高层建筑抗震设计解析

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摘要：国家规定在建筑工程设计中，必须根据建筑的防震等级，进行科学、合理的抗震设计，提高建筑使用的安全性。高层建筑由于结构复杂，楼层较多，抗震设计的难度显著提升。工程设计人员应重视建筑工程的抗震设计工作，实现工程设计符合规范要求的同时，确保工程质量达到规范标准。本文对高层建筑的抗震设计进行研究，针对常见的设计问题提出优化措施，提升高层建筑抗震设计水平，为同类设计工作提供借鉴和参考。

关键词：高层建筑；结构设计；抗震设计

为了适应我国建筑行业的发展需求，提高建筑工程的安全性和稳固性，要重视高层建筑的抗震设计，完善建筑工程抗震设计方案，提升工程的整体设计水平，确保建筑工程符合规范规定的抗震标准。高层建筑结构复杂，楼层较多，如果建筑结构的抗震性能未达标，地震会破坏建筑结构，甚至会导致严重的伤亡事故。提升高层建筑的抗震能力可以确保结构稳定，所以工程设计应遵循抗震设计原则，确保高层建筑的结构符合安全标准。

1高层建筑抗震设计的重要性

地震发生时，震源产生的纵波和横波会对建筑造成巨大的冲击，冲击直接作用于建筑，会损毁建筑结构，降低建筑的安全性。高层建筑抗震技术的主要原理是利用缓冲阻尼装置分解和吸收部分地震能量，降低地震对高层建筑的影响。在抗震设计中，可将建筑简化为支座，利用支座和建筑构件吸收和弱化地震能量，降低地震对建筑物的破坏；隔震技术是利用特殊的构造设计提升建筑物整体抗震性能。隔震技术对小型地震的防范效果较好，发生地震时，建筑只会产生轻微摇晃，不会损伤建筑结构，可有效保证建筑结构完整。在高层建筑结构设计中合理使用抗震技术，可提升建筑整体的抗震性能，确保高层建筑的安全性和稳定性。

2高层建筑抗震设计原则

高层建筑的抗震设计应体现科学性和合理性。为提升抗震设计效果，要遵循相应的抗震设计原则。根据规范要求，确定建筑项目的抗震等级，以此作为抗震设计的重要依据。高于地区抗震设防烈度为大震。高层建筑遭遇大震时，能保证建筑结构不坍塌，居住人员有足够的逃生时间。抗震设计以提高安全性为主；与地区抗震设防烈度相当的地震为中震。高层建筑遭遇中震时，虽然建筑结构受到损坏，但通过加固维修仍可使用，抗震设计以提高适用性为主；低于地区抗震设防烈度的为小震。建筑的抗震设计足以抵抗地震危害，建筑结构不会受到破坏。这是抗震设计的三个重要原则。在高层建筑的结构抗震设计中，需建立分析模型，代入抗震设防烈度的相关参数，对模型进行模拟测算，确保高层建筑的抗震性能满足设计要求，满足建筑结构的稳定性要求。

3高层建筑常见结构类型及抗震设计

目前我国建筑行业发展迅速，为了满足城市发展的需求，城市建筑工程都朝着高层和超高层方向发展。高层建筑的结构类型有框架结构、剪力墙结构、框架剪力墙结构。这几种结构类型的抗震设计有不同的技术要求：3.1框架结构。框架结构是目前高层建筑最常用的结构类型，工程适用性较好，应用范围广，与其他结构类型相比建设成本较低。框架结构的承重主体为梁和柱组成的框架结构，受自身结构特性的影响，框架结构的侧向刚度不足，由于地震横波会使高层建筑的侧向结构出现位移，所以高层框架结构建筑的抗震设计重点是合理提升梁柱结构体系的侧向刚度，减轻地震横波造成的侧向剪切性破坏影响，提升建筑的抗震效果，保证结构的安全性符合设计要求。3.2剪力墙结构。剪力墙结构的承重主要依靠剪力墙、异形柱和梁共同组成受力结构体系，这种结构的侧向刚度较好，但空间布局的灵活度不足，施工的成本费用略高。剪力墙结构的抗震设计核心问题是提升层间变形的协调性。剪力墙结构具有较强的规律性，侧向刚度较好。抗震设计宜采用双向布置，可较好抵抗各自方向的水平力，沿高度方向竖向布置可有效避免刚度突变。由于叠合错洞墙的应力分布复杂，在设计中应尽量避免门窗洞口上下错开，无法避免时，应进行洞口周围的受力分析计算并采取有效措施提高结构强度。3.3框架剪力墙结构。框架剪力墙结构综合框架和剪力墙的结构优势，梁柱体系和剪力墙结构共同承担荷载受力，可以有效弥补框架结构侧向刚度较差的缺点，提升建筑整体的结构性能。在进行抗震设计时，根据框架部分和剪力墙部分承受的地震倾覆力矩比值确定设计方案，满足框架剪力墙结构抗震措施要求的同时，还应充分考虑梁柱框架与剪力墙的刚度、变形特点，选择合适位置设置剪力墙，使结构整体刚度具有均匀、连续的特性，构成双向抗侧力结构体系提高建筑整体抗震性。

