浅谈高层建筑抗震设计

浅谈高层建筑抗震设计

摘要：本文作者分析了我国钢筋混凝土高层建筑抗震设计存在的主要问题，并提出了相应的设计对

关键词：高层建筑；抗震设计

Abstract: The author analyzes the main problems of reinforced concrete high-rise buildings for seismic design, and design countermeasures.Keywords: high-rise buildings; seismic design

我国是一个地震灾害比较频繁的国家，对于高层建筑来说，一旦遭遇地震，往往会遭受巨大的损失。因此在进行高层建筑结构抗震设计的过程当中应该充分考虑当地的地质情况，有针对性的进行相应的设计，尽可能的降低地震造成的损坏。随着我国经济的快速发展，高层建筑也越来越多，在这种情况下必须做好抗震设计。设计人员在高层建筑抗震设计中，都是按照抗震结构设计规范进行的，他们希望设计的结构能够达到强度、刚度、延性及耗能能力等方面达到最佳，为此从结构总体方案设计一开始，就运用人们对建筑结构抗震己有的正确知识去处理好结构设计中遇到的诸如房屋体型、结构体系、刚度分布，构件延性等问题，从宏观原则上进行评价、鉴别、选择等处理，再辅以必要的计算和构造措施，从而消除建筑物抗震的薄弱环节，以达到合理抗震设计的目的。

1 高层建筑抗震设计存在的问题

1.1 工程地质勘查资料不全

在设计初期，设计人员应该及时掌握施工场地的地质情况，但是往往在设计过程中，却没有建筑场地岩土工程的勘察资料，就不能很好的进行地基设计，给建筑物的结构带来安全隐患。

1.2 建筑材料不满足要求

对于材料而言，我们要明确这样一个道理:地震对结构作用的大小几乎与结构的质量成正比。一般说在相同条件下，质量大，地震作用就大，震害程度就大，质量小，地震作用就小，震害就小。所以，在建筑物的楼板、墙体、框架、隔断、围护墙以及屋面构件中，广泛采用多孔砖、硅酸盐砌块、陶粒混凝土、加气混凝土板、空心塑料板材等轻质材料，将能显著改善建筑物的抗震性能。

1.3 建筑物本身的建筑结构设计

建筑物如果平面布置复杂，致使质心与刚心不重合，在地震作用下产生扭转效应，加剧了地震的破坏作用，海城地震和唐山地震中有不少类似震害实例。台湾9.21 地震中，一栋钢筋混凝土结构由于结构平面不规则，在水平地震作用下，结构产生严重扭转效应而破坏倒塌，同时撞坏相邻建筑上部的阳台。

1.4 平面布局的刚度不均

抗震设计要求建筑的平、立面布置宜规正、对称，建筑的质量分布和刚度变化宜均匀，否则应考虑其不利影响。但有的平面设计存在严重的不对称：一边进深大，一边进深小；一边设计大开间，一边为小房间；一边墙落地承重，一边又为柱承重。平面形状采用L、π 形不规则平面等，造成了纵向刚度不均，而底层作为汽车库的住宅，一侧为进出车需要，取消全部外纵墙，另一侧不需进出车辆，因而墙直接落地，造成横向刚度不均。这些都对抗震极为不利。

1.5 防震缝设置不规范

对于高层建筑存在下列三种情况时，宜设防震缝：平面各项尺寸超过《钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规程》(JGJ3-91)中表 2.2.3 的限值而无加强措施；房屋有较大错层；各部分结构的刚度或荷载相差悬殊而又未采取有效措施；但有的竟未采取任何抗震措施又未设防震缝。

1.6 结构抗震等级掌握不准

结构抗震等级有的提高了，而有的又降低了，主要是对场地土类型、结构类型、建筑高度、设防烈度等因素综合评定不准造成。

上述这些问题的存在，倘若不能得到改正，势必对建筑物的安全带来隐患。上述这些问题的原因是多方面的，这就需要设计人员从设计的角度避免这些问题的出现，防止将这种问题带入施工中，应该高层建筑的抗震性能。

