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摘要：随着社会的不断发展，对各种高层建筑物和构筑物的抗震减震要求越来越高，使“延性结构体系”的应用日益局限，传统的抗震结构体系和理论越来越难以满足要求。因此相关结构设计人员必须正视当前高层建筑结构抗震设计中存在的问题并优化，使建筑结构得到优化，保证建筑质量。
关键词：高层建筑；抗震结构设计；优化设计
1.高层建筑结构抗震设计优化的必要性
伴随着城市高层建筑已成为建筑行业发展的主要方向，结构抗震分析和设计就越来越重要。尤其是我国地理位置的特殊性——系地震多发区域，所以高层建筑的抗震设计是每一项工程建设应该考虑的最为关键的问题。由于地震的发生具有随机性，因此在建筑设计过程中要重点分析建筑的抗震问题，不断的吸收、改进以往的经验，减少地震对建筑物的损害，切实做好建筑安全工作。
2.高层建筑抗震结构设计存在的问题
2.1地基的选取不科学
随着城市居民人口的增加和城市居住空间的减少，很多房产开发商在选取地址位置时仅考虑商业利益、商业开发空间等，而忽略了高层建筑的选取地址所应遵循的基本原则。高层建筑应选择位于稳定基岩、坚硬土或开阔、平坦、密实、均匀的中硬土场地，远离河岸，避开不利地形，避免在断层、山崖、滑坡、地陷等抗震危险地段建造房屋。如果对建筑地基的选择不适宜，可能导致地震对建筑基础的破坏加重，从而使得高层建筑的抗震能力下降。
2.2材料的选取不科学，结构体系不合理
在地震的频发区域，结构材料的选择和结构体系设计的合理性尤为重要。高层建筑混凝土结构宜采用高强高性能混凝土和高强钢筋，构件内力较大或抗震性能有较高要求时，宜采用型钢混凝土、钢管混凝土构件。因为我国的建筑结构形式主要以混凝土核心筒为主，变形控制主要以钢筋混凝土结构的水平位移限值为基准。但因其弯曲变形的侧移较大，靠刚度很小的框架协同工作减小侧移，不仅增大了钢筋的负担，而且效果不大，有时不得不加大结构的刚度或设置伸臂结构，形成加强层才能满足规范侧移限值。
2.3抗震设防标准较低
我国现行抗震设防标准较低，中震相当于在规定的设计基准期内（50a）超越概率为10%的地震烈度。我国建筑结构抗震设计除了设防烈度较低外，具体抗震计算方法和构造规定的安全度也不如国外，在配筋率、轴压比、梁柱承载力匹配等一系列保证抗震延性的要求上远不如国外严格。随着社会财富的增长，结构失效带来的损失愈来愈大，加之结构造价在整个投资中的比例下降，抗震性能化设计日渐成为重要的设计手段。
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3.高层建筑抗震结构的优化设计策略
3.1选择有利的抗震场地
地震对建筑物的破坏程度，除了地震的震动直接引起的结构破坏，场地的选取也是一个重要的因素。地震可能引发地表的错动和地裂、地基面的沉陷、滑坡和砂土液化等，因此，高层建筑场地的选择至关重要，应选择对建筑抗震有利的地段，应避开对抗震不利地段。当无法避开时，应采取适当的措施提高抗震能力，应根据抗震设防类别、地基液化等级，采取加强地基和上部结构整体性和刚度、部分消除地基液化沉陷等措施；当地基主要受力层范围内存在软弱性土层、新近填土和严重不均匀土层时，应预测到地震时会出现地基不均匀沉降或其他不利影响，所以就应采用合理的基础形式（如桩基）、地基加固和加强上部结构等处理措施；对于地震时可能导致滑移或地裂的场地，应采取加强地基稳定的措施。
3.2选择具有抗震效果的建筑材料
