高層建筑結構抗震設計存在的問題及其對策

文/陳茂輝 山東聯創設計集團有限公司 山東濟南 250101

1、抗震設計理念概述

高層建筑設計過程中，需要對抗震結構投入更多的時間和精力，使建筑的安全性更符合人們的需要。抗震結構設計要考慮多個方面的內容，建筑設計人員要基于對抗震結構與建筑材料性能的掌握的基礎上，采取針對性的措施對建筑結構進行綜合設計，確保抗震性能良好。

在建筑抗震設計中，需要遵循以下原則：（1）整體性原則。建筑物抗震性能設計，需要考慮建筑物整體可以承受的震級，所以，建筑結構的整體性是抗震設計中需要考慮的重點方向，最大限度地保證建筑物的整體抗震效果，從整體出發，確保建筑物在地震來臨時有良好的抗震性能。（2）確保建筑結構的剛度滿足抗震要求。基于對建筑物剛性需求的考慮，如果建筑物剛度不符合要求，抗震性能將大大減弱，發生地震時，建筑會受到嚴重的損壞。所以，設計人員在設計中需要考慮建筑物的剛度，控制建筑結構產生的變形。

2、高層建筑結構抗震設計現狀分析

2.1 建筑高度超標

我國各地對建筑高度要求不同，對建筑物有著明確限高，工程建設時需要嚴格遵守這一點，但實際中部分企業盲目追求經濟利益，造成建筑物高度超過當地規定，建筑物高度過高影響到建筑物抗震水平，當出現強烈地震后容易發生變形或破壞。

2.2 地基選址位置失誤

隨著城市現代化建設速度加快，城市人口數量不斷增加，使得內部土地資源持續緊張，開發商只關注經濟效益，并未對地質條件進行全面考慮，不重視施工場地地質構造分析，影響到建筑地基勘察、處理等工作的順利開展，勉強建成后存在安全隱患。

2.3 材料選擇問題

材料質量直接影響到建筑物整體質量，也影響到建筑結構的抗震能力，需要得到施工單位的重視。特殊區域施工時要選擇合適的材料，如果不能在保證材料質量，容易出現建筑物變形的情況，或是建成后直接坍塌，也就是我們常說的“豆腐渣”工程。

3、高層建筑結構抗震設計問題的解決措施

3.1 針對不同階段采取有效措施

在高層建筑可行性方案研究期間，提出有效的勘察要求及標準，通過相應的比選分析，勘察單位提出選址建議。結合擬建區域的地形、地貌、地質等條件對場地地層等工程地質條件進行掌握，重點關注不良地質作用下可能造成的災害問題。在高層建筑初步設計時，要對工程項目進行相對細致的勘察，了解擬建場地的地質構造、地層結構、巖土工程特性、地下水埋藏條件；明確不良地質作用的成因、分布、規模、發展趨勢，結合相關資料評價場地的穩定性，了解高層建筑地基基礎類型，分析評價水土對建筑材料的腐蝕性等。在施工圖設計階段，應對工程項目提出最為詳細的勘察要求，對建筑地基的巖土工程進行評價，了解包括巖土性質、均勻性、地基類型、基礎形式、地基處理、基坑支護、工程降水和不良地質作用的防治狀況，著重查看不良地質作用趨勢和危害程度，據此提出完善的整治方案或建議。

3.2 保證建筑結構的整體性

高層建筑結構設計過程中需要采取有效措施確保建筑內部形成塑性鉸，保證在地震災害當中盡可能提升建筑結構的完整性。在高層建筑結構抗震設計時，為減少由于缺乏延性剪切的破壞問題，多采用“強剪弱彎”的措施來處理構件，相較于非抗震抗剪破壞構件問題來說，地震作用下的剪切破壞是有很大變化的。延性是高層建筑極其重要的抗震性質，要想通過有效的抗震設計來保證結構延性，需要明確延性影響因素，對于梁柱等構件，可以通過控制受拉鋼筋配筋率來保證，最終提升建筑結構的整體性。

3.3 合理選擇建筑材料

高層建筑工程建設期間，所需的建筑材料總量大、種類多，其選擇需綜合考慮多方因素，以提升高層建筑結構的抗震能力。在高層建筑施工過程中，所選擇的建筑材料要滿足現場工程建設狀況，并針對當時當地的地質、環境進行綜合考慮，選擇滿足抗震要求的施工材料，特別是在地震災害多發區域，要使用復合材料進行設計，維持高層建筑結構穩定性的同時，減少建筑整體重量，以達到抵御地震災害的目標。

3.4 優化高層建筑抗震結構形式

高層建筑結構設計精密性較差，需要對抗震結構形式進行優化。關注高層建筑地基的夯實狀況，在進行地基穩定前，要明確高層建筑的高度、面積，確保地基能夠承載建筑整體。通過梁柱節點加固、抗震墻設置等措施應對水平剪應力。在此基礎上合理選擇結構方案，選擇合理的結構設計方案，滿足高層建筑結構設計要求及成本經濟性要求。保證高層建筑結構形式、體系切實可行，相關結構設計要具有明確的受力構件和力學傳遞路徑，對結構平面、空間的布置要盡量簡單，在方案設計期間要綜合考慮高層建筑工程實際情況以及現場的施工工藝技術等因素的影響。

3.5 設置多道抗震防線

多道抗震防線結構體系應由若干個延性較好的分體系組成，并由延性較好的結構構件連接起來協同工作。（1）第一道抗震防線應優先選擇不負擔或少負擔重力荷載的豎向支撐或填充墻，或選用軸壓比值較小的抗震墻與實墻筒體等構件，不宜采用軸壓比較大的框架柱兼作第一道防線的抗側力構件。（2）第二道抗震防線。可以采用在原本的框架位置布置鋼支撐的方式提高結構的抗扭強度，并且與原本的框架結構一起形成第二道抗震防線。鋼支撐具備很強的變形能力，可以在地震來臨時繼續發揮作用，耗散大量的地震能量，提升建筑工程的抗震性能。

結語：

總之，隨著我國建筑領域技術水平提升，高層建筑的高度與規模得到顯著增加。高層建筑抗震設計中普遍存在一些問題，需要設計者深入分析問題成因，并給出具體的設計優化與加固措施。希望通過本文論述，推動高層建筑結構抗震設計水平的提升。