高层建筑结构抗震设计研究

徐志鹏

摘  要：当前，为有效缓解土地资源紧缺问题，建筑结构呈现出高层化的发展趋势，高层和超高层建筑的出现有效实现了地下地上空间资源的合理利用。但因为高层建筑的高度较大，对于结构设计的要求相对较高，因此为实现抗震性优化设计，需专业设计人员从综合性角度着手，采取恰当的设计方法。基于此，本文重点分析了高层建筑结构设计中的抗震设计影响因素和设计策略，以供参考。

关键词：高层建筑;结构设计;抗震优化

中图分类号：TU97 文献标识码：A    文章编号：2096-6903（2021）02-0000-00

现阶段，我国的高层建筑项目逐年增多，因为高层建筑结构设计标准的日渐提高，给各个高层建筑结构设计和施工带来了巨大难题。因此，抗震性已然成为了高层建筑设计中人们关注的重点问题，抗震性是否达标，将决定高层建筑是否具有强大的地震或者其他外力的抵御能力。由于影响结构抗震设计的因素较多，为达到抗震设计标准，专业设计人员应加强对先进设计理念和方法、技术的应用。

1高层建筑抗震结构设计的主要内容

在我国建筑行业不断发展的过程中，对于高层建筑结构设计提出了明确的标准，在相应的规范中，明确指出：10层或者10层以后且高度在28m以上的钢筋混凝土结构建筑就是高层建筑，当建筑结构高度超过100m时，就是超高层建筑，30层左右且接近100m的建筑为高层建筑，50层左右且高度在200m以上的为超高层建筑。就我国当下建筑行业的发展来看，高层建筑的防裂度大多为8度，可以抵御6级地震。为达到高层建筑的结构设计标准，抗震设计應从承载力、刚度、稳定性的角度出发，在出现地震灾害的情况下，建筑结构构件可以在承受剧烈抖动的情况下不出现倒塌。结构抗震设计时，建筑及其抗侧力结构的平面布置应保持规则性和对称性、整体性;立面与竖向剖面应规则，侧向刚度应保持均匀的变化趋势;竖向抗侧力构件的截面尺寸、材料强度应遵循从上到下逐步增大的原则，严禁出现侧抗力结构侧向刚度和承载力的突变。

2影响高层建筑结构抗震性能的相关因素

2.1地基

高层建筑的结构设计中，地基对于整个结构性能的影响非常大，在结构抗震性能方面，很多高层建筑在遇到强烈地震灾害时，常常由于地基问题引发结构安全问题，如果地基形式选择不当，整个高层建筑的抗震性能将难以达到标准。通常情况下，对厚软弱冲积土层条件下的高层建筑结构，更容易受到其他作用力的影响产生巨大的结构破坏。因此，高层建筑项目实施中，地基多选择在开阔平坦地带的坚硬土层、密实均匀中硬土层条件下，最好远离河岸，否则，地基土的液化或者软化都将会加剧地基的不均匀沉降，导致结构抗震设计的难度系数增多。

2.2建筑物高度

建筑物高度同样是高层建筑结构抗震设计中需关注的重点问题，从当下我国建筑结构设计的相关技术标准，在一定的结构形式下，对于钢筋混凝土高层建筑高度有着对应的高度限制，在此高度范围内，结构抗震性是比较合理的，但一旦超出了这一高度限制，整个结构抗震性的目标将难以达到。但就当下的建筑结构抗震设计方面，部分高层建筑的高度超出了技术标准中的高度限制，使得在地震作用力下，引起了建筑结构的变形或者坍塌。因此，建筑物高度同样是抗震设计中需关注的一大因素。

2.3材料的选用和结构体系

我国部分地区处于地震多发区，在此区域中的建筑结构设计中，需强化抗震设计，在整个建筑结构设计中，材料和结构体系的选择均符合抗震设计标准。根据我国当下建筑结构的设计情况，对于150m以上的建筑形式，主要包含了框-筒、筒中筒、框架-支撑体系。因此，高层建筑结构的抗震设计中，材料选择和结构体系设计都会影响到最终的抗震性能。我国当前的建材市场上，钢材种类逐步增多，不同钢材的性能也有着明显的差距，整体来看，钢结构的加工和制造能力都大大提升，这就给建筑结构设计中的材料选择提供了更多的选择，很多高层建筑结构设计中，选用的是钢骨混凝土结构、钢管混凝土结构、钢结构等，通过这些结构的创新，有效减小了柱断面尺寸，整个结构的抗震性得以优化。

