高層抗震結構設計要點探究

凌小萍（江西省商業建筑設計院）

高層抗震結構設計要點探究

凌小萍（江西省商業建筑設計院）

當前，隨著我國經濟發展速度的不斷加快，建筑行業得到了較為快速的發展。由于人們生活水平的顯著提升，也使得人們對于建筑有了全新的認識和要求。在此新形勢下，高層建筑、甚至高層建筑不斷增多，這也使得對于此類建筑的抗震結構設計，成為了社會各界普遍關注的問題。本文簡要闡述了高層結構抗震設計的總體需求，從高層結構抗震剛度方面進行必要的設計控制，并進一步探討了高層建筑超限設計方法，旨在為高層建筑具備良好的抗震效果，以及具備更加完善的質量體系，做出自己應有的貢獻。

高層建筑；抗震結構；設計要點

前言

新時代背景下，社會的發展和科技的進步，以及城市化進程的不斷深入，使得高層建筑和高層建筑如雨后春筍般拔地而起。這使得高層建筑或高層建筑的質量問題越來越受到建筑行業的重視。作為高層建筑設計中重要的組成部分，抗震結構設計在整體高層建筑設計中占據極其重要的位置。一方面，由于經濟的發展，建筑工程的增多，對于地質破壞程度較為嚴重；另一方面，我國眾多省市地區處于地震多發地帶，這些因素都導致地震災害頻發。不僅造成了嚴重的經濟損失，更威脅到人們的生命安全。是以，在高層建筑設計中融入并加強抗震結構設計是極其必要的。從高層建筑的抗震結構設計要點出發，從結構選擇以及剛度設計等方面進行深入探討，并總結出高層建筑的超限設計方法，以此來不斷設計和完善高層抗震結構設計，這樣不僅會加強高層建筑在地震災害中的抗震能力，還能夠有效減少由地震災害所帶來的經濟損失和人員傷亡。因此，對于“高層抗震結構設計要點”的探究，就具有極大的現實意義。

1　高層建筑抗震結構設計要點

建筑行業內，對于高層或高層建筑的抗震結構設計，主要秉承“三準兩階”原則。三準是針對地震程度而言，即“小震不倒，中震不修，大震不壞。”其中，“小震不倒”為第一水準，是指受到地震災害的程度低于所在地區的設防烈度或地震強度，此時高層建筑不易因地震而受到損壞，且即使出現損壞，其程度也較小，未經過修理便可正常使用和居住；“中震不修”為第二水準，是指受到地震災害的程度接近所在地區的設防烈度或地震強度，此時高層建筑會發生相應的損壞，但損壞程度不會對人們的生命和財產安全構成影響和威脅，可通過簡單修理或不采取任何修理便可繼續使用和居住[1]。“大震不壞”為第三水準，是指受到地震災害的程度高于所在地區的設防烈度或地震強度，此時高層建筑會因地震而受到相應的損壞，但不會出現建筑倒塌現象，更不會使人們的生命安全受到威脅。但對于高層建筑而言，其結構復雜、造價成本較高、建筑面積大、涉及人員多，在地震中也會受到次生影響[2]。因此，在對高層建筑進行抗震結構設計時，不僅設計師要具備專業的知識能力、良好的自然災害預防意識，更要結合相關專業部門或專家的意見和建議，并要將業主的意見考慮到其中，以此在確保高層建筑安全、質量、以及符合經濟標準的前提下，對高層建筑進行結構設計。此外，在高層建筑結構設計中，還應當對受力方式進行重點分析和研究。如高層建筑中的邊緣豎向構件，在對建筑進行支撐的同時，能夠以軸向受力的方式，承擔高層建筑的傾覆彎矩力。在處于第一水準時，邊緣豎向構件會產生彎曲；在處于第三水準時，邊緣豎向構件則會出現拉彎現象，若此種現象持續時間較長，則會對混凝土的承載力和剛度產生嚴重影響，進而使高層建筑處于穩定性失衡狀態，也將造成極大的安全隱患[3]。因此，在高層建筑抗震結構設計中，要注意構件承載力的程度。

