對高層建筑抗震設計相關知識的總結

【摘 要】隨著社會的發展與人口的增加，設計與修建高層建筑的案例也越來越多，本文主要介紹了高層建筑相關的設計基本原則，影響結構抗震的因素以及如何在施工過程中采取相關的措施。

【關鍵詞】高層建筑;抗震設計;基本原則;影響因素

0.引言

雖然老師在上課過程中只是講了一小部分相關結構抗震的知識，但是近些年來地震頻發，抗震設計也逐漸顯示出其在結構安全以及正常使用的重要性。

1.高層建筑抗震結構設計的基本原則

1.1結構構件應具有必要的承載力、剛度、穩定性、延性等方面的性能

①結構構件應遵守“強柱弱梁、強剪弱彎、強節點弱構件、強底層柱(墻)”的原則。

②對可能造成結構的相對薄弱部位，應采取措施提高抗震能力。

③承受豎向荷載的主要構件不宜作為主要耗能構件。

1.2盡可能設置多道抗震防線

①一個抗震結構體系應由若干個延性較好的分體系組成，并由延性較好的結構構件連接協同工作。例如框架—剪力墻結構由延性框架和剪力墻兩個分體組成，雙肢或多肢剪力墻體系組成。

②強烈地震之后往往伴隨多次余震，如只有一道防線，則在第一次破壞后再遭余震，將會因損傷積累導致倒塌。抗震結構體系應有最大可能數量的內部、外部冗余度，有意識地建立一系列分布的屈服區，主要耗能構件應有較高的延性和適當剛度，以使結構能吸收和耗散大量的地震能量，提高結構抗震性能，避免大震時倒塌。

③適當處理結構構件的強弱關系，同一樓層內宜使主要耗能構件屈服后，其他抗側力構件仍處于彈性階段，使“有效屈服”保持較長階段，保證結構的延性和抗倒塌能力。

④在抗震設計中某一部分結構設計超強，可能造成結構的其他部位相對薄弱，因此在設計中不合理的加強以及在施工中以大帶小，改變抗側力構件配筋的做法，都需要慎重考慮。

1.3對可能出現的薄弱部位，應采取措施提高其抗震能力

①構件在強烈地震下不存在強度安全儲備，構件的實際承載能力分析是判斷薄弱部位的基礎。

②要使樓層(部位)的實際承載能力和設計計算的彈性受力的比值在總體上保持一個相對均勻的變化，一旦樓層(部位)的比值有突變時，會由于塑性內力重分布導致塑性變形的集中。

③要防止在局部上加強而忽視了整個結構各部位剛度、承載力的協調。

④在抗震設計中有意識、有目的地控制薄弱層(部位)，使之有足夠的變形能力又不使薄弱層發生轉移，這是提高結構總體抗震性能的有效手段。

2.影響建筑抗震性能的因素

2.1房屋建筑抗震性能首先取決于建筑的抗震設防標準不僅僅是取決于建筑的抗震設防標準，還要嚴格的遵循建筑抗震設計規范

國家根據地震發生的可能性和震害的嚴重性確定各地區基本設防烈度，這是各地區抗震設計的基本參數，主要代表地面加速度的大小。對具體房屋，需要結合建筑使用功能的重要性確定建筑的抗震設防標準，即確定設計烈度和抗震等級。對一般建筑，設計烈度就是本地區設防烈度。設計烈度愈高，抗震能力愈強，但建筑造價也愈高。

2.2房屋結構的抗震性能與合理的抗震設計密切相關抗震設計就是要選擇合適的結構形式，確定合理的抗震措施，保證結構的抗震性能，確保建筑物滿足“小震不壞、中震可修、大震不倒”的抗震目標

高層住宅主要采用現澆剪力墻結構、框架——核心筒或框架——剪力墻結構，具有較好的強度和變形能力，抗震性能相對較好。因此，無論板式住宅還是點式住宅，只要設計合理，都可滿足抗震要求。多層住宅大部分采用磚混結構，目前多采用現澆樓板，并采取設構造柱和圈梁等抗震措施，或者采用框架結構，大大增強了抗震能力。

