高層建筑結構工程抗震設計要點分析

竇勝男

摘要：建筑物的抗震性能易受到復雜因素的影響，存在諸多的問題，給建筑物的安全帶來了隱患。造成這些問題的原因是多方面的，包括認識不足、設計人員對抗震概念設計的忽視（未能全面把握全局）、法制建設（抗震設防管理尤其是處罰管理缺乏國家法律依據）。因此，堅決貫徹落實相關建筑法規，貫徹高層建筑抗震設計的基本原則，是保證高層建筑抗震性能的基本保證。本文介紹了地震作用下高層建筑結構的破壞特點，分析了我國高層建筑抗震設計中存在的問題，探討了高層建筑結構抗震設計的對策。

關鍵詞：建筑結構;抗震設計;問題;要點

前言

現代城市的發展促使高層建筑的不斷增多，抗震結構設計也顯得越來越重要。而新型結構體系結構形式復雜，分析難度大，全面細致的考慮結構各個構件和每個組成部分，成為今后新型結構體系設計和考慮的重點。關鍵詞：高層建筑抗震設計特點問題對策

一、我國高層建筑抗震設計中存在的問題

1.部分建筑物高度過高

根據我國現行的高層建筑混凝土結構技術規程規定，在標準的防裂度和科學的結構形式下，高層建筑需要有合理的建設高度，只有在這種高度下，抗震設計才會穩定安全，但是，我國有不少建筑已經超過的高度限制，當遇到震力時，這些超高的建筑物的變形破壞性會發生很大的變化，因而會降低建筑物的抗震性能，同時，其它的不良的因素也會被誘發出來，導致結構設計和工程預算參數的改變。

2.地基的選取不合理

現代城市不斷的發展，而人口也在不斷增多，城市的人均占有面積已經在逐漸減少，但很多建筑商忽略了這一個問題，他們發現哪里的利潤空間大，就會在哪里施工，但高層建筑應該選擇地域寬闊的土地，同時要保證土地的堅硬或密實均勻中，遠離河岸，不應垮在兩類土壤上，避開不利的地形或異性地形，例如：斷層、山崖、滑坡、地陷等，在這些地段開展建設也會遭遇很多危險。因此，地基選擇的錯誤還可能導致抗震能力差。

3.材料的選用不科學，結構體系不合理

特別是在地震多發地區，建筑材料的選擇和結構體系的設計受到人們廣泛的關注和重視。目前，我國建筑物主要是由鋼筋混凝土組成的。因此，變形的控制與設計必須以鋼筋混凝土結構的位移限值為準。但是，鋼筋混凝土的彎曲變形側移較大，如果利用鋼框架來減少位移，不僅會增加鋼筋的負荷，且無明顯的輔助效果，為此，有時還必須加大混凝土的剛度或設置伸臂結構，這樣才能勉強滿足其位移控制標準。

4.較低的抗震設防烈度

很多專業人士認為，現有的建筑安全設計之都已經無法在滿足國家的發展了，建筑結構的抗震設計水平還需要不斷的提高。因為我國現有的抗震設防標準還是較低的，中震相當于在規定的設計基準期內超越概率為10%的地震烈度，較低抗震防裂的標準也阻礙了抗震設計的發展。

5.軸壓比與短柱問題

在混凝土機構的建筑中，設計人員為了控制柱的軸壓比，促使柱的斷面更大，而柱的縱向鋼筋卻為構造配筋，即使使用高強度的混凝土，其柱面的尺寸也沒有明顯的減小。控制柱子的軸比，是為了讓柱子處于大偏壓狀態，避免IE 受拉鋼筋而導致的混凝土被碾碎，使柱子的抗變形能力降低，縮短的建筑結構的使用質量，如果建筑物遭遇到地震，耗散和吸收地震能量少，結構就容易被損壞。因此，如果在框結構中可以保持強柱弱梁設計，同時梁的穩定性良好，柱子變形的可能就會大大減少，設計人員便可放松軸壓的比限值。此外，有不少高層建筑底部幾層柱的長細比小于4，但并不代表這是短柱，當剪跨比≤ 2 的時候才能算是短柱。專家認為，目前要開展抗震設計，其高軸壓比應需提高。可是，在實踐中，即使能調整軸壓比限值，柱斷面并不能由于略微增大軸壓比限值而顯著減小。可見，在有抗震設計的高層建筑中使用鋼筋混凝土還需要進一步的研究。

二、高層建筑結構抗震設計的對策

1.推廣使用隔震和消能減震設計。

目前我國和世界各國普遍采用的傳統抗震結構體系是“延性結構體系”，即適當控制結構物的剛度，但容許結構構件在地震時進入非彈性狀態，并具有較大的延性，以消耗地震能量，減輕地震反應，使結構物“裂而不倒”。采取軟墊隔震、滑移隔震、擺動隔震、懸吊隔震等措施，改變結構的動力特性，減少地震能量輸入，減輕結構地震反應，是一種很有前途的防震措施。提高結構阻尼，采用高延性構件，能夠提高結構的耗能能力，減輕地震作用，減小樓層地震剪力。

2.減少地震能量輸入

積極采用基于位移的結構抗震設計，要求進行定量分析，使結構的變形能力滿足在預期的地震作用下的變形要求。除了驗算構件的承載力外，要控制結構在大震作用下的層間位移角限值或位移延性比;根據構件變形與結構位移關系，確定構件的變形值;并根據截面達到的應變大小及應變分布，確定構件的構造要求。對于高層建筑，選擇堅硬的場地土建造高層建筑，可以明顯減少地震能量輸入減輕破壞程度。錯開地震動卓越周期，可防止共振破壞。

3.在高層建筑的方案設計階段

結構材料選用也很重要。可以對材料參數隨機性的抗震模糊可靠度進行分析，改變過去對結構抗震可靠度的研究只考慮荷載的不確定性而忽略了其他多種不確定因素，綜合考慮了材料參數的變異性，地震烈度的隨機性及烈度等級界限的隨機性與模糊性對結構抗震可靠度的影響。

4.高層建筑減輕結構自重

從地基承載力來看，如果是同樣的地基條件，減輕結構自重意味著在不增加基礎或地基處理造價的情況下，可以多建層數，特別是對于軟土更為明顯。地震效應與建筑質量成正比，結構質量的增加必然引起地震力的增大。高層建筑由于高度較大，重心較高，地震作用傾覆力矩也隨質量的增加而增大。設計時要求高層建筑物的填充墻及隔墻應采用輕質材料。

5.高層建筑結構應設置多道抗震防線

建筑物應設置多道抗震防線，當第一道防線的構件在強烈地震作用下遭到破壞后，后備的第二道乃至第三道防線能抵擋后續的地震動的沖擊，使建筑物免于倒塌。高層結構形式應采用具有及壁式框架的框架剪力墻，剪力墻框架簡體，筒中筒等多道抗震防線結構體系。

參考文獻：

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[3]張卓.淺談高層建筑結構設計要點[J]. 現代經濟信息. 2009（14）.

（作者單位：遼寧北方建筑設計院有限責任公司）