摘要：随着现代城市的不断发展，高层建筑逐渐成为城市经济发展的象征。当前我国高层建筑数量不断的增加，一方面提高了有限的土地的使用效率，促进了我国建筑行业的发展，另一方面给建筑结构抗震设计工作带来极大的挑战。我国是一个地震多发国家，很多城市都位于地震带上，因此在高层建筑结构设计过程当中一定要做好相应的结构设计工作，从而减少地震带来的破坏和损失。
关键词：高层建筑；结构设计；抗震优化
1.高层抗震结构抗震优化设计的必要性
由于城市人口的发展，为了节约用地，更好地利用空间，往往在建筑设计时首先考虑高层建筑，从而高层建筑有了飞速的发展，高层建筑的发展趋势是高度越来越增加，体型和平面日趋复杂。由于高层建筑又坐落在不同的地域，加上地质构造复杂，高层建筑很容易受到地震等自然灾害的损害，地震发生具有很大的随机性，破坏后果严重。因此，为了降低在遭遇地震时的经济和人力损失，相关设计人员有必要正视当前高层建筑结构抗震设计中存在的问题，并结合工程的实际情况采取优化设计策略。
2.高层建筑结构抗震设计中存在的问题
2.1高度问题
按我国现行高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2010）规定，在一定设防烈度和一定结构型式下，钢筋混凝土高层建筑都有一个适宜的高度。这个高度在我国目前建筑科研水平、经济发展水平和施工技术水平下是较为稳妥的，也是与目前整个土建规范体系相协调的。可实际上，已有许多混凝土结构高层建筑的高度超过了这个限制。对于超高限建筑物，应当采取科学谨慎的态度。因为房屋愈高，所受到的地震力和倾覆力矩就愈大，破坏的可能性也就愈大，同时巨大的倾覆力矩在柱中和基础中所引起的压力和拉力均较难处理。
2.2结构体系问题
在地震多发区，采用何种建筑材料或结构体系较为合理应该得到人们的重视。我国150m以上的建筑，采用的三种主要结构体系（框-筒、筒中筒和框架-支撑），这些也是其他国家高层建筑采用的主要体系。但国外特别在地震区，是以钢结构为主，而在我国钢筋混凝土结构及混合结构占了90%。如此高的钢筋混凝土结构及混合结构，国内外都还没有经受较大地震作用的考验。混合结构的钢筋混凝土内筒往往要承受80%以上的地震作用剪力，有的高达90%以上。由于结构以钢筋混凝土核心筒为主，变形控制要以钢筋混凝土结构的位移限值为基准。但因其弯曲变形的侧移较大，靠刚度很小的钢框架协同工作减小侧移，不仅增大了钢结构的负担，而且效果不大，有时不得不加大混凝土筒的刚度或设置伸臂结构，形成加强层才能满足规范侧移限值。
2.3在一些烈度区采用了较低的抗震和构造措施
设防标准低的根本原因在于国家财力物力有限。我国建筑结构抗震设计除了设防烈度较低外，具体抗震计算方法和构造规定的安全度也不如国外，在配筋率、轴压比、梁柱承载力匹配等一系列保证抗震延性的要求上，与外国相比，也有异同。因而有人主张结构在设防烈度下应该采用弹性设计，特别是高烈度区要有严格的抗震措施与抗震构造措施来保证结构的安全。
3.高层建筑结构的抗震优化设计方法
3.1应重视建筑结构的规则性
3.1.1高层建筑主体抗侧力结构两个主轴方向的刚度要比较接近、变形特性要比较相近。这是因为实际的高层建筑结构都是三维的，实际的地震作用、风荷载具有任意的方向性，高层建筑主体抗侧力结构两个主轴方向的刚度比较均匀，就能具有比较良好的抗震、抗风性。
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3.1.2高层建筑竖向体型及刚度变化要均匀，宜优先采用矩形、梯形、三角形等均匀变化的几何形状，尽量避免过大的外挑和内收。因为立面形状的突然变化，必然带来质量和抗推刚度的剧烈变化，地震时该突变部位就会因剧烈振动或塑性变形集中效应而加重破坏。
