高層建筑結構分析與抗震設計探究

韋會敏

摘要：目前，隨著我國經濟水平和快速發展，現代建筑逐漸的呈現出超高化、形體多樣化和功能復雜化的特點，越來越多的超限高層建筑應運而生。在高層建筑的設計過程中，抗震設計一直都是結構設計中的一個主要目標，也是一個工程設計過程中的重點、難點。

關鍵詞：高層建筑;結構;抗震設計

引言

結合高層建筑結構功能特性及建設要求，注重其抗震設計探討，積極開展相應的設計工作，可使高層建筑處于良好的應用狀態，細化其設計內容，滿足高層建筑在實踐中的抗震性能可靠性要求。因此，在對高層建筑結構方面進行研究時，應給予其抗震設計更多的關注，深入分析相應的設計重點，并將具體的工作計劃實施到位，促使高層建筑結構應用效果更加顯著，實現其科學設計目標。

1高層建筑受力特性

1.1荷載作用

建筑物受自重、樓屋面可變荷載、豎向地震力等豎向作用和風荷載、水平地震力等水平作用。由于建筑物嵌固部位位于地面或地面以下，在分析水平作用下的力學性能時，可以近似將建筑物整體看成嵌固于地面的懸臂結構，水平作用的彎矩和變形效應將隨建筑物高寬比的增大而顯著加大。對于高度較低的單層、多層建筑，水平荷載效應較小，主要考慮豎向作用影響。對于高層建筑，隨著房屋高度增大，風荷載、水平地震作用成為結構受力分析應考慮的主要因素。對于高層建筑中大跨度、長懸臂、連接體、懸挑等結構、帶轉換層的高層建筑以及高抗震設防烈度地區的高層建筑，還應充分考慮豎向地震作用影響。

1.2變形控制

在水平力作用下，建筑物將產生水平側移，并隨樓層增高不斷增大，導致結構幾何非線性的不利影響增加。扣除結構整體彎曲側移后的層間相對位移增大至一定值即產生開裂，從而破壞結構正常使用狀態，因此變形驗算是高層建筑結構分析的一個重要環節。一般需要驗算高層建筑在多遇地震作用下的彈性層間位移角，控制結構側向剛度。對于結構薄弱部位，還應驗算其在罕遇地震作用下的彈塑性層間位移角，以防結構薄弱部位產生彈塑性位移導致構件破壞。

1.3材料非線性

在較大荷載如罕遇地震作用下，結構的部分構件可能屈服進入彈塑性，此時材料的應力應變關系不再是彈性階段的線性關系，構件的塑性變形也引起結構的內力重分布，此時需要考慮材料非線性的影響。由于應力應變的非線性關系，彈塑性變形的計算較為復雜，根據結構承受靜力荷載和動力荷載的不同，可采用靜力彈塑性或彈塑性時程分析方法，建立相應計算模型，應用計算機軟件進行計算分析。在滿足計算精度的前提下，對層高較低的部分規則結構可以采用彈性變形乘以相應彈塑性增大系數的方法進行近似計算。

2高層建筑結構的抗震設計

2.1科學合理的選擇地理位置

為了高層建筑在地震發生時能夠更好地保護人員安全和減少財產損失，一定要科學合理的選擇地理位置。高層建筑結構在遇到地震時，會遭受到不同程度的破壞。因此，對于高層建筑來說，要選擇能夠抗震的有利場所去修建高層建筑結構，避免高層建筑因自然災害問題受影響，減輕地震對高層建筑結構帶來的損失。對于地基的選擇，一定要通過對建筑地塊進行地質勘查，通過科學合理的方法去找到適合高層建筑結構修建的場所，避免高層建筑結構在不利場地修建。高層建筑結構的建筑地基對其影響比較深，因此，選擇合理的基礎結構形式，避免不利地基對高層建筑結構帶來不利影響。在選擇地基時，一定要對地基周圍的水文地質情況進行全方位了解，保證高層建筑結構建筑能夠有一個科學的修建場地，避免水文地質的影響造成抗震性能不達標。設計人員在設計階段應多推敲抗震設計方案，多研究多討論，可以多聽取專家的意見，選擇最合適、最科學合理的施工方案進行建設。

2.2高層建筑結構建筑的材料選擇

建筑材料的選擇對于高層建筑結構來說是非常重要的，因此，一定要重視高層建筑結構建筑材料的選擇。對于建筑材料的選擇，如果不能夠達到高層建筑結構設計的建筑標準，就無法滿足抗震性能設計的要求，一旦遇到地震，高層建筑結構也會很難發揮其預期的抗震性能去保證人員的安全。對高層建筑結構來說，一般是采用鋼和混凝土兩種材料進行組合，具體的結構形式有鋼結構型鋼混凝土結構，鋼管混凝土結構和鋼筋混凝土結構等。規則結構本身是一個整體，不均勻下沉或傾斜會造成其整體破壞，但不會直接造成局部拉裂;錯層或連體結構，即使結構在合適的部位設置變形縫，也不可避免在地震時因各部分獨立振動而又相互牽連而導致直接拉裂。構造柱只抵抗軸力，在高層中剪力極大，最易破壞。因此，材料選擇對高層建筑結構非常重要。

2.3對建筑結構抗震性能進行最有效的設計

我國現在高層建筑非常的多，而且高層建筑的建筑高度也比較高，一般都在一百米以上，所以是在設計時都會采取雙筒結構，這樣在施工的過程中利用筒中筒以及框架結構可以最大化的保證其抗震性，但是這還是需要相關設計人員在設計高層建筑時多考慮一些因素，與建筑地實際情況結合，保證整個高層建筑設計的穩定性和安全性，充分地考慮到每一個支撐體系的穩定性，不斷地改善設計方案，使得高層建筑的抗震性達到最大，降低地震能量對高層建筑的破壞。確保從設計環節就提升高層建筑整體的抗震性，使得房屋能夠最大化的在地震中保持結構穩定性，減少不必要的損失，保證住戶的安全，同時也要兼顧高層建筑的美觀性。

結語

綜上所述，通過對不同設計重點的分析與考慮，有利于提高高層建筑結構抗震設計工作效率及質量，完善相應的設計方案，避免加大高層建筑建設風險，充分發揮抗震設計的實際作用。因此，未來在提升高層建筑結構設計水平、增強抗震設計應用效果的過程中，應對具體的設計重點進行科學分析，積極開展相應的設計工作，促使高層建筑應用中有著良好的抗震性能。長此以往，有利于豐富高層建筑設計內涵，延長其使用年限。

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