高層建筑工程的抗震設計分析

文/徐慧輝 江門市地震監測中心 廣東江門 529000

高層建筑工程的抗震設計分析

文/徐慧輝 江門市地震監測中心 廣東江門 529000

隨著經濟全球化的發展，加快了城鎮化的步伐，也使得城市建設用地日趨緊張，高層建筑的發展成為了必然，但是地震的發生嚴重阻礙我國社會和經濟的發展。因此，在高層建筑建設過程中，加強建筑結構設計中的抗震設計是十分必要的。所以，需要結合目前高層建筑抗震設計現在，有的放矢的采取措施進行優化，以不影響工程基礎功能為基本要求，提高工程抗震性能。

高層建筑工程；抗震設計；措施

1、我國高層建筑結構抗震分析和設計的主要內容

改革開放以來，高層建筑不斷興起，也逐漸引起并受到人們的重視。在高層建筑結構中，不同的建筑高度的受力狀況是不盡相同的，抗側力結構的設計一直是高層建筑抗震結構設計的重點與關鍵。

為使水平荷載產生的側向變形控制在一定范圍內，在進行高層建筑結構設計時，對結構的強度、剛度都有一定的要求。水平荷載會跟著豎向荷載一起對高層建筑產生影響，成為高層建筑設計中的重要控制因素。高層建筑中，如果側向剛度和抵抗側向變形的能力不足，在受到水平荷載作用的影響下，對側向變形的影響就會增加，而且會使剛層建筑結構在豎向荷載的作用下產生附加內力和位移，令相關的服務設施出現結構性的裂縫或者變形，影響建筑的質量與安全。

同時，為使建筑結構在地震的作用下，結構的彈塑性變形能力必須達到一定的水平才能起到抵御地震的作用，所以，高層建筑對抗震性能有一定的要求，綜上所述，高層建筑在強度、剛度以及延性方面達到一定的標準，才能在地震中抵御相關的危害。

2、高層建筑抗震設計的原則

高層建筑抗震設計的原則主要包括以下幾個：

2.1 結構構件要達到一定的安全性能

高層建筑結構構件應該始終秉持強柱弱梁，強底層柱的原則，對于結構中相對薄弱的環節應該選擇采取合適的加固措施來提升其抗震能力。同時，主要承受豎向荷載的構建不得作為主要耗能構建。

2.2 最大程度的設立多重抗震保護

完整而良好的抗震體系需要由多個延性較好的分體系構成，并且要選擇延性良好的結構構建來連接工作。在強烈的地震后通常都會伴隨著若干次余震，假如高層建筑僅僅只有一道防震設計保護，在遭受余震的時候則會由于再一次受到震動而累積損害倒塌。

2.3 高層建筑結構的承載能力、變形能力以及剛度要實現平均分布，以滿足地震梵音敢賭需求

如高層建筑中某一部位剛度過高，也會導致其他樓層形成薄弱的環節從而遭受到破壞。高層建筑的頂層與中間樓層需要取消部分墻柱以形成大空間層，并且對剛度進行調整，強化抗震設計。高層建筑底層部門剪力墻更改為框支柱后，相對上層剛度削弱會處于更加不利的位置，因此考慮加以專門的抗震措施。

2.4 保證高層建筑剛度，以避免高層建筑頂點與層間出現位移

當出現等級較小的地震時，應該避免過大位置導致結構開裂，影響建筑的正常使用；當出現等級中等的地震時，應該保證結構免于嚴重破壞，可以被修復；在強度較高的等級地震下，高層建筑結構不應出現倒塌，同時也不能猶豫位移過大而導致建筑主體結構失去穩定性。

3、高層建筑抗震設計效果影響因素

3.1 工程結構設計

為提高工程抗震性能，必須要提高對結構設計方面的重視，保證可以達到小震不壞、大震不倒要求。對于很多高層建筑工程來說，平面布置復雜度過高，質心與剛心存在偏差，受到地震作用時，產生的破壞更為嚴重。因此在結構設計時，盡量要保證工程質心與剛心重合。另外，還要控制出屋面建筑部分高度，降低地震過程中的辮梢影響，提高工程抗震效果。

