論高層建筑結構抗震設計中存在的問題與對策

曹崇斌　王睿

摘要：隨著社會的飛速發展與科技的日新月異，高層建筑也漸漸地走上了人們的視野之中，一方面是因為高層建筑可以節約用地、縮短公共設施和市政管網的開發周期；另一方面是因為高層建筑可以減少市政府投資、加快城市的建設步伐。然而，近幾年中國的地震發生率越來越高，特別是在四川、云南等地，于是把高層建筑與抗震結合在一起就成為了一種必然的趨勢。本文將在說明高層建筑結構抗震設計的必要性與重要性的基礎上，分析研究高層建筑結構抗震設計中存在的一些問題與不足，并提出相應的對策，以期能夠促進高層建筑的抗震設計水平，同時也能夠使得高層建筑在建筑史上向前跨一大步。

關鍵字：高層；建筑；結構；抗震；設計

近些年來，我們國家發生地震的幾率越來越高，最讓人震驚的應該是2008年四川汶川的那一次地震，它給受災的人們的身心帶來了極大的傷害和沖擊，它不僅僅使得人們損失了錢財物，更是帶走了許許多多的生命，給不計其數的生還者留下了無盡的精神創傷。此外，還有諸多的小型地震在不間斷的發生著，比如云南，還有我國百分之六十的地區是有可能發生地震的。高層建筑是現今時代發展的一個需要與必然趨勢，中國人口很多，雖然‘地大物博，但是因為還有很多的地方是不能夠住人的，所以人均占地并沒有我們想象的那么豐富，所以將高層建筑與抗震設計結合起來是有必要的，并且它們的結合是符合時代發展的要求的。高層建筑結構抗震設計不僅能夠增長房子的壽命，并且可以在一定程度上減少地震帶給人們的傷害。當然高層建筑結構抗震設計現在還處于起步萌芽階段，它自身還存在著諸多的不足與問題，筆者將結合實際情況提出相應建議，希望有助于高層建筑結構抗震設計的發展，同時也希望高層建筑與抗震都能夠在未來發展的越來越好。

一、高層建筑結構抗震設計中存在的不足與問題

1、建筑物的高度問題

自公元120年第一棟高層建筑霍姆丹宮問世以來，越來越多的建筑物或因為旅游觀光的需要或因為節約土地的需要越來越追求‘高度，甚至于超出規定的范圍，但是一般來說建筑物越高，抗震能力就會越差，這不僅僅對高層建筑結構抗震設計的要求相應的提高了，而且也會在一定程度上增加高層建筑結構抗震設計的難度。

2、高層建筑選取的地基不合理

中國雖然是一個地大物博的國家，但是地形地勢復雜且多樣化，平原、盆地、高原、山脈、峽谷等相錯分布，各個地區地形地勢復雜，特別是南方與其他國家接壤的邊境地帶恰恰處于亞歐板塊與印度洋板塊的交界地帶除了地形本身的復雜性之外，板塊的活動也會導致地震的發生，所以這些特殊地區尤其應當予以重視高層建筑結構抗震設計中的地基問題，地基選址是高層建筑的重要組成部分與先決條件，正確的地基選擇不僅有利于高層建筑的修建和建筑壽命的延長，并且有利于增強高層建筑的防震能力[1]。

3、高層建筑結構體系的設計不合理，選用的材料不科學

高層建筑使用哪種結構體系和建筑材料比較科學合理應當受到足夠的重視，特別是在地震的易發區和多發區，一方面結構體系與選用的材料直接的影響高層建筑的‘質量；另一方面結構體系域選用的材料也直接的關系到建筑的抗震能力。我國目前的建筑結構是以鋼筋混凝土核心筒為主，以鋼筋混凝土的位移限制作為變形控制的基準，但是由于彎曲變形的側移大，使用剛度小的鋼框架協調工作以減小側移，效果并不明顯，并且還增大了鋼結構承受的負擔。

4、抗震設防的烈度較低

抗震設防烈度是指按國家規定的權限批準作為一個地區抗震設防依據的地震烈度[2]。雖然很多的行業專家在很久以前就提出了我國目前的建筑結構設計中的對于抗震安全度的規定已經不適應我國目前的發展需要，應該較大幅度的提高建設結構抗震設計的水平，但是我國目前現行的抗震設防標準較低，據統計中震相當于在規定的設計基準期中超越概率百分之十的地震烈度，抗震的設防烈度較低不僅會導致高層建筑的抗震要求也隨之減低，而且也會降低人們的高層建筑結構抗震設計的意識。

