高层建筑结构分析与抗震设计探究

李之佩

【摘要】随着社会经济的高速发展与城市化进程的增快，高层建筑的运用愈发广泛，目前国内已经针对高层建筑体的抗震性能开展了深入研究，积攒下了丰富的工程实践经验。据以往研究与经验得知，高层建筑需要具有较大的强度、优秀的延性以及较佳的整体性，在经过合理的抗震设计下确保其整体结构的足够安全。

【关键词】高层建筑;结构体系;抗震设计

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

建筑工程领域发展日新月异，为了更好的满足多样化建筑功能需求，高层建筑的结构模式也变得愈发复杂、种类繁多。不仅有传统式的框架、剪力墙、筒体结构之外，超高层、复杂高层、钢结构高层建筑等也逐渐走入人们的事业，应用得越来越普遍。而伴随着建筑高度的提升以及不规则的结构类型，这给建筑的结构设计工作带来了更大的挑战，使得设计难度变大，因此必须要展开更为系统、更加深入的探究。

1、当前高层建筑结构设计存在的问题

1.1 主体结构高度问题

从抗震层面分析，结构抗侧移刚度是选取结构形式时首要考虑的要素，且随着高层建筑高度的提升，结构在受到地震作用力与其他荷载作用力之下发生的水平位移急速扩大，从而对于结构的抗侧刚度要求也与之一同变大。在面对不同的高层结构系统应当设置合理的高度来确保高层建筑的整体质量与结构稳定性。但是，在进行高层建筑的高度设计工作时，往往会由于设计人员未对该行业的有关准则与规范加以全面了解，从而对于设计的基础需求无法做到准确的把握，这就容易使得其对高度的设计存在不合理的情况，进而也就不能让建筑结构的最优效果充分展现出来[1]。

1.2 结构体系问题

在决定高层建筑的结构方案之时，需要按照建筑使用功能与抗震要求适当选取结构体系。一般而言，高层建筑在设计与结构类型的选取以及结构布置时都容易出现一定的问题，且问题的发生主要是由于结构形式的不适宜而引起的建筑整体结构受力形态存在问题，最终引发了一系列问题，严重威胁到高层建筑结构的抗震效果。此外，不同建筑体所处地区的地震烈度会存在一些差异，所以可按照抗震规范来选取最为合适的结构体系，保证结构形式的科学合理性，否则便可能因为设计问题而导致存在安全隐患。另外，在开展建筑结构设计工作时，还要尽量确保其与规则结构要求相符，要合理布设抗震缝，不得设置成不规则的形式。

1.3 结构参数设计不合理

对抗震结构加以设计的关键目的为，当地震灾害发生时可以最大化减轻灾害造成的经济损失。在新成立的工程项目中，使用设计软件实行结构设计，最为重要的一个环节便是合理选择参数，若是参数选择不当，不仅可能导致无法满足抗震需求，使得结构应力分布不够均匀，甚至还会让建筑结构的耗能能力下降。相关设计人员必须要在对规范标准充分熟悉之后，全面掌握所有涉及到的参数的含义，再对计算结构实行可靠性分析，在通过反复调整优化之后，确保设计方案的最优性才能进入到下一环节的设计工作。就当前的实际状况而言，还需要对建筑结构的薄弱层或者是薄弱构件加以强化，使其形成以结构抗震、减震作为辅助作用的结构形式。

2、高层建筑结构抗震设计的有效对策

2.1以位移为基础的抗震结构设计

在国内当前阶段的高层建筑抗震结构设计中，主要是以承载力作为基础。基于位移来对结构抗震实行设计，这一理念最初是于上世纪九十年代左右提出的，并且其属于一种能够实现在功能基础上进行抗震设计的关键措施。按照抗震结构设计需求需要采取定量分析法，利用此方法能够让结构变形能力满足预期地震作用力影响下的变形要求。要想实现此种抗震设计，就先要对简单结构的构件变形与配筋关系展开详细探究，而且还要能够按照变形需求来对构件加以设计，其后当抗震结构均具有一定的弹塑性之后，再对构件和其变形关系展开一系列分析，此环节便要借助二阶段抗震结构设计法来完成设计工作，此种设计方式为建筑结构的抗震设计今后的发展提供了一条重要途径。

2.2控制地震对高层建筑物的扭转效应

当发生地震灾害之时，因为地壳运动会受到地震波的影响作用，从而产生强大的扭转效应，在防范此问题带来的危害时，不仅要强化规则特性，还应确保几何中心与刚性中心之间的重合程度，而且同时还要保证解耦股的均匀性，从而才能有效控制好结构的扭转效应，增强高层建筑体的抗震能力。目前在高层建筑的结构设计中，首先便需强化建筑体的分体设计，基于统筹兼顾的思维作为辅助，在注重考虑建筑体的安全性和稳定程度的前提下，借助分体设计来减轻地震形成的扭转效应[2]。

2.3采取“中震”、“大震”设计

对于抗震薄弱区域要采用加强措施与提升结构或是构件的承载力性能，这两种方法都是结构抗震设计中的关键措施。在国内较为常用的为前种方式，至于在复杂工程项目或是超限建筑中，实施“中震”设计方法即为在结构抗震薄弱区域进行加强处理之后，再合理提升关键区域的结构强度或是构件的承受力，从而使得建筑结构与构件延性和承载力水平获得更大程度的提升，以此强化建筑结构的抗震能力[3]。

2.4依据抗震标准，规范平面及竖向设计

平面规则和建筑体的稳定性也有着潜在的关联，这是设计工作人员在进行建筑结构设计时必须要考虑在内的要素。一般而言，抗震建筑的平面都会有规定的标准，例如，凹凸口的深度和宽度、平面长度不得太长、不可使用角部重叠或是细腰状的平面设计方案。所以，结构平面的设计应当尽可能的做到简单、规则且对称，防止刚度、质量与承载作用力分布不均[4]。在进行有许多凹凸口的、形状十分复杂的平面的设计时，应当实行特殊设计，或是采取有效的补救措施，从而最大化的确保建筑体的稳定效果。在进行高层建筑的抗震结构竖向设计时，应当防止存在太大的外挑或是收进，应当尽可能的使其具有规则性、均匀性，对于结构侧向刚度也需要实现从上到下由小均匀变大，竖向抗侧力构件要做到上下连贯通畅。

结语：

高层建筑是当代城市发展的重要基础构成，也是许多城市中的标志性建筑体。伴随着国内城市化进程的不断推进，为了使得人们对于建筑美观性、舒适度等需求的充分满足，需要对高层建筑的结构设计与建设技术进行不断研究与改进。高层建筑的结构设计在理论和实践中的研究工作是一项重要任务，在今后很长一段时间内仍然需要投入一定的精力进行不断探索。

参考文献：

[1]李英民，姬淑艳，唐洋洋，等.山地建筑結构特殊问题与研究进展[J].建筑结构，2019，49（19）：76-82.

[2]肖从真，王翠坤，黄小坤.高层建筑结构抗震设计方法及结构体系创新[J].建筑科学，2018，34（09）：33-41.

[3]朱炳寅.建筑结构设计问答及分析（第三版）.2017.

[4]管民生，蔡威，李沁，等.某超限高层结构基于性能的抗震设计[J].工程抗震与加固改造，2016，38（04）：21-28.