3高层建筑结构抗震设计的优化措施

3.1基础抗震设计

3.1.1场地选择

高层建筑结构设计中，因为基础对结构性能的影响非常大，因此，在结构抗震性设计上，应该从基础设计的优化出发，具体从工程场地的选择出发。从地震的发生机理来看，地壳运动是主因，因此，地震具有极大的危害性和突发性，虽然在不断的技术进步下，地震预警能力大大提升，但地震所造成的危害依旧是巨大且难以消除的。地震灾害出现的同时伴随着周边的地质运动，而这些地震作用力引起了建筑结构构件的松动和破坏。基于场地选择对建筑结构的重要影响，在抗震设计优化时，应加强对建筑场地的综合对比，尽量选择在地势开阔、地质坚硬的场地，且要尽量远离河岸、山坡边缘等特殊环境。如果在高层建筑建设时必须要在这些特殊场地内实施，应做好相应的抗震设计和加固处理。

3.1.2地基设计

建筑结构中的地基设计同样非常重要，随着建筑行业的快速发展，建筑地基设计的方法越来越多，不同的地基设计方法适用于不同的地基条件，地基设计是否合理将与整体的建筑结构稳定性和安全性有着直接的联系。因此，在高层建筑的抗震设计中，同样需注重地基设计，对于同一个建筑而言，最好选择同一性质的地基，单独选用桩基结构或者利用天然地基条件。地基处理的过程中，应由专业人员来做好充分的现场条件调查，保障地基处理方法的有效性，使得地基基础的受力尽可能均匀，针对地基中可能存在的沉降、承载力问题，应做好相应的地基加固设计。

3.1.3基础设计

近年来，我国的经济社会发展水平显著提升，整个社会的集聚效应越来越明显，在地震灾害出现以后，所造成的人员损失和建筑结构破坏都是非常严重的。在建筑结构的抗震设计上，应保障基础设计的合理性，使得基础具有极强的承载力能力。高层建筑基础设计中，专业设计人员需根据对应的技术标准，适当增大埋设深度，增大建筑物的嵌固程度，使其具备更好的结构性能。因此，基础设计时应加大基础埋深，通过基础加深和夯实来提高基础结构的稳固性。此外，因为高层建筑中的基础是与上部结构紧密连接的，二者之间的连接效果同样会影响到整个建筑结构的抗震性，相关人员在结构设计时，需注意基础与上部结构的连接处理，保障建筑结构的整体性。

3.2结构构造的抗震设计

3.2.1地基采用特殊材料隔震

建筑结构构造的抗震设计应该开展地基的隔震处理，基础隔震主要是对建筑基础进行适当的处理，使得在经由这一处理以后，地震作用发生的过程中，地震作用力对地基基础的不利影响降至最小，传统的地基基础隔震处理中，主要是通过在基础位置交替进行砂子和粘土的铺设，或者直接进行砂子层或者粘土垫层的铺设来提高基础结构抗震性能，有效减小地震作用力对地基所造成的破坏。随着当前人们对建筑结构抗震性的日渐重视，在基础隔震处理上，很多工程企业采用了沥青材料，通过这种隔震层的设置，有效提升了地基基础的抗震能力。

3.2.2建筑基础设置隔震

在建筑基础的隔震设计上，主要是在基础位置和上部建筑之间进行特殊装置的安装，通过这一特殊装置来减弱地震作用力的向上传递，控制地震能量波。基础隔震装置的设置，在一定条件下甚至可以减少地震对建筑传递的2/3能量。但是，从现实情况来看，装置减震措施在建筑结构设计中的应用效果并不理想，装置设置以后，建筑结构的自振周期大大延长，减震效果无法达到预期，可以选用粘弹性隔震、摩擦滑移隔震处理、橡胶垫装置等的设置来保障基础抗震性。

