抗震设计

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.

21.

1、高层建筑常见结构类型

1.1框架结构

框架结构以框架梁、柱为主要承受荷载和地震作用构件。梁、柱等构件自重轻、易于标准化和生产定形，因此框架结构具有节省材料、空间布置灵活、便于实施装配式等优点。框架结构侧向刚度较小，水平地震作用下易产生较大层间位移，因此最大适用高度受到较大限制，以抗震设防烈度6度为例，一般不得超过60m。框架结构变形形态是典型的剪切型，结构竖向体型布置时，重点需要控制层间侧向刚度比和受剪承载力比，避免出现软弱层和薄弱层。

1.2剪力墙结构

剪力墙结构以剪力墙为抗侧力构件，具有整体性好、侧向刚度大等特点，能适用较高的建筑高度。但是结构延性较差，与框架结构相比，空间布置受剪力墙最大间距的限制。剪力墙布置宜使结构规则、均匀、具有适宜性的侧向刚度，平面上宜双向布置使两个主轴方向刚度均匀分布，竖向宜上下连续避免造成刚度突变。另外，由于叠合错洞墙的应力分布复杂，在实际设计中应尽量避免门窗洞口上下错开，确实无法避免时，应特别注意洞口周围的受力分析计算和加强措施。

1.3框架剪力墙结构

框架剪力墙结构兼具框架结构和剪力墙结构特点，既具有较大的侧向刚度，又能较灵活自由地提供使用空间，最大适用高度一般略低于剪力墙结构。框架剪力墙结构设计重点是通过框架和剪力墙协同工作，使整体结构具有良好的结构和抗震性能。在进行抗震设计时，根据框架部分和剪力墙部分承受地震倾覆力矩比值，应分别符合各自结构或框架剪力墙结构的抗震措施要求，且需要充分考虑框架与剪力墙在刚度、变形特点上的较大差别，选择合适位置设置剪力墙，使结构整体刚度均匀、连续，构成双向抗侧力体系。

1.4筒体结构

筒体结构刚度大、受力合理、整体性强，主要适用于超高层建筑，根据外围结构不同分为框架核心筒和筒中筒。根据内筒布置数量，可分为单筒、双筒及多筒体系，内筒主要类型有实腹筒和空腹筒，其中实腹筒是曲面或平面墙围成的三维竖向单体结构，空腹筒由密排柱、床裙梁和建筑混凝土外墙组成，是一种具有一定空间性的受力体系。在筒体结构中，外围框架（或框筒）与内筒共同构成抗震“两道防线”，整体空间受力性能与平面布置、形状尺寸密切相关。对于框架核心筒应尽量避免内筒偏置造成平面扭转不规则，对于筒中筒应选用接近圆形或正多边形平面，减少外框筒剪力滞后现象。

2、高层建筑的抗震设计

2.1建筑地基基础设计要点

在建筑结构的组成中，地基基础属于非常重要的内容之一，其抗震能力也会影响到建筑整体的稳定性。因此，在该环节的抗震设计中，需要在前期做好基础资料的采集工作，如区域地质构造、地质活跃度等，根据评估结果来确定该工程地基所需要具备的承载力，根据区域地质构造来明确基础加固措施，如基坑深度、支护措施等，从而起到提升结构稳定性的作用。结构设计人员应依据相关规范对设计工作进行如下优化调整：1）结合该工程的相关资料，对于建筑基础参数内容进行明确，内容包括地基基础挖深、基础总面积、桩基直径/深度、接缝宽度等。2）利用有限元模型对建筑极限荷载进行计算，以此为基础来优化荷载组合，并对相关参数进行明确。3）进行地基基础的形变量监测和计算，计算时参考正常状态来完成，对于该状态下的结构组合进行确定。4）根据承载能力极限状态下的荷载效应标准组合，对基础或承台高度、基础内力、确定配筋和验算材料强度进行计算。

2.2合理选择抗震材料

建筑结构对建筑的稳定性具有重要影响，巧妙的结构能够大大提高建筑整体的稳定性。现如今，已有很多用于抗震的建筑构型，其在历次灾害中优势显著。通常情况下，在建筑结构的主体部位主要以强度和韧性较强的材料为主，这大大提升了建筑结构的稳定性，进而提升了建筑的安全性能。此外，在材料选择过程中，还需要考虑节能环保材料的使用，如钢结构、聚塑板等，以此来提高建筑结构设计的综合性能。

2.3建筑结构构件的抗震设计

强柱弱梁、强剪弱弯和强节点弱构件是进行框架结构抗震设计时的重要概念。相较于梁构件破坏而造成的局部破坏，柱子的破坏会危及整体结构的安全性，造成结构的整体垮塌。因此，在结构中为了保护柱，增强结构抗地震能力，将塑性铰先出现在梁部，通过发展一定的塑性来吸收地震能。还有强柱系数，梁柱线刚度比等都是相应指标。强柱弱梁使梁端的塑性铰先出、多出，尽量减少或推迟柱端塑性铰的出现。适当增加柱的配筋可以达到上述目的。需保证强剪弱弯是因为剪切破坏是一种脆性破坏，而弯曲破坏是延性破坏，有所预兆，所以能进行及时的人员疏散、财产转移。在进行抗震设计中，梁柱的剪力设计值需按规范要求进行调整。不同抗震等级的梁、柱采用不同剪力增大系数，同样需考虑材料实际强度和钢筋实际面积两个因素的影响。强节点弱构件则需对节点核心区进行抗震验算，并且在各抗震等级下的框架节点均应符合构造措施要求。除此之外，进行抗震结构设计时，还可以参考其他减震设计来提升结构延性。例如，可以将多段墙框架融入抗震审计中，在遇到地震时，可以进行地震能量的转接和吸收，从而起到良好的减隔震作用，提升建筑结构本身的稳固性。

结语：

在建筑结构设计过程中，抗震设计属于重要的设计内容之一，借助可靠的抗震设计，能够有效提升建筑结构的稳固性，降低地震发生时出现坍塌的概率。需要注意的是，所有的抗震设计内容需要严格遵守相应的建设规范，同时做好结构细节的设计工作，以此来提高建筑工程的综合性能，延长使用寿命。

参考文献：

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[2]冯振.研究建筑结构设计中抗震结构设计问题及其解决策略[J].建筑建材装饰，2018（22）：215-216.