高层建筑工程的抗震设计分析
摘要：高层建筑除了要受重力荷载影响外，还会受到水平方向荷载作用，这样如果其受到地震影响，就更容易出现结构损坏问题。为保证高层建筑工程施工质量，必须要结合其结构特点，对抗震设计要点进行综合分析，确定技术要点，从根本出发选择合适措施进行优化，降低各项因素的影响。本文结合实例对高层建筑抗震设计要点进行了简要分析。
Abstract： In addition to the impact of gravity load， the high-rise building will be subjected to horizontal load， so if it is affected by the earthquake， it is more likely to appear structural damage. In order to ensure the construction quality of the high-rise building project， it is necessary to combine with the characteristics of the structure， to carry on the comprehensive analysis on the main points of seismic design， to determine the technical points， to select the appropriate measures to optimize and reduce the impact of the factors from the fundamental point of departure. This paper gives a brief analysis on the anti-seismic design of high-rise building.
关键词：高层建筑；抗震设计；施工技术
Key words： high-rise building；anti-seismic design；construction technology
中图分类号：TU97 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）30-0089-02
0 引言
对高层建筑工程建设特点进行分析，其底部结构受力大、上部结构受力小，为降低地震作用影响，对其进行抗震设计时，需要基于工程结构稳定性与安全性分析。结合目前高层建筑抗震设计所存不足，有的放矢的采取措施进行优化，以不影响工程基础功能为基本要求，提高工程抗震性能。
1 高层建筑抗震设计效果影响因素
1.1 工程结构设计
为提高工程抗震性能，必须要提高对结构设计方面的重视，保证可以达到小震不坏、大震不倒要求。对于很多高层建筑工程来说，平面布置复杂度过高，质心与刚心存在偏差，受到地震作用时，产生的破坏更为严重。因此在结构设计时，尽量要保证工程质心与刚心重合[1]。另外，还要控制出屋面建筑部分高度，降低地震过程中的辫梢影响，提高工程抗震效果。
1.2 施工材料选择
面对相同地震影响，所选材料质量性能越好，结构损伤程度越轻，相反则越为严重。为提高工程建设效果，应选择应用隔断、维护墙、楼板等构件来提高结构稳定性，将传统施工材料替换为质量更轻的塑料板、空心砖、加气混凝土板等，来提高工程结构抗震性能[2]。同时，还需要将材料管理贯彻到每个施工环节，严禁出现偷工减料行为，提高施工作业规范性，保证工程建设效果达到专业标准。
1.3 工程建设环境
地震发生后对工程产生的影响是多方面的，如山体崩塌、岩石断层、代表滑坡等地表运动，以及水灾、海啸等次生灾害。基于各项因素对建筑工程产生的影响，想要进行预防需要提前采取措施，并保证工程建设效果达到专业要求。其中，更为重要的是，想要降低地震灾害的影响，需要合理选择工程施工位置，提前对现场环境进行详细勘察，掌握地质地形特征，尽量避开不利地段，选择有利于抗震的地段。
2 高层建筑抗震设计现存不足与解决方案
2.1 前期准备不足
主要体现在施工现场与周边区域地质地形材料掌握不全面，不能为施工设计提供依据。就我国建筑行业发展现状来看，存在部分参建单位为降低成本，以缩短工期为目的，降低对前期准备工作的管理要求，导致各项资料准备不充分[3]。施工人员不了解现场地质地形特点，完全按照设计方案施工，与实际情况存在较大差异，出现问题的概率较大，是影响工程抗震效果的重要因素。
为提高建筑结构抗震设计效果，需要重视前期准备工作，安排专业团队对施工现场进行地质勘察，掌握环境特征，将其作为影响因素进行分析，为抗震设计提供依据。建设与施工单位均要摆正态度，避免过分重视成本而取消前期准备作业，减少设计与实际差异，提高设计方案的可行性。
2.2 受力体系不当
高层建筑工程因设计导致负重结构不同，便会形成不同的受力体系。部分企业为降低施工难度，从工程受力体系角度出发，考虑负重结构要求，就会导致工程结构受力体系与抗震性能产生冲突。尤其是现在高层建筑工程结构日益复杂，会在很大程度上影响建筑工程抗震性能，削弱结构安全性与稳定性。
