摘要：本研究围绕提升高层建筑抗震性能的设计策略展开深入分析，首先阐述了抗震性能设计的基本原理，随后对三种核心结构形式——伸臂结构、框架-剪力墙结构及筒体结构的设计要点进行了系统探讨。基于此，研究进一步提出了高层建筑抗震设计的三大关键策略：结构延性设计、调谐质量阻尼器设计和构件强度与刚度设计，以有效提高建筑在地震荷载作用下的延性和稳定性，增强结构的耗能能力和整体抗震安全性。研究结果为高层建筑抗震设计提供了理论支持和工程实践指导，具有较高的应用价值。

关键词：震性能；高层建筑；结构设计

引言

随着城市化进程的加速和高层建筑的日益增多，地震作用对高层建筑的安全性提出了严峻挑战。高层建筑由于其高度和结构复杂性，在地震荷载作用下容易发生较大位移和动力放大效应，因而如何提升建筑的抗震性能成为结构设计中的关键课题。现有的抗震设计方法多采用提高结构刚度和延性的策略，以确保建筑在地震作用下具备足够的稳定性和耗能能力。然而，面对更高的抗震需求，传统结构形式难以完全满足高层建筑的安全要求，因此，创新性的结构设计策略显得尤为重要。本文通过分析抗震性能设计的基本原理，探讨伸臂结构、框架-剪力墙结构及筒体结构的抗震设计要点，进一步提出了延性设计、调谐质量阻尼器设计及构件强度与刚度设计等策略，为高层建筑的抗震设计提供理论支持和实践指导。

一、抗震性能设计原理

抗震性能设计原理旨在通过合理的结构构造和设计手段，提升建筑在地震作用下的抗震能力，以最大限度地降低结构破坏及人员伤亡风险。首先，抗震设计基于地震力的分布特点，采用了动力分析和静力等效方法，确保结构在地震作用下能保持适当的变形能力和吸能能力。地震力的作用使得高层建筑需具备良好的延性，以避免脆性破坏，延性设计原理由此成为抗震性能设计的核心，通过在结构构件中引入延性较高的材料或设计细部节点，提高构件的耗能能力。其次，抗震设计遵循强柱弱梁、强剪弱弯的原则，通过合理的材料分配和构件尺寸选择，确保梁、柱节点和墙体在地震荷载作用下能够实现稳定的变形分布，防止过早出现剪切破坏。同时，抗震设计强调构件的强度、刚度与变形能力的协调匹配，在水平荷载作用下实现建筑的整体稳定性和韧性。为此，结构体系的选择需满足抗震设防要求，常采用框架-剪力墙结构、伸臂结构及筒体结构等多种结构体系，以提高抗侧刚度，提升建筑整体抗震能力。此外，抗震设计原理还包括基于性能的抗震设计方法，按照结构在不同地震强度下的预期性能目标，设定层间位移角限值和构件受损程度，以达到“小震不坏，中震可修，大震不倒”的设计目标。抗震性能设计原理通过科学的结构分析和设计手段，为高层建筑在地震作用下的安全性和耐久性提供了理论支持和技术保障[1]。

二、基于抗震性能的高层建筑结构设计要点

（一）伸臂结构

伸臂结构作为高层建筑抗震设计中的关键体系，主要通过在高层建筑的核心筒结构上设置水平伸臂构件，以提高结构整体的抗侧刚度和抗震性能。该结构形式利用伸臂将外框架与核心筒连接，形成一种“框架-核心筒”组合体系，显著提升了结构在地震和风荷载作用下的整体稳定性和抗扭能力。伸臂通常布置在建筑中上部的特定楼层，以增强框架结构的刚度，同时控制结构的层间位移角，减小顶层位移幅度，降低因地震作用产生的结构振动。通过伸臂构件的设立，外框架与核心筒形成相互约束，能够分担水平荷载，减少核心筒的变形，提高整体结构的延性和抗震耗能能力。此外，伸臂的设计需考虑伸臂梁的刚度、轴力与弯矩分布，确保伸臂在水平荷载下具有足够的承载力和延性。为优化抗震效果，伸臂结构设计常与调谐质量阻尼器（TMD）结合使用，以进一步削减高层建筑的地震反应。伸臂结构作为一种有效的抗震设计策略，已在超高层建筑中得到广泛应用，为提升建筑在强震作用下的安全性和适用性提供了重要保障[2]。

