高層建筑抗震設計原則及應注意的問題

摘要:高層建筑抗震工作一直建筑設計和施工的重點，概述高層建筑的發展，對建筑抗震進行必要的理論分析，從而來探索高層建筑的設計理念、方法，從而采取必須的抗震措施。為了避免短柱脆性破壞問題在高層建筑中發生，筆者認為，首先要正確判定短柱，然后對短柱采取一些構造措施或處理，提高短柱的延性和抗震性能。

關鍵詞:高層建筑 抗震 設計 措施

0 引言

結構工程師按抗震設計要求進行結構分析與設計，其目標是希望使所設計的結構在強度、剛度、延性及耗能能力等方面達到最佳，從而經濟地實現“小震不壞，中震可修，大震不倒”的目的。但是，由于地震作用是一種隨機性很強的循環、往復荷載，建筑物的地震破壞機理又十分復雜，存在著許多模糊和不確定因素，在結構內力分析方面，由于未能充分考慮結構的空間作用、非彈性性質、材料時效、阻尼變化等多種因素，計算方法還很不完善，單靠微觀的數學力學計算還很難使建筑結構在遭遇地震時真正確保具有良好的抗震能力。

1 高層建筑抗震結構設計的基本原則

1.1 結構構件應具有必要的承載力、剛度、穩定性、延性等方面的性能①結構構件應遵守“強柱弱梁、強剪弱彎、強節點弱構件、強底層柱(墻)”的原則。②對可能造成結構的相對薄弱部位，應采取措施提高抗震能力。③承受豎向荷載的主要構件不宜作為主要耗能構件。

1.2 盡可能設置多道抗震防線①一個抗震結構體系應由若干個延性較好的分體系組成，并由延性較好的結構構件連接協同工作。例如框架—剪力墻結構由延性框架和剪力墻兩個分體組成，雙肢或多肢剪力墻體系組成。②強烈地震之后往往伴隨多次余震，如只有一道防線，則在第一次破壞后再遭余震，將會因損傷積累導致倒塌?？拐鸾Y構體系應有最大可能數量的內部、外部冗余度，有意識地建立一系列分布的屈服區，主要耗能構件應有較高的延性和適當剛度，以使結構能吸收和耗散大量的地震能量，提高結構抗震性能，避免大震時倒塌。③適當處理結構構件的強弱關系，同一樓層內宜使主要耗能構件屈服后，其他抗側力構件仍處于彈性階段，使“有效屈服”保持較長階段，保證結構的延性和抗倒塌能力。④在抗震設計中某一部分結構設計超強，可能造成結構的其他部位相對薄弱，因此在設計中不合理的加強以及在施工中以大帶小，改變抗側力構件配筋的做法，都需要慎重考慮。

1.3 對可能出現的薄弱部位，應采取措施提高其抗震能力①構件在強烈地震下不存在強度安全儲備，構件的實際承載能力分析是判斷薄弱部位的基礎。②要使樓層(部位)的實際承載能力和設計計算的彈性受力的比值在總體上保持一個相對均勻的變化，一旦樓層(部位)的比值有突變時，會由于塑性內力重分布導致塑性變形的集中。③要防止在局部上加強而忽視了整個結構各部位剛度、承載力的協調。④在抗震設計中有意識、有目的地控制薄弱層(部位)，使之有足夠的變形能力又不使薄弱層發生轉移，這是提高結構總體抗震性能的有效手段。

2 高層建筑抗震設計常見的問題

在高層建筑的建設中，其中最主要的問題是對它的抗震問題的研究，其中又以中短柱問題為最主要的問題。現在首先介紹一下抗震設計中常見的一些問題。

2.1 缺乏巖土工程勘察資料或資料不全。有的在擴初設計階段還缺建筑場地巖土工程的勘察資料，有的在擴初設計會審之后就直接進入了施工圖設計，有的在規劃設計或方案設計會審后就直接進入了施工圖設計。無巖土工程勘察資料，設計缺少了必要的依據。

