高層建筑結構抗震設計要點分析

陳冠龍

摘要：從目前我國高層建筑抗震設計的基本思路入手，對高層建筑結構抗震設計要點進行了分析，并著重論述了高層建筑抗震設計中存在的問題，以促進建筑業的進一步發展。

關鍵詞：高層建筑;結構;抗震;設計要點

引言

在我國經濟的高速發展和全球經濟一體化的趨勢下，我國的基礎設施有了突飛猛進的發展。高層建筑的產生滿足了人們對現代化都市生活的追求，空間上的發展也節約了土地的使用，同是也是一個城市現代化程度的標志。隨著高層建筑的不斷增加，高層建筑的安全性及抗震性問題突顯重要。特別是近幾年來，我國地震災害頻發，地震對建筑物的破壞及人們生命財產的安全所造成的傷害讓人觸目驚心。

1 高層建筑抗震結構設計的基本原則

“小震不壞、中震可修、大震不倒”作為結構抗震設防的三水準要求的具體含義是：“小震不壞”是第一水準要求，要求建筑結構在多遇地震作用下均滿足承載力極限狀態和建筑結構的彈性變形不超過規定值;即：能保障人們的生產、生活等各項社會活動的正常進行?！爸姓鹂尚蕖睘榈诙疁室?，要求建筑結構具有一定的變形能力，不會發生不能修復的脆性破壞，結構的延性滿足規范的抗震措施和抗震構造措施;即：保障人的生命安全和減小經濟損失?！按笳鸩坏埂睘榈谌疁?，要求建筑結構有足夠的變形能力，強烈地震時彈塑性變形不超過規定限值;即：避免倒塌，保障生命的安全。第一水準為承載力驗算階段，適用于大多數結構，如規則的結構及一般不規則結構。第二、第三水準為彈塑性變形驗算階段，適用于在強震時容易倒塌的結構、有明顯薄弱層的不規則結構及有特殊要求的結構。結構抗震設計中，“小震不壞”通過其自身的抗震承載力實現，而“大震不倒”主要依靠結構構件的延性來保障。因此要求結構構件必須具有足夠的延性。即結構構件屈服后，其本身承載力不降低或基本不降低，并且有足夠變形能力，用延性來吸收和耗散地震的能量，以保證建筑結構的安全可靠。結構構件除具有必要的延性外，還應具有足夠的承載力、剛度和穩定性。結構構件的關鍵部位遵循“強剪弱彎、強柱弱梁、強節點弱桿件”的設計原則。對可能出現薄弱層的部位，采取措施提高其抗震能力。還有結構構件在設計時應具有多道防線，多道防線對結構在強烈地震下的安全是非常重要的。

2 高層建筑結構抗震設計的主要要點

由于地震的不可預知性，高層建筑結構在設計過程中很難準確地預測建筑物所遭遇的地震特性和基本參數，只靠計算很難使高層建筑結構具備良好的抗震性能，這就要求每個結構工程師必須重視建筑結構的抗震概念設計。因此，高層建筑結構在抗震設計中，應注意以下幾點：

1）建筑結構的平面布置。建筑結構的平面布置是影響結構抗震的重要因素，合理的建筑平面布置對建筑結構設計是至關重要的。大量地震災害表明，平面布置簡單、對稱規則、質量和剛度分布比較均勻并且具有明確傳力途徑的建筑結構在地震時不容易發生破壞。規則結構能較為準確地預估結構的作用效應和地震時的反應，較容易采取有效的抗震措施及相應的結構措施來加強其抗震性能。相反，平面布置復雜、不對稱且不規則的結構，其地震作用效應很難估計的。因此，高層建筑結構中規范規定，宜采用規則結構，不應采用嚴重不規則的結構。

2）建筑結構的體系選擇。高層建筑結構設計中，就優先采用具有多道防線的結構體系。例如：框架—剪力墻結構、剪力墻結構和筒體結構。這三種結構可以作為地震區高層建筑的首選體系。當建筑物高度不高且層數不多時，可采用框架結構。但當建筑物位于地震區，且高度均較高時，應避免采用框架結構、板柱剪力墻結構。因為，地震具有強破性且持續時間很長，往復次數較多，能夠對建筑物造成累積破壞。單一的結構體系在遭遇地震時，一旦發生破壞，很容易造成房屋倒塌，危及人們的生命及財產的安全。當結構體系具有多道防線時，當遭遇地震時，第一道防線遭破壞后，后續的防線仍然能抵抗地震的沖擊力，可以最低限度的防止建筑物的倒塌，給人們以充分的時間進行逃生，保證人民的生命安全。因此，高層建筑結構抗震設計中的多道防線是進行抗震設計時所必須設置的。

