高層建筑結構抗震性能處理措施分析與設計

張濤

摘 要：改革開放以來我國經濟科學都有了很大的發展，與此同時建筑物的抗震性能結構設計也有了很大的進步，但是與國外的技術水平相比還是存在著很多不足，工作人員需要再接再厲不斷提高我國建筑物的抗震水平。為增加高層建筑結構的抗震性能，不僅僅要依賴于精確定位抗震計算分析，更要重視高層建筑結構的設計方案。因此，在進行設計時，要多采用結構相對規則的體系，綜合評定施工場地的地質條件，做好地震設防工作，加強防震措施，保證高層建筑結構的抗震性能。文中論述了高層建筑結構抗震性能處理措施分析與設計。

關鍵詞：高層建筑；結構；抗震性；處理措施

1 高層結構的抗震性能水準

在地震水準不同的情況下，對高層的建筑結構在性能水準，還有性能目標方面的要求也不同，具體而言，它的抗震結構性能可以分為下面幾個標準。第一，高層結構在發生地震之后，最好是完好無損傷，同時在一般的情況下，是不需要進行修理就可以繼續使用的，而且建筑還要可以進行正常的安全出入以及使用。第二，如果地震發生后，其結構發生了非常明顯的損壞，而且大多數的構件都發生了中等的損壞，從而進入屈服狀態，在有比較明顯的裂縫下，大部分的構件都有很嚴重的損壞程度，但是其整體的結構并不會發生倒塌，同時也沒有局部倒塌的情況，建筑中的人員會有一定程度的傷害，但是對他們的生命安全卻沒有太大的威脅。

2 我國高層建筑抗震設計中的一些問題

2.1 高度問題

按我國現行高層建筑混凝土結構技術規程（JGJ3-2010）規定，在一定設防烈度和一定結構型式下，鋼筋混凝土高層建筑都有一個適宜的高度。這個高度在我國目前建筑科研水平、經濟發展水平和施工技術水平下是較為穩妥的，也是與目前整個土建規范體系相協調的?？蓪嶋H上，已有許多混凝土結構高層建筑的高度超過了這個限制。對于超高限建筑物，應當采取科學謹慎的態度。因為房屋愈高，所受到的地震力和傾覆力矩就愈大，破壞的可能性也就愈大，同時巨大的傾覆力矩在柱中和基礎中所引起的壓力和拉力均較難處理。

2.2 材料的選用和結構體系問題

在地震多發區，采用何種建筑材料或結構體系較為合理應該得到人們的重視。我國150m以上的建筑，采用的三種主要結構體系（框-筒、筒中筒和框架-支撐體系），都是其他國家高層建筑采用的主要體系。在高層建筑中，應注意結構體系及材料的優選?，F在我國鋼材生產數量已較大，建筑鋼材的類型及品種也在逐步增多，鋼結構的加工制造能力已有了很大提高，因此在有條件的地方，建議盡可能采用鋼骨混凝土結構、鋼管混凝土（柱）結構或鋼結構，以減小柱斷面尺寸，并改善結構的抗震性能。在超過一定高度后，由于鋼結構質量較小而且較柔，為減小風振需要采用混凝土材料，鋼骨（鋼管）混凝土，通常作為首選。

2.3 抗震設防標準較低

現在許多專家學者提出，現行的建筑結構設計安全度已不能適應國情的需要，認為我國“取用了可能是世界上最低的結構設計安全度”，并主張“建筑結構設計的安全度水平應該大幅度提高”。此外，對于“小震不壞，中震可修，大震不倒”這個抗震設計原則，在新形勢下也有重新審核的必要。我國現行抗震設防標準是比較低的，中震相當于在規定的設計基準期內（50a）超越概率為10%的地震烈度。我國建筑結構抗震設計除了設防烈度較低外，具體抗震計算方法和構造規定的安全度也不如國外，在配筋率、軸壓比、梁柱承載力匹配等一系列保證抗震延性的要求上遠不如國外嚴格。隨著社會財富的增長，結構失效帶來的損失愈來愈大，加之結構造價在整個投資中的比例下降，抗震性能化設計日漸成為重要的設計手段。