3.2 施工材料選擇

面對相同地震影響，所選材料質量性能越好，結構損傷程度越輕，相反則越為嚴重。為提高工程建設效果，應選擇應用隔斷、維護墻、樓板等構件來提高結構穩定性，將傳統施工材料替換為質量更輕的塑料板、空心磚、加氣混凝土板等，來提高工程結構抗震性能。同時，還需要將材料管理貫徹到每個施工環節，嚴禁出現偷工減料行為，提高施工作業規范性，保證工程建設效果達到專業標準。

3.3 工程建設環境

地震發生后對工程產生的影響是多方面的，如山體崩塌、巖石斷層、代表滑坡等地表運動，以及水災、海嘯等次生災害。基于各項因素對建筑工程產生的影響，想要進行預防需要提前采取措施，并保證工程建設效果達到專業要求。其中，更為重要的是，想要降低地震災害的影響，需要合理選擇工程施工位置，提前對現場環境進行詳細勘察，掌握地質地形特征，盡量避開不利地段，選擇有利于抗震的地段。

4、提升我國高層建筑抗震設計水準的方法

4.1 選擇適用高度和高寬比

高層建筑在進行抗震結構設計時，應當根據結構總體的高度和抗震設防的烈度來決定建筑的結構類型和最大使用高度。因為高寬比對建筑結構的整體起著重要的穩定性作用，對建筑的剛度、側移和振動形式有著較為直接的影響，將建筑高度控制在合適的范圍之內，使建筑在遇到地震災害時能夠產生較大的水平位移和軸向力，能夠抵御一定強度的地震災害。

4.2 防震縫的精細化設置調試面

對一些抗震結構規劃設計不妥善的高層建筑，有關工作人員可結合實際狀況在特定位置上設定防震縫。具體來講，便是在將房屋建筑分割成互相獨立的單元結構，在防震縫的兩側留出足夠的寬度，防震縫的上部結構應該完全分開。

4.3 墻體結構的標準化設計分布

在針對高層建筑開展內部抗震性能改良設計活動中，需要全面加大對當中墻體的關注力度，畢竟該類媒介始終經受地震活動較為深刻的影響效應。透過以往地震災害事件中觀察總結，高層建筑內部墻體在地震事件滋生期間都會滋生出裂縫，亦或是倒塌狀況，所以說日后要想方設法加大對這類建筑內部縱橫墻體的規范化設計力度。尤其是在對建筑構造進行設計規劃的同時，要坐到橫向墻體和縱向墻體的承重力和數量決定的，如果墻體數量較少，各墻之間為了分離建筑的內部空間就會間隔較大，建筑的剛度就會較小，抗震能力也相對較低，所以墻體數量和位置的分布，是改善我國高層建筑抗震設計質量過程中，必須集中審視的細節性問題。

4.4 屋頂的抗震設計

建筑的質量越小，結構的穩定性也就相對較強，受到地震影響時受到的損失就越小，建筑的安全性就越高。為了減少建筑在地震時受到的損失，設計建筑時就要把建筑結構的各部分做的輕一點。要使建筑物的各部分結構變輕，主要是指墻體和屋蓋的質量。如果墻體的重量過大，建筑物的抗震性能就會降低很多，地震發生時，厚重的墻體就會對建筑物的內部造成巨大破壞。所以設計時應該對墻體的結構材質做出明確規定，在屋蓋的建筑上，應該盡量減少高度，增加牢固性并使用質量較輕的材料，并且不要再屋頂上方增加其他結構，那樣相當于增加了房屋的高度和重量，使得建筑物的高度比的比例增大，影響建筑的抗震性能。

4.5 抗震結構的選擇

建筑物的設計之初就是要以＜＜建筑抗震設防標準＞＞為基礎來確定建筑的抗震設計。建筑在抗震設計的結構選擇時，不僅要考慮地震對建筑物的影響，還要降低對周圍環境影響，建筑物主體材料選用鋼筋混凝土建造，地下室則采用嵌固端的技術，可以極大地增加建筑物的抗震能力，為了降低建筑物本身的重量，推薦使用鋼結構的框架來進行建筑構造。

5、高層建筑抗震設計實例分析

5.1 工程概述

以某高層建筑工程為例，為一座綜合型辦公樓，總建筑面積62325.12m2，主體結構為矩形平面，長×寬為32.500m×21.500m。其中，主樓地下1層為人防地下車庫，底面標 高-6.300m； 地上16層， 屋頂標高57.300m，其中1層層高3.900m，2層層高4.500m，3～6層層高3.900m，7～15層典型層高3.600m，16層層高4.600m。另外，東西側裙房共4層，裙房頂標高15.900m，地上與主樓設縫分開。主樓2～3層中間25.4m×24.3m范圍設置中庭上空，且1～4層中間不設置結構柱。工程施工地標準雪壓取值0.40kN/m2（n=50），標準風壓取值0.45kN/ m2（n=50），抗震設防烈度為7度，設計地震分組為第二組。