3.2.3建筑层间隔震措施

载破旧建筑的改造过程中，层间隔震设计的方法相对适用，在利用这种方式提高建筑抗震性的过程中，整体的施工操作更为便捷。但是，层间隔震处理方式与隔震装置设计相比较，其隔震的效果并不理想，一般仅能够对地震能量的1/10～1/3加以控制。建筑层间隔震中，需在高层建筑的不同楼层间隔内进行减震装置的设置，通过减震装置，地震能量的破坏力得到了一定的控制和削弱。

3.2.4建筑结构悬挂隔震

悬挂隔震处理同样是高层建筑抗震设计中的重要方式，在具体的处理中，主要是将建筑的大部分结构或者整体结构加以悬挂，通过悬挂结构的形成来进一步减小地震作用力干扰。在地震灾害出现的过程中，地震能量基本上不会传递到悬挂结构中，大型的钢结构建筑中，悬挂隔震的抗震设计方法较为适用，当下很多的大型钢结构建筑中，几乎都采用的是悬挂隔震的处理方式。一般情况下，大型钢结构中都包含了主框架和子框架，在悬挂结构设计时，子框架通过吊杆或者索链悬挂于主框架上，在地震发生时，虽然主框架会由于地震能量而出现摇摆的情况，但由于在子框架和主框架之间存在吊杆和索链，地震作用力在经由这些连接部件传输时会发生一定的削弱，整体的结构抗震性有所保障。

3.3设置多道抗震防线

高层建筑结构的抗震设计中，通过抗震防线的设计，可以使得建筑结构的抗震能力大大提高，但抗争防线设计时，不仅仅要设置一道，应结合高层建筑的结构特点，设置多道，以最大程度上减小地震作用力对建筑结构的危害。在高层建筑设置了多道抗震防线以后，即使第一道防线的构件在巨大的地震作用力下受到了破坏，其他的抗震防线也可以依次发挥其对地震作用力的抵御能力，这对控制建筑结构倾斜、倒塌极为有效。专业设计人员在抗震放线的设计上，可以通过框架剪力墙、筒中筒等多种结构形式来保障其结构的抗震能力。

3.4综合使用各种隔震措施

近年来，高层建筑已然成为了建筑领域的主要结构形式，为满足高层建筑的结构性能标准，设计人员在设计时大多都采用了延性的结构方式，延性结构方式的利用，对建筑物的刚硬程度实现了有效的控制，即使发生了地震灾害，建筑物中的各种结构构件也可以处于塑性条件下，这种状态下的地震释放作用力得到了一定的释放，有效减小了地震作用力对建筑结构所造成的损坏。总之，在高层建筑结构的抗震设计上，为提升其结构抗震能力，需注重多种隔震措施的综合使用。

4结语

随着高层建筑项目的增多，虽然这种类型的建筑结构实现了空间资源的有效利用，但对于结构设计的要求却非常高，其中，抗震性是高层建筑结构设计中需关注的重点设计方面，有关设计人员需从高层建筑的结构设计要求和技术标准出发，采取恰当的抗震设计方法。

参考文献

[1]郝骁玮.高层建筑结构抗震设计分析[J].商品与质量，2017（6）：283.

[2]毛俊義.钢筋混凝土超高层建筑结构抗震设计研究[J].低碳世界，2017（21）：124-125.

[3]钟盛涛.高层建筑结构抗震设计分析[J].住宅与房地产，2016（18）：60.

Seismic Design of High-rise Building Structures

XU Zhipeng

（Taizhou Civil Architecture Design Co.， Ltd.，Taizhou Zhejiang  318000）

Absrtact： At present， in order to effectively alleviate the shortage of land resources， building structures are showing a trend of high-rise development. The emergence of high-rise and super high-rise buildings effectively realizes the rational use of underground and above-ground space resources. However， because of the large height of high-rise buildings， the requirements for structural design are relatively high. Therefore， in order to achieve optimal seismic design， professional designers must start from a comprehensive perspective and adopt appropriate design methods. Based on this， this article focuses on the analysis of the seismic design influencing factors and design strategies in the structural design of high-rise buildings for reference.

Keywords： high-rise building; structural design; seismic optimization