高層建筑結(jié)構抗震設計要點探析

王磊

摘要：對于高層建筑而言，其結(jié)構是高層建筑的一個至關重要的組成部分，且直接關系到高層建筑的正常使用；并對高層建筑的結(jié)構合理性設計這一環(huán)節(jié)，起著決定性的意義。本文針對高層建筑結(jié)構設計的關鍵點來進行簡要的分析和討論，希望通過閱讀本文后，能對高層建筑結(jié)構設計人員的設計水平提升有所幫助。

關鍵詞：高層建筑結(jié)構；抗震設計；要點

中圖分類號：TU973.31文獻標識碼：A文章編號：1674-3024（2016）09-127-02

前言

由于高層建筑自身的特殊性，導致其一旦出現(xiàn)安全問題便會造成極為嚴重的后果。高層建筑的結(jié)構部分，更是非常重要的安全保障。尤其是對相應的連接的設計，更是需要警惕的一個關鍵環(huán)節(jié)。故應加強對高層建筑結(jié)構的設計分析，爭取在結(jié)構設計中，能夠更大程度的發(fā)揮出結(jié)構的穩(wěn)定性和安全性，最終確保高層建筑的正常使用。

1.高層建筑結(jié)構抗震設計的基本原則

“小震不壞、中震可修、大震不倒”作為結(jié)構抗震設防的三個基準要求，其具體含義是：“小震不壞”要求建筑結(jié)構在多遇地震作用下均滿足承載力極限狀態(tài)和建筑結(jié)構的彈性變形不超過規(guī)定值；即：能保障人們的生產(chǎn)、生活等各項社會活動的正常進行。“中震可修”要求建筑結(jié)構具有一定的變形能力，不會發(fā)生不能修復的脆性破壞，結(jié)構的延性滿足規(guī)范的抗震措施和抗震構造措施；即：保障人的生命安全和減小經(jīng)濟損失。結(jié)構抗震設計，“小震不壞”是由其自身抗震承載力決定，“大震不倒”主要依靠結(jié)構的延性來保護。所以足夠的延性需求是結(jié)構構件所必須具備的。結(jié)構除了必要的延性，也應該有足夠的承載力、剛度和穩(wěn)定性。關鍵部件的結(jié)構遵循“強剪弱彎、強柱弱梁、強節(jié)點弱連接”的設計原則進行設計。

2.高層建筑機構抗震設計中存在的不足

2.1由于建筑的外觀造型，導致設計結(jié)構與抗震設計間存在矛盾

隨著人民生活水平的提高，建筑的外觀造型也提出了更多的審美要求。因此，近年來，各種各樣的高層建筑物形狀多變不規(guī)則。對于這些不規(guī)則高層建筑，具有豐富的美學外觀設計的同時，也對結(jié)構設計提出了難題。再加上我們國家的設計師在創(chuàng)新設計方面存在一定的缺陷，因此導致不規(guī)則高層建筑表面不均勻，實際長度不符合設計等問題的出現(xiàn)。在抗震設計時，不規(guī)則的結(jié)構使得它很難找到設計和施工均衡點，這些問題的存在，對整個高層建筑的安全帶來了很多潛在的問題。

2.2受力體系對整體設計產(chǎn)生不利影響

在項目的過程中進行高層建筑的設計，由于高層建筑的承重結(jié)構工程不同，可以產(chǎn)生不同的壓力系統(tǒng)。然而，在這種情況下，如果在高層建筑的設計充分考慮其承重結(jié)構和壓力系統(tǒng)，便會出現(xiàn)高層建筑物的受力體系建設和高層建筑物的抗震性功能出現(xiàn)矛盾的現(xiàn)象。當高層建筑結(jié)構的受力結(jié)構出現(xiàn)繁雜化，在一定程度上，降低高層建筑的抗震性能，會影響整體的穩(wěn)定性。

2.3資料不充分導致抗震設計出現(xiàn)缺陷

高層建筑工程材料準備不足，主要反映在對施工現(xiàn)場和附近區(qū)域的地質(zhì)資料掌握不夠，導致抗震設計缺陷。在市場經(jīng)濟體制的要求下，建筑承包商中的一部分為了提高經(jīng)濟效益，如存在縮短施工周期導致準備不充分等問題。例如，在項目開始之前，沒有安排相關人員到施工現(xiàn)場、附近等區(qū)域環(huán)境條件和地質(zhì)條件的全面調(diào)查和分析，最后因急于開始建設，對高層建筑的工程質(zhì)量埋下了安全隱患。

3.高層建筑結(jié)構抗震設計要點

高層建筑因為其自身的一些特殊性導致其設計的難度較高，并且這種難度主要體現(xiàn)在其設計過程中，需要注意的問題較多，需要更好的協(xié)調(diào)各方面的問題。如何妥善處理這些問題的存在，可以在很大程度上保證高層建筑結(jié)構設計的有效性，但對于這樣一個復雜的高層建筑結(jié)構設計的內(nèi)容，如果要想保持做好相應的工作，首先必須掌握的一些關鍵內(nèi)容。這些要點的設計，能夠保證其整體結(jié)構的有效性。具體來說，高層建筑結(jié)構設計中，需要注意要點如下：