2.3房屋抗震性能還與施工質量等其它因素有關

在建筑房屋是還應加強施工質量監督、規范，對建筑的使用管理是十分必要的。

3.在施工過程中可以采取的抗震措施

保障多層建筑的抗震措施，是多層建筑“大震不倒”和不作“二階段設計”的關鍵。多層建筑的抗震措施內容，概括起來，可分為以下幾部分:

3.1構造柱和圈梁的設置

對橫墻較多的多層建筑，應設置構造柱；對橫墻或橫墻很少的多層建筑，應根據房屋增加一層或二層后的層數，設置構造柱。門洞寬不小于2m和窗洞不小于2.3m;“大房間”可界定為：層高3.6m或長度大于7.2m。對橫墻共同承重的裝配式鋼筋砼樓，屋蓋或木樓、屋蓋的多層建筑，應設置圈梁；對于隔開間或每開間設置構造柱的多層建筑，應沿設有構造柱的橫墻及內、外縱墻在每層樓蓋和屋蓋處均設置閉合的圈梁。

3.2構造門的連接措施

多層建筑各構件間的抗震構造連接是多層建筑抗震的關鍵。抗震構造連接的部位較多，重要部位的連接措施有下列幾項：

a.構造柱與樓、屋蓋連接。當為裝配式樓、屋蓋時，構造柱應與每層圈梁連接（多層建筑宜每層設圈梁）；當為現澆樓、屋蓋時，在樓、屋蓋處設240mmX120mm拉梁與構造柱連接。

b.構造柱與磚墻連接。構造柱與磚墻連接處應砌成馬牙搓，并沿墻高每隔500mm設拉結剛筋，每邊伸入墻內不小于1m。

c.墻與墻的連接。7度時層高超過3.6m或長度大于7.2m的大房間，以及8度和9度時，外墻轉角及內外墻交接處，當未設構造柱時，應沿墻高每隔500mm設拉結鋼筋，每邊伸入墻內不小于1m。

d.屋頂間連接。突出屋面的樓梯間等，構造柱應從下一層伸到屋頂間頂部，并與頂部圈梁連接。屋頂間的構造柱與墻以及墻與磚墻的連接，可按上述抗震措施采取。

3.3后砌體的連接

后砌的非承重砌體隔墻，應沿墻高每隔500mm設拉結鋼筋與承重墻連接，每邊介入墻內不小于0.5m。8度和9度時，長度大于5.1m的后砌墻頂，應與樓、屋面板或梁連接。

3.4欄板的連接

磚砌欄板應配水平鋼筋，且壓頂臥梁應與砼立柱相接，壓頂臥梁宜錨入房屋的主體構造柱。

3.5構造柱底端連接

構造柱可不單獨設基礎（承重構造柱除外），但應伸入室外地面下500mm，或錨入室外地面不小于300mm的地圈梁。

3.6懸臂構件的連接

a.女兒墻的穩定措施：6-8度時，240mm厚無錨固女兒墻（非出入口處）的高度不宜超過0.5m，當超過時，女兒墻的計算高度可從屋蓋的圈梁頂面算起，當屋面板周邊與女兒墻有鋼筋拉結時，計算高度可從板面算起。

b.懸挑構件:懸臂陽臺挑梁的最大外挑長度不宜大于1.8m，不應大于2m。不應采用墻中懸挑式踏步或豎肋插入墻體的樓梯。

4.結語

隨著未來人口的不斷增加，修建高層建筑會成為作為提供人類居住環境的主流趨勢，而對于高層建筑，由于其直接關系到人民生命財產的安全以及社會的穩定，結構的抗震設計將會是一個不得不重視的問題。然而在抗震設計中也存在著能用于實例研究的樣本少等問題，故有關高層建筑抗震設計的理論仍將有賴于每一個工程師的努力研究與不斷探索。 [科]

【參考文獻】

［１］劉大海，高層建筑結構方案優選[M]．北京：中國建筑工業出版社，2004．

［２］中華人民共和國國家標準[S].建筑抗震設計規范，2002，1，1.

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