高層建筑抗震設計分析

潘旭浪

摘 要 隨著經濟和社會的快速發展，高層建筑越來越多。但在高層建筑抗震設計中，設計人員必須正確運用規范進行結構設計，掌握抗震的概念設計，不斷加強對新知識的學習，為了保證建筑結構在地震時具有良好的抗震能力，保證人民生命財產安全。

關鍵詞 高層建筑;抗震設計;策略

建筑結構的抗震性能決定了地震的嚴重程度。建筑結構的抗震能力是社會抗震救災體系的第一道防線。因此，高層建筑的抗震工作一直是建筑設計和施工的重點，結構工程師必須根據抗震設計要求進行結構分析和設計[1]。

1 高層建筑抗震設計的主要內容

我國現行抗震規范（GB 50011-2010）要求，高層建筑的抗震計算主要是在多次地震作用下（小地震）并根據反應譜理論進行計算，用彈性法計算內力和位移，用極限狀態法進行構件設計。對于重要建筑物或特殊要求，應采用時程分析方法進行補充計算和大地震下的變形驗算。這種結構設計方法，首先采用多次地震，然后對結構在罕見地震下的彈塑性變形進行校核，就是所謂的兩階段設計方法，規范規定了結構在罕見地震下的彈塑性性能[2]。

2 高層建筑抗震設計的特點

首先，控制建筑物的橫向運動是一項重要指標。在地震荷載作用下，建筑結構產生的水平剪力占主導地位，因此建筑會產生顯著的側向位移。隨著建筑結構高度的不斷增加，結構的側向位移迅速增加，但其變形必須在一定范圍內，以保證結構的安全和使用功能。

其次，地震荷載中的水平荷載是決定因素。水平荷載會引起建筑物的傾覆力矩，并在結構的豎向構件中產生較大的軸向力，與建筑物高度的平方成正比，所以它與建筑結構的高度成正比，水平荷載變化很大。對于具有一定高度的建筑物，豎向荷載基本不變，但由于建筑物的質量和剛度等動力特性不同，水平地震荷載和風荷載變化較大。

第三，要注意建筑結構的延性設計。在地震荷載作用下，高層建筑結構的剛度隨著高度的增加而減小，表現出較大的柔性和變形。這就要求建筑結構具有足夠的變形能力，使結構在塑性變形階段仍然是安全的，在結構施工中必須采取有力措施，使建筑結構具有足夠的延展性。

3 某高層建筑抗震設計分析

（1）項目概況。該高層建筑位于南寧市郊，總建筑面積6.15萬平方米，包括A、B兩棟高層建筑，其中A棟高層建筑由20層、29層、31層三層單體組成，最大高度97.35米，建筑面積5.8萬平方米;B棟18層，高56.5米，建筑面積22，000。功能上，一至五層為商鋪、辦公樓，六層及以上為住宅樓，地下一層為人防地下室。

（2）本工程施工等級為一級，使用壽命為100，抗震設防烈度為6度，基本地震加速度為0.05g，結構形式采用框支剪力墻結構。

（3）第一，這個項目是一個垂直不規則結構的高層改造，底層大空間層數已達地上5層。第二，由于建筑物的不規則L形，中心剛度與質心不重合。這些都不利于抗震，應進行研究論證，采取特殊措施加強抗震。

（4）在抗震設計中，在L形房地產的凹角處，結合住宅建筑的立面造型和平面布置，采用加厚板和巨型邊梁的處理方法，使設計特征周期，地震力和地震輸出達到2010年《建筑抗震設計規范》的要求。通過合理調整局部上下剪力墻的數量，滿足結構規范對位移比和轉角的要求，使結構的剛度盡可能均勻，沒有明顯的突然變化。

（5）工程結構整體穩定性驗算結果如下：X向剛度比EJd/GH = 5.811.4;Y方向剛度比EJd/GH = 7.641.4。均滿足抗震設計要求。

（6）在抗震概念設計中還進行了以下分析和改進：由于本工程高層轉換的一些顯著特點，鋼筋面積過大，結構延性較差，因此在框架柱、框架等主要部位支撐梁和地下室頂層結構優先采用三級鋼，且鋼筋在最大拉力下的總伸長率，實測值不應小于9%，這樣才能充分利用材料性能。塔頂的鞭梢效應是明顯的。用鋼結構代替混凝土結構，充分利用鋼結構輕、高強度的材料特性，不盲目增加突出部分的剛度，但使其一階固有頻率和低階頻率的整體結構不接近地震動擾流器法來實現。

（7）根據抗震設計的概念，對不需要計算的結構和非結構部分，制定并加強抗震構造措施，主要考慮分析以下幾個問題：鋼筋混凝土柱設計。首先，根據軸向壓縮比控制，軸向壓縮比的差異不超過0.2。當建筑物有要求時，應通過與建筑物協商解決問題。其次，柱加固時，應同時滿足鋼筋、箍筋、主筋、角筋和最小體積配筋率的要求。框架結構中的主體建筑梯柱 （中間平臺工程）。因為此列是短列，所以應該加密。用于鋼筋混凝土梁的設計。框架梁的高度為1/10 ～ 1/15跨，凈高要求應與建筑物協商。對于一些大跨度的公共建筑，梁的寬度應適當增加，且應大于300mm。加寬梁寬有利于抗剪，符合 “強剪弱彎”;寬350mm的梁可采用四肢箍筋縮小;加寬主梁寬度，有利于次梁錨固加固;盡量避免長高比小于4的短梁。梁的加固應充分考慮梁的錨固長度，尤其是次梁，應滿足現行規范的要求;注意腰椎肌腱的設置，單側腰椎肌腱應大于0.1% bhw;當長高比小于4根短梁時，應加強整梁的箍筋，梁的頂筋應較長，并且梁的縱向鋼筋不應太大。第三，當主梁 （包括梁端） 有次梁時，應增加箍筋、吊架，并優先增加箍筋;次梁應避免靠近主梁支座，否則應考慮次梁。主梁的扭轉由梁引起，或增加縱筋和箍筋的扭轉。第四，當次梁的端部與框架梁相交或彈性支撐在墻壁上時，梁端支撐可視為簡單支撐，但是梁端的箍筋應該加密。對于比懸臂梁大的設計。懸臂梁應為等截面（大梁外露的除外）。與懸臂板不同的是，懸臂梁的自重占總荷載的比例很小。變截面不能有效降低自重，變截面懸臂梁箍筋不同，施工難度大。注意懸臂梁頂配筋率、箍筋率、全長加密1m梁應進行撓度檢查。

4 結束語

總之，為了避免地震給人類帶來的巨大災難，這就要求建筑結構設計人員正確總結經驗，深化認識，正確運用框架結構的抗震概念，并采用科學有效的方法和手段，確保建筑結構的安全。

參考文獻

[1] 韓峰.高層建筑結構抗震設計淺析[J].中外企業家，2020（14）：122.

[2] 邵李娜，華全慶.高層建筑結構抗震設計存在的問題及其對策[J].工程建設與設計，2019（22）：24-25.