3.1加強對荷載的設計

高層建筑的結(jié)構設計過程中，相應的負載是一定需要關注的重點內(nèi)容，因為負載的大小直接關系到高層建筑結(jié)構的穩(wěn)定性問題，因此，適當、合理的處理負載成為高層建筑結(jié)構設計的一個關鍵點。針對高層建筑結(jié)構荷載的設計，它主要涉及兩個方面水平荷載和豎向荷載的內(nèi)容，對于豎向荷載來說，關鍵是應該適當?shù)臎Q定高層建筑的高度，避免多余的高度問題，一旦它的高度超出了相應標準，將不可避免地導致垂直荷載的增加，不利于高層建筑結(jié)構的穩(wěn)定，而對于水平載荷的設計，其中最主要的設計目的是為了控制其傾覆力矩的出現(xiàn)，保障高層建筑的穩(wěn)定性，一旦其傾覆力矩出現(xiàn)了問題，可能會導致整個高層建筑結(jié)構的損傷。

3.2加強對延展性的設計

在高層建筑結(jié)構中，延展性是一個非常重要的性能指標，特別是與高層建筑的抗震性能有直接聯(lián)系，一旦高層建筑結(jié)構的延展性不能滿足應用程序的設計水平，將很容易導致其發(fā)生震蕩，更嚴重的會出現(xiàn)崩塌的危險，這一點對于地震災害來說最為實用，確保高層建筑結(jié)構具有很強的延展性，并能保證其面對大量外部因素，具有足夠的抗變形和抗裂能力，最終保證高層建筑的穩(wěn)定性和安全性。

3.3加強對軸向變形的設計

針對當前高層建筑結(jié)構，對其在使用的過程中出現(xiàn)的問題分析可以發(fā)現(xiàn)，軸向變形是一種常見的問題。主要是指結(jié)構的高層建筑在某些機械載荷條件下的軸向變形的問題，出現(xiàn)該類問題，顯而易見對高層建筑的結(jié)構存在影響，特別是會影響高層建筑的主體結(jié)構的穩(wěn)定性。我們進一步分析可以發(fā)現(xiàn)，軸向變形問題在很大程度上，與高層建筑的垂直壓力有密切關系，尤其是對一些高度較大的高層建筑，軸向變形的問題更加嚴重。因此，必須加強預防高層建筑結(jié)構設計的軸向變形問題。

3.4注重設計整體性

高層建筑結(jié)構，僅從結(jié)構幾何空間而言，它的完整性是極其重要的，并且和高層建筑結(jié)構的完整性有著極強的直接關聯(lián)價值，也是確保整體穩(wěn)定和牢固性需要注意的關鍵點。完整性的實現(xiàn)，剪力墻是一個重要的部分，設置合理的相應的剪力墻結(jié)構，具有完整的空間結(jié)構特點，可以在很大程度上確保高層建筑具有很強的結(jié)構整體穩(wěn)定性。

3.5注重設計細節(jié)

高層建筑結(jié)構設計過程，關鍵點也應該得到細化，從而更好的把握結(jié)構的整體設計。特別是對一些關鍵問題，必須提煉成高層建筑結(jié)構中的每個元素，才可以真正實現(xiàn)其最終的設計目的和設計值。比如針對建筑結(jié)構中所需的梁、板、柱、墻等結(jié)構構件的適當細節(jié)設計，就能夠在很大程度上提高高層建筑結(jié)構設計水平，絕對不能忽視這些細節(jié)設計。

3.6提升設計工作人員的專業(yè)水平

基于地震的角度，提高高層建筑抗震設計的專業(yè)知識和技能，對于設計人員，來說是非常重要的。但是，相對于許多國外發(fā)達國家，我國高層建筑工程的抗震設計水平仍然存在一定程度的缺陷，如高層建筑的設計不科學等等。由于這些缺陷在抗震設計工作中的存在，導致了增加高層建筑的結(jié)構的重量，同時也增加了建筑材料的用量，造成資源的浪費。為了提高高層建筑的抗震性能，一方面，設計師應堅持科學的地震理論為指導，剛度和承載力是高層建筑抗震設計的一個重要目標，另一方面，設計師應該確保高層建筑結(jié)構的設計盡可能簡單，并確保建筑結(jié)構的傳輸方式方便，從而確保高層建筑的整體結(jié)構和實現(xiàn)子結(jié)構之間的協(xié)調(diào)，最終提高高層建筑的抗震穩(wěn)定性。此外，有關單位也應該注意設計師的培訓。例如，組織設計人員和專業(yè)技術培訓，定期增加設計人員的業(yè)務知識，并組織一些訪問，訪問和其他學習活動，增加知識供應的設計人員，設計人員告知最新的設計方法和設計行業(yè)規(guī)范，然后更好的進行抗震設計工作。

4.結(jié)語

綜上所述，做好對高層建筑的抗震設計十分重要。進行高層建筑工程抗震設計的工作人員也應該不斷提升自身的專業(yè)技術水平，總結(jié)抗震設計經(jīng)驗，嚴格按照高層建筑設計的相關規(guī)范和要求進行抗震設計，以確保設計質(zhì)量合格，進而保證高層建筑工程在投入使用后的安全性，使其高品質(zhì)地為人民服務。