高层建筑结构分析与抗震设计探究

韦会敏

摘要：目前，随着我国经济水平和快速发展，现代建筑逐渐的呈现出超高化、形体多样化和功能复杂化的特点，越来越多的超限高层建筑应运而生。在高层建筑的设计过程中，抗震设计一直都是结构设计中的一个主要目标，也是一个工程设计过程中的重点、难点。

关键词：高层建筑;结构;抗震设计

引言

结合高层建筑结构功能特性及建设要求，注重其抗震设计探讨，积极开展相应的设计工作，可使高层建筑处于良好的应用状态，细化其设计内容，满足高层建筑在实践中的抗震性能可靠性要求。因此，在对高层建筑结构方面进行研究时，应给予其抗震设计更多的关注，深入分析相应的设计重点，并将具体的工作计划实施到位，促使高层建筑结构应用效果更加显著，实现其科学设计目标。

1高层建筑受力特性

1.1荷载作用

建筑物受自重、楼屋面可变荷载、竖向地震力等竖向作用和风荷载、水平地震力等水平作用。由于建筑物嵌固部位位于地面或地面以下，在分析水平作用下的力学性能时，可以近似将建筑物整体看成嵌固于地面的悬臂结构，水平作用的弯矩和变形效应将随建筑物高宽比的增大而显著加大。对于高度较低的单层、多层建筑，水平荷载效应较小，主要考虑竖向作用影响。对于高层建筑，随着房屋高度增大，风荷载、水平地震作用成为结构受力分析应考虑的主要因素。对于高层建筑中大跨度、长悬臂、连接体、悬挑等结构、带转换层的高层建筑以及高抗震设防烈度地区的高层建筑，还应充分考虑竖向地震作用影响。

1.2变形控制

在水平力作用下，建筑物将产生水平侧移，并随楼层增高不断增大，导致结构几何非线性的不利影响增加。扣除结构整体弯曲侧移后的层间相对位移增大至一定值即产生开裂，从而破坏结构正常使用状态，因此变形验算是高层建筑结构分析的一个重要环节。一般需要验算高层建筑在多遇地震作用下的弹性层间位移角，控制结构侧向刚度。对于结构薄弱部位，还应验算其在罕遇地震作用下的弹塑性层间位移角，以防结构薄弱部位产生弹塑性位移导致构件破坏。

1.3材料非线性

在较大荷载如罕遇地震作用下，结构的部分构件可能屈服进入弹塑性，此时材料的应力应变关系不再是弹性阶段的线性关系，构件的塑性变形也引起结构的内力重分布，此时需要考虑材料非线性的影响。由于应力应变的非线性关系，弹塑性变形的计算较为复杂，根据结构承受静力荷载和动力荷载的不同，可采用静力弹塑性或弹塑性时程分析方法，建立相应计算模型，应用计算机软件进行计算分析。在满足计算精度的前提下，对层高较低的部分规则结构可以采用弹性变形乘以相应弹塑性增大系数的方法进行近似计算。

2高层建筑结构的抗震设计

2.1科学合理的选择地理位置

为了高层建筑在地震发生时能够更好地保护人员安全和减少财产损失，一定要科学合理的选择地理位置。高层建筑结构在遇到地震时，会遭受到不同程度的破坏。因此，对于高层建筑来说，要选择能够抗震的有利场所去修建高层建筑结构，避免高层建筑因自然灾害问题受影响，减轻地震对高层建筑结构带来的损失。对于地基的选择，一定要通过对建筑地块进行地质勘查，通过科学合理的方法去找到适合高层建筑结构修建的场所，避免高层建筑结构在不利场地修建。高层建筑结构的建筑地基对其影响比较深，因此，选择合理的基础结构形式，避免不利地基对高层建筑结构带来不利影响。在选择地基时，一定要对地基周围的水文地质情况进行全方位了解，保证高层建筑结构建筑能够有一个科学的修建场地，避免水文地质的影响造成抗震性能不达标。设计人员在设计阶段应多推敲抗震设计方案，多研究多讨论，可以多听取专家的意见，选择最合适、最科学合理的施工方案进行建设。

2.2高层建筑结构建筑的材料选择

建筑材料的选择对于高层建筑结构来说是非常重要的，因此，一定要重视高层建筑结构建筑材料的选择。对于建筑材料的选择，如果不能够达到高层建筑结构设计的建筑标准，就无法满足抗震性能设计的要求，一旦遇到地震，高层建筑结构也会很难发挥其预期的抗震性能去保证人员的安全。对高层建筑结构来说，一般是采用钢和混凝土两种材料进行组合，具体的结构形式有钢结构型钢混凝土结构，钢管混凝土结构和钢筋混凝土结构等。规则结构本身是一个整体，不均匀下沉或倾斜会造成其整体破坏，但不会直接造成局部拉裂;錯层或连体结构，即使结构在合适的部位设置变形缝，也不可避免在地震时因各部分独立振动而又相互牵连而导致直接拉裂。构造柱只抵抗轴力，在高层中剪力极大，最易破坏。因此，材料选择对高层建筑结构非常重要。

2.3对建筑结构抗震性能进行最有效的设计

我国现在高层建筑非常的多，而且高层建筑的建筑高度也比较高，一般都在一百米以上，所以是在设计时都会采取双筒结构，这样在施工的过程中利用筒中筒以及框架结构可以最大化的保证其抗震性，但是这还是需要相关设计人员在设计高层建筑时多考虑一些因素，与建筑地实际情况结合，保证整个高层建筑设计的稳定性和安全性，充分地考虑到每一个支撑体系的稳定性，不断地改善设计方案，使得高层建筑的抗震性达到最大，降低地震能量对高层建筑的破坏。确保从设计环节就提升高层建筑整体的抗震性，使得房屋能够最大化的在地震中保持结构稳定性，减少不必要的损失，保证住户的安全，同时也要兼顾高层建筑的美观性。

结语

综上所述，通过对不同设计重点的分析与考虑，有利于提高高层建筑结构抗震设计工作效率及质量，完善相应的设计方案，避免加大高层建筑建设风险，充分发挥抗震设计的实际作用。因此，未来在提升高层建筑结构设计水平、增强抗震设计应用效果的过程中，应对具体的设计重点进行科学分析，积极开展相应的设计工作，促使高层建筑应用中有着良好的抗震性能。长此以往，有利于丰富高层建筑设计内涵，延长其使用年限。

参考文献

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