高层建筑结构抗震设计探析

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摘要：目前，高层建筑在我国的发展越来越迅速。随着建筑行业的兴起，人们越来越注重建筑工程的设计难度及功能的实用性与结构的复杂性等方面的问题。高层建筑结构设计面临的挑战和问题越来越多。本文就高层建筑结构抗震设计的相关问题进行了较为详细的分析。

关键词：高层建筑；结构；抗震；设计

1高层建筑结构的抗震设计因素

1.1水平荷载力

水平荷载力对于高层建筑的结构设计起着关键性的决定作用。所谓的水平荷载力主要是指风荷载力以及抗震的作用。水平荷载力的大小对于整个高层建筑的抗震性能也是产生直接影响。具体原因主要分为以下几个方面：

（1）高层建筑物本身的重量与高层的荷载力所产生的轴力的大小和弯矩的数值的大小正好和高层建筑物自身高度形成一次方的正比关系。

（2）由水平荷载力对其结构产生的倾覆力矩在构件中引起的轴力作用与楼房高度的两次方成正比。

1.2侧向位移控制

在高层建筑的安全抗震理念中另一个至关重要的设计因素就是侧向位移的控制。因为，建筑工程队在施工过程中多多少少会由于建筑物楼层的增高而产生一定的难以控制的侧向位移。并会随着楼层高度的逐渐增加而不断加大位移，通常是和建筑物高度的四次方程正比关系。如果在施工过程中侧向位移控制不好，那么会大大影响到高层建筑的自身安全稳定性。很有可能会发生房屋倒塌、墙体开裂的意外情况，从而危害居民或员工的人身安全。因此，对于高层建筑中侧向位移的控制不容小觑。

1.3抗震荷载力

除了上述的水平荷载力、侧向位移的因素外，还有一个就是要充分考虑到地震荷载力。一个好的抗震建筑物需要达到小震不坏、大震不倒的基本效果。

2高层建筑的结构体系分析

2.1框架结构体系

所谓的框架结构体系通常指的就是由梁和柱通过连接而支撑起来的一种可以承重的结构。一个好的框架结构体系可以十分牢固地抵抗一定的水平荷载、侧向位移、竖向荷载及地震荷载的。高层建筑设计选用良好的框架结构体系会产生很多的优势。例如：平面设计实用快捷简便,空间较大,能适应较多功能的需要。正是由于框架结构的这些优点,使得它成为高层建筑的主要结构形式。当然,框架结构体系也有本身的局限性,例如其结构的向刚度较小,在承受地震时将会发生变形且程度非常大。因此,楼层的高度和层数受到了框架结构的限制。

2.2剪力墙结构体系

目前较高的楼层也越来越多,因此,为了满足较高楼层数的要求,剪力墙结构体系出现了。剪力墙结构(shsarwallstructure)是用钢筋混凝土墙板来代替框架结构中的梁柱,能承担各类荷载引起的内力,并能有效控制结构的水平力。这种结构在高层建筑中被大量运用。

3高层建筑结构抗震设计中的疑难问题

3.1高度问题

出于经济与实用的角度而言，国家法律对高层建筑物的高度有一定的具体要求，以此来保证建筑物良好的使用性。然而，在实际操作中，一味地追求美观与技术上的突破，往往都是尽可能地增加建筑物的最大高度限值。这样的做法大大增加了高层建筑的安全抗震难度。

3.2竞争性大

目前，我国正出于稳步的发展中，但是就科技水平、国家财力等而言，还是与发达国家之间存在着一定的差距。因此，对于建筑行业的发展也存在着一定的问题。例如：高层建筑中的安全抗震问题就十分棘手。在能稳定确保抗震性能的一些技术因素上（配筋率、轴压比、梁柱承载力匹配）远远不如发达国家。纵观整个的市场经济和行业形势，我国高层建筑的安全抗震性能的设计防护存在着相当大的竞争力。

3.3高层建筑的结构体系设计问题

由于施工中主要针对高层建筑的安全抗震性能设计建筑结构，因此，如何有效地结合地震频发区的地理位置来选取建筑材料，设计合理的建筑结构体系，成为了设计师们最难把握的问题。通常，施工中都是采用钢筋混凝土来做内部支撑，因为据实验数据显示，钢筋混凝土的地震作用剪力能高达百分之八十至九十以上。但与此同时，又有一个新的问题出现了。在施工中，侧向位移似乎如影随行，工人们总是在不断地检查位移的范围大小。而钢筋混凝土材料的使用刚硬度还是不足以支撑较大的侧向位移力。

4关于提升高层建筑抗震结构的建议

4.1高层建筑结构体系分类及侧移运用

设计中讲究对症下药，具体问题具体解决。首先要对高层建筑的结构体系做一个详细的分类。主要分为钢筋混凝土结构、钢-混凝土混合结构、钢结构和钢-混凝土组合结构等。再按照结构形式来分类，又可以分为框架结构体系、剪力墙结构体系及框架-剪力墙结构体系等。其次，着重考虑这些结构体系的形式在高层建筑施工中的侧向位移的运用。一般情况下，超过五十米的建筑物主要采用剪力墙结构体系。因为此结构体系刚硬度大，不易受外界力而发生变形。而至于五十米以下的建筑物，通常采用的就是简单的梁和柱结构体系。

4.2增加建筑物的横截面积使承重力分散

一旦达到那么大的高度，想要保证百分百的垂直上升几乎是不可能的。而建筑物产生意外的倾斜或者侧歪，极有可能导致后期的坍塌。至于抗震性能更是不值一提。想要解决这一问题可以尝试从以下角度入手：增加建筑物本身的横截面积，使其承重力分散到横截面上，而不只是单独地依赖于垂直面，这在一定高度时能够大大减少高层建筑物的侧向位移，从而相对保证其安全抗震的性能。当建筑物楼层高度达到五十米以上时，我们通常使用的是剪力墙结构体系。但是往往会出现剪力墙超筋的不良情况。毋庸置疑，剪力墙的超筋会使整个建筑物的整体承载力不够，从而大大影响到高层建筑物的抗震性能。

4.3设置抗震缝是夯实地基的关键

大多数的建筑物如果出现抗震性能不佳或者楼房易震动说明此建筑物的地基没有做好。一个好的地基是建筑物安全抗震的必要条件。而缝隙的设置将会在一定程度上大大增加地基的牢固性。应该检查建筑物的各个部位是否有高度上的差异，因为高度差异会导致受力不均，从而影响整体的牢固。需在有高度差异的地方设置沉降缝，在平面有缝隙的地方设置伸缩缝。

5结束语

目前，我国在建筑行业发展地越来越快，因而对于建筑设计的要求也是越来越高。不但注重建筑物的外观造型的新颖独特，更加注重其方方面面的安全实用性能。在一定程度上带给了人们生活品质的提高与安全居住的保障。

参考文献：

[1]徐彪,秦艳华.某高层建筑塔楼结构设计分析[J].辽宁建材.2008,(4).

[2]章宏东,方鸿强,王珏.超高层建筑结构的抗风性能分析与抗震性能研究[J].浙江建筑.2010,(11).

作者：钟盛涛