应用结构构件模型设计方法，对工程各类构件均建立一个三维有限元模型，表征结构平动与扭转效应，提高受力体系设计合理性。尽量提高建筑数值模型细化度，并分析建筑反应结构性构件与非结构性构件交互作用，做好各个要素控制。对于只承担重力荷载的结构体系，要重点分析其对高层建筑抗震性态的影响。
2.3 平面布置缺陷
很多高层建筑工程建设时，为实现特点要求，导致其外型设计并不符合专业要求，经常会出现平面不均衡、实际超设计长度等问题，不仅会增大施工难度，同时还会影响结构性能[4]。
在对高层建筑工程进行抗震设计时，要针对平面结构布置进行重点分析，避免因此方面缺陷而虚弱结构抗震性能。高层建筑抗震设计中，不规则结构往往使抗震设计与施工不能准确确定均衡点，忽视薄弱环节施工要求，进而会影响整体施工效果。
3 高层建筑抗震设计要点
3.1 选择科学结构形式
建筑工程高度不断增加，受地震作用影响也越来越严重，如果结构稳定性比较低，很容易出现水平位移问题，增加了结构安全隐患，同时在上下刚度不均匀变化的结构中，各层的刚度中心未能在同一轴线上，甚至会产生较大差距，因此，在选择结构形式时，需要结合工程建设环境特点，重点考虑结构侧移度，争取提高结构整体稳定性。并且要总结以往经验，分析不同结构形式所具有的特点，掌握其受力要求，保证所选结构形式可以达到抗震设计要求。
3.2 加强施工现场管理
处于软弱地基的工程，如果不采取措施处理，会因为地基稳定性比较低，而造成结构出现沉降、倒塌等情况。这样基于抗震要求，在进行结构设计时，需要重视现场管理，结合实际情况确定设计要点，且保证所选地点具有较高抗震优势，通过采取相应措施对地基进行处理，提高其稳定性，从根本上来提高工程整体抗震性能[5]。
3.3 多层次结构抗震设计
保证高层建筑主要耗能构件具有符合规范要求的延伸性与刚柔性，对地震产生的作用力起到有效的延缓作用，降低对结构产生的影响，同时还可以提高工程整体设计效果。另外，还要做好对高层建筑内部构件关系的分析，无论是哪一层耗能构件出现屈服情况，均需要对其进行弹性检测，确定其具有较长时间的抗倒塌与倾斜能力，提高工程抗震性能。
4 高层建筑抗震设计实例分析
4.1 工程概述
以某高层建筑工程为例，为一座综合型办公楼，总建筑面积62325.12m2，主体结构为矩形平面，长×宽为32.500m×21.500m。其中，主楼地下1层为人防地下车库，底面标高-6.300m；地上16层，屋顶标高57.300m，其中1层层高3.900m，2层层高4.500m，3～6层层高3.900m，7～15层典型层高3.600m，16层层高4.600m。另外，东西侧裙房共4层，裙房顶标高15.900m，地上与主楼设缝分开。主楼2～3层中间25.4m×24.3m范围设置中庭上空，且1～4层中间不设置结构柱。工程施工地标准雪压取值0.40kN/m2（n=50），标准风压取值0.45kN/m2（n=50），抗震设防烈度为7度，设计地震分组为第二组。
4.2 抗震设计要点
①工程楼板局部不连续为楼板平面开大洞情况，需要在洞口周围设置钢筋混凝土梁，并适当提高周围楼板厚度与配筋。其在进行结构计算时，洞口周边一跨范围楼板定义为弹性板，其余则按照刚性楼板设计。楼板开洞设计后共用结构长、短柱，要重点做好跨层柱长度的计算与复核。提高短柱箍筋对直径对应抗震规范，且全部进行加高加密处理。而长柱则应该选择用型钢混凝土柱，延伸到5层层顶，其中型钢材料为HN800×400×20×40，同样对所有箍筋进行加高加密处理。对于轴力设计值较大的墙肢选择用承载力高的型钢混凝土剪力墙，提高分布筋最小配筋率为0.35%～0.40%。
②主楼1～4层中间抽柱造成竖向抗侧力构件连续性降低，为将4层设计成结构转换层，需要重点做好其刚度的控制，尤其是加强下部结构侧向刚度，使转换层上下主体结构侧向刚度平稳过渡。同时，还可以提高剪力墙底部加强部位的抗震等级，而对于已经为特一级的不需要提高。且为弥补结构因布置楼梯与电梯井造成的板平面刚度减小，将板厚度提高到150mm，并选择用双层双向通长配筋。
③对于4层层顶结构，竖向收进会对结构侧向刚度产生影响，为提高剪力墙整体刚度，设计时可以提高关键部位楼板厚度，或者是增加配筋数量。同时，还应将收进部位楼板定义为弹性板计算，通过弹性时程分析法，对多遇地震进行补充计算。将框架部分承担地震剪力进行调整，即调整值=MIN（0.2×底部总震剪力，1.5×楼层地震剪力标准值中最大值）。
5 结束语
在进行高层建筑结构设计时应根据建筑物的实际情况以及所处的地理位置进行设计，既要满足其具有足够的刚度又要避免结构在水平荷载的作用下产生过大的位移而影响结构的承载力、稳定性以及正常使用功能等。基于专业技术，对施工现场特征进行分析，确定结构设计要点，保证结构具有较高安全性与稳定性。
参考文献：
[1]蔡静敏.某超限高层建筑结构抗震超限设计与分析[D].华南理工大学，2013.
[2]刘建鑫.高层建筑结构抗震设计分析的主要内容[J].呼伦贝尔学院学报，2014（02）：111-116，110.
[3]张罡睿.高层建筑工程抗震设计中的相关问题分析[J].门窗，2014（04）：258-259.
[4]郭霞飞.高层建筑结构抗震设计思想与工程实例分析[J].四川建材，2009（03）：120-121.