浅析高层建筑结构抗震设计要点

浅析高层建筑结构抗震设计要点

发表时间：2018-11-14T09:06:52.043Z 来源：《建筑学研究前沿》2018年第16期作者：关晓[导读] 随着我国建筑事业的不断提升，建筑物的高度不断增大，国内已经出现了很多的高层建筑和超高层建筑。

上海联创建筑设计有限公司西安分公司陕西省西安市 710000 摘要：随着我国建筑事业的不断提升，建筑物的高度不断增大，国内已经出现了很多的高层建筑和超高层建筑。本文从我国高层建筑抗震设计的若干问题出发，对高层建筑的抗震要求、抗震性能的调整、抗震设计方法等内容作了论述，希望能够起到抛砖引玉的作用。

关键词：高层结构；抗震设计；要点中图分类号：TU1069 文献标识码：A 引言：随着我国社会经济的迅速发展，我国的建筑行业也得到了极速的发展，其中最典型的就是高层建筑的广泛出现。超限高层建筑工程与其他的普通工程相比，不仅房屋的高度以及工程施工的复杂度已经超出了我国对于建筑工程的相关规定，同时对于建筑结构中抗震要求也有很大的不同。目前，我国对于超限高层建筑工程的抗震结构的具体要求依旧是按照《高层建筑工程抗震设防管理规定》具体执行的。基于性能的抗震设计，其理念最早是由美国的科学家以及工程师提出来的，其最早在桥梁的抗震设计中进行应用。之后逐渐被广泛应用在高层建筑中，其主要的思想理念就是，能够满足被设计的建筑物在进行使用的期间内的预定功能或者是性能达到目标要求。

1、高层建筑结构抗震设计需要注意的问题 1.1、结构高度问题

我国对于不同结构形式的高层建筑的最大适用高度有不同的规定，根据国内已有的《建筑抗震设计规定》的相关规定，常见钢结构民用房屋都有其最大适用高度。比如，框架结构的民用高层建筑最大适用高度为110m；框架-中心支撑结构的民用高层建筑最大适用高度为220m；巨型框架结构的民用高层建筑最大适用高度是300m。这些数值不只是由力学结构决定的，我国的经济发展状况、建筑发展水平以及设计技术等许多方面也影响着民用高层建筑的最大适用高度。最大适用高度的规范给高层建筑的设计提供了相应的最大适用限值，让设计师们更加简便、有效地掌握限值。虽然国家出台了很多建筑结构有关规定，但是还是有很多建筑高度过大的现象。比如，上海环球金融中心虽然是组合型建筑结构，但是实际高度有492m之高，再比如广州电视塔，高度达到了450m。这些超高层建筑已经很大程度上超过了其结构的最大适用高度，引起了很多结构工程师们的注意，对于这样的建筑要保持严谨的态度，防止建筑变形造成不可估计的损失。此外，据调查，在上海有1000多幢100米以上的超高层建筑，一般情况下，建筑高度超过28米的住宅建筑和建筑高度大于24米的非单层厂房、仓库和其他民用建筑就可以称之为高层建筑，超过100米就属于超高层建筑。对于这些超高的建筑，我国的相关规定还没有完整的参数要求，而且现代建筑越来越朝着更高、更大的方向发展。

1.2、结构振型与自振周期

设结构不同振型下的位移形式和它的振型形状相类似，求取不同振型在特定性能下的实际位移目标值，其中应以振型形状的正确选定为前提。就目前来看，高层建筑对应的结构设计，可采用计算机完成，极大地简化了设计和计算的过程，并很好地保证了精度。基于此，本次也采用相应的设计软件实施建模与分析，以获取抗震要求的振型与自振周期。

1.3、强剪弱弯、强柱弱梁

对于超限高层建筑工程在进行设计的过程中，应该遵循强剪弱弯、强柱弱梁的原则，在对建筑工程进行具体设计的过程中，通过对建筑抗震性能的考虑，从而使建筑结构能够更加趋向于合理化，与此同时，对建筑结构的强度和刚度不断地进行增强，也可以使超限高层建筑工程的抗震性能得到有效提升。

2、高层建筑基于性能抗震设计的要点 2.1、高层建筑中的适用的最大高度和高宽比

通过上文的论述可以知道，高层建筑的最大适用高度是对高层建筑的上限所做的一个规定，也是保证建筑物抗震性能和安全性能的最低标准。高宽比则是从建筑物的整体造型和形式提出的要求，在满足最大适用高度的情况下，调节设计建筑的高宽比就能保持建筑物的稳定性，使高层建筑更加牢固可靠。当高宽比较大时，就会发生水平位移和沉降量增大的现象，这是由于建筑物承受了很大的轴向力。因此，在高层建筑设计时，对最大适用高度和最大高宽比一定要根据国家的相关规定进行合理的调整和设计。

2.2、保障建筑结构的规则性

对于高层建筑进行设计的过程中，首先设计的相关的工作人员需要对建筑物的性能进行结合考虑，并根据高层建筑在实际使用中所要满足的需求，以及设计的相关功能进行科学、合理的考虑，以此对建筑工程的平面进行规划。与此同时，高层建筑的设计人员还需要对工程现场的地理因素进行考虑，并将业主的需求作为重点对相关工作进行完善。对于超限高层建筑而言，其在进行设计的时候最重要的就是满足以上要求，因此，在具体设计以及实际施工阶段，最重要的就是需要保证建筑的扭转刚度不能够超过规定的设计要求，同时还需要尽可能的防止结构发生扭转而影响到建筑物的抗震性以及安全性。除此之外，还需要注意的就是对于超限高层建筑物的结构，一定要保证其结构的对称性以及均匀性，这就要求对于剪力墙的布置要更加的合理，不仅能够及时的发现建筑物结构中存在的弱点，同时还能够防止出现特殊情况时建筑结构受到损坏，或者是坍塌。

2.3、对高层建筑结构布置

高层建筑结构布置也是建筑抗震、抗变形能力的一个影响因素，目前对于高层建筑结构布置设计的方法主要是最优化法。国内的结构设计优化方法主要用于降低建筑的设计成本和工程造价，提高建造的工作效率和建筑的经济效益。通常情况下，项目负责人会对建筑的设计、方案决议、施工等阶段进行宏观调控，结构工程师们也会熟练地运用自己的专业知识在结构设计上进行最优化处理。与传统的房屋结构设计比较，现代的建筑在采用优化设计方法的优势下会相对节省10%-35%的工程造价，工作效率会提升一倍以上，工期也相应地缩短，给投资商和社会带来了极大的经济效益。项目尽早地投入使用也加快了城市现代化的发展，促进住房问题的解决。因此，对结构布置的设计也是高层建筑抗震性能的要求之一。