二、對高層建筑結構抗震設計的建議

1、減少地震的輸入能量

地震對高層建筑的破壞性主要體現在地震發生時產生的能量輸入高層建筑使其受到沖擊和共振破壞這兩個方面，高層建筑可以在考慮地形地勢的前提下選擇堅硬的地基來進行建造或者人工建造一個堅實的地基，這樣不僅能夠明顯的減少地震所產生的能量輸入，而且還可以有效地防止共振破壞。

2、選用合適的結構材料

高層建筑結構的抗震設計中重要的部分就是對建筑結構的設計和材料的選擇，首先，合適的建筑結構設計在需要專業的設計人員的同時也要學會創新，設計人員的素質一定要過硬，而且還需要有創新意識與超強的實際行動力[2]。其次，材料的選擇也是決定高層建筑抗震能力的重要因素，現今越來越多的豆腐渣工程被揭露出來，雖然有部分原因是負責人的素質跟不上，但是最主要的還是建筑物的材料問題。所以，差質量的材料不僅會損失人們的利益，還會使得高層建筑的抗震設計成為一個空中理想。

3、減輕高層建筑的結構自重

雖然最理想的抗震設計是低層建筑，但是現實中的很多問題使得高層建筑結構才能滿足人們的需求[3]。在承認和面對這一境況之后也只能想法設法的加強高層建筑結構的抗震能力，其中可以直接的產生效果的應該就是減輕高層建筑的結構自重了，除了上述第三點講到的選取合適的材料之外，還可以在高層建筑的設計之中可以充分考慮高層的特殊性，適當的舍去一些低層建筑必需而高層不一定需要的東西[4]。除此之外，還可以利用現有的科學技術為高層建筑的抗震服務，以減輕高層建筑的自重。

4、設置多道抗震防線

眾所周知，一根筷子是很容易折斷的，但是一把筷子就很難折斷了。抗震防線就和這筷子一樣，一種抗震防線措施很容易被破壞，但是多道抗震防線就沒有那么容易被破壞了[5]。在高層建筑結構抗震設計中可以充分利用這一點多設計幾道抗震防線，就算第一條抗震防線被破壞了，還有其他的抗震防線可以備用。這樣不僅增強了抗震能力而且還可以增強地震受災人員的心理防線。

5、推廣消能減震和隔震設計

延性結構體系是我國和其他許多國家普遍使用的傳統的抗震結構體系，適當對結構物的剛度進行控制，同時容許結構的構建在地震時通過進入非彈性狀態獲得較大延性，從而達到減輕地震反應、消耗能量的目的，保證高層建筑物不發生倒塌。這一設計雖然是比較傳統的方法，但是它能夠有效的保證建筑的抗震能力，值得去發揚光大。

結語：總而言之，高層建筑結構與抗震設計相結合是時代發展的一個需要與趨勢，它們的結合淺顯的來說可以節約土地與資金，減少地震給人們帶來的災難；深層一點來說它們的結合可以促進社會的發展以及國家的前進。雖然它還存在著建筑物的高度、選取的地基不合理、結構體系的設計不合理、選用的材料不科學、抗震設防的烈度較低等一系列的問題和不足，但若使得相應的建議得以實踐，相信高層建筑結構抗震設計能夠發展的越來越好。

參考文獻：

[1] 鄒昀，呂西林. 基于結構性能的抗震設計理論與方法[J]. 工業建筑. 2006（09）

[2] 孫俊，劉錚，劉永芳. 工程結構基于性能的抗震設計方法研究[J]. 四川建筑科學研究. 2005（03）

[3] 徐培福，戴國瑩. 超限高層建筑結構基于性能抗震設計的研究[J]. 土木工程學報. 2005（01）

[4] 汪夢甫，周錫元. 高層建筑結構抗震彈塑性分析方法及抗震性能評估的研究[J]. 土木工程學報. 2003（11）

[5] 程斌，薛偉辰. 基于性能的框架結構抗震設計研究[J]. 地震工程與工程振動. 2003（04）