2.2 結構的平面布置。外形不規則、不對稱、凹凸變化尺度大、形心質心偏心大，同一結構單元內，結構平面形狀和剛度不均勻不對稱，平面長度過長等。

2.3 一個結構單元內采用兩種不同的結構受力體系。如一半采用砌體承重，而另一半或局部采用全框架承重或排架承重;底框磚房中一半為底框，而另一半為磚墻落地承重，這種情況常發現在平面縱軸與街道軸線相交的住宅，其底層為商店，設計成一半為底框磚房(有的為二層底框)，而另一半為磚墻落地自承，造成平面剛度和豎向剛度二者都產生突變，對抗震十分不利。

2.4 底框磚房超高超層。如1996年，對在杭設計單位作的一次專題普查，發現有69幢底框磚房超高超層。新項目亦普遍存在此現象，1999年某地塊住宅竣工交付使用驗收中發現有三幢底框磚房超高超層，甚至有超三層的。

2.5 抗震設防標準掌握不當。有一些項目擅自提高了設防標準，按照《建筑抗震設防分類標準(GB 50223-95)》劃分應屬六度設防的，但設計中提高了一度按七度設防，提高了建筑抗震設防標準，將會增加工程投資;有的項目嚴格應按七度采取抗震措施的，但設計中又按六度設防，減低了抗震設防標準，不利抗震。

2.6 結構的豎向布置。在高層建筑中，豎向體型有過大的外挑和內收，立面收進部分的尺寸比值B1/B不滿足≥0.75的要求。

2.7 抗震構造柱布置不當。如外墻轉角處，大廳四角未設構造柱或構造柱不成對設置;以構造柱代替磚墻承重;山墻與縱墻交接處不設抗震構造柱;過多設置抗震構造柱等。

2.8 框架結構砌體填充墻抗震構造措施不到位。砌體外圍護墻砌筑在框架柱外又沒有設置抗震構造柱，框架間砌體填充墻高度長度超過規范規定要求又沒有采取相應構造措施。

2.9 結構其他問題。有的底層無橫向落地抗震墻，全部為框支或落地墻間距超長;有的僅北側縱墻落地，南側全為柱子，造成南北剛度不均;有的底層作汽車庫，設計時橫墻都落地，但縱墻不落地，變成了縱向框支;還有的底框和內框砌體住宅采用大空間靈活隔斷設計，其中幾乎很少有縱墻。不少地方都采用鋼筋混凝土內柱來承重以代替磚墻承重，實際上將磚混結構演變為內框架結構，這比底框磚房還不利，因內框磚房的層數、總高度控制比底框磚房更嚴，因此存在著嚴重抗震隱患。更為嚴重的是這種情況并未引起目前大多數結構工程師的重視。

2.10 平面布局的剛度不均?？拐鹪O計要求建筑的平、立面布置宜規正、對稱，建筑的質量分布和剛度變化宜均勻，否則應考慮其不利影響。但有的平面設計存在嚴重的不對稱:一邊進深大，一邊進深小;一邊設計大開間，一邊為小房間;一邊墻落地承重，一邊又為柱承重。平面形狀采用L、π形不規則平面等，造成了縱向剛度不均，而底層作為汽車庫的住宅，一側為進出車需要，取消全部外縱墻，另一側不需進出車輛，因而墻直接落地，造成橫向剛度不均。這些都對抗震極為不利。

2.11 防震縫設置。對于高層建筑存在下列三種情況時，宜設防震縫:①平面各項尺寸超過《鋼筋混凝土高層建筑結構設計與施工規程(JGJ 3-91)》中表2.2.3的限值而無加強措施;②房屋有較大錯層;③各部分結構的剛度或荷載相差懸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設防震縫。

2.12 結構抗震等級掌握不準。有的提高了，而有的又降低了，主要是對場地土類型、結構類型、建筑高度、設防烈度等因素綜合評定不準造成。

上述這些問題的存在，倘若不能得到改正，勢必對建筑物的安全帶來隱患。上述這些問題的存在，倘若不能得到改正，勢必對建筑物的安全帶來隱患。上述這些問題的原因是多方面的，有認識方面的原因有計劃經濟向市場經濟轉化過程中出現的原因，有設計人員忽視了抗震概念設計方面的原因(未能從整體、全局上把握好)，有法律建設方面的原因(在工程抗震設防管理方面缺乏國家政府法律依據，特別是處罰方面)，通過這些問題來研究中短柱的問題。