高層建筑結構分析與抗震設計探究

周曉琳

【摘要】目前，經濟發展迅速，我國的高層建筑的發展也有了顯著的提高。建筑行業快速發展，為適應多樣化的建筑功能需求，高層建筑的結構形式也日趨復雜多樣。除傳統的框架結構、剪力墻結構、框架剪力墻結構、筒體結構等基本形式外，超高層建筑、復雜高層建筑、鋼結構高層建筑、型鋼-混凝土混合結構高層建筑得到越來越廣泛的應用。建筑高度的增加和布置的不規則性給結構分析和設計帶來更多復雜性和挑戰性，有必要進行更系統深入的研究。

【關鍵詞】高層建筑;結構分析;抗震設計探究

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.

10.040

對比低層建筑，高層建筑結構設計更為復雜，并且會受到更多因素的影響。為保證建筑結構設計的穩定性，需要考慮建筑體型比例關系的同時，對地基沉降、溫度、風力及地震等因素進行全面的考慮。另外，高層建筑結構設計是否科學，對高層建筑的實際施工有直接影響，并會為后期的養護造成不便。因此，高層建筑結構設計具有較大的難度，如果沒有妥善處理設計中存在的一些常見問題，高層建筑結構設計質量將嚴重降低。據此，論文在分析高層建筑結構設計存在的問題的基礎上，提出了一些優化措施，希望可以為改進高層建筑結構設計提供參考。

1、高層建筑常見結構類型

1.1框架結構

框架結構以框架梁、柱為主要承受荷載和地震作用構件。梁、柱等構件自重輕、易于標準化和生產定形，因此框架結構具有節省材料、空間布置靈活、便于實施裝配式等優點。框架結構側向剛度較小，水平地震作用下易產生較大層間位移，因此最大適用高度受到較大限制，以抗震設防烈度6度為例，一般不得超過60m。框架結構變形形態是典型的剪切型，結構豎向體型布置時，重點需要控制層間側向剛度比和受剪承載力比，避免出現軟弱層和薄弱層。

1.2剪力墻結構

剪力墻結構以剪力墻為抗側力構件，具有整體性好、側向剛度大等特點，能適用較高的建筑高度。但是結構延性較差，與框架結構相比，空間布置受剪力墻最大間距的限制。剪力墻布置宜使結構規則、均勻、具有適宜性的側向剛度，平面上宜雙向布置使兩個主軸方向剛度均勻分布，豎向宜上下連續避免造成剛度突變。另外，由于疊合錯洞墻的應力分布復雜，在實際設計中應盡量避免門窗洞口上下錯開，確實無法避免時，應特別注意洞口周圍的受力分析計算和加強措施。

1.3框架剪力墻結構

框架剪力墻結構兼具框架結構和剪力墻結構特點，既具有較大的側向剛度，又能較靈活自由地提供使用空間，最大適用高度一般略低于剪力墻結構。框架剪力墻結構設計重點是通過框架和剪力墻協同工作，使整體結構具有良好的結構和抗震性能。在進行抗震設計時，根據框架部分和剪力墻部分承受地震傾覆力矩比值，應分別符合各自結構或框架剪力墻結構的抗震措施要求，且需要充分考慮框架與剪力墻在剛度、變形特點上的較大差別，選擇合適位置設置剪力墻，使結構整體剛度均勻、連續，構成雙向抗側力體系。

2、高層建筑結構設計中的常見問題

2.1扭轉問題

建筑“三心”主要指建筑結構的幾何形心、結構重心及剛度中心，“三心合一”時，建筑結構的穩定性最強。然而由于受到地基形狀與建筑功能要求等因素的影響，在許多情況下，建筑體型是不規則的，設計中也難以實現“三心合一”，致使建筑結構出現扭轉問題，進而影響建筑結構的穩定性。

2.2抗風問題

因為高層建筑的樓層較多并且高度較高，所以，相對其他建筑，高層建筑更容易改變風的流動性與空氣的動力效應。由于建筑的剛架結構以及玻璃幕墻等柔性結構的剛度較小，在風荷載較大的情況下，很容易破壞建筑物的墻體、裝飾結構及支撐結構，降低建筑物的穩定性。因此，進行高層建筑結構設計時，需要對結構進行抗風設計，防止建筑物受自然因素的影響而存在隱患。