3 高層建筑結構抗震設計的優化措施

3.1 選擇有利的抗震場地

地震對建筑物的破壞程度，除了地震的震動直接引起的結構破壞，場地的選取也是一個重要的因素。地震可能引發地表的錯動和地裂、地基面的沉陷、滑坡和砂土液化等，因此，高層建筑場地的選擇至關重要，應選擇對建筑抗震有利的地段，應避開對抗震不利地段，如軟弱土；易液化土；條件突出的山嘴；高聳孤立的山丘；非巖質陡坡、采空區；河岸和邊坡邊緣；場地土在平面分布上的原因、巖性、狀態明顯不均勻等地段；當無法避開時，應采取適當的措施提高抗震能力，應根據抗震設防類別、地基液化等級，采取加強地基和上部結構整體性和剛度、部分消除地基液化沉陷等措施；當地基主要受力層范圍內存在軟弱性土層、新近填土和嚴重不均勻土層時，應預測到地震時會出現地基不均勻沉降或其他不利影響，所以就應采用合理的基礎形式（如樁基）、地基加固和加強上部結構等處理措施；對于地震時可能導致滑移或地裂的場地，應采取加強地基穩定的措施?；A設計時，同一結構單元不宜設計在性質截然不同的地基上，也不宜部分采用天然地部分采用樁基，不宜部分采用端承樁部分采用摩擦樁；高層建筑宜設置地室，避免采用局部地室。

3.2 優化平面和立面設計

（1）結構的簡學性。結構簡單是指結構在地震作用力下具有直接和明確的傳力途徑。只有簡單的結構，才能夠易于把握建筑結構的計算模型、內力位移分析和結構薄弱部位，從而對結構的抗震性能也有更可靠的估計。

（2）結構的剛度和抗震能力。水平地震的作用是雙向的，建筑結構設計應使高層建筑能抵抗任意方向的地震破壞。通常設計可使結構沿平面上兩個主軸方向具有足夠的剛度和抗震能力，結構的抗震能力則是結構強度及延伸的綜合反映。結構剛度的選擇不僅要能減輕地震破壞作用，還要注意控制結構變形的增幅，過大的變形會產生重力二階效應，導致結構破壞、失穩。

（3）結構的整體性。在高層建筑結構中，樓蓋的設計對高層建筑整體性起到至關重要的作用，樓蓋相當于水平隔板，它不僅聚集和傳遞慣性力到各個豎向抗側力結構，而且要求這些結構能協同承受地震作用。特別是豎向布置復雜或抗側力構件水平變形特征不同步的結構，就更要依靠樓蓋使抗側力與結構能協同工作。

3.3 抗震結構體系完善的設置

抗震建筑結構體系應全面考慮到建筑物的設防烈度、房屋高度、場地、地基、基礎、材料和施工等因素，經過技術、經濟技術、經濟條件綜合考慮來確定。首先應設較多道抗震防線，從而避免因部分結構或構件破壞而導致整個高層建筑結構體系喪失抗震能力或對重力荷載的承載能力減弱。這樣的結構體系對保證結構的抗震安全性是非常有效的。同時底框建筑底層高度不宜太高，應控制在4.5m以下。高度的增加，會導致底層剛度減小，重心就會提高，使框架柱的長細比例增大，更容易出現不平衡現象。同時由于高度較高，不少業主會自行改變建筑房間，把一層改為兩層或者更多，從而為整個樓層帶來安全隱患。所以合理的剛度和強度分布，會避免因局部消弱、突變性、過大的應力集中或塑性變形集中這些因素所可能產生的薄弱部位。

4 結束語

概念設計要求工程師運用思維和判斷力，根據從大量震害經驗得出的結構抗震原則，從宏觀上確定結構設計中的基本問題。因此，工程師必須從主體上了解結構抗震特點，振動中結構的受力特征，抓住要點，突出主要矛盾，用正確的概念來指導概念設計，才會獲得成功。

參考文獻：

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