（二）框架-剪力墙结构

框架-剪力墙结构在高层建筑抗震设计中发挥着至关重要的作用，通过将框架结构与剪力墙系统相结合，形成一种抗侧力和抗震性能显著提升的组合结构体系。框架-剪力墙结构利用框架的柔性和剪力墙的高刚度，合理分配地震作用力，使水平荷载由剪力墙承担主导，而框架结构则提供适当的变形能力，从而实现刚度与延性的有机结合。在此体系中，剪力墙通过较高的抗弯刚度限制了层间位移和整体侧移，显著增强了结构的抗侧向稳定性。框架-剪力墙结构设计需重点考虑剪力墙的布置位置、墙肢厚度以及框架柱的强度，以确保在地震荷载作用下各构件的变形协调性，避免因刚度不均而导致的应力集中和结构损伤。剪力墙与框架构件之间的连接节点需具备足够的承载力和变形能力，以实现荷载传递的可靠性和结构整体性的提升。此外，框架-剪力墙结构在设计中通常采用强剪力墙、弱框架的原则，通过合理控制框架与剪力墙的刚度比，确保剪力墙在地震力作用下主导变形模式，减小框架的弯矩需求，增强整体结构的耗能能力和抗震性能。框架-剪力墙结构已广泛应用于抗震设计中，为高层建筑提供了兼顾刚度、延性和抗震安全的结构体系[3]。

（三）筒体结构

筒体结构是高层建筑中一种高效的抗震结构形式，广泛应用于超高层建筑设计中，以应对复杂的水平荷载。筒体结构通过将核心筒和外周筒的剪力墙、框架柱及梁构件组合形成一个整体“筒状”结构系统，具有极高的抗侧刚度和稳定性。该结构形式依靠核心筒承担主要的竖向和水平荷载，而外围筒则通过与核心筒的联合作用进一步增强结构的整体刚度和抗震性能。在地震作用下，筒体结构通过楼板、梁与剪力墙的协同工作，将地震能量分散传递至各个构件，显著减小了层间位移角，提升了建筑的抗侧向能力。筒体结构的设计需充分考虑核心筒与外周筒的刚度匹配与协调，以避免刚度突变或不均导致的应力集中现象。通常在结构设计中采用多层筒体、筒中筒、筒框结构等变形模式，以适应不同高度和抗震要求的建筑。核心筒与外筒之间的连接节点需具备足够的承载力和韧性，以确保地震荷载作用下各构件之间的力学协同。筒体结构的优越抗震性能使其在超高层建筑中具有广泛应用价值，是应对强震作用的重要结构体系，为提升建筑物的抗震安全性和耐久性提供了坚实的技术支持[4]。

三、基于抗震性能的高层建筑结构设计策略

（一）结构延性设计

结构延性设计是提升高层建筑抗震性能的关键策略，旨在通过优化结构构件的塑性变形能力，使建筑在强震作用下具备较高的能量吸收和耗散能力，防止脆性破坏的发生。延性设计主要依赖于结构构件的材料延性、截面设计和节点连接细节，通过选择高延性材料和合理设计构件截面，提高梁、柱、剪力墙等关键构件在大位移条件下的塑性变形能力。延性设计遵循“强柱弱梁、强剪弱弯”的设计原则，确保梁、柱在地震荷载作用下以梁端塑性铰的形式进行变形而非突然破坏，同时保证剪力墙的抗剪能力，以避免因局部脆性失效导致结构整体失稳。此外，结构延性设计还要求在节点区域采取特殊加固措施，如采用箍筋密集区和横向加劲件等，以增强节点的延性和抗剪能力。通过适当配置钢筋和调整构件截面，增强梁柱节点的耗能能力，确保在多层次荷载作用下结构能够保持较高的整体变形能力。结构延性设计为实现“小震不坏，中震可修，大震不倒”的抗震目标提供了技术支撑，是确保高层建筑在地震作用下安全性和韧性的核心手段[5]。