3）結構薄弱層。當建筑結構的側向剛度分布不均勻、豎向抗側力構件不連續和樓層承載力突變時，容易產生薄弱層。薄弱層在地震中是最先遭受破壞的部位。因此，對有明顯薄弱層的結構，應采用相應的抗震構造措施來提高其抗震能力。結構構件的實際承載能力是判斷薄弱層部位的基礎，有意識、有目的地控制薄弱層部位，讓它有足夠的變形能力，而且不使薄弱層發生轉移是提高結構抗震性能的重要手段。

3 高層建筑抗震設計常見問題

1）高層建筑結構的地基問題。

高層建筑結構在設計階段，應有完善的巖土工程勘察報告，為結構工程提供基本的設計依據。建筑結構場地應選擇在有較穩定的基巖、開闊、平坦、土層堅硬或較密實的有利地段，不應建造在容易發生滑坡、地陷、崩塌和泥石流等不利地段及抗震的危險地段，有利地段的建造對建筑物的抗震是十分有利的。有時由于建設單位工期要求，在確定方案后設計人員就直接進入了施工圖設計階段，從而忽略了巖土工程勘察資料和場地的選擇，從而給后續工作帶來不必要的麻煩。

2）高層建筑結構平面布置問題。

高層建筑為了追求外立面效果的美觀而設計成平面不規則、不對稱且有較大凹進或較大開洞的結構，這種結構對抗震十分不利。因此，在建筑方案正式確定前，結構工程師就應對建筑平面布置、體型方面的內容提出自己的見解，及時和建筑師進行溝通，盡量選用平面、豎向規則對稱、質量和剛度、承載力均勻的平面布置，這對抗震十分有利。

3）高層建筑結構的高度問題。

如今的高層建筑結構的高度越來越高，甚至出現了很多超高層的高層建筑，這就對結構工程師的專業知識提出了更高的要求。不同的高度對應不同的結構體系，規范上有明確規定。一旦結構超過了規范規定的限制高度，就應通過專門的審查、論證進行更嚴格的計算分析和研究。

4）高層建筑抗震設防等級的選取問題。

抗震等級是結構抗震設計的重要依據，抗震等級選取不當將給建筑物的安全帶來許多隱患，對工程造價也會帶來不必要的浪費?？拐鸬燃壐鶕课莸膱龅仡悇e、抗震設防烈度、建筑高度、結構類型等因素綜合評定。每個結構工程師應當熟練掌握結構的抗震概念設計和規范知識，做到該提高的應當提高其抗震等級，該降低則應適當降低。

5）計算軟件的合理應用。

高層建筑結構抗震設計時，應該應用正規的結構設計軟件進行設計，軟件中的各個參數指標能夠正確反映建筑物的特征。結構工程師能正確分析結構軟件所計算的結果，并做出正確的判斷。但有時計算機設計會給結構工程師帶來一種錯覺，有的結構工程師往往過分依賴計算結果，而減少了結構的概念學習。一旦選擇了錯誤的計算參數，就會導致結構設計出現問題，對結構的安全和經濟方面造成影響。因此，結構工程師應加強自身的業務學習和抗震概念設計的理解，做到熟練掌握相關的結構概念設計，并且根據自身的專業知識配合計算結果選擇最佳的結構設計方案。

4 結語

在現代化進程高速發展的今天，高層建筑的發展也突飛猛進。建筑造型獨特新穎的建筑，規模和高度也在不斷增加。隨著建筑業的進一步發展，滿足高層建筑的材料、形式、整體力學模型都將趨于復雜和多元化，這就要求每個結構工程師要有過硬的專業知識、清晰的概念分析和熟練掌握處理問題的能力，不斷的探索和研究，為我國建筑業的發展貢獻自己的力量。

參考文獻：

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