淺談高層建筑的抗震設計

邱明華

(中鐵建安工程設計院有限公司，河北 石家莊 050043)

1 抗震設計的目標及等級規定

1.1 抗震設計的目標

建筑所在地區基本烈度數值是指該地區在以后50年的時間內，一般場所條件下可能遭受的超過概率為10%的地震烈度值。一個地區經過國家規定的相關權限批準之后所具有的抗震設防依據的地震烈度稱之為抗震設防烈度，我國現行的《建筑抗震設計規范》當中所提出的三水準的抗震設防要求主要是“小震可修，中震不壞，大震不倒”。上述抗震目標主要是通過二階段設計法得以實現，分別為(1)第一階段為按照小震的作用效應以及其他荷載效應的基本組合對結構構件的承載能力進行計算分析，同時在小震作用的情況下對結構的彈性形變進行驗算。(2)第二階段為在大震作用時對結構的彈塑性變形進行驗算，確保其可以滿足第三水準的抗震設防要求。而第二水準的抗震設防要求主要通過抗震的構造措施得以實現。

1.2 結構抗震的等級規定

地震的強度值主要是通過震級進行表示，一般將地震劃分為六級，小型地震的等級為3級，有感地震的震級一般為3級～4.5級，而中強地震的震級一般為4.5級～6級，地震震級為7級～8級的地震為強烈地震，而地震震級為8級以上的地震稱之為巨大地震。目前我國大部分民用建筑的抗震設防烈度為8度，對應的可抗地震震級為6級?？拐鸬燃壥墙ㄖO計部門依據國家相關規定，建筑物的重要性以及設防要求為標準，根據建筑自身的高度，結構類型以及該地區的設防烈度等進行的具體劃分，例如當前廣泛采用的鋼筋混凝土框架結構，抗震等級主要分為四級。

2 高層建筑抗震的計算方法

在發生地震的情況下，地面上處于靜止狀態的高層建筑物會由于地面的運動從而被迫產生運動。因此，地震作用的動力大小不但與地面運動有關，同時還與建筑物的動力特性具有一定的關聯性，建筑自身的結構動力特性需要通過計算的方式分析得出，目前地震力常采用下述三種方法進行計算。

2.1 底部剪力法

底部剪力法本質是一種擬靜力方法，主要是將地震作用力等效為靜力荷載的方式進行分析計算，通過最不利荷載組合的方式求算出最大的地震反應值，優點是具有較小的計算量，但是由于本身忽略了高階陣型所帶來的影響，同時對于第一陣型也進行了一定的簡化，所以這種計算方式的精度相對較差。

2.2 陣型分解反應譜法

這種方法主要是利用反應譜理論以及陣型分解理論對結構的最大地震反應進行計算分析，它的本質是一種擬動力法，所以它的計算量相對較高，但是相應的這種計算方法具有較高的計算精度，誤差主要來源于陣型組合過程中有關地震動隨機特性的假定。

2.3 時程分析法

隨著當前試驗技術以及電子計算機技術的快速發展，地震力的計算方式也得到了一定的發展，出現了一種新型計算方法時程分析法，這種方法是通過在結構模型當中輸入一定的地震波，然后對結構中的運動微分方程進行數值的積分，從而求算出該結構在整體地震時程范圍內的地震反應，時程分析法屬于完全動力方法的一種，較之于上述兩種方法具有更高的計算精度，相應的其計算量也更大，具體計算方法可以分為逐步積分法和陣型分解法兩種方式，而逐步積分法又包含了紐馬克β法和線形加速法兩種求算方式。

3 高層建筑的抗震設計分析

3.1 建筑場地及地基的選擇

建筑物的場地選取應根據實際的工程需要，對實際的工程地質條件和地震活動的具體情況進行掌握，同時了解地震地質的有關資料，分別對抗震的有利地段，不利地段以及危險地段進行綜合性的評價，對于不利地段，例如，地質較為松軟或者是具有軟弱下臥層的地質應該盡量避讓，在無法避讓時應結合設計單位采取有效措施，例如，進行砂石換填和采用樁基礎等。

3.2 建筑結構的規則性

建筑的抗側力結構適于采用簡單規則的平面布置方式，建筑平面的規則性可以保證建筑本身的承載力與剛度分布較為均勻。建筑平面適宜于采用矩形以及方形等平面形式，由于這類建筑平面形狀較為規整，所以在地震發生時可以保持建筑整體協調一致，使得結構的抗震處理相對安全簡單。建筑平面布置不規則時，例如，出現L形或者是部分凸出凹進等形狀時會造成結構質剛不同心，出現較大的扭轉震動，使得結構轉角應力過于集中，其中結構內部剛度較小的構件會因此承擔更多的水平地震力，容易造成構件破壞，最終造成整體結構因一側失效從而產生倒塌現象。此外為了避免抗側力結構的側向剛度以及承載力發生突變，應該將抗側力構件的材料強度以及截面尺寸從下到上逐漸減小，對于豎向不規則結構，在結構模型計算時應將其薄弱層的地震剪力增大1.15倍，同時按照有關規定進行彈塑性變形分析。

3.3 減輕房屋自重

在高層建筑當中建筑的地上部分其樓蓋自重約占40%左右，為了增強結構的抗震性能，減小結構層間水平應力值，避免豎向構件承擔更多的水平地震力剪力和彎矩，應該采取措施適當減小樓蓋自重，例如采用密肋樓板或者預制多孔板等結構形式。

對于剪力墻結構或者框架剪力墻結構的高層建筑而言，內部包含有較多鋼筋混凝土墻體，為了適當減輕墻體所造成的自重增加，在結構計算允許的范圍內應當適當減薄墻體尺寸，同時對于其中自承重墻體可以選擇使用加氣混凝土砌塊或者是輕骨料混凝土等材料設置輕型隔墻，這同時也是減輕房屋自重的有效措施。

4 結 論

高層建筑結構的抗震設計在結建筑結構的總體設計中十分重要，必須對建筑的地基基礎以及所使用的結構材料進行綜合性的考慮，對于不同情況不同類別的建筑應該區別對待，以此尋求最為合理的抗震設計方式。