高层建筑结构设计中的抗震问题探究

帅师

一、高层建筑抗震设计中应遵循的几点原则

1、合理选址

高层建筑本身就对结构稳定性的要求较高，在进行建筑选址时，应该尽量选择对抗震有力的区域，即避开地震带。在城市规划的要求之下，需要在地震带进行高层建筑施工时，也需要推算出地震带的震动周期，并且明确高层建筑的自震周期，在施工设计的过程中，合理控制自震周期，避免在发生地震的同时，建筑物也发生自震，出现共震反应，对建筑结构的安全性造成威胁。

2、合理设置抗震结构

抗震结构设计是提升高层建筑抗震能力的重要手段，在进行具体设计时，既要考虑到结构设计的抗震性能，又要考虑到结构的经济性。在确保结构设计合理的基础上，还应该合理选择结构施工的材料，材料的刚度和强度较大，才能起到有效的抗震效果。某地区的高层建筑在发生地震灾害时，80%以上的房屋倒塌，带来了巨大的损失和人员伤亡，事故后分析，房屋倒塌的原因，是由于结构以土木结构为主，不具备较强的抗震能力。

3、设置多道抗震防线

地震一般不会只发生一次，在第一次地震后，一定会发生多次余震及第二次地震。如果高层建筑只有一道抗震防线，在第一次地震后备破坏，将无力面对之后的第二次地震或多次余震。

4、平面设计均衡

设计利于抗震的建筑平面：在进行建筑的平面设计时，应尽可能地保证建筑结构的刚度和质量的均匀分配。建筑结构与平面设计应采用对称的方式，才能在地震中有效地变扭转效应。青海地震主要发生在玉树县结古镇，当地的房屋建筑大多数是由居民自主建设的，因为缺乏足够的建筑专业知识，所以没有考虑到建筑平面设计的抗震需求也是非常常见的。

二、分析高层建筑结构设计中存在的抗震问题

1、建筑高度问题

因高层建筑在投入使用后，很容易因质量问题或者外界因素的影响产生安全隐患，我国针对高层建筑施工提出一系列的规范措施，其中就包含了对建筑高度的确定。一般而言，根据选择施工结构和材料的不同，对建筑高度均给出了明确的限制。但在一些高层建筑工程中，还是会出现有违规范高度的问题，这就加大了工程安全事故的发生几率。另外，受到建筑高度的影响，其自身的抗震性能也会深受影响，在发生地震灾害时，极易产生坍塌的事故问题，严重威胁住户的人身安全。这就要求相关人员能够注重施工规范，对建筑高度进行合理控制，从根本上提升建筑工程的使用安全。

2、材料选用问题

地震灾害的影响较大，不仅关系到人们的生命财产安全，还会影响社会安定。为了降低地震灾害的影响，在进行建筑施工时，需要考虑到其自身的抗震能力。具体工程中，除了要保证结构设计合理之外，还需要确保材料的合理选用。我国在进行高层建筑施工时，所采取的主要支撑结构有三种形式，即框一筒、筒一中筒和框架。具体施工中采用的结构形式是以钢筋混凝土结构为主。但在投入使用之后可以发现，钢筋混凝土的结构特性决定了其会存在变形的可能，当其弯距较大时，会产生测移，虽然内部的钢筋会对其变形量给予一定的约束，但其约束能力并不突出，起到的抗震效果也相对较差。

3、结构设计的规范有待完善

在当今中国经济水平得到长足发展的时代背景下，我国现行的建筑结构设计规范已经远远落后于现实的要求，已经很难适应当下的国情，建筑结构设计规范应该在某种程度上进行调整，以适应当前对抗震安全性的新要求。以前受制于财力不足的限制，我国建筑结构设计标准低，抗震设防烈度低，建筑结构在抗震中的经济损失很大，因此基于地区设防烈度的级别制定相应的弹性设计标准得到了众多业界人士的支持。

三、上述问题的改善措施

1、提升建筑结构的弹塑能力

地震灾害对建筑结构的影响表现在结构变形方面，在结构变形率较大的情况下，就会导致建筑结构开裂的问题，从而引发建筑坍塌的严重后果。建筑结构中的抗震结构在发生地震灾害时，会发挥出自身的弹塑作用，降低地震作用力对结构的影响，从而起到相应的抗震效果。大部分的抗震结构均是借助这一原理实现的。这也要求在进行结构设计时，需要对结构的弹塑性能进行综合分析，主要分析方法有以下两种：一种是弹塑性动力，指的是利用统计模型和相应的理论知识实现对建筑结构弹塑性的综合分析，但此种方式存在一定的弊端，即在进行分析的过程中，会受到地震波的影响，从而形成多种分析结果，要想保证对结构弹塑性的合理分析，就需要具备较强的专业能力，能够从众多的结果中，选择最佳的结果；一种是弹塑性静力分析，此种方法时借助统计模型所展开的一系列分析，同时需要对建筑结构的空间和平面模型进行综合考虑，其结果不会受到地震波的较大影响，与上一种方法相比存在一定的应用优势。

2、建筑材料的合理选择

在进行高层建筑抗震设计时，材料的选择十分重要。对于即将选择的材料，要科学地分析其材料的抗震性能，对材料的参数变异性进行整体研究，保证最终材料的选择的合理性。同时，还需要对材料的承载能力进行充分的考虑，保证材料抗震分析的全面性。从抵抗地震的要求来看，建筑结构还需要具备一定的延性，为了充分地满足需求，在选择建筑材料时，就需要充分地考虑建筑施工的各个方面的实际兴情况，选择最为科学合理的建筑材料，提升高层建筑抗震能力的同时，保证材料选择的科学性及经济性。

3、加设抗震防线

高层建筑的抗震设计中包含防线建设，为了达到提升抗震能力的目的，可以增多抗震防线的建设。这样一来，在发生地震时，即使第一道防线被破坏，第二道、第三道，甚至是更多道的防线均会起到阻挡地震作用力的目的，减低建筑物倒塌发生率。通常来说，多个肢节和壁式框架的框架剪力墙结构是比较有效的防震结构之一。框架剪力墙中包含多道抗震防线，第一道抗震防线为剪力墙，这是主要的抗侧力构件，当剪力墙的数量比较多时，其所具备的承载能力也会相应的提升。同时，在地震的作用下，剪力墙开裂之后，任一层框架部分的框架和墙会协同一起分散地震剪力，降低地震作用对建筑物的伤害。

结语：本文通过对高层建筑结构抗震设计的基本方法进行阐述，然后对高层建筑的受力特点及结构类型进行分析，得出提高建筑抗震性能的设计方案，希望本文可以对以后高层建筑结构设计提供有利的帮助，从而提高高层建筑的抗震性能，促进高层建筑的进步与发展。

参考文献：

[1]刘均伟.高层建筑结构设计中抗震概念设计的运用研究[J].山西建筑,2016,42(20):43-44.

[2]陈静.高层建筑结构设计的问题与对策研究[J].城市建设理论研究(电子版),2017(01):143-144.