2.3抗震問題

高層建筑抗震結構設計一直以來都是建筑結構設計中的一個難點。因為地震屬于自然因素，而每個地區的抗震設防烈度不同，計算得出的數據也并不是所有地區都適用，并且計算地震結構設計數據時，存在許多不確定性因素，加之一些設計人員的靈活性不足，不能很好地完善抗震結構設計。

3、解決對策

3.1強化設計圖紙規范性

在建筑結構設計中，結構設計圖紙的作用不容小覷，可為后期建筑工程項目的施工建設提供必要參考。為此，在建筑結構設計期間，應強調設計圖紙的設計規范化與合理化，保證結構設計圖紙質量達標，以免引發設計質量問題。另外，對于建筑結構圖紙的設計應遵循具體規范要求，參考項目建設具體狀況，將圖紙中不同類型的符號和數據等相關參數詳細標識出來，特別是復雜結構的參數。作為設計工作人員應強調設計圖紙設計的作用，在設計前了解項目具體情況，系統勘察項目場地環境與水文條件等相關資料，以保證建筑結構設計圖紙資料更全面更可靠，不應僅依靠個人設計經驗確定材料與結構構件尺寸，以免影響圖紙質量。在此基礎上，完成設計圖紙設計工作后，設計工作人員應嚴格校核圖紙準確性，對設計圖紙不合理問題及時發現并糾正，以免出現不必要設計問題。

3.2建筑結構的平面布置

建筑結構的平面布置是影響結構抗震的重要因素，合理的建筑平面布置對建筑結構設計是至關重要的。大量地震災害表明，平面布置簡單、對稱規則、質量和剛度分布比較均勻并且具有明確傳力途徑的建筑結構在地震時不容易發生破壞。規則結構能較為準確地預估結構的作用效應和地震時的反應，較容易采取有效的抗震措施及相應的結構措施來加強其抗震性能。相反，平面布置復雜、不對稱且不規則的結構，其地震作用效應很難估計的。因此，高層建筑結構中規范規定，宜采用規則結構，不應采用嚴重不規則的結構。

3.3最大化保證建筑材料的抗震性與質量

高層建筑的材料選擇與材料質量很大程度上決定了高層建筑建成以后的質量與安全性，所以說在高層建筑結構抗震設計的環節中，一定需要對建筑施工材料的選擇做出慎重的選擇，一定要結合實際情況以及科學分析，設計人員們在對整體抗震結構進行設計時，需要將建筑材料本身的強度質量以及抗震性作為重中之重，確保選擇的材料是可以為高層建筑提升結構穩定性與抗震性的，最大化的提升高層建筑的抗震承載力，也需要盡可能選擇滿足施工材料的延性需求，保證所選擇的材料都是能夠滿足高層建筑抗震穩定性設計要求，從材料這個角度根本上提升高層建筑的安全性與抗震性，增強建筑結構本身的最大抗震特性，所以說為了更好地達到房屋抗震與安全要求，設計人員和建筑人員務必需要選擇符合要求的建筑材料，確保在高層建筑建成以后有足夠的抗震性。

3.4準確計算結構設計參數

對于建筑結構設計而言，為保證結構與工程要求標準契合，應在準確計算結構性能參數的基礎上，對比實際要求，亦或是根據要求參數計算結構性能，增強結構設計合理化。以樓板設計為例，為避免設計與后期施工建設不發生形變和裂縫，應科學計算結構形變的范圍。在計算數據的時候，工作人員應根據設計要求與規范開展，堅決不允許受主觀意識影響判斷，也不應簡化處理計算數據。

結語：

高層建筑是現代化城市發展的主要載體之一，成為諸多城市的地標性建筑。隨著我國城鎮化進程的加劇，為滿足人們對建筑美觀、舒適等多樣化需求，圍繞高層建筑的理論研究、分析設計和建造實踐正在不斷發展完善。高層建筑的結構理論分析和設計實踐在目前相對成熟的標準經驗基礎上，還有很多方面值得深入研究和創新發展。

參考文獻：

[1]陳常林.探討建筑結構設計中的鋼結構設計問題及策略[J].房地產導刊，2018（36）：53-54.

[2]羅云.鋼結構在建筑結構設計中存在的問題分析[J].建筑工程技術與設計，2018（36）：798.