天津市宁河区城乡规划设计研究所 301500
摘要：本文首先分析了高层建筑常见结构类型，接着分析了高层建筑结构抗震设计优化措施。希望能够为相关人员提供有益的参考和借鉴。
关键词：高层建筑结构；抗震设计；优化措施
引言：
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。
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。
1.4筒体结构
筒体结构刚度大、受力合理、整体性强，主要适用于超高层建筑，根据外围结构不同分为框架核心筒和筒中筒。根据内筒布置数量，可分为单筒、双筒及多筒体系，内筒主要类型有实腹筒和空腹筒，其中实腹筒是曲面或平面墙围成的三维竖向单体结构，空腹筒由密排柱、床裙梁和建筑混凝土外墙组成，是一种具有一定空间性的受力体系。在筒体结构中，外围框架（或框筒）与内筒共同构成抗震“两道防线”，整体空间受力性能与平面布置、形状尺寸密切相关。对于框架核心筒应尽量避免内筒偏置造成平面扭转不规则，对于筒中筒应选用接近圆形或正多边形平面，减少外框筒剪力滞后现象。
2高层建筑结构抗震设计优化措施
2.1建筑形体及其构件布置的规则性
建筑物的规则性判定标准为《建筑抗震设计规范》GB50011-2010(2016年版)第3.4章节，其中明确规定“特别不规则的建筑应进行专门研究和论证，采取特别的加强措施；严重不规则的建筑不应采用”，因此，我们在进行高层建筑结构设计时应重视结构选型和合理的布置形式。在方案阶段，先看标准层平面布置图，检查是否有凹凸不规则、楼板不连续。常用的有利于抗震的规则平面有方形、矩形、正多边形、圆形、椭圆等。然后对照其余各层平面布置图、建筑剖面图和立面图，检查是否有抗侧力构件不连续，各层层高是否变化较大。建筑立面尽量采用矩形、梯形、三角形等由下到上变化均匀的形式，避免刚度变化太大以及上大下小等。假如方案阶段就出现多种明显不规则，结构设计师应及时提出方案中存在的问题，并提供解决办法供方案选择。在初步设计阶段，建筑物的平面、立面、剖面已基本确定，这时就应该利用技术手段避免一些不规则的出现，比如可以通过调整结构的抗扭刚度，减小建筑内部的刚度来避免扭转不规则，首层层高过高，可以通过增加首层竖向构件和梁的截面尺寸来避免侧向刚度不规则。
2.2地基基础抗震设计
地基基础是结构设计中的重要的一部分，我国幅员辽阔，不同地区的地质条件差别又很大，地基基础设计相比地上结构就复杂很多。地基基础设计不出问题，才能保证上部结构的安全。在地基基础设计过程中，既要遵守相关的规范、标准，又要重视工程经验的累积。在选址阶段，应先收集拟建产地的地震活动情况、工程地质和地震地质的有关资料，通过初步勘察报告对场地做出评价，对于危险地段，不应建造建筑物，对于不利地段，应提出避开要求，确实无法避开时，应对基础及上部结构采用加强措施，比如进行上部结构抗震计算时，增加水平地震影响系数最大值。在设计阶段，应仔细阅读勘察报告，通过报告，可以清晰的了解建筑所在场地的地质情况。结合设计经验或当地经验，选取适用于当前工程的基础形式。当存在多种选择时，可以从施工、造价等方面进行方案必选，最终确定最优的基础形式。
2.3结构抗震计算
进行结构抗震验算，是目前保证高层建筑抗震能力的最主要的手段之一，也是我们进行结构抗震设计时接触最多的内容。进行抗震验算之前，先要通过高层建筑所处地理位置，查区划图或者《建筑抗震设计规范》确定地震动参数。一般情况下，我们只需要验算水平地震作用，但当遇到大跨度、长悬挑等结构形式时，要注意验算竖向地震作用。随着高层建筑规模越来越大，复杂程度也明显增加，结构抗震计验算已基本通过结构分析软件来进行，比如国内常用的PKPM、YJK。通过抗震验算，我们可以得到地震作用下高层建筑的变形、构件的内力等结果和数据。通过对结果和数据的分析，反过来调整结构布置，从而使高层建筑的变形、构件的内力满足规范限值要求，完成抗震计算。由此可知，结构抗震验算，是一项需要反复试算、推敲、调整，从而选取最优结构布置的过程，通过这个过程，结构抗震设计的主要工作基本完成。
2.4抗震构造措施
目前，我国高层建筑抗震设防的基本目标是“小震不坏、中震可修、大震不倒”。其中“小震不坏”是通过抗震验算来实现的，而“中震可修、大震不倒”均是由抗震构造措施来保证，可见抗震措施也是保证高层建筑抗震能力的主要手段之一。抗震措施包括墙柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件等内力调整，也包括不需要计算的一些细部截面尺寸、配筋面积等的抗震构造措施。对于这些抗震措施，规范都有明确的要求，也是专家们根据试验、以往的工程经验，也包括一些地震破坏的真实工程案例总结出来的，我们在具体工程抗震设计时，要严格执行。
结束语：
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]高层建筑结构抗震设计要点分析[J].池祥.化工管理.2018(25)
[2]高层建筑结构抗震设计要点[J].赵旭.环球市场信息导报.2017(45)
[3]高层建筑结构抗震设计原则及要点浅析[J].潘卫宁.山西建筑.2017(33)