高層建筑物結構的抗震設計

石慧民

（哈爾濱正大建筑企業集團有限責任公司，黑龍江 哈爾濱 150001）

高層建筑物結構的抗震設計

石慧民

（哈爾濱正大建筑企業集團有限責任公司，黑龍江 哈爾濱 150001）

本文通過對汶川地震中建筑物構造的分析，與工程實踐相結合，探討了高層建筑物結構抗震設計中的常見問題，對于提高高層建筑物的建設質量及抗震性具有一定的借鑒意義。

高層建筑物；抗震設計；建筑質量

1. 前言

2008 年汶川大地震產生的災難性后果對于土木工程技術人人員帶來的反思是深刻的，各類建筑物在地震中的表現也不斷提高了對建筑物抗震性的認識，本文通過對汶川地震中建筑物構造的分析，與工程實踐相結合，對高層建筑物結構抗震設計中的常見問題進行了探討。

2. 汶川震害中建筑物構造方面的問題

2.1 不合理的住宅結構體系

一是在建筑物結構設計過程中，結構設計師為實現在外形上的突破，建筑師拆掉具有抗震作用的一些柱子，將洞口開大，大量混凝土構件在砌體結構中，導致不合理的結構設計，與縱橫墻共同承重體系相背離，對結構整體性及傳力路徑造成破壞，受水平地震作用影響，這樣的建筑結構將會造成失穩坍塌；二是不規則布置，具有很深凹口，將嚴重削弱樓板剛度。在高層建筑中存在過大的內縮、外伸，將引起剛度突變，剛度突變位置在地震中受到破壞的可能性更大。不合理的布置承重體系，在地震中將使結構產生嚴重的扭轉破壞；為節約建設費用，在設置時防震縫沒有達到抗震規范要求，加大了建筑形狀復雜度，在地震中結構將產生集中應力與破壞性扭轉；四是樓梯在建筑中屬于最薄弱的地方，因不合理設置樓梯位置，將破壞建筑；五是現澆住宅具有最好的整體性和剛度，其次是裝配整體式樓屋蓋，最差的是預制板樓屋蓋，采用預制板樓屋蓋在地震中將受到最嚴重的結構破壞。

2.2 抗震構造缺乏一定的措施

汶川地震中，震區很多的砌體建筑發生倒塌，主要還是建造于我國抗震設防理論不健全時，采用目前的抗震理論，很多建筑都沒有采取合理的抗震構造措施，一些建筑物構造設計都沒有考慮抗震，因此導致建筑物發生垮塌。在梁、柱節點處，底框結構沒有采用加密箍筋，地震時節點產生壓屈，破壞了鋼筋外鼓；預制樓板不存在拉結，因砌體結構不具有良好的整體性，要對構造柱和圈梁設立，應確保整體性，而很多建筑物的設置對于作用發揮不夠理想，諸如圈梁配置較少的鋼筋，建筑物在地震中將導致由于較差整體性而破壞建筑物整體；樓梯板在彎矩最大處留有施工縫，在此位置將造成破壞建筑物結構；最薄弱的是連接樓梯與主體結構，若樓梯破壞在地震時早于主體，將逃生通道堵塞；抗震縫寬度沒有達到規范要求，或由于施工將抗震縫堵塞而沒有采取清理措施，造成抗震縫發揮不了應有的作用，在地震中使建筑物由于碰撞而將雙方擠壞；設置的墻體拉結鋼筋間距和錨固深入墻體長度達不到規范要求或由于對設置的疏漏而破壞結構等。

2.3 材料強度與建筑物砌體質量控制等級降低

因砌塊或砂漿強度與應達到的強度要求存在一定差距，導致砌體降低抗剪和抗壓強度而破壞建筑物結構，以及一些施工因素使結構質量控制等級降低，導致更嚴重的破壞砌體結構。

3. 建筑物抗震設計中應采取的措施

3.1 確定基本設計信息

抗震等級的確定應結合建筑物所在位置的抗震設防烈度和建筑類別等因素。要特別注意，高層住宅建筑在通常情況下屬于丙類建筑，無需對設防烈度進行調整。甲、乙類建筑對設防烈度的調整應根據《建筑抗震設防分類標準》，對地面粗糙度、場地土類別及地震加速度等參數在設計時應明確，提高合理性。越高的建筑越高越容易受到風荷載的影響，所以也要更重視基本風壓，在超過60米高度的建筑物或風荷載敏感度高，就要采用根據一百年重現期的風壓，并結合建筑物實際情況選擇適宜的體形系數。

