高層建筑抗震設計中存在的問題分析

池碧波

城市化建設不斷深入的過程中，出現了大量高層建筑群，甚至部分高層建筑已經成為了城市的標志，具有象征性意義。高層建筑設計過程中，抗震設計是十分關鍵的環節，它直接關系到高層建筑的結構穩定性與安全性。基于此，本文對高層建筑抗震設計過程中存在的問題進行了綜合性分析，并提出了相關策略，以供參考。

高層建筑抗震設計的重要性分析

抗震設計在高層建筑設計中具有十分重要的意義。與普通房屋建筑工程相比，高層建筑的構造與之明顯不同，無論是規模還是構件都存在著較大差異。一旦高層建筑質量出現問題，所帶來的后果不堪設想。因此，在設計階段就要充分落實好質量控制。其中抗震設計與高層建筑工程整體質量存在著密切關聯。通過有效的抗震設計，可讓建筑結構的剛度、延性、整體性達到相關要求，使高層建筑整體穩定性得以提升。換句話說，抗震設計是否合理直接關系到高層建筑物的質量，應給予重視。

高層建筑抗震設計關鍵問題分析

高層建筑抗震設計過程中，以下問題是關鍵點：（1）高度。根據JGJ3-2002規定所述，要求高層建筑在一定設防烈度和一定結構形式下，需保持“適宜高度”。這個“適宜高度”與推薦規范體系要求是相匹配的，但很多高層建筑實際高度卻超出了“適宜高度”的限制。在地震力作用下，超高限建筑產生的破壞形變會存在較大變化，導致相關參數延性、剛度、荷載都會超出規范適宜范圍，會給建筑物結構的穩定性帶來嚴重影響。（2）結構形式篩選。建筑結構形式篩選是否合理，直接關系到結構的性能。通常情況下，高度超過150m的高層建筑結構主要包括三種結構體系即框筒支撐體系、框架支撐體系及筒中筒支撐體系。我國大多數高層建筑都會采取核心筒體系進行構建。該結構中，由鋼筋混凝土構成的核心筒需承受80%至90%的震層剪力，給鋼結構帶來了較大負擔。在這種情況下就需要合理設置裝換層及加強層，以控制其本身剛度。（3）材料選擇。我國大多數高層建筑都是以鋼結構為主。當建筑物高度過高時，由于鋼結構質量較小，且較為輕柔，必然會受到風振影響。因此，需要采用混凝土材料進行加固，其中鋼骨混凝土為首選材料。（4）抗震設防烈度。從客觀角度來看，我國建筑結構抗震設計設防烈度與歐美等發達國家相比，還是有所不足。構造規定安全度及也存在一定差距。另外，在配筋率、軸壓比等方面也不如發達國家嚴格。在這方面還需要進一步提升標準，并逐步完善。

完善抗震設計的有效措施

1.落實抗震驗算

在進行截面抗震驗算時，結構應在設防烈度下進入彈塑性狀態?？蓪⒋蟛糠纸Y構變形轉變為眾值烈度地震作用下構件承載力驗算的形式來表現。進行構件截面抗震驗算時，可選用非抗震承載力設計值，將承載力抗爭調整系數與其關聯起來。計算過程中，去地震作用效應值乘以抗震調整系數來進行折減。通過完善抗震驗算，保證建筑抗震設計的有效性，使抗震設計充分發揮作用。

2.設置多道抗震防線

在構建抗震結構體系時，應設置多道防線，將一些延性較好的分體系進行組合，并將這些構件相互連接，充分發揮其協同作用?？拐饓w系便可由抗震墻與延性框架構成，兩者共同作用，可進一步提升抗震結構的性能。抗震結構體系當中還需要設定充足的贅余度，包括內、外兩個部分。并按照相關規則構建規律分布的屈服區，讓建筑結構可充分吸收或消耗地震能量。體系當中還需要增加冗余設計，以增加抗震結構的可靠性。當建筑基本周期與地震卓越周期接近時，冗余設計便可充分發揮作用。即便是第一道抗側力防線受到破壞，第二道、第三道防線可接替第一道防線，發揮保護作用，以緩解共振，并降低地震的破壞作用。

3.完善隔震及消能減震設計

隔震系統具有足夠的豎向強度和剛度以支撐上部結構的重量，并且具有足夠的水平初始剛度。即便在風載與小震作用下，整個體系依然可處于彈性范圍內，滿足正常需求。而中強地震時，其水平剛度較小，結構為柔性隔震結構體系。同時，隔震系統本身具有較大的阻尼，地震時能耗散足夠的能量，可降低上部結構所吸收的地震能量。消能減震是在結構物某些部位設置耗能元件，通過元件產生摩擦，彎曲彈塑性滯回變形來消耗或吸收地震輸入結構的能量，以降低主體結構的地震反應，使結構破壞程度降低。例如，可在建筑結構適當位置添加金屬阻尼器，它可通過金屬的屈服滯回將地震能量消耗掉，以降低結構反應程度；又如，可通過調諧減震控制體系來加強結構的減震能力，該體系利用調整結構的動力特性來消減結構的振動反應，以達到減震效果。

結語

高層建筑抗震設計是一個較為復雜的過程，涉及因素較多，需要從各方面進行綜合性研判，才能得到獲取最佳的設計效果。通過落實抗震驗算、設置多道抗震防線、完善隔震及消能減震設計，可進一步強化整體抗震設計效果，讓建筑物的抗震性能得到提升。

（作者單位：中南建筑設計院股份有限公司）