基于抗震理念的高层建筑结构设计思考

基于抗震理念的高层建筑结构设计思考

陈杰南

广州瀚华建筑设计有限公司，广东广州 510000

摘要：文章论述了以抗震理念为基础的高层建筑结构设计，对高层建筑结构抗震设计的意义进行了分析，对防震缝设计、墙体设计、隔震以及消能减震等主要抗震设计技术进行了详细的说明。通过对具体实例的分析，文章就这些技术在实际中的运用进行论述，目的是为高层建筑结构安全设计工作提供有效借鉴。

关键词：抗震设计；高层建筑结构；防震缝；隔震消能

抗震设计的目的是通过对建筑结构进行合理的结构布局与构造措施来改善建筑结构抗震性能以保证建筑结构在地震中的安全性与稳定性。本文拟从防震缝设计，墙体设计，隔震以及消能减震设计几个方面来论述基于抗震理念下高层建筑结构的设计。

一、基于抗震理念的高层建筑结构设计的价值

以抗震理念为基础的高层建筑结构设计，在现代建筑领域发挥着至关重要的作用，在城市化进程不断加快的今天，高层建筑已经成为了城市天际线上的一个重要部分，它不但承载了人们生活，办公的任务、商业及其他多样化需求也代表了一个城市形象与发展程度，但是高层建筑面对地震这种自然灾害，结构安全性能的好坏直接关系到人民群众生命财产安全以及社会稳定。所以，以抗震理念进行高层建筑结构设计具有重要意义。抗震设计是高层建筑结构设计的核心内容之一，地震这一不可预测、破坏力极大的自然灾害给高层建筑结构安全带来严重的威胁，通过对建筑结构进行科学抗震设计能够将有效抗震措施融入到建筑结构当中，增强建筑结构抗震性能，保证建筑结构抗震稳定安全。这样既可以降低地震灾害造成的危害，又可以确保人民生命财产安全和社会稳定与和谐[1]。

以抗震理念为基础进行高层建筑结构设计对提升建筑结构整体性能至关重要，在进行抗震设计时，设计师需考虑建筑结构刚度，强度以及延性等诸多因素，以保证建筑结构能在地震时稳定变形并耗能。通过对其进行合理抗震设计能够使得建筑结构对地震具有较好的自恢复能力与适应性，降低结构破坏与损坏，提高其使用寿命。与此同时，抗震设计也可以对建筑结构进行布局与构造优化，增强其使用功能与舒适度，给人们营造出一个更安全、更舒适、更适合居住与工作的环境。

二、基于抗震理念的高层建筑结构设计方法

（一）防震缝的设计

高层建筑结构设计时，防震缝的设计是保证建筑物地震时稳定的最主要措施。防震缝设计的目的是为了合理地分解建筑物内部结构，然后达到有效地分散地震力，以降低地震给建筑物带来的危害[2]。

防震缝设计要以预防为主，依据建筑物建设标准及设计要求合理设置防震缝位置及宽度，通常防震缝宽度应随设计烈度变化，在由多层砖砌成的房屋里，防震缝的宽度通常是根据设计的烈度来确定的，范围在50mm至70mm之间；在多层构件混凝土框架建筑中，当建筑物高度在15m及15m以下时，防震缝的宽度一般为100mm；在建筑物的高度超出15m的情况下，设计的等级每上升一次，防震缝的宽度会在原有的70mm基础上增加25mm。防震缝设计时也应注意两边预留宽度，合适的预留宽度能够保证防震缝和上层建筑之间保持分离和独立，避免地震时由于受力不均对建筑结构造成破坏。设计图如下所示：

图1:防震缝的设计

另外，防震缝在设计时也要考虑到它和建筑整体结构之间的协调，以保证它在建筑中所处位置的合理性和分布的统一性。防震缝设计具体实施方法主要有：一是根据建筑物结构特点及设计要求确定防震缝位置及个数；二是以设计烈度、建筑高度为参数对防震缝宽度进行了计算；最后通过留设位置和设置填充材料来达到施工期防震缝结构。值得一提的是防震缝设计并不是固定不变的，需要结合具体工程情况及设计要求不断调整优化。如在地震多发区可适当加大防震缝个数及宽度来改善建筑物抗震性能，在地震少或者地质条件比较优越的区域，可适当地减少防震缝，降低建筑成本。

