浅谈高层建筑的抗震结构设计

浅谈高层建筑的抗震结构设计

汪永

身份证号： 4113261983020661**

摘要：作为人们日常生活中常见的一种建筑类型，高层建筑很 好的缓解了城市用地以及住房紧张的问题。高层建筑通过一 定的施工和建筑结构设计，使之能够在很大程度上满足人们 日常生活对建筑空间的使用要求，成为了目前较为主流的建 筑形式。现阶段建筑材料以混凝土为主，混凝土本身具有造 价成本低，材料性能稳定的优点，因此做好混凝土建筑的整 体抗震设计对于高层建筑的使用寿命以及整体的安全性有 着非常重要的作用，相关工作人员不应该将其忽视。

关键词：高层建筑；抗震结构；结构设计

1 地震对高层建筑的影响

1.1 地震对高层建筑地基的影响

在地震发生时，对高层建筑结构地基的破坏性是非常明 显的，如果建筑下层地基在软土层上，地震对建筑地基的影 响将会更加的严重。这是因为软土层的地基在地震期间没有 本身的稳定性，会使得建筑地基主体发生倾斜，可能在微震 的情况下这样的倾斜并不明显，但是对建筑安全性的影响是 长期积累的，对于建筑来说是一种危险程度极大的安全隐患。 鉴于目前的建筑主体大多采用的是钢筋混凝土结构形式，当 建筑地基发生倾斜时，地基沉降并使得建筑混凝土主体不断 地跟随着发生倾斜，对上部主体造成严重的破坏；尤其在相 对危险的地段，高层建筑的倾斜和坍塌带来经济损失的同时， 很有可能对人们的人身安全也造成严重的威胁，钢筋混凝土 结构甚至会出现不可修复破坏，带来极大的社会负面影响。

1.2 地震对高层建筑结构整体性的破坏

目前最为主流的建筑结构形式为钢筋混凝土框架结构、 框架-剪力墙结构、纯剪力墙结构，在其本身结构设计等多 方面的优点一应俱全的情况下，在地震发生时，其水平面整 体的平面性会受到严重的影响，在地震发生时很有可能使得 结构主体偏移原来的位置，使得建筑失去设计计算时所能达 到的结构稳定性能，甚至造成严重的建筑坍塌事故。因此需 要加强抗震概念设计，合理的模拟真实的地震计算模型。同 时在某些情况下，高层建筑过多使用不规则对齐的开窗结构 形式，在地震期间，剪力的受力截面的受力情况可能处于疲 劳阶段，使得建筑肢体很快出现窗洞形式的结构破坏。由于 地震所带来的机械性往复运动能在建筑结构中进行能量的 传递和转换过程中变成了建筑结构需要抵抗的外力，从而威 胁建筑结构的整体性稳定性。

1.3 地震对高层建筑刚度的影响

通常，矩形平面设计是高层建筑平面设计的最为常用的 形式，电梯井是必须考虑在建筑结构设计中的因素，如果电 梯井的位置在地震发生时出现了超出规范的偏移，将对整个 高层建筑的结构造成严重的破坏。因为电梯井的设计以刚性 设计为主，在地震发生时，其刚性受到影响，出现了一定程 度的晃动，并很有可能会使得建筑在其影响下产生连带的破 坏现象；地震造成的这类空间扭动，当建筑矩形平面在刚度 削弱的情况下无法达到设计要求的时候，就可能造成破坏， 危及生命财产安全。

2 高层建筑抗震结构设计机理

2.1 隔震结构设计

在高层建筑钢筋混凝土结构设计过程中，隔震的建筑抗 震设计，主要是在高层建筑的下部进行一定厚度的隔震层的 设置。隔震层在地震的作用下会使得建筑的应力水平发生一 定的变化，使得建筑的应力负载实现一定程度的分散，从而 使高层建筑上部不会受到地震剪力的影响。在隔震层的作用 下高层建筑的上部各层在地震时的共振会得到一定程度的 削减，使得振动能量得到了很大程度的吸收。常规来说，现 阶段的隔震层构件主要有以下三个部分：其一，铅制的缓冲 性构件，它利用的铅材料都是纯度非常高的，通过合理的加 工处理塑性变形后形成隔震层发热构件；其二，钢制的缓冲 性构建，钢制构件采用钢材料形变而成，相对来说牢固性有 很好的保证，同时也起到了减缓振动的效果；其三，叠层式 橡胶，它是将钢板与和厚度毫米级的橡胶层叠合在一起，交 互连接而成，在热处理和压力处理的作用下，使得其具备较 好的弹性，当建筑因为地震而发生局部共振时，它的作用很 明显，在地基发生共振时，建筑始终能够保持垂直。

