高層建筑結構分析與抗震設計探究

李之佩

【摘要】隨著社會經濟的高速發展與城市化進程的增快，高層建筑的運用愈發廣泛，目前國內已經針對高層建筑體的抗震性能開展了深入研究，積攢下了豐富的工程實踐經驗。據以往研究與經驗得知，高層建筑需要具有較大的強度、優秀的延性以及較佳的整體性，在經過合理的抗震設計下確保其整體結構的足夠安全。

【關鍵詞】高層建筑;結構體系;抗震設計

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.25.060

建筑工程領域發展日新月異，為了更好的滿足多樣化建筑功能需求，高層建筑的結構模式也變得愈發復雜、種類繁多。不僅有傳統式的框架、剪力墻、筒體結構之外，超高層、復雜高層、鋼結構高層建筑等也逐漸走入人們的事業，應用得越來越普遍。而伴隨著建筑高度的提升以及不規則的結構類型，這給建筑的結構設計工作帶來了更大的挑戰，使得設計難度變大，因此必須要展開更為系統、更加深入的探究。

1、當前高層建筑結構設計存在的問題

1.1 主體結構高度問題

從抗震層面分析，結構抗側移剛度是選取結構形式時首要考慮的要素，且隨著高層建筑高度的提升，結構在受到地震作用力與其他荷載作用力之下發生的水平位移急速擴大，從而對于結構的抗側剛度要求也與之一同變大。在面對不同的高層結構系統應當設置合理的高度來確保高層建筑的整體質量與結構穩定性。但是，在進行高層建筑的高度設計工作時，往往會由于設計人員未對該行業的有關準則與規范加以全面了解，從而對于設計的基礎需求無法做到準確的把握，這就容易使得其對高度的設計存在不合理的情況，進而也就不能讓建筑結構的最優效果充分展現出來[1]。

1.2 結構體系問題

在決定高層建筑的結構方案之時，需要按照建筑使用功能與抗震要求適當選取結構體系。一般而言，高層建筑在設計與結構類型的選取以及結構布置時都容易出現一定的問題，且問題的發生主要是由于結構形式的不適宜而引起的建筑整體結構受力形態存在問題，最終引發了一系列問題，嚴重威脅到高層建筑結構的抗震效果。此外，不同建筑體所處地區的地震烈度會存在一些差異，所以可按照抗震規范來選取最為合適的結構體系，保證結構形式的科學合理性，否則便可能因為設計問題而導致存在安全隱患。另外，在開展建筑結構設計工作時，還要盡量確保其與規則結構要求相符，要合理布設抗震縫，不得設置成不規則的形式。

1.3 結構參數設計不合理

對抗震結構加以設計的關鍵目的為，當地震災害發生時可以最大化減輕災害造成的經濟損失。在新成立的工程項目中，使用設計軟件實行結構設計，最為重要的一個環節便是合理選擇參數，若是參數選擇不當，不僅可能導致無法滿足抗震需求，使得結構應力分布不夠均勻，甚至還會讓建筑結構的耗能能力下降。相關設計人員必須要在對規范標準充分熟悉之后，全面掌握所有涉及到的參數的含義，再對計算結構實行可靠性分析，在通過反復調整優化之后，確保設計方案的最優性才能進入到下一環節的設計工作。就當前的實際狀況而言，還需要對建筑結構的薄弱層或者是薄弱構件加以強化，使其形成以結構抗震、減震作為輔助作用的結構形式。

2、高層建筑結構抗震設計的有效對策

2.1以位移為基礎的抗震結構設計

在國內當前階段的高層建筑抗震結構設計中，主要是以承載力作為基礎。基于位移來對結構抗震實行設計，這一理念最初是于上世紀九十年代左右提出的，并且其屬于一種能夠實現在功能基礎上進行抗震設計的關鍵措施。按照抗震結構設計需求需要采取定量分析法，利用此方法能夠讓結構變形能力滿足預期地震作用力影響下的變形要求。要想實現此種抗震設計，就先要對簡單結構的構件變形與配筋關系展開詳細探究，而且還要能夠按照變形需求來對構件加以設計，其后當抗震結構均具有一定的彈塑性之后，再對構件和其變形關系展開一系列分析，此環節便要借助二階段抗震結構設計法來完成設計工作，此種設計方式為建筑結構的抗震設計今后的發展提供了一條重要途徑。

2.2控制地震對高層建筑物的扭轉效應

當發生地震災害之時，因為地殼運動會受到地震波的影響作用，從而產生強大的扭轉效應，在防范此問題帶來的危害時，不僅要強化規則特性，還應確保幾何中心與剛性中心之間的重合程度，而且同時還要保證解耦股的均勻性，從而才能有效控制好結構的扭轉效應，增強高層建筑體的抗震能力。目前在高層建筑的結構設計中，首先便需強化建筑體的分體設計，基于統籌兼顧的思維作為輔助，在注重考慮建筑體的安全性和穩定程度的前提下，借助分體設計來減輕地震形成的扭轉效應[2]。

2.3采取“中震”、“大震”設計

對于抗震薄弱區域要采用加強措施與提升結構或是構件的承載力性能，這兩種方法都是結構抗震設計中的關鍵措施。在國內較為常用的為前種方式，至于在復雜工程項目或是超限建筑中，實施“中震”設計方法即為在結構抗震薄弱區域進行加強處理之后，再合理提升關鍵區域的結構強度或是構件的承受力，從而使得建筑結構與構件延性和承載力水平獲得更大程度的提升，以此強化建筑結構的抗震能力[3]。

2.4依據抗震標準，規范平面及豎向設計

平面規則和建筑體的穩定性也有著潛在的關聯，這是設計工作人員在進行建筑結構設計時必須要考慮在內的要素。一般而言，抗震建筑的平面都會有規定的標準，例如，凹凸口的深度和寬度、平面長度不得太長、不可使用角部重疊或是細腰狀的平面設計方案。所以，結構平面的設計應當盡可能的做到簡單、規則且對稱，防止剛度、質量與承載作用力分布不均[4]。在進行有許多凹凸口的、形狀十分復雜的平面的設計時，應當實行特殊設計，或是采取有效的補救措施，從而最大化的確保建筑體的穩定效果。在進行高層建筑的抗震結構豎向設計時，應當防止存在太大的外挑或是收進，應當盡可能的使其具有規則性、均勻性，對于結構側向剛度也需要實現從上到下由小均勻變大，豎向抗側力構件要做到上下連貫通暢。

結語：

高層建筑是當代城市發展的重要基礎構成，也是許多城市中的標志性建筑體。伴隨著國內城市化進程的不斷推進，為了使得人們對于建筑美觀性、舒適度等需求的充分滿足，需要對高層建筑的結構設計與建設技術進行不斷研究與改進。高層建筑的結構設計在理論和實踐中的研究工作是一項重要任務，在今后很長一段時間內仍然需要投入一定的精力進行不斷探索。

參考文獻：

[1]李英民，姬淑艷，唐洋洋，等.山地建筑結構特殊問題與研究進展[J].建筑結構，2019，49（19）：76-82.

[2]肖從真，王翠坤，黃小坤.高層建筑結構抗震設計方法及結構體系創新[J].建筑科學，2018，34（09）：33-41.

[3]朱炳寅.建筑結構設計問答及分析（第三版）.2017.

[4]管民生，蔡威，李沁，等.某超限高層結構基于性能的抗震設計[J].工程抗震與加固改造，2016，38（04）：21-28.