基于高層建筑結構抗震的優化設計研究

【摘要】隨著經濟的發展與科技的進步，以及人民對居住環境的要求越來越高，現在的建筑高度也在不斷地刷新紀錄。在此背景下，對高層建筑結構的抗震設計提出了更高的要求。因此，提高建筑的抗震性，增強建筑的安全性、穩定性，為我國人民的生命安全、經濟安全提供必要的保障尤為重要。本文將簡要介紹高層建筑結構抗震設計的準則，列舉高層建筑結構抗震設計的要點，并從建筑的場地選擇、建筑的平立面布置和結構體系角度探討了設計當中應該注意的要點。

【關鍵詞】高層建筑；結構；抗震；設計

一、建筑抗震的三水準

我國在89規范修訂中明確提出了建筑的三級性能標準：允許建筑能抵抗較低水準的地震動而不破壞；在中等水平地震動作用下主體結構不被破壞；在強烈地震作用下，建筑不會倒塌，確保生命安全。同時還有如下一些規定：在遭受本地區規定的基本烈度地震影響時，建筑（包括結構和非結構部分）可能有損壞，但不致危及人民生命財產安全，不需修理或稍加修理即可恢復使用；在遭受較常遇到的、低于本地區規定的基本烈度的地震影響時，建筑不損壞；在遭受預估的、高于基本烈度的地震影響時，建筑不致倒塌或發生危及人民生命財產的嚴重破壞。上述三點規定可概述為“小震不壞、中震可修、大震不倒”這樣一句話，這成為了我國建筑抗震設計中的抗震預防理念。

二、建筑體型設計

建筑的不同體型會對建筑的抗震性、穩定性產生不同的影響。因此在高層建筑結構的抗震設計中同樣需要關注建筑的體型設計[1]。建筑的體型設計不當也會削弱建筑的抗震性能。平面復雜的房屋，比如L型、Y型形狀的建筑在地震中破壞率比較高；建筑屋頂的裙房頂面與主樓相連接的地方如果面積很小也容易遭受破壞；房屋的高度與寬度比值過大、重心過高、剛度過大的高層建筑，容易在地震中傾倒，在巨大的壓力下發生剪壓破壞、攔腰倒下；高層建筑相互之間的距離太小、寬度不夠也會在地震中發生碰撞破壞。因此，在高層建筑的抗震性能設計中要注意建筑的體型設計，增強建筑的抗震性能與穩定性。

三、建筑結構設計

在高層建筑中由于建筑樓層較高、重心較高，如果建筑的結構設計不合理的話極容易帶來很大的安全隱患[2]。所以，在高層建筑中對建筑結構的科學合理設計尤其重要。在高層建筑中應該采用抗震性能好的建筑平面及立面設計，采用結構比較穩定規則的設計，避免嚴重不規則的結構設計，平面的布局也應該追求簡單簡潔、規則對稱，避免某一個點的力度集中，樓梯與電梯的布局也應該盡量放在建筑正中，減少建筑壓力力度的偏位，增強建筑受力的均勻，提升高層建筑的穩定性與抗震性。節點是梁柱鋼筋的錨固區，對結構性能影響很大，為保證建筑在地震中與豎向的壓力承載下能夠有較強的抗剪能力，要將節點的核心區剪壓設計稍微低一點。

對高層建筑的結構設計要合理布局建筑的剛度與承載力的分布，使建筑的各個部分的受力比較均勻，避免受力嚴重不均的情況，否則容易使建筑在地震中產生變形集中[3]。在高層建筑中采用L型、三角形等不對稱平面設計，容易在地震中變形嚴重。在建筑的受力分布設計中，要避免建筑豎向的體型復雜，減少建筑豎向的凹凸設計過多，電梯的布局也盡量避免放置在建筑的偏位，這樣容易造成建筑在地震中發生扭轉變形，使建筑破壞嚴重。

四、延性框架設計

結構抗震的本質就是延性，提高延性可以提高建筑的抗震性能，提高建筑的抗坍塌性。框架是建筑的靈魂支撐，框架的設計很大程度上決定了建筑的穩定性、牢靠性與抗震性。因此在高層建筑的抗震性結構設計中，尤其要注重建筑的框架設計。高層建筑中采用框-墻體系的應用，能夠提升建筑的穩定性，有利于減輕在地震中的破壞程度[4]。減少“框架結構+填充墻”，底部純框架+上部砌體結構”、要鋼筋混凝土框架等結構。加強結構空間的整體性，增加超靜定次數、組織多重抗震防線。要盡量減少結構的自重，結構中的節點的承載力要大于非節點的承載力，對建筑中的薄弱點要采取有效措施增強抗震性能。對構件的相接縫隙處要進行混凝土澆筑，減少構件相接處的穩定性不強的程度。

在高層建筑中要遵循“強柱弱梁”的設計理念，使建筑的柱相對于梁有較強的抗壓力、抗彎力與承載力，這樣能夠保證框架具有一個較為穩定的塑性耗能機構和較大的塑性耗能能力，從而保證建筑在地震中能夠有較強的穩定性、牢靠性，能夠在地震中減少破壞與損失。柱為壓彎型受力構件，軸壓比較小，建筑的延性好、耗能性低，軸壓比較大，建筑的延性較差、耗能性增大。為了增強建筑的抗震性，建筑的延性比耗能性相對重要些，所以在柱的設計中，要使柱的軸壓比設計稍大些[5]。剪切破壞是一種脆性的破壞，沒有延性，沒有預兆的，瞬時發生，沒有防范，一旦某部位發生剪切破壞，該部位就將徹底退出結構抗震能力，對于柱端的剪切破壞還可能導致結構的局部或整體倒塌。因此在高層建筑的結構抗震設計中還要遵循“強剪弱彎”的原則，加強建筑中柱子、梁、節點的組合剪力值，減少建筑在地震中的剪切破壞。

結語：

我國地形比較復雜，地震多發，地震給我國帶來巨大的人員傷亡與財產損失。因此，提高我國高層建筑的結構抗震性尤為必要且重要，增強高層建筑的結構抗震性，才能為我國人民提供安全的生活環境，為我國的經濟發展提供堅強的保障。高層建筑的結構抗震設計關乎人民的生命安全與經濟安全，我國的高層建筑的結構抗震設計的研究仍然需要不斷的努力與探索。

參考文獻：

[1]徐宜和，丁勇春.高層建筑結構抗震分析和設計的探討[J].江蘇建筑.2004，（03）.

[2]金海軍.基于高層住宅中混凝土剪力墻結構優化設計研究[J].價值工程.2012，（02）.

[3]馮麗娟，尚曉江，徐自國.基于ABAQUS程序的結構靜力和動力彈塑性分析[J].工程抗震與加固改造.2008，（05）.

[4]閻紅霞，楊慶山，張麗英.ABAQUS在超高層結構動力彈塑性分析中的應用[J].震災防御技術.2010，（01）.

[5]柳國環，練繼建，孫雪艷，國巍.結構動力彈塑性和倒塌分析（Ⅲ）——地震差動作用下輸電塔—線體系的彈塑性與倒塌分析[J].地震研究.2014，（01）.