2.2 减震结构设计

减震的形式分为以下三种：消能减震。高层混凝土建筑 结构的附加阻力值对于建筑整体抗震性能来说是一种重要 的指标，阻力值在这个情况下达到最高点时，会使得建筑的 抗震性能受到影响。当建筑中某些部位的结构所承担的阻力 在不断变化的应力模式下出现了不同的变化情况，会使得多 变的应力在造成抗震作用的负载增大，能量的衰减不会很明 显，因此能量的消散还要采取其他的措施，比如各种阻力器 的设置和其他的削弱方式。例如跷动式减震，这种减震方式 对于高层建筑上部空间的限制减少了很多，能够使得上部结 构与下部基础之间产生一定得隔离，达到隔震的效果。对比 传统的减震措施，跷动式减震方法在很大程度上帮助建筑实 现更加自由的控制，使得建筑受力部分的构件有足够的强度 去消化地震作用带来的影响；又例如机械式减震，机械减震 利用了钢支撑，钢管与其他部件之间没有粘连性，这也使得 共振的传递达到了一定程度的隔离效果，在混凝土支撑结构 中建立一定的滑移界面，使得减震效果得到增强。

3 高层建筑抗震结构设计要点

3.1 水平荷载的控制

建筑结构设计的整体效果很大程度上会受到高层建筑 水平荷载控制作用的影响。通常，水平荷载的控制主要包括 有风荷载和水平地震作用产生的作用两种形式荷载的控制， 抵抗水平作用在很大程度上直接决定了高层建筑的抗震水 平，因此，应该予以高度重视。其原因在于，一方面，高层 建筑的轴力、剪力以及弯矩是在建筑物自重的重力荷载和高 层水平荷载的共同作用下产生的，与建筑物的层高成正比， 控制水平荷载可以使得建筑物的受力情况得到改善；另一方 面，高层结构在水平荷载的作用下，构件内部所产生的轴力 与层高成平方关系，控制水平荷载可以使得构件内部的轴力 得到较好的控制。

3.2 建筑物侧移的控制

在水平荷载以及其他水平分力荷载的作用下，以钢筋混 凝土结构为主的高层建筑位移会在很大层度上产生偏移，建 筑物本身的内力也会随着建筑偏移的尺度的增大而不断地 增大，甚至在出现偏心较大情况下，钢筋混凝土结构建筑物 发生倾覆的现象。因此研究水平作用力的出现就变的尤为重 要，之所以会出现水平剪切力的主要原因还是建筑物的本身 受力情况，建筑物本身在这些力的作用下会发生侧移产生内力变形，在进行这一方面的抗震设计时，相关设计工作者应 该考虑各个方面的因素，从结构稳定性、刚度以及强度等来 综合考虑，解决侧移问题。

3.3 水平刚度的控制

当地震发生时， 地面的运动会使得高层建筑的混凝土 结构受到水平方向上的作用力，在严重时可能还会造成建筑 整体坍塌的风险，这就让采用传统剪力墙墙承重的建筑结构 形式有了更多的要求。因此，在高层建筑的抗震设计中，水 平刚度是非常重要的设计要点；建筑物抵抗力矩的主要来源 是剪力墙，因此剪力墙是受力的主要来源，要通过抗震缝以 及其他刚度控制的措施将地震的作用力传递给剪力墙，才能 达到建筑结构高度和刚度的正常比例，避免侧移坍塌的情况 发生。水平刚度的提高还可从混凝土材料本身性质入手，提 高建筑维护结构构造的密实程度，这也是种非常重要的一项 措施。

4 结束语

高层建筑抗震措施主要着重关注的是混凝土的结构特 点以及稳定性，在进行前期的概念设计工作时，优化抗震措 施是非常重要的工作环节，需要在充分考虑抗震结构设计中， 对于建筑抗震结构性能的整体性影响，并进行科学合理的验 算，注意细节的把控以及薄弱环节的控制，从合理的抗震手 段和抗震装置的选择来进行高层建筑抗震性能的优化，结合 抗震结构在不同方向以及不同种类的荷载作用下的受力情 况来进行合理的控制，保证建筑抗震结构的整体质量。

参考文献

[1]彭孝光.高层混凝土建筑抗震结构设计探讨[J].工程技 术研究,2020,5(04):220-221.

[2]贾宏宇.抗震结构设计在高层建筑中的应用分析[J].建 材与装饰,2018(29):130-131.