2　高層建筑的抗震剛度控制要點

2.1高層抗震結構設計中的側向高度控制

（1）剪力系數設定。通過《高層建筑抗震規范》不難看出，最小地震剪力系數是高層建筑抗震結構設計中極為重要的部分。考慮到高層建筑結構的加速度反應譜通常以較快的速度降低，且此系數要依靠位移和速度兩項指標進行操控，為確保高層建筑在穩定性上符合設計要求和施工標準，并且為確保其安全性，將最小地震剪力系數引入其中，能夠很好的滿足高層建筑結構在設計中對于安全性的需求[4]。①明確阻尼和最小地震剪力系數的內在聯系。在高層建筑施工過程中，阻尼比的大小決定著最小地震剪力系數的大小，若高層建筑阻尼比較低，建筑的最小地震剪力系數就不會符合設計建造的需要，并且在施工后期進行減小地震效應的消能設計，會使得最小地震剪力系數差值增大，與設計及施工的偏離值增加，從而使高層建筑的抗震能力降低。②高層建筑高度和最小地震剪力系數的聯系。當建筑高度不大于400m時，可作為高層建筑進行抗震結構設計，且可通過提升抗側剛度或應用強度高、質量輕的材料來確保最小地震剪力系數符合高層建筑的需求；當建筑高度在400～500m之間時，通常建筑材料的成本將加大，并可通過控制風荷載的方式來達到抗震結構設計的要求；當建筑高度達到500m以上時，則要在增加建筑材料的同時，把握好抗側剛度，應用強度較大的建筑材料來完成抗側結構體系[5]。

（2）層間位移角的設定。層間位移角是高層建筑抗震結構設計中重要的設定指標。其不僅涉及到強度方面，還涉及到剛度方面。應先保證彈性狀態下的主體結構，控制好橫、豎構件所達成的開裂限定，同時，在確保機電管線和設備能夠有效運行的前提下，保證非結構構件的完整性。除此之外，對層間位移角進行科學、合理的設計，是確保高層建筑在地震情況下依然挺立的基礎。

2.2高層抗震結構設計中的結構體系選擇

高層抗震結構設計中，結構體系在選擇時要使側向剛度符合抗震結構設計需求，這不僅需要結構體系具有良好的空間性，使軸壓狀態替代受壓或受彎狀態，還應當在結構體系外部結構中設定具有實際相應傾覆彎矩力的豎向構件。同時，為確保豎向構件承載力的增強，還應將豎向構件有機的組合起來，以加大其抗力能力。

3　高層建筑結構設計研究的展望

現階段，工程結構逐漸呈現高大、復雜等發展趨勢，并且，由于人們對現代控制論的借鑒和對工程建筑結構的設計構想，創新出一種“結構控制裝置”，并使之應用于建筑工程結構中。若工程結構受到外力荷載作用，控制器能夠自動生成反向作用力，以此來減少工程結構由振動所產生的變形、位移或動力響應等。進而使工程結構抵御外來荷載的能力有所加強。同時，一種全新的計算方法——有限元狀態空間法，也整被逐漸研究和應用于高層建筑結構分析中，通過此種算法，能夠使之與現代控制論、結構力學等進行充分的滲透和融合，以此來使高層建筑結構分析上升到全新的水平。這也必將對高層建筑結構設計的研究和發展，起到積極的促進作用。

4　結語

綜上所述，新形勢下，由于經濟發展以及人們生活的需要，高層建筑逐漸增多。而隨著人們對于高層建筑的質量和安全等意識也在逐漸增強，并且由于我國地震災害的多發，使得高層建筑的抗震結構設計受到了社會各界，尤其是建筑行業的普遍關注和重視。為確保高層建筑在地震災害發生時，能夠有效減少經濟損失和人身傷害，建筑行業必須在高層建筑設計中，充分把握抗震結構設計的要點，并將其融入到建筑設計和工程施工過程中。唯有如此，才能使高層建筑的抗震效果符合設計要求，也才能使高層建筑為應對地震災害而具有足夠的抗震能力，為建筑行業的發展做出積極的促進作用。

[1]汪源浩，沈小璞，王建國.高層建筑結構的減震控制技術與抗震設計要點[J].合肥工業大學學報（自然科學版），2006，03：334～337+345.

[2]周 鵬.高層結構抗震設計相關問題探究[J].江西建材，2016，08：22.

[3]胡先林.試論復雜高層與高層建筑結構設計要點[J].建材與裝飾，2016，10：124～125.

[4]陳玉葵.某高層剪力墻住宅結構抗震設計要點分析[J].江西建材，2016，18：30.

[5]楊秀培.高層建筑結構地震反應分析及抗震性能設計研究[D].河南工業大學，2013.

TU973.31

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2095-2066（2016）31-0145-02

2016-10-23