试论我国高层建筑结构抗震设计

张帅 吴桐桐

摘 要：如今，我国高层建筑越发普遍，业内也越来越重视其结构设计。高层建筑的高度高、楼层多，结构比较复杂，而近年来又频繁的发生地震等自然灾害，一旦有地震发生就可能对高层建筑造成不可挽回的损失。基于此，高层建筑结构抗震设计便受到了广泛的关注。本文分析了高层建筑结构抗震设计内容以及地震作用下高层建筑结构的破坏特点，并探讨我国高层建筑结构抗震设计的方法。

关键词：高层建筑;结构设计;抗震设计

1 高层建筑结构抗震设计内容

一般情况下，强大的地震作用会使高层建筑物的抗震结构进入到塑性状态，为确保地震作用下结构性能可以达到实际要求，就要将结构弹塑性变形能力纳入到高层建筑结构抗震设计中去考虑。从当前国内外对抗震设计研究的發展趋势来看，主要围绕着不同超越概率水平地震作用下对结构的变形要求和性能要求做出合理的设计。其中，结构的弹塑性分析是抗震设计的重要内容，因其具有一定的难度及复杂性，所以对如何设定与计算等一些问题也各有不同的要求。目前，我国的现行抗震规范对高层建筑结构抗震设计要求主要是按照反应谱理论计算的，采取弹性方法来计算位移及内力，通过极限状态来设计构件。建筑物如果有特殊要求或是个别的重要建筑则可以利用时程分析法对其补充计算，对地震作用下的变形状态做出计算，分析建筑结构的弹塑性变形。

2 地震作用下高层建筑结构的破坏特点

2.1 地基方面

一是高层建筑在具有较厚软弱冲积土层场地会明显增高破坏率;二是在不利或危险地段所建筑的高层建筑，由于地基被破坏而受到损坏;三是由地基土液化而引起地基沉降不均匀的现象，致使上部结构开始整体倾斜或损坏的较为严重;四是当建筑结构的基本周期与场地自振周期相近时，因共振效应的破坏程度将加重。

2.2 结构体系方面

一是采用的房屋结构为“填墙框架”，而钢筋混凝土框架结构平面内柱上端容易有剪切破坏发生，因窗下墙的约束使得外墙框架柱有短柱型剪切型破坏发生;二是房屋如果采用的是“底框结构”体系，底层刚度柔弱，会被严重的破坏。如果房屋采用的是“填墙框架”体系，底层为敞开式框架间未砌砖墙，那么底层同样被破坏的非常严重;三是房屋结构采用抗震墙体系，其破坏程度不大;四是对于采用钢筋混凝土板、柱体系结构的建筑来说，由于楼层出现了较大的侧移或是楼板冲切方面的原因，导致柱脚破坏，各层楼板坠落重叠于地面上。

2.3 房屋体形方面

一是不规则的平面房屋建筑（包括L形、Y形、T形），它们的破坏率在明显提高;二是有的高层建筑有大底盘，对于突然减小裙房顶面与主楼相接处面积的楼层，也就是指相邻楼层发生较大的质量突变情况时，会加重破坏程度;三是楼层平面形心偏移重心越大，震害的严重性就越大;四是由于设置的防震缝宽度太小，所以导致建筑物间发生碰撞破坏。

2.4 构件形式方面

一是在整个框架结构中，柱的破坏程度通常比梁、板的破坏程度要高;二是混凝土柱上配置螺旋箍筋，当层间位移角的数值较大时，仍保持核心混凝土完好，柱的抵抗能力仍然较大;三是钢筋混凝土多肢剪力墙的窗下墙一般有斜向或交叉裂缝产生;四是如果钢筋混凝土框架在同一楼层同时使用了长、短柱，则破坏较严重的是短柱。

3 我国高层建筑结构抗震设计的方法

3.1 选择的地理位置必须具有合理性

在不同的建筑施工场地工程地质条件下，地震对建筑物也会造成不同的破坏。为此，施工企业在建设高层建筑工程项目时，应先选择合适的场地，要求场地对抗震是有利的，施工建设应该尽可能的避开抗震不利场地，有利于地震灾害问题得以减轻。在高层建筑施工前，先要勘察工程地质问题，利用科学的解决措施应对地质问题。针对不利工程地段来说，需要对那些因场地条件而破坏结构的因素全面考虑。此外，在工程施工地区除了考虑地震因素的限制，也要进一步排除不利场地和危险性场地作为建筑施工用地。高层建筑在施工过程中，要结合场地、地基因素等对建筑物能够承受的抗震破坏作用大小及其特征来分类，遵循不同场地的特点采取合理的抗震对策。结构工程师在高层建筑结构抗震设计时，首先要提出的就是避开不利地质环境，比如，根据抗震设防类别、地基液化等级等几方面因素来加强地基结构和上部结构的刚度，使地基液化沉陷现象可以彻底消除。

3.2 分体柱的有效利用

短柱的抗弯承载力大于抗剪承载力，地震的作用下因剪坏而失效，所以不能完全发挥其抗弯强度。因此，短柱的抗弯强度可以通过人为地削弱，使抗弯强度与抗剪强度相对应，或者比抗剪强度略低一点，这样在地震的作用下，柱子可以先达到抗弯强度，呈现延性的破坏状态。一般来说，通过利用人为削弱抗弯强度这一办法可以在柱中沿竖向设缝，再将短柱分成各柱肢组成的分体柱，分体柱的各柱肢分开配筋在组成分体柱的柱肢之间可以有一些必要的连接键设置其中，使它的初期刚度和后期耗能能力得到明显的增强。一般连接键的形式主要有：预制分隔板、通缝、预应力摩擦阻尼器、混凝土连接键等。经过分析分体柱工作性态得知：采用分体柱的这一方法尽管能使柱子的抗剪承载力基本保持不变，并稍微降低了抗弯承载力，但是却能显著的提高柱子的变形能力和延性，其破坏形态由剪切型向弯曲型转化，短柱变“长柱”的设想由此实现，促使短柱尤其超短柱的抗震性能得到有效的改善。

3.3 优化建筑结构设计

在高层建筑结构抗震设计的过程中，应该遵循的设计原则是对称均匀的原则。从综合抗震能力概念方面来看，高层建筑结构抗震设计时需要衡量建筑结构构造和承载力对于抗地震作用的大小。高层建筑物在地震时受到地震作用的大小程度与建筑物的动力特性、刚度合理性、承载力分布、延性等有密切关系，建筑结构整体稳定性及空间刚度大小决定着高层建筑结构抗震能力的大小。为了提高高层建筑物的抗震性能，应确保建筑结构设计中的所有构件都有较高的延性，通过屋盖、现浇楼等方法增强结构的空间刚度和整体稳定性。另外，为了提高结构整体的稳定性，还应该合理设置配筋圈梁，进而增强高层建筑的抗震性能，结构主要通过延性作用使得建筑物在大地震的作用下有非弹性变形发生。

参考文献：

[1]王丽.对我国高层建筑抗震结构设计的分析[J].山西建筑，2018（03）.

[2]聂玉兰.高层建筑结构抗震设计中静力与动力弹塑性的应用研究[J].中国西部科技，2017（23）.