摘要：高层建筑具有层数多、体量大、工期长等特点，因此，结构设计较为复杂，抗震理念的应用更是加大了设计的难度，作为高层建筑结构设计中的重要组成部分，高层建筑结构设计应合理科学，可以有效提高高层建筑的抗震性。因此，相关设计人员应该熟练掌握设计的相关概念和知识，灵活运用抗震设计，全面考虑各项因素，保证高层建筑工程的质量和安全系数，为我国设计出更多的精品建筑。
关键词：抗震设计；高层建筑；结构设计
引言：近年来，地震灾害频发，由于地震具有破坏性强、无确定规律、不可逆转等特点，因此，在对高层建筑结构设计中，必须突破建筑构建思路的局限性，加强高层建筑结构的抗震设计，以此提升高层建筑的抗震性能。
1.建筑结构抗震等级的规定和标准
震级是根据地震的强度而进行的划分，在我国，地震划分为六个级别：3级为小地震，3～4．5级为有感地震，4．5--6级为中强地震，6～7为级强烈地震，7～8级为大地震，8级以上的为巨大地震，是国家根据相关的历史、地理和地质方面的经验资料，经过勘查和验证，对地震进行分组的一个经验数值，它是地域概念。抗震设防有甲、乙、丙、丁类建筑。国家设计部门依据有关规定，按照建筑物的分类和设防标准，根据房屋高度、结构等方面，采用不同的抗震等级。比如，在钢筋混凝土结构中，抗震等级可以分一般、较为严重、严重和很严重这4个级别。
在高层建筑结构的抗震设计中，混凝土结构应该根据建筑的高度、建筑的结构和设防的烈度运用不同的抗震等级，而且应该符合相应的计算和措施要求。
2.抗震设计在高层建筑结构设计中的应用
2.1进行合理的基础设计
同一结构单元不宜设置在性质不同的地基土上，不宜采用不同的基础形式。地基有软弱粘性土、液化土、新近填土或严重不均匀土层时，宜采取措施加强基础的整体性和刚性，对于部分地区的灌淤土和湿陷性黄土更应采用合理的基础形式和有效的地基加固措施，使其具有良好的承载能力和稳定性。或采用时应加强底层楼板的水平刚度或者采取其它有效措施以尽量协调上下不同性质结构的变形能力。
2.2减少地震能量输入
积极采用基于位移的结构抗震设计，要求进行定量分析，使结构的变形能力满足在预期的地震作用下的变形要求。除了验算构件的承载力外，要控制结构在大震作用下的层间位移角限值或位移延性比；根据构件变形与结构位移关系，确定构件的变形值；并根据截面达到的应变大小及应变分布，确定构件的构造要求。对于高层建筑，选择坚硬的场地土建造高层建筑，可以明显减少地震能量输入减轻破坏程度。另外，错开地震动卓越周期，可防止共振破坏。
2.3应具有必要的刚度
结构的刚度太大或太小，在结构计算结果中表现出周期的偏小或偏大，相应的主体结构的位移也偏小或偏大。此时可采用调整与结构刚度有关的参数，如构件的截面尺寸、混凝土的强度等级、剪力墙结构开洞大小等情况；或调整计算参数的设置，如调整梁的刚度放大系数，来满足规范合理的范围。正常使用条件下，限制建筑结构层间位移的主要目的为：
2.3.1保证主要结构基本处于弹性受力状态，对钢筋混凝土结构要避免混凝土墙或柱出现裂缝；将混凝土梁等楼面构件的裂缝数量、宽度限制在规范允许范围之内。
2.3.2保证填充墙、隔墙和幕墙等非结构构件的完好，避免产生明显损坏。
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2.4使用隔震和消能减震设计
目前我国和世界各国普遍采用的是传统抗震结构体系即“延性结构体系”，也就是适当控制结构物的刚度，但容许结构构件（如梁、柱、墙、节点等）在地震时进入非弹性状态，并且具有较大的延性，以消耗地震能量，减轻地震反应，使结构物“裂而不倒”。这种体系，在很多情况下是有效的，但也存在很多局限性。随着社会的不断发展，对各种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”的应用日益受到限制，传统的抗震结构体系和理论越来越难以满足要求，而由于隔震消能和各种减震控制体系具有传统抗震体系所难以比拟的优越性，在未来的建筑结构中将得到越来越广泛的应用。
