我國高層建筑抗震結構設計初探

王海翠

摘要 在高層建筑工程項目建設中，抗震設計是整個建筑工程最為重要的環節，在設計中需要綜合考慮到多方面的因素。本文結合工作實踐分析了我國高層建筑抗震設計中存在的問題，并提出了一些自己的看法，希望對同行們有一定的參考作用。

關鍵詞 高層建筑；抗震結構；抗震設計

中圖分類號TU97 文獻標識碼A 文章編號 1674-6708（2011）43-0029-02

0引言

20余年來，世界上一些大城市先后發生了若干次大地震，有不少高層建筑遭受破壞或倒塌。通過震害分析及專門研究，對高層建筑的破壞規律逐步有了更多的認識。在一次大地震中破壞嚴重的往往不是高層建筑。正確設計與良好施工的高層建筑在強震作用下可以具有可靠的抗震性能。當然高層建筑遭到地震破壞會比一般建筑帶來更大的生命和經濟上的損失，因此必須慎重對待。高層建筑抗震是通過結構耗能來實現，因此必須采取有效措施保證整體結構及構件具有較高的延性，否則在大震作用下就可能造成嚴重破壞。對高層建筑而言，基礎結構必須有足夠的承載力和抗轉動能力。同一地區的房屋由于設計考慮不同，結構的抗震能力有較大差別，這也是同一地震造成建筑的不同程度損失的一個重要因素。

1 我國高層建筑抗震設計中存在問題的反思

1.1高度問題

按我國現行高層建筑混凝土結構技術規程（JGJ3-2002）規定，許多混凝土結構高層建筑的高度超過了國家規定的高度。對于這種超過國家高度限制的高層建筑項目，應當采取科學嚴謹的措施：首先必須要經過相關專家的論證，其次要進行模型振動臺試驗。在地震力影響下，超過國家高度限制的高層建筑項目的變形破壞性態會發生巨大的變化。因為隨著建筑項目高度的不斷增加，許多影響因素也會跟著發生質變，即有些參數本身超出了現有規范的適宜范圍，例如安全指標、延性要求、材料性能、荷載取值、力學模型選取等。

1.2材料的選用和結構體系問題

在地震多發區，采用何種建筑材料或結構體系較為合理應該得到人們的重視。由于結構以鋼筋混凝土核心筒為主，變形控制要以鋼筋混凝土結構的位移限值為基準。但因其彎曲變形的側移較大，靠剛度很小的鋼框架協同工作減小側移，不僅增大了鋼結構的負擔，且效果不大，有時不得不加大混凝土筒的剛度或設置伸臂結構，形成加強層才能滿足規范側移限值；此外，在結構體系或柱距變化時，需要設置結構轉換層。加強層和轉換層都在本層形成大剛度而導致結構剛度突變，常常會使與加強層或轉換層相鄰的柱構件剪力突然加大，加強層伸臂構件或轉換層構件與外框架柱連接處很難實現強柱弱梁。因此在需要設置加強層及轉換層時，要慎重選擇其結構模式，盡量減小其本身剛度，減小其不利影響。

1.3軸壓比與短柱問題

在鋼筋混凝土高層建筑結構中，往往為了控制柱的軸壓比兩使柱的斷面很大，而柱的縱向鋼筋卻為構造配筋。即使采用高強混凝土，柱斷面尺寸也不能明顯減小。限制柱的軸壓比是為了使柱子處于大偏壓狀態，防IE受拉鋼筋未達屈服而混凝土被壓碎，柱的塑性變形能力小，則結構的延性就差。當遭遇地震時，耗散和吸收地震能量少，結構容易被破壞。

2 高層建筑抗震設計的對策

高層建筑抗震設計除了選擇合理的結構類型和結構體系以及必要的計算分析以外，更重要的是在設計中全面考慮以下幾點要求：

1）結構的承載力和剛度要均勻連續分布適應結構反應的要求。結構某一部位超強或強度不足，在地震作用下都可能形成結構的相對薄弱部位而導致破壞。以上不僅是對主體結構而言，非結構墻體的不規則和不連續布置也會引起同樣的后果。底層相對薄弱比上層相對薄弱更為不利。要控制剛度和承載力的變化幅度，進行必要的變形分析。高層建筑的頂部往往有突出的塔樓。由于高振型的作用對塔樓要求有較高的承載力與延性，鋼筋混凝土結構往往不能滿足要求，可以采用型鋼一混凝土組合結構或鋼結構。當然要注意兩類結構的連接；

2）盡可能從設計和構造上實現多道抗震防線。例如框架結構首先是框架梁屈服，最后是柱屈服。在框剪結構中第一道防線是剪力墻的約束梁，其次是剪力墻和框架。在剪力墻結構中利用連梁的屈服耗能防止或推遲剪力墻肢的屈服。要實現這一要求必須根據結構反應控制各部件的強弱關系；

3）控制結構的屈服部位盡可能實現理想的機制，也就是橫向構件屈服而豎向構件除根部外均處于彈性。例如框架結構要求強柱弱梁，剪力墻結構要求強墻肢弱連梁等。要完全實現理想的機制，需要有較大的強弱差別，在設計中可以按照不同抗震標準適當掌握；

4）平面和外型比較復雜的建筑，為了減輕破壞防止倒塌各結構單元之間可以設縫徹底分離也可以不設縫而加強連接。對于高層建筑而言應盡可能創造條件不設防震縫，這樣對于建筑處理、防止碰撞以及提高抗倒塌能力都是有利的。當然不設縫要考慮剛度突變、沉降不均等不利作用。必須設縫時，縫寬除考慮結構的側移外還應考慮由于基礎轉動帶來的位移增大影響；

5）節點連接的承載力和剛度要與構件的承載力和剛度相適應。節點的抗力應大于被連接構件的全截面抗力。要從構造上采取措施避免節點的剛度和承載力過早退化，導致結構變形過大而失穩破壞。這對于無支撐體系的框架特別是裝配式鋼筋混凝土框架是非常重要的問題。裝配式鋼筋混凝土大板結構剪力墻的連接，特別是水平連接很難保證接縫密實均勻受力，在強震作用下容易產生樓層滑移影響整體穩定。加強剪力墻的豎向邊緣結構或沿豎向施加預應力可以增強抗滑移能力。

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