高層建筑工程的抗震設計分析

劉志強

摘要：高層建筑除了要受重力荷載影響外，還會受到水平方向荷載作用，這樣如果其受到地震影響，就更容易出現結構損壞問題。為保證高層建筑工程施工質量，必須要結合其結構特點，對抗震設計要點進行綜合分析，確定技術要點，從根本出發選擇合適措施進行優化，降低各項因素的影響。本文結合實例對高層建筑抗震設計要點進行了簡要分析。

Abstract： In addition to the impact of gravity load， the high-rise building will be subjected to horizontal load， so if it is affected by the earthquake， it is more likely to appear structural damage. In order to ensure the construction quality of the high-rise building project， it is necessary to combine with the characteristics of the structure， to carry on the comprehensive analysis on the main points of seismic design， to determine the technical points， to select the appropriate measures to optimize and reduce the impact of the factors from the fundamental point of departure. This paper gives a brief analysis on the anti-seismic design of high-rise building.

關鍵詞：高層建筑；抗震設計；施工技術

Key words： high-rise building；anti-seismic design；construction technology

中圖分類號：TU97 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2016）30-0089-02

0 引言

對高層建筑工程建設特點進行分析，其底部結構受力大、上部結構受力小，為降低地震作用影響，對其進行抗震設計時，需要基于工程結構穩定性與安全性分析。結合目前高層建筑抗震設計所存不足，有的放矢的采取措施進行優化，以不影響工程基礎功能為基本要求，提高工程抗震性能。

1 高層建筑抗震設計效果影響因素

1.1 工程結構設計

為提高工程抗震性能，必須要提高對結構設計方面的重視，保證可以達到小震不壞、大震不倒要求。對于很多高層建筑工程來說，平面布置復雜度過高，質心與剛心存在偏差，受到地震作用時，產生的破壞更為嚴重。因此在結構設計時，盡量要保證工程質心與剛心重合[1]。另外，還要控制出屋面建筑部分高度，降低地震過程中的辮梢影響，提高工程抗震效果。

1.2 施工材料選擇

面對相同地震影響，所選材料質量性能越好，結構損傷程度越輕，相反則越為嚴重。為提高工程建設效果，應選擇應用隔斷、維護墻、樓板等構件來提高結構穩定性，將傳統施工材料替換為質量更輕的塑料板、空心磚、加氣混凝土板等，來提高工程結構抗震性能[2]。同時，還需要將材料管理貫徹到每個施工環節，嚴禁出現偷工減料行為，提高施工作業規范性，保證工程建設效果達到專業標準。

1.3 工程建設環境

地震發生后對工程產生的影響是多方面的，如山體崩塌、巖石斷層、代表滑坡等地表運動，以及水災、海嘯等次生災害。基于各項因素對建筑工程產生的影響，想要進行預防需要提前采取措施，并保證工程建設效果達到專業要求。其中，更為重要的是，想要降低地震災害的影響，需要合理選擇工程施工位置，提前對現場環境進行詳細勘察，掌握地質地形特征，盡量避開不利地段，選擇有利于抗震的地段。

2 高層建筑抗震設計現存不足與解決方案

2.1 前期準備不足

主要體現在施工現場與周邊區域地質地形材料掌握不全面，不能為施工設計提供依據。就我國建筑行業發展現狀來看，存在部分參建單位為降低成本，以縮短工期為目的，降低對前期準備工作的管理要求，導致各項資料準備不充分[3]。施工人員不了解現場地質地形特點，完全按照設計方案施工，與實際情況存在較大差異，出現問題的概率較大，是影響工程抗震效果的重要因素。

為提高建筑結構抗震設計效果，需要重視前期準備工作，安排專業團隊對施工現場進行地質勘察，掌握環境特征，將其作為影響因素進行分析，為抗震設計提供依據。建設與施工單位均要擺正態度，避免過分重視成本而取消前期準備作業，減少設計與實際差異，提高設計方案的可行性。

2.2 受力體系不當

高層建筑工程因設計導致負重結構不同，便會形成不同的受力體系。部分企業為降低施工難度，從工程受力體系角度出發，考慮負重結構要求，就會導致工程結構受力體系與抗震性能產生沖突。尤其是現在高層建筑工程結構日益復雜，會在很大程度上影響建筑工程抗震性能，削弱結構安全性與穩定性。

應用結構構件模型設計方法，對工程各類構件均建立一個三維有限元模型，表征結構平動與扭轉效應，提高受力體系設計合理性。盡量提高建筑數值模型細化度，并分析建筑反應結構性構件與非結構性構件交互作用，做好各個要素控制。對于只承擔重力荷載的結構體系，要重點分析其對高層建筑抗震性態的影響。

2.3 平面布置缺陷

很多高層建筑工程建設時，為實現特點要求，導致其外型設計并不符合專業要求，經常會出現平面不均衡、實際超設計長度等問題，不僅會增大施工難度，同時還會影響結構性能[4]。

在對高層建筑工程進行抗震設計時，要針對平面結構布置進行重點分析，避免因此方面缺陷而虛弱結構抗震性能。高層建筑抗震設計中，不規則結構往往使抗震設計與施工不能準確確定均衡點，忽視薄弱環節施工要求，進而會影響整體施工效果。