（二）调谐质量阻尼器设计

调谐质量阻尼器（TMD）设计是提升高层建筑抗震性能的重要技术手段，通过设置附加质量块及其阻尼系统，调节结构在地震和风荷载作用下的动力响应，以减小建筑结构的振动幅度和位移响应。TMD系统通常由质量块、弹簧元件和阻尼装置组成，通过调整质量块的频率与建筑结构的自振频率相接近，从而达到“调谐”效果，在地震激励下使TMD产生反相运动，通过惯性力抵消结构的部分振动能量，达到耗散振动能量的目的。TMD设计需根据建筑结构的动力特性进行精确调谐，确保TMD的固有频率与结构频率匹配，以增强能量耗散效率。考虑到高层建筑复杂的动力特性，TMD的质量、刚度和阻尼比需经过严格计算，以在频率范围内实现最佳的减振效果。此外，TMD的布置位置通常位于建筑顶部，以最大化惯性力矩，提升其对结构位移控制的作用。通过合理设计和布置，TMD不仅显著降低了结构的层间位移和最大加速度响应，也提高了结构的抗震耐久性，为高层建筑在地震作用下提供了重要的防护措施。调谐质量阻尼器设计为高层建筑结构的抗震性能提升提供了一个经济且高效的解决方案，在超高层建筑抗震设计中具有重要的应用价值[6]。

（三）构件强度与刚度设计

构件强度与刚度设计是高层建筑抗震性能设计的核心环节，旨在确保结构构件在地震作用下具备足够的承载能力和抗侧刚度，以抵御水平荷载并防止结构倒塌。强度设计要求通过合理的截面尺寸和材料配置，使梁、柱、剪力墙等关键构件达到规定的承载力，尤其是在地震荷载下能够承受极限内力而不发生脆性失效。刚度设计则主要通过控制构件的侧向刚度，确保建筑整体在水平荷载作用下的层间位移角符合抗震规范要求，从而减少非结构构件的破坏风险。构件强度设计应遵循“强剪弱弯”的设计原则，即剪力墙和柱构件应具有高于梁构件的强度，从而保证塑性铰形成于梁端，而非柱端，以提高结构整体的延性。刚度设计则要求对柱、剪力墙和楼板等构件的截面尺寸和钢筋配置进行优化，以满足不同楼层的刚度需求，同时实现整体的变形协调。此外，构件设计需考虑到实际施工过程中可能的偏差，通过适度提高构件的安全裕度和设置构造措施，如增加钢筋量或配置粘结型钢筋，以保证构件强度和刚度在实际条件下的可靠性。构件强度与刚度设计在高层建筑抗震中发挥着基础性作用，为结构的安全性、耐久性和抗震稳定性提供了坚实的保障。

结语

综上所述，高层建筑抗震性能的提升是确保建筑安全性和耐久性的核心要求，针对不同的结构形式和设计策略进行系统性优化显得尤为重要。本文基于抗震设计的基本原理，深入探讨了伸臂结构、框架-剪力墙结构和筒体结构的设计要点，并提出了延性设计、调谐质量阻尼器设计以及构件强度与刚度设计等关键策略。通过这些策略的有效应用，高层建筑能够在地震荷载作用下实现更优的耗能能力和抗震稳定性。未来，随着抗震技术和材料科学的进一步发展，基于性能的设计理念将在高层建筑抗震设计中发挥更为重要的作用，为建筑结构的抗震安全提供更坚实的技术支持。

参考文献

[1]何玉龙.建筑工程中钢筋混凝土高层建筑结构设计研究[J].城市建设理论研究（电子版），2024，（20）：100-102.

[2]陈嵘.《建筑抗震设计规范》和《高层建筑混凝土结构设计规程》抗震性能化设计规定的分析对比[J].结构工程师，2024，40（04）：76-82.

[3]程彪.高层建筑结构设计中的抗震策略研究[J].城市建设理论研究（电子版），2024，（15）：70-72.

[4]王东旭，齐华伟.超高层装配式建筑结构设计与抗震性能分析[J].住宅产业，2024，（05）：51-53.

[5]包洁玮.性能化设计在超高层建筑结构设计中的应用[J].四川水泥，2024，（02）：91-93.

[6]秦佃蕊.超高层建筑结构设计的关键性问题研究[J].房地产世界，2024，（03）：33-35.