試論高層建筑抗震設計

陳潔 宋振濤 康莉

【摘要】我國是個地震災害較頻繁的國家，所以，高層建筑在設計過程中一定要考慮抗震能力。本文分析了當前我國高層建筑結構中抗震性設計中的問題，并提出有效的抗震性措施。

【關鍵詞】高層建筑? 結構設計? 要點分析

前言：我國是個地震災害發生頻繁的國家，所以，高層建筑在設計和建造的時候，一定要考慮抗震能力，我國目前對高層建筑抗震能力的要求是8級，在地震來臨的時候，做到“大震不倒，中震可修，小震不壞”，只有這樣，才能在地震來臨的時候，最大限度確保廣大人民群眾的生命安全。

一、高層建筑抗震設計的作用

高層建筑設計過程中不能輕視抗震設計方面。相對于普通建筑，高層建筑的構造、規模、具體構件都呈現出明顯的不同。如果高層建筑設計、施工質量不達標，將造成難以挽回的損失。所以，高層抗震設計首要環節必須注重抗震設計的設防烈度，抗震等級以及抗震強度，嚴格按照國家行業標準及規范來設計。抗震設計的結構延性、剛度等最終決定了高層建筑工程整體的質量，因此必須重視高層建筑中的抗震設計。

二、高層混凝土建筑抗震設計主要問題

（一）建筑物高度設計與國家標準不符

目前，為獲得更大利益，部分施工單位不按照國家標準規范或設計院圖紙施工，其項目的建筑高度超出了建筑物原有高度設計值，一旦地震災害發生，高層建筑物出現坍塌現象的可能性將大幅增加。建筑物設計高度不滿足國家相關標準，不僅影響建筑物內部強度，也會增加其他施工成本，甚至威脅民眾生命安全。

（二）高層混凝土建筑地基選擇缺乏科學性

高層混凝土建筑地基選擇尤為重要。如果項目所在地區土壤情況不良，會影響高層建筑物的設計抗震效果。隨著我國城市化進程愈來愈快，城市用地更加緊張，有的開發商為了謀求更大的經濟效益，從而忽略了不良土質對高層混凝土建筑抗震結構的影響，盲目立項，結果，地震一旦發生，不良地質引發的地震災害會遠遠超出人類的控制后果。因此，高層混凝土建筑在選擇地基時應該對項目建設地點的土質進行勘察檢測，為設計提供可靠有效的地質勘察報告，已保證高層建筑基礎承載力與現場土質強度相匹配。

（三）高層混凝土建筑選材缺乏合理性

我國高層混凝土建筑物多以鋼筋混凝土核心筒為標準設計，但在實際設計過程中，鋼筋混凝土的結構位移及建筑選材缺乏合理性是建筑結構設計的又一大問題。在地震災害中，高層建筑物頂部易受更大危害，傳統鋼筋混凝土結構建筑物硬度較小，其建筑頂部無法承受較大的地震震動強度。因此，選擇合理的建筑材料，對提升建筑抗震效果有著積極意義。

三、高層混凝土建筑抗震設計要點分析

（一）改進結構設計方案

反復完善、優化高層混凝土建筑結構設計方案也是提高建筑物抗震性能的重要措施。在制定結構方案時，要本著提升建筑延展性的原則。延展性即為建筑物在一定空間內受到地震災害后，其結構還不會受到嚴重損壞，并能自動恢復到震前狀態。結構工程師進行結構設計時應該著重關注建筑的縱向受力分析，如何合理布置建筑結構，調整建筑布局，合理分配縱向傳力路徑，是提升建筑物抗震效果的重要舉措。

（二）側向位移控制

高層建筑進行抗震結構設計時還應注重側向位移控制。鑒于高層建筑的樓層逐漸增高，層間側向位移現象將很難得到有效合理的控制，側向位移狀況還將伴隨樓層高度的增加逐步加大，體現出側向位移和建筑物高度的四次方呈正比關系。一旦施工過程中沒有很好的控制側向位移幅度，層間側向位移超出規定的允許值，將對高層建筑穩定性造成嚴重的影響。高層建筑有可能因此引發倒塌、墻面開裂等狀況，嚴重危害到人民群眾的生命、財產安全。所以，應重視高層建筑抗震結構設計以及施工過程中的側向位移控制。

（三）控制扭轉效應

高層建筑物在地震災害中，更容易受到縱向、橫向等方向地震力的影響。在地震過程中，對高層建筑物危害較大的作用力是扭轉效應，結構工程師進行高層設計時要加強抗扭轉效應的關注，對建筑物的最大位移量和最小位移量進行統計，并依據數據設計出合理的建筑抗震強度，最終保證高層建筑物上下位移控制在允許值內，從根本上減小扭轉效應對建筑物的損害。

四、優化高層混凝土建筑抗震結構設計的具體策略

（一）選擇良好的抗震結構體系

高層建筑結構在抗震設計時，應選擇合理的結構類型，設計的結構既要考慮其抗震安全性，也要盡可能的經濟。結構應布置多道抗震防線，避免部分結構或構件失效而導致整個體系喪失抗震能力或喪失對重力的承載能力。此外，結構應擁有良好的整體性和變形能力，使結構的強度、剛度和變形能力三者達到統一。

（二）建筑布置宜規則

高層建筑應重視體形和結構的總體布置。由于建筑體形不合理或結構總體布置不合理而造成的地震災害，在國內外的大地震中都有所見。抗震設計選擇的建筑平面和立面布置宜對稱、規則，避免采用嚴重不規則的結構。結構的剛度宜均勻變化，豎向抗側力構件的截面尺寸和材料強度宜自下而上逐漸減小，避免有剛度和承載力突然變小的樓層，造成薄弱層的出現，地震時該部分容易破壞。

（三）選擇合理的結構計算簡圖和地震作用傳遞途徑

目前大多數高層建筑都可以利用計算機進行程序運算，為保證計算結構的可靠性，要求工程設計人員要熟練掌握結構的簡化計算方法，得到結構構件在荷載作用下的計算見圖，結構在地震作用下的傳力途徑要簡單、直接，利用合理的力學模型和數學模型獲得更為符合實際的抗震驗算結果。

（四）選擇有利于抗震的場地和地基

高層建筑設計中要選擇對建筑抗震有利的地段，避開對建筑抗震不利的地段。當無法避開時，應當采取適當的抗震措施，不應在危險地段上建造高層建筑。此外，設計前應估算建筑結構的自振周期，并與場地卓越周期錯開，防止地震時結構發生類共振現象的破壞。

參考文獻：

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