3 高層建筑抗震設計要點

3.1 選擇科學結構形式

建筑工程高度不斷增加，受地震作用影響也越來越嚴重，如果結構穩定性比較低，很容易出現水平位移問題，增加了結構安全隱患，同時在上下剛度不均勻變化的結構中，各層的剛度中心未能在同一軸線上，甚至會產生較大差距，因此，在選擇結構形式時，需要結合工程建設環境特點，重點考慮結構側移度，爭取提高結構整體穩定性。并且要總結以往經驗，分析不同結構形式所具有的特點，掌握其受力要求，保證所選結構形式可以達到抗震設計要求。

3.2 加強施工現場管理

處于軟弱地基的工程，如果不采取措施處理，會因為地基穩定性比較低，而造成結構出現沉降、倒塌等情況。這樣基于抗震要求，在進行結構設計時，需要重視現場管理，結合實際情況確定設計要點，且保證所選地點具有較高抗震優勢，通過采取相應措施對地基進行處理，提高其穩定性，從根本上來提高工程整體抗震性能[5]。

3.3 多層次結構抗震設計

保證高層建筑主要耗能構件具有符合規范要求的延伸性與剛柔性，對地震產生的作用力起到有效的延緩作用，降低對結構產生的影響，同時還可以提高工程整體設計效果。另外，還要做好對高層建筑內部構件關系的分析，無論是哪一層耗能構件出現屈服情況，均需要對其進行彈性檢測，確定其具有較長時間的抗倒塌與傾斜能力，提高工程抗震性能。

4 高層建筑抗震設計實例分析

4.1 工程概述

以某高層建筑工程為例，為一座綜合型辦公樓，總建筑面積62325.12m2，主體結構為矩形平面，長×寬為32.500m×21.500m。其中，主樓地下1層為人防地下車庫，底面標高-6.300m；地上16層，屋頂標高57.300m，其中1層層高3.900m，2層層高4.500m，3～6層層高3.900m，7～15層典型層高3.600m，16層層高4.600m。另外，東西側裙房共4層，裙房頂標高15.900m，地上與主樓設縫分開。主樓2～3層中間25.4m×24.3m范圍設置中庭上空，且1～4層中間不設置結構柱。工程施工地標準雪壓取值0.40kN/m2（n=50），標準風壓取值0.45kN/m2（n=50），抗震設防烈度為7度，設計地震分組為第二組。

4.2 抗震設計要點

①工程樓板局部不連續為樓板平面開大洞情況，需要在洞口周圍設置鋼筋混凝土梁，并適當提高周圍樓板厚度與配筋。其在進行結構計算時，洞口周邊一跨范圍樓板定義為彈性板，其余則按照剛性樓板設計。樓板開洞設計后共用結構長、短柱，要重點做好跨層柱長度的計算與復核。提高短柱箍筋對直徑對應抗震規范，且全部進行加高加密處理。而長柱則應該選擇用型鋼混凝土柱，延伸到5層層頂，其中型鋼材料為HN800×400×20×40，同樣對所有箍筋進行加高加密處理。對于軸力設計值較大的墻肢選擇用承載力高的型鋼混凝土剪力墻，提高分布筋最小配筋率為0.35%～0.40%。

②主樓1～4層中間抽柱造成豎向抗側力構件連續性降低，為將4層設計成結構轉換層，需要重點做好其剛度的控制，尤其是加強下部結構側向剛度，使轉換層上下主體結構側向剛度平穩過渡。同時，還可以提高剪力墻底部加強部位的抗震等級，而對于已經為特一級的不需要提高。且為彌補結構因布置樓梯與電梯井造成的板平面剛度減小，將板厚度提高到150mm，并選擇用雙層雙向通長配筋。

③對于4層層頂結構，豎向收進會對結構側向剛度產生影響，為提高剪力墻整體剛度，設計時可以提高關鍵部位樓板厚度，或者是增加配筋數量。同時，還應將收進部位樓板定義為彈性板計算，通過彈性時程分析法，對多遇地震進行補充計算。將框架部分承擔地震剪力進行調整，即調整值=MIN（0.2×底部總震剪力，1.5×樓層地震剪力標準值中最大值）。

5 結束語

在進行高層建筑結構設計時應根據建筑物的實際情況以及所處的地理位置進行設計，既要滿足其具有足夠的剛度又要避免結構在水平荷載的作用下產生過大的位移而影響結構的承載力、穩定性以及正常使用功能等。基于專業技術，對施工現場特征進行分析，確定結構設計要點，保證結構具有較高安全性與穩定性。

參考文獻：

[1]蔡靜敏.某超限高層建筑結構抗震超限設計與分析[D].華南理工大學，2013.

[2]劉建鑫.高層建筑結構抗震設計分析的主要內容[J].呼倫貝爾學院學報，2014（02）：111-116，110.

[3]張罡睿.高層建筑工程抗震設計中的相關問題分析[J].門窗，2014（04）：258-259.

[4]郭霞飛.高層建筑結構抗震設計思想與工程實例分析[J].四川建材，2009（03）：120-121.