浅谈高层建筑的抗震设计

邱明华

(中铁建安工程设计院有限公司，河北 石家庄 050043)

1 抗震设计的目标及等级规定

1.1 抗震设计的目标

建筑所在地区基本烈度数值是指该地区在以后50年的时间内，一般场所条件下可能遭受的超过概率为10%的地震烈度值。一个地区经过国家规定的相关权限批准之后所具有的抗震设防依据的地震烈度称之为抗震设防烈度，我国现行的《建筑抗震设计规范》当中所提出的三水准的抗震设防要求主要是“小震可修，中震不坏，大震不倒”。上述抗震目标主要是通过二阶段设计法得以实现，分别为(1)第一阶段为按照小震的作用效应以及其他荷载效应的基本组合对结构构件的承载能力进行计算分析，同时在小震作用的情况下对结构的弹性形变进行验算。(2)第二阶段为在大震作用时对结构的弹塑性变形进行验算，确保其可以满足第三水准的抗震设防要求。而第二水准的抗震设防要求主要通过抗震的构造措施得以实现。

1.2 结构抗震的等级规定

地震的强度值主要是通过震级进行表示，一般将地震划分为六级，小型地震的等级为3级，有感地震的震级一般为3级～4.5级，而中强地震的震级一般为4.5级～6级，地震震级为7级～8级的地震为强烈地震，而地震震级为8级以上的地震称之为巨大地震。目前我国大部分民用建筑的抗震设防烈度为8度，对应的可抗地震震级为6级。抗震等级是建筑设计部门依据国家相关规定，建筑物的重要性以及设防要求为标准，根据建筑自身的高度，结构类型以及该地区的设防烈度等进行的具体划分，例如当前广泛采用的钢筋混凝土框架结构，抗震等级主要分为四级。

2 高层建筑抗震的计算方法

在发生地震的情况下，地面上处于静止状态的高层建筑物会由于地面的运动从而被迫产生运动。因此，地震作用的动力大小不但与地面运动有关，同时还与建筑物的动力特性具有一定的关联性，建筑自身的结构动力特性需要通过计算的方式分析得出，目前地震力常采用下述三种方法进行计算。

2.1 底部剪力法

底部剪力法本质是一种拟静力方法，主要是将地震作用力等效为静力荷载的方式进行分析计算，通过最不利荷载组合的方式求算出最大的地震反应值，优点是具有较小的计算量，但是由于本身忽略了高阶阵型所带来的影响，同时对于第一阵型也进行了一定的简化，所以这种计算方式的精度相对较差。

2.2 阵型分解反应谱法

这种方法主要是利用反应谱理论以及阵型分解理论对结构的最大地震反应进行计算分析，它的本质是一种拟动力法，所以它的计算量相对较高，但是相应的这种计算方法具有较高的计算精度，误差主要来源于阵型组合过程中有关地震动随机特性的假定。

2.3 时程分析法

随着当前试验技术以及电子计算机技术的快速发展，地震力的计算方式也得到了一定的发展，出现了一种新型计算方法时程分析法，这种方法是通过在结构模型当中输入一定的地震波，然后对结构中的运动微分方程进行数值的积分，从而求算出该结构在整体地震时程范围内的地震反应，时程分析法属于完全动力方法的一种，较之于上述两种方法具有更高的计算精度，相应的其计算量也更大，具体计算方法可以分为逐步积分法和阵型分解法两种方式，而逐步积分法又包含了纽马克β法和线形加速法两种求算方式。

3 高层建筑的抗震设计分析

3.1 建筑场地及地基的选择

建筑物的场地选取应根据实际的工程需要，对实际的工程地质条件和地震活动的具体情况进行掌握，同时了解地震地质的有关资料，分别对抗震的有利地段，不利地段以及危险地段进行综合性的评价，对于不利地段，例如，地质较为松软或者是具有软弱下卧层的地质应该尽量避让，在无法避让时应结合设计单位采取有效措施，例如，进行砂石换填和采用桩基础等。

3.2 建筑结构的规则性

建筑的抗侧力结构适于采用简单规则的平面布置方式，建筑平面的规则性可以保证建筑本身的承载力与刚度分布较为均匀。建筑平面适宜于采用矩形以及方形等平面形式，由于这类建筑平面形状较为规整，所以在地震发生时可以保持建筑整体协调一致，使得结构的抗震处理相对安全简单。建筑平面布置不规则时，例如，出现L形或者是部分凸出凹进等形状时会造成结构质刚不同心，出现较大的扭转震动，使得结构转角应力过于集中，其中结构内部刚度较小的构件会因此承担更多的水平地震力，容易造成构件破坏，最终造成整体结构因一侧失效从而产生倒塌现象。此外为了避免抗侧力结构的侧向刚度以及承载力发生突变，应该将抗侧力构件的材料强度以及截面尺寸从下到上逐渐减小，对于竖向不规则结构，在结构模型计算时应将其薄弱层的地震剪力增大1.15倍，同时按照有关规定进行弹塑性变形分析。

3.3 减轻房屋自重

在高层建筑当中建筑的地上部分其楼盖自重约占40%左右，为了增强结构的抗震性能，减小结构层间水平应力值，避免竖向构件承担更多的水平地震力剪力和弯矩，应该采取措施适当减小楼盖自重，例如采用密肋楼板或者预制多孔板等结构形式。

对于剪力墙结构或者框架剪力墙结构的高层建筑而言，内部包含有较多钢筋混凝土墙体，为了适当减轻墙体所造成的自重增加，在结构计算允许的范围内应当适当减薄墙体尺寸，同时对于其中自承重墙体可以选择使用加气混凝土砌块或者是轻骨料混凝土等材料设置轻型隔墙，这同时也是减轻房屋自重的有效措施。

4 结 论

高层建筑结构的抗震设计在结建筑结构的总体设计中十分重要，必须对建筑的地基基础以及所使用的结构材料进行综合性的考虑，对于不同情况不同类别的建筑应该区别对待，以此寻求最为合理的抗震设计方式。