建筑材料的选择对建筑抗震效果也有一定的影响，随着材料技术的不断进步，具有抗震功能的新材料不断面世，在建筑行业也受到广大设计者的青睐，在建筑时尽量采用框架剪力墙的结构，以钢结构为基础进行建设，在宏观上提高了建筑的刚性和延性，有助于提高建筑结构的稳定性。钢结构相比于目前采用的混凝土结构，遇有更高的强度和韧性，在重量比上也要优于混凝土结构，具有更好的抗震性能。
3.3合理选择建筑结构体系
3.3.1建筑结构体系应当具有清晰明确的计算简图和恰当合理的地震作用传递路径。在这过程中，竖向建筑构件的布置，应尽量使竖向建筑构件在垂直重力荷载作用下的压应力水平接近均匀；楼屋盖梁体系的布置，应尽量使垂直重力荷载以最短的路径传递到竖向构件墙、柱上去；转换结构体系的布置，应尽量做到使上部结构竖向构件传递来的垂直重力荷载通过转换层一次至多二次转换。
3.3.2建筑结构体系应当具有合理适度的强度和刚度。宜具有合理恰当的强度和刚度分布，防止和避免因局部削弱或突变形成薄弱部位，产生过大的塑性变形集中或应力集中；建筑的框架结构设计应使节点基本不被破坏，底层柱底的塑性铰宜形成晚，应当使柱、梁端的塑性铰出现得尽可能地分散；对于可能出现的薄弱部位，应采取适当措施提高抗震能力。
3.4尽可能设置多道抗震防线
一个抗震结构体系应由若干个延性较好的分体系组成，并由延性较好的结构构件连接协同工作。例如框架-剪力墙结构由延性框架和剪力墙两个分体组成，双肢或多肢剪力墙体系组成。强烈地震之后往往伴随多次余震，如只有一道防线，则在第一次破坏后再遭余震，将会因损伤积累导致倒塌。抗震结构体系应有最大可能数量的内部、外部冗余度，有意识地建立一系列分布的屈服区，主要耗能构件应有较高的延性和适当刚度，以使结构能吸收和耗散大量的地震能量，提高结构抗震性能，避免大震时倒塌。适当处理结构构件的强弱关系，同一楼层内宜使主要耗能构件屈服后，其他抗侧力构件仍处于弹性阶段，使“有效屈服”保持较长阶段，保证结构的延性和抗倒塌能力。
4.高层建筑结构抗震优化设计的新趋势
4.1动力时程响应分析的状态空间迭代法
这种方法把现代控制理论中的状态空间理论应用到高层建筑结构动力响应问题。根据结构动力方程，引入位移与速度为状态变量，导出状态方程，给出非齐次状态方程的解，进而建立状态空间迭代计算格式。经工程实例验算，具有较高精度。特别对多自由度体系的多输入、多输出等问题的动力响应解法，效率较高。
4.2材料参数随机性的抗震模糊可靠度分析?
该方法从结构整体性能出发，改变过去对结构抗震可靠度的研究只考虑荷载的不确定性而忽略了其他多种不确定因素，综合考虑了材料参数的变异性，地震烈度的随机性，烈度等级界限的随机性与模糊性对结构抗震可靠度的影响。研究成果可用于对现有的结构进行抗震可靠度评估，并可用于指导基于可靠度理论的结构抗震设计。
结束语：随着时代的发展、科技的进步，高层建筑结构的抗震设计方法和技术也应当不断地创新和变化，在高层建筑的抗震设计中应更认真地选择合适的抗震结构设计方案，细致的选择建筑结构材料，最大限度的减少地震的破坏，从而提高高层建筑的抗震能力。
参考文献
[1]江伟.高层建筑结构抗震优化设计探讨[J].建筑工程技术与设计.2017（31）.
[2]张榕珊，宋麒.优化高层建筑中结构抗震的设计[J].建筑工程技术与设计.2017（20）.
[3]郝鹏.试析高层住宅建筑结构抗震的优化设计[J].山西建筑.2017（35）.
论文作者:白喜军
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第2期
论文发表时间:2018/7/4
标签：结构论文; 建筑结构论文; 延性论文; 构件论文; 建筑论文; 地基论文; 高层建筑论文; 《建筑学研究前沿》2018年第2期论文;