5.2 抗震設計要點

①工程樓板局部不連續為樓板平面開大洞情況，需要在洞口周圍設置鋼筋混凝土梁，并適當提高周圍樓板厚度與配筋。其在進行結構計算時，洞口周邊一跨范圍樓板定義為彈性板，其余則按照剛性樓板設計。樓板開洞設計后共用結構長、短柱，要重點做好跨層柱長度的計算與復核。提高短柱箍筋對直徑對應抗震規范，且全部進行加高加密處理。而長柱則應該選擇用型鋼混凝土柱，延伸到5層層頂，其中型鋼材料為HN800×400×20×40，同樣對所有箍筋進行加高加密處理。對于軸力設計值較大的墻肢選擇用承載力高的型鋼混凝土剪力墻，提高分布筋最小配筋率為0.35%～0.40%。

②主樓1～4層中間抽柱造成豎向抗側力構件連續性降低，為將4層設計成結構轉換層，需要重點做好其剛度的控制，尤其是加強下部結構側向剛度，使轉換層上下主體結構側向剛度平穩過渡。同時，還可以提高剪力墻底部加強部位的抗震等級，而對于已經為特一級的不需要提高。且為彌補結構因布置樓梯與電梯井造成的板平面剛度減小，將板厚度提高到150mm，并選擇用雙層雙向通長配筋。

③對于4層層頂結構，豎向收進會對結構側向剛度產生影響，為提高剪力墻整體剛度，設計時可以提高關鍵部位樓板厚度，或者是增加配筋數量。同時，還應將收進部位樓板定義為彈性板計算，通過彈性時程分析法，對多遇地震進行補充計算。將框架部分承擔地震剪力進行調整，即調整值=MIN（0.2×底部總震剪力，1.5×樓層地震剪力標準值中最大值）。

[1]趙麗紅.淺談高層建筑抗震設計與抗震結構[J].城市地理,2015,14:174-175.

[2]馮東.高層建筑抗震設計中的常見問題及對策探討[J].四川建材,2015,03:40-41.

圖3 .3-1 石材幕墻層間防火封堵節點一

圖3 .3-2 石材幕墻層間防火封堵節點二

（2）除上述特殊節點的設置之外，還有如下設計建議：層間面板分格不宜跨越兩個防火分區。有實體墻的金屬與石材幕墻的保溫材料應采用不燃材料作防護層。無窗檻墻的幕墻應保證不燃體實體墻的高度不低于 800mm，如達不到，不足部分建議考慮上翻一個砼踢腳線，或在梁底加設防火巖棉帶；當點支承幕墻時，則采用銫鉀防火幕墻加高。保溫的防護層應將保溫材料完全覆蓋。防護層厚度不應小于3mm可采用玻鎂防火板、水泥板、鍍鋅鋼板或憎水型A級保溫砂漿，同時應按表3.1在每層設防煙封堵。防火保護層可采用玻鎂防火板、水泥板、鍍鋅鋼板或憎水型A級保溫砂漿。以上方案對成本影響并不大，而且可以減小施工難度，增加層間防火封堵的防火效果。

4、展望

本文通過對幕墻層間防火封堵的重要性進行分析，同時闡述了層間防火封堵在規范中的做法要求，但在實際工程的實施中，并不能僅僅按照規范照本宣科，機械的進行節點設計。第4部分的分析僅僅是對某一兩種情況進行的建議和論證。但在實際的設計和施工過程中，節點的實際情況與建筑外立面的多樣性有直接的關系，而出現的節點更加多樣，這就需要更多的幕墻從業者參與進來，從耐久性、變形能力、穩定性、甚至是縫隙寬度等各個方面提供更加實用的節點建議。上述的節點建議的不妥之處，敬請各位同行和專家批評指正。

參考文獻：

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[2]《建筑設計防火規范》GB50016-2014.

[3]黃暉宇，賈 杰，鄧志欣.幕墻層間防火封堵技術探討[J].消防技術與產品信息,2002,8(5):16-17.

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