4高层建筑结构设计的抗震技术应用

科学的抗震设计能够有效提升建筑工程质量水平。为满足高层建筑的稳定性和安全性要求，在高层建筑设计时应根据项目的特殊性选择适合的抗震技术。对目前的高层建筑抗震设计分析，抗震技术主要有以下几种类型：4.1抗震整体方案设计。进行高层建筑抗震设计时，要详细勘查项目所在地区的地质情况，避免采用抗震性能不佳的建筑结构模式。通过分析可知，建筑倒塌的主要原因是建筑的重要承重结构受地震作用力发生脆性破坏，所以优化建筑承重结构设计，可以有效提升建筑工程的抗震性能，通过对建筑结构的性能测算，确定刚度和轴压比等重要参数数据，结合项目的抗震设防烈度，可以精确计算地震发生时，建筑结构的受力情况，根据测算结果确定有效的建筑整体抗震防震实施方案，提高建筑结构的安全性能。4.2粘滞阻尼抗震技术。可以在高层建筑的抗震设计中，应用黏滞阻尼装置提升建筑结构的抗震性能。它的工作原理是将建筑结构的支座转变为能够缓冲地震能量冲击的阻尼装置，当地震波作用于建筑结构时，黏滞活塞装置可以产生较大的阻尼，吸收部分地震能量，降低地震对高层建筑结构的危害影响。4.3橡皮支座抗震技术。高层建筑的抗震设计可以通过优化支座结构设计提升整体结构的稳定性。将高层建筑简化为基础和主体二大结构部分，在两个结构间设置支座装置。由于高层建筑的竖向结构强度较大，在地震横波的作用下，支座上部结构会发生整体位移，传统的刚性结构支座没有活动余量，会在结构连接处产生刚性破坏。在连接处设置橡皮支座装置，外力作用会使结构连接处发生位移，有效降低地震对建筑结构的刚性破坏，在地震强度不高的情况下，地震造成的冲击对建筑的破坏性极其有限，可以保证建筑结构的稳固性。因为我国大部分地区的抗震设防烈度不高，所以橡皮支座抗震技术的应用范围较广泛，实际工程应用的抗震效果较好。高层建筑隔震技术的应用，如图1所示。4.4高阻尼抗震设计。高层建筑结构具有复杂性特点，部分高层建筑的设计方案较特殊，将其受力模型简化后，可发现结构没有支座设计，这样的建筑结构不允许发生横向位移。地震横波会对建筑结构造成较大破坏，降低建筑结构的安全性。对这样的结构进行抗震设计，可考虑增设高阻尼支座装置，这种装置使用高分子材料制成，通过刚性连接将装置安装至建筑的上下构件之间，装置的高分子阻尼装置能够吸收地震产生的较大能量，减缓地震对结构的损害，提升高层建筑的结构稳定性。高层建筑高阻尼抗震支座，如图2所示。

5提升高层建筑抗震设计效果的有效措施

为满足我国建筑工程的发展需求，提升高层建筑结构的稳定性和安全性。在高层建筑的结构抗震设计中，应遵循抗震设计标准，根据不同类型的建筑结构特点，采取科学的抗震措施提升高层建筑结构的抗震效果。5.1合理确定建筑结构类型。进行高层建筑抗震设计时，要结合地区的抗震设防烈度和地震发生的频率合理确定建筑结构类型，选择安全性能高、抗震稳定性好的建筑结构。对框架结构进行功能优化，尽量使用框架剪力墙结构提升高层建筑的整体抗震性能。为了更好地实现抗震设计目标，建立科学的地震受力模型对结构受力进行分析与计算，确保建筑结构的所有承重构件能够达到抗震设计标准，当地震发生时，建筑结构具有较好的抗震效果，避免发生建筑倒塌事故。5.2优化建筑结构的平面设计。高层建筑的开发商为了提高项目收益，提升建筑平面空间的利用率，减少剪力墙的使用，降低了建筑结构的承重效果，同时也削弱了建筑的抗震性能。为了提高建筑结构的安全性和稳固性，需对建筑平面结构进行科学设计，满足空间使用要求的同时，使建筑结构达到抗震设计标准。利用先进的技术措施提升结构抗震性能，使建筑工程满足设计质量要求。5.3强化结构薄弱层的抗震性能。对建筑结构薄弱层进行有针对性的抗震设计，能够有效提升建筑工程的抗震质量。建立高层建筑结构的受力模型，受力分析表明，结构转换层的抗震性能最薄弱，也是最容易达到极限状态的结构部位。所以在结构设计中，要采取有效措施对结构薄弱层进行加固处理。按照规范要求对结构转换层进行有针对性的抗震设计，适当提高转换层的配筋率，有效提升建筑构件的荷载受力能力。同时也要对薄弱结构层的楼板实施加固处理，利用双层双向钢筋提升楼板强度，也可同时增加楼板厚度，避免薄弱层在地震中发生应力破坏现象，影响建筑结构的整体稳固性。完成设计方案后，设计人员要重视方案的审查工作，根据设计方案简化受力模型，并进行结构受力的再次核算，提高薄弱层的抗震效果，确保薄弱层的结构性能满足抗震设计要求，提升高层建筑结构的整体安全性和稳定性。

6结语

综上所述，为满足我国建筑行业的发展需求，提升建筑工程结构的稳定性和安全性，在高层建筑的结构抗震设计中，要科学、合理地应用抗震技术，提升建筑结构的抗震性能。对高层建筑结构抗震设计要点进行深入研究和分析，制定建筑结构的合理性抗震设计方案，根据建筑结构的功能特点，制定有效的技术实施措施，提升高层建筑的结构稳定性和安全性，实现建筑工程结构施工的质量目标。

参考文献：

[1]李子懿,肖从真,李建辉,等.复杂高层建筑结构抗震设计方法研究现状与展望[J].建筑科学,2019,35(9).

[2]阴召勇.高层建筑结构抗震设计中的不足及对策分析[J].绿色环保建材,2019(7).

[3]袁树东.基于框剪结构体系的高层建筑抗震设计研究[J].居业,2019(5).

作者:赵光朋 单位:山东华邦建设集团有限公司