3.2 正確選擇概念設計與設計參數

在設計方案過程中，采用概念設計，明確建筑物結構體系傳遞地震作用的途徑及使建筑物結構具備不同抗震防線。在規范允許范圍內，應控制好最大的建筑物結構適用高度，使建筑物結構的延性良好。在縱橫兩個方向上，均勻、對稱的布置剪力墻，盡可能接近兩個主軸方向的剛度；盡量使在墻體上的開洞減少，若一定要開洞，應均勻對齊洞口，以免開洞的隨意。應控制砼結構構件截面尺寸及設置好受力鋼筋、箍筋，以免剪切在彎曲前破壞、在鋼筋屈服前壓潰砼、在鋼筋破壞前破壞鋼筋的錨固粘結。連接各結構要做到避免在連接構件前破壞構件節點，不可早于連接件破壞預埋件的錨固，連接裝配式結構構件，要確保建筑物結構整體性；應在節點核心區外對預應力砼構件的鋼筋進行錨固。

4. 建筑物設計中需引起注意的幾個問題

一是梁強墻弱問題。隨著近年來城市建筑用地逐漸緊張，為節約有限的用地，就不斷提高建筑物高度。特別是高層住宅小區，因停車位都建于地下，通常在純地下室頂板具有約1.2米的覆土。所以，純地下室頂板與主樓位置應具有錯層，為滿足防水和擋土所需，一些設計師采用在50-60厘米的墻肢上擱置1.5-1.8米高的梁，將高梁在剪力墻平面外直接單側垂直擱置構成強梁弱墻。也有不滿足計算指標時，將外縱墻設計為開洞墻。這在設計中都是不符規范要求的。

二是正確理解設計參數問題。在抗震驗算時，一些設計者在六度區底部樓層剪重小于0.8%，通常全樓應取1.0的地震力放大系數，只有分析采用的彈性動力時程時，計算樓層剪力比采用振型分解法結果大時，才將此參數填入。

三是合理選擇設計參數問題。鋼筋分布在剪力墻底加強位、房頂、平面房屋樓梯間、端山墻、端開間縱向剪力墻等水平和豎向最小配筋率要大于0.25%，其余部位應大于0.2%。

四是挑空結構問題。在設計公寓式寫字樓時，一些開發商為逃避建筑容積率所限，將層高設計為5.1—5.3米挑空結構。該結構因日后用戶可能隨意添加夾層，受地震力作用影響，建筑物結構會產生復雜受力。樓層添加夾層情況不一，就容易造成上下樓層產生較大的側向剛度。

5. 總結

我國在建筑物結構的抗震設計方法理論方面開展了較深入地研究，但在實驗研究方面不足，城市化進程的加快，使建筑物不斷增多，為節約有限的用地，就不斷提高建筑物高度，為確保高層建筑安全，在高層建筑中應用剪力墻結構的建筑物與日俱增，由于剪力墻結構在高層建筑中經濟合理。只要達到規范要求，在構造設計上采取加強抗震措施，利用計算機軟件進行分析，就能設計出安全可靠的高層建筑，進而提高高層建筑物的建設質量及抗震性。

[1] 徐培福，黃小坤.高層建筑混凝土結構技術規程理解與應用[M]，北京：中國建筑工業出版社，2010

[2] 朱炳寅.建筑結構設計規范應用圖解手冊[K]，北京：中國建筑工業出版社，2008

[3] 方鄂華.高層建筑鋼筋砼結構概念設計[M]，北京：機械工業出版社，2011

[4] 李國勝.多高層鋼筋混凝土結構設計中疑難問題的處理及算例[M]，北京：中國建筑工業出版社，2012

TU7

B

1007-6344（2015）09-0155-01

石慧民（1986—），男，漢族，河北省肅寧縣人，大學本科學歷，研究方向：高層住宅綜合體抗震，土建工程。