高层建筑结构抗震设计分析

当前，我国高层建筑越发普遍，其结构设计受到了业内的广泛重视。而近年来，地震等自然灾害频发，高层建筑楼层多、高度高，结构相对复杂，一旦发生地震，可能会造成不可挽回的损失，因此其抗震设计受到了广泛关注。本文将基于高层建筑结构分析其抗震设计方法。

我国建筑行业快速的发展，高层建筑建设数量不断增加，其结构体系和平面布局、竖向体型等设计趋于复杂，加上近年来地震灾害频发，给我国高层建筑结构抗震设计分析提出更高的要求。高层建筑抗震分析作为工程抗震设计的主要依据，占据十分重要的地位。要想保证高层建筑结构的安全，达到抗震设计的要求，实现安全和经济的双收，必须做好抗震分析并加强设计工作。

1地震影响下高层建筑结构破坏的特点

近年来，各地地质灾害频发，通过对地震资料进行分析后得知，处于静荷载下的建筑结构，其受力合理，而一旦发生地震，则会由于受力不合理而受到破坏，其原因是地震的影响下，建筑物动力反应具有特殊性，具体表现如下：

1.1地基

部分场地具有较厚的软弱冲击土层，此时高层建筑地基破坏了明显增高。由于地基土液化造成地基出现不均匀沉降，最终导致建筑上部结构损害甚至整体倾斜。高层建筑位置若处于不利或危险地段，会由于地基破坏而导致房屋整体结构破坏。一旦建筑结构基本周期和场地的自振周期趋于相同，则会由于共振效应导致破坏程度加重。

1.2结构体系

高层建筑一般采用框架或框架-抗震墙结构，钢筋混凝土框架的结构平面内柱上端部位容易产生剪切破坏，在窗洞位置的外墙框架柱由于受到窗下墙体的约束容易产生短柱型剪切破坏。若高层建筑采用抗震墙结构，其破坏的程度较轻；若采用底框结构，其刚度柔弱的底层则会受到严重的破坏；若采用框架结构，建筑底层若为敞开式的框架间，且未砌砖墙，其底层也会受到严重破坏；若采用钢筋混凝土柱、板的结构体系，由于楼板的冲切或由于楼层发生较大侧移，导致柱脚破坏，各层的楼板会发生坠落甚至重叠在地面上。

1.3刚度分布

若建筑物结构以矩形平面布置，电梯井等抗侧力构件在布置过程中一旦存在偏心，则会由于扭转振动导致地震灾害加重；若采用L形、三角形等不对称的平面建筑结构，也会由于地震影响产生扭转振动最终导致灾害加重。

1.4构件形式

在框架建筑结构中，相比于梁、板，柱的破坏程度更大；钢筋混凝土剪力墙结构中，窗下墙通常会产生交叉/斜向裂缝；若混凝土柱中配置螺旋箍筋，一旦层间的位移角数值较大，核心的混凝土依然完好，钢筋柱抵抗能力较强，但若在同一楼层存在长短柱并用的情况，则会导致短柱受到相对严重的破坏。

1.5房屋体形

若建筑的平面结构不规则，如T形、L形、Y形等，其在地震影响下的破坏率较高。若高层建筑底盘加大，裙房顶面和主楼相接位置的面积突然减小的楼层，由于相邻的楼层间产生较大的质量突变，往往会导致较为严重的破坏。若高层建筑的防震缝宽度设置较小，则会导致建筑物之间产生碰撞破坏；楼层的平面形心和重心的偏移距离越大，震害导致的破坏越严重。

2抗震的等级对于高层建筑结构的影响

所谓震级，主要是按照地震的强度以划分的。我国将地震划分为6个等级：3级及以下为小地震，3~4.5级称为有感地震，4.5~6级称为中强地震，6~7级称为强烈地震，7~8级称为大地震，8级及以上称为巨大地震。对于建筑结构而言，可将建筑抗震等级划分为四个类别，分别是甲、乙、丙、丁。

一般来说，我国的房屋建筑抗震等级为8度，能够有效抵抗6级地震的影响。国家建筑设计部门根据相关规定，配合建筑物的分类以及设防标准，针对实际房屋高度与结构的特点，对高层建筑采用不同的抗震等级。例如，对于钢筋混凝土结构，建筑抗震等级能够分为一般、较严重、严重以及很严重等4个等级。在高层建筑抗震设计的过程中，需要按照建筑的高度、结构以及设防烈度等参数确定混凝土所采取的抗震等级，同时要确保符合计算结果以及技术要求。

3高层建筑的抗震设计方法分析

在进行高层建筑抗震设计的过程中，需要从两个方面进行考虑，分别是减小地震的作用力输入以及增强地震的抵抗力，做好建筑抗震设计与施工。高层建筑抗震设计的方法主要有五个方面，具体如下：

