高层建筑结构抗震设计问题及优化策略黄运业

黄运业

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摘要：随着我国城镇化建设的发展，高层建筑的数量和规模也在不断增加。建筑结构的抗震设计对高层建筑具有重要的意义，一旦地震地质灾害发生，抗震结构将会提高高层建筑的安全性和稳定性。本文将针对高层建筑结构抗震设计问题进行分析并总结优化策略。

关键词：高层建筑；抗震设计；问题；策略

近年来，高层建筑已经成为现代化城市发达程度的标志，高层建筑的发展给抗震结构设计提出了新的挑战，高层建筑结构抗震设计决定这建筑的安全性和稳定性，对抗震设计中存在的问题加以解决和优化，是提高抗震设计水平的必然途径。

一、高层建筑结构抗震设计的重要性

由于地质结构的变化，地震的发生常常具有突发性，带来的危害具有严重性和普遍性。我国地域广袤，地质结构多样，同时，我国城市化建设发展迅速，高层建筑已经成为当前城镇化现代化程度的标志。解决高层建筑抗震问题不仅能够提高建筑物的安全性和稳定性，对人们的生命、财产也起到了保障的作用[1]。

二、高层建筑抗震存在的问题

（一）结构体系问题

我国高层建筑结构体系中对建筑高度和结构都有明确的要求，当建筑物高度超过150m以上时，需要采用筒体结构设计方法（见表1），筒体建筑结构设计到钢结构的使用，但是，建筑物超过一定高度是，钢将表现出形变幅度大，柔软的特点，对高层建筑抗震结构和性能都会产生较大影响。通常在高层建筑抗震结构设计中把钢骨混凝土作为建筑结构材料。

表1钢筋混凝土建筑适用的最大高度（m）

钢骨混凝土结构外部采用混凝土，内部采用型钢，型钢界面通常采用十字形或方管型，这种结构对钢结构的柔性进行了规避，被广泛应用在高层建筑结构中。

（二）高度问题

我国在高层建筑设计方面，对高度和结构具有较明确的标准。但在高层建筑建设中，很多建筑企业为了能够提高建筑的经济效益，往往超出标准高度，这样高度的增加，将会给建筑带来变形破坏的可能性，安全指标、延性指标以及荷载能力都会相应降低。

（三）抗震烈度问题

我国抗震设防烈度普遍较低，在高层建筑抗震结构设计方法上，还无法与一些建筑发达国家相比（见表2），抗震烈度设防较低。

表2我国与日本抗震设计方法比较

三、高层建筑结构抗震设计要求

（一）高层建筑刚度值设计

刚度是建筑材料或结构在受到外力时抵抗弹性形变的能力，刚度值能够代表材料或结构的变形特性，在抗震设计中也是设计人员重点考虑的问题。设计人员在进行抗震结构设计时，要将材料要素、结构的特殊性与施工机械种类，工艺等方面结合起来，进行刚度值设计。在建筑结构连接部分设计中，要考虑将外界引发的波动控制在范围内，通过调整控制来确保高层建筑的抗震效果。

（二）高层建筑的抗震结构分析

高层建筑抗震设计中，设计人员要加强对建筑连接点和构件的受力分析，结合在建筑结构中连接点的数量，分布情况等参数，对结构抗震能力进行认真分析，这样才能够提高高层建筑结构设计的科学性。此外，设计人员要对钢筋混凝土等材料的延展性充分考量，确保建筑物结构上的强度和刚度，提高高层建筑的稳定性和抗震效果[2]。

四、高层建筑抗震设计要点

（一）建筑材料的选择

高层建筑设计中，材料的选择是提高建筑物抗震性能的重要环节，在进行材料选择时，不仅要参考材料的价格因素对工程建设项目成本的影响，重要的是能够对材料的参数变异性进行研究，对材料的参数做好抗震性能分析。在非结构性材料的选取中，要优先选择轻质的建筑材料，在确保强度的前提下，降低结构的自重，提高抗震性能。

（二）建筑结构的选择

高层建筑设计人员在进行高层建筑结构选择是，要参考建筑行业的相关规范进行，建筑结构的选择，不仅关系到建筑施工的难度和建筑成本，对建筑物的抗震能力也起到至关重要的作用。工程设计人员不仅要具备对建筑标准和规范的掌握能力，还要具有对结构力学计算和分析能力，提高建筑结构的性能。

（三）抗震的布局设置

高层建筑抗震结构设计时要充分考虑建筑结构的整体性能，一旦地震地质灾害发生，通过整体的抗震结构设计能够时地震形变产生的作用力有效的传导，对作用力进行分散，从而提高高层建筑的整体抗震性能；其次，在进行抗震建筑结构设计时，要采用简洁有效的设计，结构不要过度最求繁琐，体现建筑的均匀、规整的设计原则；此外，在进行高层建筑抗震结构设计时，还要将地震连带的其他自然灾害可能性综合考虑进来，例如，地震可能会带来气候的变化，空气的流动性和降雨量增加等带给建筑物综合灾害。

五、高层建筑抗震结构的优化策略

（一）结构方案设计阶段

高层建筑施工项目结构方案设计阶段，设计勘察环节对建筑抗震设计具有重要的作用。通过现场的勘察，设计人员能够对当地的地质环境和水文情况进行全面的掌握，设计勘察数据将结构方案提供参考。结构方案设计尽量采用规则的结构体系等对抗震有利的措施或通过采用必要的试验和计算机技术分析。目前，我国在抗震设计中，采用的是极限状态设计法，而一些建筑抗震设计发达国家采用的是非线性反应谱对建筑物极限抗剪承载力进行验算，抗震设计采用弹性设计反应谱。显然，我国在结构设计方面还有较大的优化空间。

（二）施工图设计

施工图结构设计中，要充分理解“强柱弱梁、强剪弱弯”结构概念。建筑物结构中，柱子破坏可能引起建筑物整体的坍塌，而梁的破坏是局部的，“强制弱梁”对梁和柱的设计进行了抗震能力的区分，柱子不能够先于梁破坏。而弯曲破坏是有预兆的，剪切破坏是脆性破坏，缺少预兆，构成的危害更大，因此，要采用强剪弱弯设计。

（三）装配式建筑的推广

装配式建筑是将预制部件在在施工现场装配而成的建筑，近年来，随着我国建筑行业不断发展，装配式建筑已经成为行业的新宠，也是国家大力推行的建筑方式之一。这种建筑柱与柱连接采用了钢筋灌浆套筒连接技术，经过了套筒拉力应变曲线实验和循环张拉疲劳试验的验证，具有较高的抗震能力[3]。

结束语：

高层建筑抗震设计是建筑设计的重要环节，建筑设计人员一方面要准确掌握相关的法律法规；另一方面要在设计技术上实现进一步的提高，对现有的技术进行优化，提高我国建筑抗震设计的整体水平，从而给人们生命财产提供可靠的保障。

参考文献：

[1]杜晓丹.高层建筑结构抗震设计问题及优化策略[J].山西建筑,2017(16):66-67.

[2]雷小艳.高层建筑钢筋混凝土的结构设计分析[J].建材与装饰,2018,551(42):132-133.

[3]李燕,贾燕翔.高层建筑结构抗震设计中的不足及对策分析[J].建筑与装饰,2019(9).