（二）墙体设计

就高层建筑结构设计而言，墙体设计对增强整体结构抗震性能具有十分重要意义，墙体在承受建筑物垂直荷载的同时，对地震中水平抗力也起了决定性的作用，所以在进行设计时，需充分考虑墙体厚度、选材和布置方式[3]。

墙体厚度是决定墙体抗震性能好坏的关键之一，墙体厚度因建筑高度及抗震设计烈度而异，如抗震设计烈度为8度时，多层住宅建筑墙体厚度一般不少于240mm,保证墙体有足够的承载能力及稳定性。另外，高层建筑中因楼层高、风力和其他水平荷载作用大，所以墙体厚度要适当加大，这样才能增强建筑物抗侧刚度。选材对墙体抗震性能同样具有一定影响，尽管传统的墙体材料，例如砖和混凝土，拥有相对较高的强度，但在地震发生时，它们容易遭受脆性损坏，所以现代高层建筑越来越多地使用轻质高强度墙体材料例如加气混凝土和轻质板材。这类材料不但抗震性能好，而且可以有效地减轻建筑自重和减少地震作用给结构带来的冲击。另外，墙体布置方式对墙体抗震性能有很大影响，高层建筑中墙体一般都是竖向连续设置，从而构成一道持续抗震防线。与此同时，为增强墙体整体性，墙体内部也需布置一些构造措施，如构造柱、圈梁。这些构造措施可以加强墙体的连接性能与稳定性，从而使墙体在地震中形成一个整体受力体系来共同抵御地震作用。

具体而言，某高层住宅工程采用厚度250mm加气混凝土墙体为承重墙，经计算机模拟分析，该墙体设计在抗震设计烈度为8度时抗震性能较好。当地震发生时，墙体能有效吸收与分散地震能量，并减小结构振动与变形。与此同时，加气混凝土材料因其轻质和高强度等优点，也可以有效地降低建筑自重和减少地震作用下的结构冲击。设计图如下：

图2:抗震墙体设计

（三）隔震与消能减震设计

隔震，消能减震是高层建筑抗震设计的关键技术，通过使用隔震支座和阻尼器等设备可有效地减轻建筑在地震中的损伤，改善结构抗震性能。隔震设计时隔震支座为重点构件，常用隔震支座有橡胶隔震支座、滑动隔震支座，这些支座在地震作用下可以产生水平位移，以降低地震波向建筑物的传递与影响。如某高层办公楼工程采用橡胶隔震支座做为隔震措施。经过精确计算，发现在7度的抗震设计强度条件下，使用橡胶隔震支座可以使建筑结构的水平地震力下降大约30%，从而显著增强了其抗震能力。除隔震设计以外，消能减震设计是改善建筑抗震性能最主要的方法，消能减震装置可以在地震作用下产生变形，吸收地震能量以减小结构振动与变形。常用消能减震装置有阻尼器、减震器。这类设备一般都设置在建筑结构中的关键位置，例如梁柱和其他节点，地震能量经合理设计与布置可达到有效地消耗与分散。以一高层住宅工程为例，本工程设计采用粘滞阻尼器做消能减震装置。经过计算机模拟分析，发现在8度的抗震设计烈度条件下，使用粘滞阻尼器可以使建筑结构的振动加速度降低大约25%，从而有效地提升了结构的抗震性能。与此同时，粘滞阻尼器因其构造简单、易于安装的特点，被广泛地应用于实际工程。

结束语

以抗震理念为基础的高层建筑结构设计方法，对保障建筑结构安全性与稳定性有着至关重要的作用。通过对建筑结构进行合理防震缝设计、墙体设计、隔震及消能减震设计可显著改善建筑结构抗震性能。今后随着科学技术的不断进步，抗震设计理念也在不断地发展，高层建筑结构抗震设计也会越来越重视结构的整体性、智能化以及可持续发展。

参考文献

[1]李超,吴东豫.高层建筑结构的抗震性能优化研究[J].中国建筑装饰装修,2024,(03):117-119.

[2]王新震.高层建筑连接连体滑动结构优化设计研究[J].广东建材,2024,40(01):71-74.