高层建筑结构分析与抗震设计探究
周晓琳
【摘要】目前，经济发展迅速，我国的高层建筑的发展也有了显著的提高。建筑行业快速发展，为适应多样化的建筑功能需求，高层建筑的结构形式也日趋复杂多样。除传统的框架结构、剪力墙结构、框架剪力墙结构、筒体结构等基本形式外，超高层建筑、复杂高层建筑、钢结构高层建筑、型钢-混凝土混合结构高层建筑得到越来越广泛的应用。建筑高度的增加和布置的不规则性给结构分析和设计带来更多复杂性和挑战性，有必要进行更系统深入的研究。
【关键词】高层建筑;结构分析;抗震设计探究
【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.
10.040
对比低层建筑，高层建筑结构设计更为复杂，并且会受到更多因素的影响。为保证建筑结构设计的稳定性，需要考虑建筑体型比例关系的同时，对地基沉降、温度、风力及地震等因素进行全面的考虑。另外，高层建筑结构设计是否科学，对高层建筑的实际施工有直接影响，并会为后期的养护造成不便。因此，高层建筑结构设计具有较大的难度，如果没有妥善处理设计中存在的一些常见问题，高层建筑结构设计质量将严重降低。据此，论文在分析高层建筑结构设计存在的问题的基础上，提出了一些优化措施，希望可以为改进高层建筑结构设计提供参考。
1、高层建筑常见结构类型
1.1框架结构
框架结构以框架梁、柱为主要承受荷载和地震作用构件。梁、柱等构件自重轻、易于标准化和生产定形，因此框架结构具有节省材料、空间布置灵活、便于实施装配式等优点。框架结构侧向刚度较小，水平地震作用下易产生较大层间位移，因此最大适用高度受到较大限制，以抗震设防烈度6度为例，一般不得超过60m。框架结构变形形态是典型的剪切型，结构竖向体型布置时，重点需要控制层间侧向刚度比和受剪承载力比，避免出现软弱层和薄弱层。
1.2剪力墙结构
剪力墙结构以剪力墙为抗侧力构件，具有整体性好、侧向刚度大等特点，能适用较高的建筑高度。但是结构延性较差，与框架结构相比，空间布置受剪力墙最大间距的限制。剪力墙布置宜使结构规则、均匀、具有适宜性的侧向刚度，平面上宜双向布置使两个主轴方向刚度均匀分布，竖向宜上下连续避免造成刚度突变。另外，由于叠合错洞墙的应力分布复杂，在实际设计中应尽量避免门窗洞口上下错开，确实无法避免时，应特别注意洞口周围的受力分析计算和加强措施。
1.3框架剪力墙结构
框架剪力墙结构兼具框架结构和剪力墙结构特点，既具有较大的侧向刚度，又能较灵活自由地提供使用空间，最大适用高度一般略低于剪力墙结构。框架剪力墙结构设计重点是通过框架和剪力墙协同工作，使整体结构具有良好的结构和抗震性能。在进行抗震设计时，根据框架部分和剪力墙部分承受地震倾覆力矩比值，应分别符合各自结构或框架剪力墙结构的抗震措施要求，且需要充分考虑框架与剪力墙在刚度、变形特点上的较大差别，选择合适位置设置剪力墙，使结构整体刚度均匀、连续，构成双向抗侧力体系。
2、高层建筑结构设计中的常见问题
2.1扭转问题
建筑“三心”主要指建筑结构的几何形心、结构重心及刚度中心，“三心合一”时，建筑结构的稳定性最强。然而由于受到地基形状与建筑功能要求等因素的影响，在许多情况下，建筑体型是不规则的，设计中也难以实现“三心合一”，致使建筑结构出现扭转问题，进而影响建筑结构的稳定性。
2.2抗风问题
因为高层建筑的楼层较多并且高度较高，所以，相对其他建筑，高层建筑更容易改变风的流动性与空气的动力效应。由于建筑的刚架结构以及玻璃幕墙等柔性结构的刚度较小，在风荷载较大的情况下，很容易破坏建筑物的墙体、装饰结构及支撑结构，降低建筑物的稳定性。因此，进行高层建筑结构设计时，需要对结构进行抗风设计，防止建筑物受自然因素的影响而存在隐患。
2.3抗震问题
