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摘要：伴随着经济的高速发展，高层建筑城市规划中占得比例越来越多，高层建筑不同于多层建筑，高层建筑不仅可以解决城市人口的住宿问题，而且可以比较大地提升整体收益。这也是现在很多项目在施工设计时，采用高层和多层嵌套修建的主要原因。本文针对高层建筑的抗震设计以及经济性上做了简略的分析，并对建筑的选型要点做了简要分析。
关键词：抗震设计；建筑结构；垂直荷载；水平荷载
1.高层建筑结构的特点与选型要点
1.1特点
高层建筑结构设计时，垂直荷载、水平荷载以及抗地震能力是必须考虑的三个方面。由于垂直荷载与建筑的高度呈线性关系，所以建筑的高度将直接影响到建筑本身的垂直荷载，建筑物高度越高，建筑底层受到的垂直荷载也就越大。正因如此，许多建筑物都会在保证安全的情况下，减轻建筑的自身质量。同时，高层建筑也应该具备一定的抗震能力，高层建筑工程投资成本高，建成后收益也十分可观，但是如果因为施工没达到标准而发生了安全事故，不仅会对施工企业造成经济损失，而且会使施工企业的可信度大大降低，因此提升建筑的抗震能力非常重要。另一方面，高层建筑存在水平荷载作用，会令楼体自身产生轻微的摇晃，随着建筑的增高，楼体的摇晃程度也会加大，甚至让人感受到摇晃感，并且过多的小幅度摇晃会减少建筑的使用寿命。
1.2选型要点
1.2.1水平荷载方面
建筑本身的质量与楼面的恒活荷载会让竖向构件受到的轴力与弯矩的数值发生改变，并且建筑的自身质量与建筑的高度呈线性相关；建筑受到的风力荷载与建筑受到的地震作用力，这两种力统称为水平荷载，水平荷载会使建筑结构产生倾覆力矩。由于倾覆力矩和建筑轴力均与建筑高度的二次方呈线性相关，所以水平荷载的大小与建筑结构整体的受力特征息息相关。
1.2.2轴向容易变形
在建筑高度比较高的情况下，受到建筑自身竖向荷载的影响，极可能引起轴向变形问题，甚至可能影响到连续梁的弯矩，从而引发梁跨中正弯矩与端支座负弯矩变大且中间支座位置的负弯矩变小的问题。
1.2.3建筑的结构延性
较之多层的楼房建筑，高层建筑的结构延性更好，故而高层建筑受到水平荷载后的形变也就更大。所以在建筑的构造设计上就应考虑到高层建筑应该要有较大的安全形变范围，让建筑的结构有些更好的延性。
2.抗震设计及经济性分析
本文研究对象为某15层的住宅式建筑，该住宅式建筑地上部分15层，每层楼楼高3.0m，建筑总宽度为13.89m。建筑平面的整体大致呈长方形，地上总建筑面积为3291.6㎡。建筑平面图如图一所示：
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图一 住宅式建筑施工平面图
2.1计算方案
2.1.1计算软件的选择
本文采用中国建筑科学研究院建筑工程软件研究所研制的PKPM2010系列软件作为建模以及建筑结构制图的软件，并用CAD作为辅助制图软件。
2.1.2部分计算参数的选取
本文利用空间-墙元的计算模型进行计算分析，对部分分析以及涉及到的设计参数的选取做如下说明：水平力与整体坐标夹角问题，地震力作用方向或风荷载作用力方向与整体坐标的夹角，统称为水平力与整体坐标夹角，并以逆时针方向为正方向。当地震沿着不同方向发生的时候，地震对结构产生的作用力大小也一般不同，一定会存在一个角度使结构地震对建筑影响最大。这个方向就是最不利地震作用方向。严格来说，标准中提到的主轴只考虑到沿着主轴方向的受力情况，未考虑到建筑受到地震作用影响而发生扭转的情况，从而最不利作用方向也就产生了一定的误差。
2.2对比结构的选取
常见高层混凝土住宅主要分为框架结构、剪力墙结构与框架-剪力墙结构三种。框架结构最突出的特点是空间可以自由分配，建筑的梁和柱体积相对较小、既节约了建筑材料，又降低了部分成本。而剪力墙结构主要可以在抵抗水平荷载与分担竖向荷载的过程中起着重要作用，并且楼板与墙体之间通过现浇构成一体式受力方式，墙体不易被破坏，户型基本固定，空间不能随意更改。框架-剪力墙结构既可以适当对空间进行改动，又可以具备侧向强度大的优点。
2.3抗震性能分析
2.3.1基于对抗震烈度为6度的结构分析及计算
该项目采用框架结构进行建设施工，框架柱截面尺寸为400mm×400mm，400×550mm，500mm×400mm，600mm×400mm，500mm×500mm；框架梁截面尺寸为200mm×400mm，200mm×450mm，200mm×500mm；楼面板取100mm，采用等效板厚的计算方法计算楼梯的荷载，等效厚度定为170mm；在1~5层，柱采用C35强度的混凝土；梁采用C30强度的混凝土；板面采用C30强度的混凝土。在6~15层，柱采用C30强度混凝土；梁采用C25强度混凝土；板面采用C25强度混凝土。这样操作的话，柱、梁、板面的结构强度均能达到建筑的使用要求。
2.3.2计算结果
计算震型数，X方向为36Y方向为36，有效质量系数在X方向为99.79％，在Y方向为99.86％，均满足使用要求。周期比为0.807低于限值，满足使用标准。位移比控制方面，在X方向的最大位移比为1.06，在Y方向的最大位移比为我1.03，均低于限值1.20，满足使用要求。层间位移角的控制方面，在X方向上为1/1055，Y方向上为1/911，低于限值1/550，满足要求。层间刚度比在横向与纵向均高于限值0.7，完全符合要求。剪重比在横向和纵向都达到要求。在工程造价方面，钢筋用量在30.72（kg/㎡），混凝土用量为846.12（m³）。
在建筑要求为抗震烈度为6级的情况下，经过粗略计算，框架结构的含钢量为30.72（kg/㎡）混凝土用量为846.12（m³）框架-剪力墙结构的含钢量为32.64（kg/㎡）混凝土用量为889.33 剪力墙结构的含钢量为35.17（kg/㎡）混凝土用量为881.17（m³）。通过对比分析可以得出，在抗震烈度为6度的建设工程中，从单位面积含钢量来看，剪力墙结构最好，框架结构最低，在混凝土的用量方面框架-剪力墙结构用量最大，框架结构用量最少，在保证各项指标均符合要求的情况下，分析的出采用框架结构成本最低，可以降低工程造价。
3.结论
随着时代发展越来越快，凭借现在的工业技术，一栋高楼能在很短的时间内完工，对建筑的抗震能力以及建筑的自身结构等也做了明确要求，对建筑的使用安全性要求也更高，本文对高层建筑的抗震设计以及修建高层的经济性进行分析的目的，就是为了探究高层建筑修建的合理性，并朝着降低工程造价的方面去思考，争取在保障质量的情况下，尽量降低工程成本。
参考文献：
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