3.1.3高层建筑主体抗侧力结构的平面布置应尽量对称，以避免扭转。为了把扭转效应降低到最低程度，应尽可能减小结构质量中心与刚度中心的距离。抗侧刚度较大的长墙、芯筒位置要居中和对称布置，同时也应避免在主体结构的布置中设置一、二片刚度特别大而延性较差的结构，如长窄的实体剪力墙。
3.2结构体系应具有合理的地震作用传递途径
3.2.1楼屋盖梁系的布置应尽量使垂直重力荷载以最短的路径传递到竖向构件墙、柱上去。
3.2.2竖向构件的布置，应尽量使竖向构件在垂直重力荷载作用下的压应力水平按近均匀，以避免竖向构件之间压应力的二次转移。而垂直重力荷载下竖向构件压应力水平接近均匀是最合理优化的结构选择。
3.2.3转换结构的布置，应尽量做到使上部结构竖向构件传来的垂直重力荷载通过转换层1次至多2次转换，即能传递到下部结构的竖向构件上去。④整体抗侧力结构必须体系明确，传力直接。抗侧力结构一般由框架、剪力墙、筒体、支撑等组成，它们宜尽量贯通连续，若它们沿竖向要有变化，则变化要缓慢均匀。
3.3结构体系宜有多道抗震防线
第一道防线一般应优先选择不负担或少负担重力荷载的竖向支撑，或轴压比值较小的抗震墙、实墙筒体之类的构件。框架-剪力墙结构是具有良好性能的多道防线的抗震结构，其中剪力墙既是主要抗侧力构件，又是第一道抗震防线，框架部分起到第二道防线的作用。剪力墙结构中剪力墙可以通过合理设置连梁（包括非建筑功能需要的开洞）组成多肢联肢墙，使其具有优良的多道抗震防线性能。连梁的刚度、承载力和变形能力应与墙肢相匹配，避免连梁过强而使墙肢产生较大拉力而过早出现刚度和承载力退化，一般情况下，联肢墙宜采用弱连梁。“强柱弱梁”型的延性框架中梁处于第一道防线，而在超静定结构构件中赘余构件就起到第一道防线的作用。
3.4结构分析及模型化方法
在此引入高层建筑结构构件模型化的基本原理，对每一类构件的分析都要建立一个三维有限元模型，以便表征结构的平动和扭转效应。建筑物的数值模型应细化到足够的程度，以考虑影响建筑物反应的结构性构件和非结构性构件的交互作用。此外，对“正常使用水准评价”和“倒塌水准评价”可以建立不同的模型。在建筑物的数学模型中，应包括其刚度和质量对建筑物的动力反应作出贡献的所有结构性构件和非结构性构件。对只承担重力荷载的结构体系，特别是在钢筋混凝土结构中，将明显影响高层建筑的抗震性态，也应包括在数学模型中。设计者应在“抗震设计基本资料”中记录下分析中使用的构件模型的基本技术信息。并应能重现构件在相关物理试验中的力--变形关系。
结束语：
随着时代的发展、科技的进步，高层建筑结构的抗震设计方法和技术也应当不断地创新和变化，在高层建筑的抗震设计中应更认真地选择合适的抗震结构设计方案，细致的选择建筑结构材料，最大限度的减少地震的破坏，从而提高高层建筑的抗震能力。
参考文献
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[4]张申杰.关于高层建筑结构抗震优化设计的研究[J].城市建设理论研究.2015.
论文作者:徐翀
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第5期
论文发表时间:2018/7/2
标签：结构论文; 构件论文; 高层建筑论文; 刚度论文; 建筑结构论文; 荷载论文; 高层论文; 《建筑学研究前沿》2018年第5期论文;