高层建筑抗震结构设计一直以来都是建筑结构设计中的一个难点。因为地震属于自然因素，而每个地区的抗震设防烈度不同，计算得出的数据也并不是所有地区都适用，并且计算地震结构设计数据时，存在许多不确定性因素，加之一些设计人员的灵活性不足，不能很好地完善抗震结构设计。
3、解决对策
3.1强化设计图纸规范性
在建筑结构设计中，结构设计图纸的作用不容小觑，可为后期建筑工程项目的施工建设提供必要参考。为此，在建筑结构设计期间，应强调设计图纸的设计规范化与合理化，保证结构设计图纸质量达标，以免引发设计质量问题。另外，对于建筑结构图纸的设计应遵循具体规范要求，参考项目建设具体状况，将图纸中不同类型的符号和数据等相关参数详细标识出来，特别是复杂结构的参数。作为设计工作人员应强调设计图纸设计的作用，在设计前了解项目具体情况，系统勘察项目场地环境与水文条件等相关资料，以保证建筑结构设计图纸资料更全面更可靠，不应仅依靠个人设计经验确定材料与结构构件尺寸，以免影响图纸质量。在此基础上，完成设计图纸设计工作后，设计工作人员应严格校核图纸准确性，对设计图纸不合理问题及时发现并纠正，以免出现不必要设计问题。
3.2建筑结构的平面布置
建筑结构的平面布置是影響结构抗震的重要因素，合理的建筑平面布置对建筑结构设计是至关重要的。大量地震灾害表明，平面布置简单、对称规则、质量和刚度分布比较均匀并且具有明确传力途径的建筑结构在地震时不容易发生破坏。规则结构能较为准确地预估结构的作用效应和地震时的反应，较容易采取有效的抗震措施及相应的结构措施来加强其抗震性能。相反，平面布置复杂、不对称且不规则的结构，其地震作用效应很难估计的。因此，高层建筑结构中规范规定，宜采用规则结构，不应采用严重不规则的结构。
3.3最大化保证建筑材料的抗震性与质量
高层建筑的材料选择与材料质量很大程度上决定了高层建筑建成以后的质量与安全性，所以说在高层建筑结构抗震设计的环节中，一定需要对建筑施工材料的选择做出慎重的选择，一定要结合实际情况以及科学分析，设计人员们在对整体抗震结构进行设计时，需要将建筑材料本身的强度质量以及抗震性作为重中之重，确保选择的材料是可以为高层建筑提升结构稳定性与抗震性的，最大化的提升高层建筑的抗震承载力，也需要尽可能选择满足施工材料的延性需求，保证所选择的材料都是能够满足高层建筑抗震稳定性设计要求，从材料这个角度根本上提升高层建筑的安全性与抗震性，增强建筑结构本身的最大抗震特性，所以说为了更好地达到房屋抗震与安全要求，设计人员和建筑人员务必需要选择符合要求的建筑材料，确保在高层建筑建成以后有足够的抗震性。
3.4准确计算结构设计参数
对于建筑结构设计而言，为保证结构与工程要求标准契合，应在准确计算结构性能参数的基础上，对比实际要求，亦或是根据要求参数计算结构性能，增强结构设计合理化。以楼板设计为例，为避免设计与后期施工建设不发生形变和裂缝，应科学计算结构形变的范围。在计算数据的时候，工作人员应根据设计要求与规范开展，坚决不允许受主观意识影响判断，也不应简化处理计算数据。
结语：
高层建筑是现代化城市发展的主要载体之一，成为诸多城市的地标性建筑。随着我国城镇化进程的加剧，为满足人们对建筑美观、舒适等多样化需求，围绕高层建筑的理论研究、分析设计和建造实践正在不断发展完善。高层建筑的结构理论分析和设计实践在目前相对成熟的标准经验基础上，还有很多方面值得深入研究和创新发展。
参考文献：
[1]陈常林.探讨建筑结构设计中的钢结构设计问题及策略[J].房地产导刊，2018（36）：53-54.
[2]罗云.钢结构在建筑结构设计中存在的问题分析[J].建筑工程技术与设计，2018（36）：798.
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