2 高层建筑抗震设计对策

2.1 结构规则性

建筑物尤其是高层建筑物设计应符合抗震概念设计要求，对建筑进行合理的布置，大量地震灾害表明，平立面简单且对称的结构类型建筑物在地震时具有较好的抗震性能，因为该种结构建筑容易估计出其地震反映，易于采取相应的抗震构造措施并且进行细部处理。建筑结构的规则性是指建筑物在平立面外形尺寸、抗侧力构件布置、承载力分布等多方面因素要求。要求建筑物平面对称均匀，体型简单，结构刚度，质量沿建筑物竖向变化均匀，同时应保证建筑物有足够的扭转刚度以减小结构的扭转影响，并应尽量满足建筑物在竖向上重力荷载受力均匀，以尽量减小结构内应力和竖向构件间差异变形对建筑结构产生的不利影响。

2.2 层间位移限制

高层建筑都具有较大的高宽比，其在风力和地震作用下往往能够产生较大的层间位移，甚至会超过结构的位移限值。而国内普遍认为该位移限值大小与结构材料、结构体系甚至装修标准以及侧向荷载等诸多因素有关，其中钢筋混凝土

结构的位移限值(一般在1/400-1/700 范围内)则比钢结构(1/200-1/500 范围内)要求严格，风荷载作用下的限值比地震作用下的要求严格。因此在进行高层建筑结构设计时应根据建筑物的实际情况以及所处的地理位置进行设计，既要满足其具有足够的刚度又要避免结构在水平荷载的作用下产生过大的位移而影响结构的承载力、稳定性以及正常使用功能等。

2.3 控制地震扭转效应

大量事实表明，当建筑结构的平面布置等不规则、不对称导致建筑层间水平荷载合力中心与建筑结构刚度中心不重合，在地震发生时建筑结构除发生水平位移外还易发生扭转性破坏甚至会导致结构整体倒塌，因此在结构设计中应充分重视扭转的影响。由于建筑物在扭转作用下各片抗侧力结构的层间变形不同，其中距刚心较远的结构边缘的抗侧力单元的层间侧移最大;同时在上下刚度不均匀变化的结构中，各层的刚度中心未能在同一轴线上，甚至会产生较大差距，以上情况都会使各层结构的偏心距和扭矩发生改变，因此，在设计过程中应对各层的扭转修正系数分别计算。计算时应主要控制周期比、位移比两个重要指标，即当两个控制参数的计算结果不能满足要求时则必须对其进行调整。当周期比不满足要求时可采用加大抗侧力构件截面或增加抗侧力构件数量的方法，并应将抗侧力构件尽可能的均匀布置在建筑四周，以减小刚度中心与质量中心的相对偏心，若调整构件刚度不能满足效果时则应调整抗侧力构件布置，以增大结构抗扭刚度。

2.4 减小地震能量输入

具有良好抗震性能的高层建筑结构要求结构的变形能力满足在预期的地震作用下的变形要求，因此在设计过程中除了控制构件的承载力外还应控制结构在地震作用下的层间位移极限值或位移延性比，然后根据构件变形与结构位移的关系来确定构件的变形值，同时根据截面达到的应变大小及分布来确定构件的构造要求，选择坚硬的场地土来建造高层建筑等方法来减小地震能量的输入。

2.5 减轻结构自重

对于同样的地基条件下进行建筑结构设计若减轻结构自重则可相应增加层数或减少地基处理造价，尤其是在软土基础上进行结构设计这一作用更为明显，同时由于地震效应

与建筑质量成正比，而高层建筑由于其高度大重心高等特点，在地震作用时其倾覆力矩也随之增加，因此，为了尽量减小其倾覆力矩应对高层建筑物的填充墙及隔墙尽量采用轻质材料以减轻结构自重。

2.6 选择合理结构类型

高层建筑的竖向荷载主要使结构产生轴向力，水平荷载主要产生弯矩。其竖向荷载方向不变，但随着建筑高度增加而增加，水平荷载则来自任何方向，因此竖向荷载引起建筑物的侧移量非常小，而水平荷载产生的侧移则与高度成四次方