2.5抗侧力体形的优化
对一般性构造的高楼，刚比柔好，采用刚性结构方案的高楼，不仅主体结构破坏轻，而且由于地震时的结构变形小，隔墙，围护墙等非结构部件将得到保护，破坏也会减轻。提高结构的超静定次数，在地震时能够出现的塑性铰就多，能耗散的地震能量也就越多，结构就愈能经受住较强地震而不倒塌。因此，设计结构时遵循强节弱杆、强柱弱梁、强剪弱弯，强压弱拉的原则。在进行结构设计时，应该选定构件中轴力小的水平杆件，作为主要耗能杆件，并尽可能使其发生弯曲耗能。
3.实例探析某高层建筑的抗震结构设计
3.1工程概况
某高层建筑住宅楼地下1层，地上层数为22层，二层以上为剪力墙结构，由于底层大堂大空间的需要，部分剪力墙无法落地，需要转换，因此结构为部分框支剪力墙结构体系。转换层设于二层楼面，采用梁式转换。场地抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度为0.05g，设计地震分组第一组。
3.2地震作用及抗震措施
该高层建筑住宅高度为154.8米，按照抗震规范规定，6度区框支剪力墙结构的B级高层建筑的最大适用高度为140m。因此要采取更严格的抗震设计措施以及构造措施。
3.2.1抗侧力体系布置
该工程平面呈梭形，长宽比2.95。根据建筑布置，利用房间隔墙、楼梯间、电梯间布置剪力墙，受建筑限制，体型较薄方向（Y向）布置剪力墙较多，X向能布置的剪力墙较少。根据计算结果，由于该工程设防烈度为6度，地震作用下结构反应较小，易于满足规范要求。底层因建筑需要形成南北通畅空间，局部区域上部剪力墙无法落地，通过转换构件将上部竖向及水平荷载传递至框支柱。转换采用转换梁形式。由于上部剪力墙在端部有洞口，致使转换梁内剪力较大，而转换梁高度又受到限制，故通过在梁内设置型钢增加抗剪承载力。为增加延性，在转换梁两侧的框支柱内设置型钢。底层落地剪力墙加厚，增加底层侧向刚度。
3.2.2加强构件措施
由于该工程高层结构的建筑高度为超B级，因此本结构采取加强措施以确保其受力安全合理。采取加强措施如下：
①对于高度超限的抗震加强措施：将底层剪力墙和框支柱抗震等级从一级提高至特一级。底部加强区剪力墙抗震等级从二级提高至一级。
②对于平面规则性超限的抗震加强措施：由于平面较长造成楼层位移比超过规范限制1.2，但小于1.3。增大端部剪力墙水平分布筋的配筋率，加厚端跨楼板厚度并双面双向配筋，使端墙承受的水平地震力能传递至相邻内部剪力墙。
建筑结构的抗震设计方法和技术是不断变化和进步的，该住宅工程中通过合理应用抗震结构设计，减小地震的作用力，增强地震的抵抗力，为人们的营造了一个安全、舒适的生活环境。
结束语：综上所述，抗震设计是高层建筑结构设计中的重要组成部分，因此结构设计人员在结构设计过程中，应该充分掌握和运用抗震概念设计，如进行合理的基础设计、减少地震能量输入、应具有预定必要的刚度、使用隔震和消能减震设计和优化抗侧力体形等等措施来提升高层建筑结构的抗震性能，提升建筑物的整体质量，为人们的工作生活提供基础保障。
参考文献
[1]GB50011-2010.建筑抗震设计规范
[2]于险峰．高层建筑结构抗震设计[J]．中国新技术新产品.2010．
[3]梁爱莉.对高层建筑结构抗震概念设计的几点认识.科技传播.2013.
论文作者:吴志海
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第18期
论文发表时间:2017/12/4
标签：结构论文; 高层建筑论文; 构件论文; 刚度论文; 结构设计论文; 剪力墙论文; 建筑结构论文; 《建筑学研究前沿》2017年第18期论文;