3.1尽量减少地震发生过程中的能量输入

在实际设计的过程中，需要采用以位移为基础的结构抗震方法，定量分析实际设计方案，确保结构的变形弹性能够满足预期的地震作用力变形要求。在进行建筑构件承载力验收的过程中，需要对建筑结构地震作用下的层间位移限值，同时按照建筑物构件变形以及结构位移的实际关系，对构件变形值进行确定。按照建筑物界面应变的分布规律和大小，确定建筑物构件的构造需求。针对高层建筑而言，需选择坚固场地进行施工，从而能够有效的减小地震发生时的能力输入，适当减小地震的破坏。

3.2采取高延性的设计，运用消震、隔震措施

在大部分高层建筑的抗震设计中，一般采用延性结构，从而对建筑物的结构刚度进行一定的控制，保证在地震时建筑物构件能够具有较大延性呈现塑性状态，以消耗地震产生的能力，降低地震造成的高层建筑结构破坏。若高层建筑承载能力小，但延性较高，其在地震中则不易发生倒塌。原因在于延性构件能够吸收能量，有效的避免建筑结构变形，可见延性结构能够有效的减小地震反应。21世纪以来，人们对建筑物抗震能力越发重视，并对其进行一定的研究并取得了相应的效果，例如：近年来阻尼器在我国高层建筑抗震设计中得到了广泛的应用。借助阻尼器的使用以减少震动，能够巧妙的减弱地震能量对高层建筑物的破坏。

3.3做好抗震结构设计

对于高层建筑的设计人员而言，需要尤其重视其抗震结构的设计。在我国，超过150m的建筑物，一般采用3种结构体系，分别是框-筒、筒中筒以及框架-支撑体系，且这三种体系在其他国家中也应用广泛。在高层建筑结构抗震设计的过程中，可将传统硬性为主的抗震模式逐渐还变为以柔性为主的抗震结构，从而实现以柔克刚、刚柔并济的高层建筑抗震结构设计，以确保地震作用时释放出的冲击力得以减弱。

3.4做好建筑选材工作

我国的钢材生产行业规模较大，钢结构加工制造的能力也居世界前列，所以在建筑结构抗震设计的过程中可以尽量采用钢筋混凝土、钢管混凝土柱或钢结构等，从而缩小柱断面的尺寸，保证建筑结构的抗震性能得以改善。在高层建筑抗震结构设计的过程中，必须做好建筑材料的选择工作。首先，要分析建筑材料的各项参数，尤其是其抗震性能，不可只考虑材料的承载力忽略材料其他的参数。对于抗震设计，需要保证建筑材料符合结构的延性需求。

3.5增加抗震防线

在进行高层建筑结构设计的过程中，可设置多条抗震防线，从而增强建筑工程对于地震的抵抗力。通过设置多层抗震防线，即便第一道防线受到了地震的破坏，高层建筑结构中仍然具有第二道、第三道甚至更多的防线以抵抗地震的作用力，从而防止高层建筑物发生倒塌。在进行高层建筑抗震设计的过程中，可选用具备多肢节或壁式框架的剪力墙结构以达到防震的目的。框架剪力墙结构属于十分典型的多道防线抗震结构，剪力墙是其第一道防线，属于结构的主要抗侧力构件，因此需要设置足够多的剪力墙结构以确保建筑的整体承受能力。

3.6采取加固设计

要想保证高层建筑结构抗震的能力得以有效的提升，需要按照建筑结构的具体情况进行一定的加固处理，在进行加固处理的过程中需要注意以下几点：①针对结构设计存在缺陷的结构，要根据具体情况增加加固构件，还可采用具备高抗震性能的构件以代替原有的构件。②要想提高建筑结构的承载力、增强结构的整体刚度，则可增设构件或扩大原截面，采取设置套箍的方式以做好加固工作。③许多建筑结构的整体性并不能达到抗震设计的标准，可通过对结构进行针对性的调整以分散地震的作用力，适当的减少结构破坏。对于高层建筑中那些和建筑结构不相关的构件，可能会由于地震倒塌导致危害，因此需要对其进行适当加固。

3.7对结构变形进行控制

对于高层建筑的整体抗震能力而言，其结构变形对抗震能力有着直接影响。若发生地震时，建筑物在水平震动作用力下发生侧移，导致建筑物的结构产生变形，结构被破坏。所以，需要做好建筑结构类型的考察工作，继而针对性的采取加固措施以尽可能减少建筑结构在地震作用下产生的变形。经过实践证明，对高层建筑损坏程度评估时，间层侧移的角度是十分重要的指标，因此国家对其具有明确规定。要采取一定的措施以控制结构侧移，一般可通过减小框架的柱距和梁距、采用弯-剪双重抗侧力体系、设置刚臂、竖向支撑的交错布置、变平面构件为立体构件、围护结构参与抗震、利用倾斜立面，扭转体型、采用双曲线圆筒以及加大房屋的有效宽度等方法以控制侧移。

4总结

近年来，建筑行业逐渐迈入新时期，为了保证建筑结构的质量，必须做好其结构设计，确保新型建筑结构能够同时符合建筑工程使用及美感要求。在实际建筑结构设计的过程中，针对建筑物的具体情况做好抗震设计，分析地基承载力等参数，做好建筑结构材料的选材工作，并做好加固设计，以保证建筑结构的抗震设计符合要求，确保建筑结构不会轻易受到地震灾害的破坏。