浅谈高层建筑中抗震设计常见问题及对策分析

张亮

摘要：自然灾害给我国带来了巨大的经济损失，特别是汶川地震给我国经济带来的经济损失更是巨大。因此，对高层建筑的结构抗震设计进行探讨具有重大意义。本文主要对高层建筑结构抗震设计中所遇到的问题进行分析，并提出对策。

关键词：高层建筑;抗震设计;问题;对策

前言

我国不同城市地区对高层的层数限定不尽相同，由该地区的经济发展程度决定。高层一般设为10层或以上，28m的住宅建筑均为高层建筑（引自JGJ3-2010高层建筑混凝土结构技术规程）。我国也是人员大国，对土地的需求量非常大，高层有效缓解土地紧张的窘迫状况，促进了我国经济的繁荣发展。由于我国地震灾害频发，高层的抗震设计受到建筑业界的关注。

一、高层建筑抗震相关设计

高层建筑抗震设计的原则是小震不坏，中震可修，大震不倒。高层抗震的结构设计应科学地根据建筑的高度、高宽比、抗震设防的类别和烈度，结构材料，场地类别以及施工技术条件等等来综合考虑其结构体系。高层抗震设计具体涉及到以下几方面：

（1）抗震措施：以概念设计及构造、验算三个方面进行，抗震与消震相互结合探讨结构延性与设计地震力相互制约，通过采取有效、经济的结构措施进行消震，让高层建筑抗震性能达到经济性及优良的目的。

（2）确定抗震等级：建筑设计部门应根据国家有关方面的规定，按照GB50233-2008建筑工程抗震设防分类标准，以房屋高度、结构类型、烈度为依据，采用不同的抗震等级进行相应的具体设计。一般情况下会将抗震等级划分为一级二级三级四级这四个级别。

（3）确定抗震设防烈度：所谓地震烈度是指国家主管部门依据地质地理及史料等，经过科学地勘察以及验证，对我国的主要城市和地区进行抗震设防（其类别分为甲、乙、丙、丁四类建筑）和地震分组经验数值。它是一个地域概念，一般情况下我国的大部分地区房屋的抗震设防烈度为8度。更具体的划分情况如下：甲、乙类建筑的抗震设防烈度一般要比当地的抗震设防烈度高出一度，但是当建筑场地为I类时，则与当地的抗震设防烈度持平即可;丙类建筑的抗震设防烈度一般与当地的抗震设防烈度要求一致，但是当建筑场地为I类时，则按当地的抗震设防烈度要求低一度采取抗震构造的措施（抗震设防烈度为6度的情况除外）。

总的来说，高层建筑的抗震设计应根据其抗震设防烈度、房屋高度、结构类型采用相应的抗震等级，并符合相应的抗震等级的构造措施的要求。

二、高层建筑抗震中常见的问题

（1）建筑物的高度问题

根据我国有关高层建筑技术的规定，高层建筑在一定的结构形式和设防烈度的基础上必须要有一个适宜的高度，而且该高度还必须与我国的经济发展水平、建筑的施工技术水平以及土建规范体系相适应。但是从当前的实际情况来看，还是有很多高层建筑超过了限定的高度。对于这些超出限定高度的建筑物，我们应采取专家论证以及振动台实验等科学方法，以科学严谨的态度相对待影响高层建筑的诸多因素在随着高层建筑高度的增加在不断发生着质变，超限建筑的安全指标、延性要求材料性能等参数会超出规范的使用范围。

（2）选用的材料和结构体系不合理

建筑材料和结构体系的选取是否合理在地震高发地区是一件备受重视的事情。然而，在我国的地震常发地区，选取的建筑材料及结构体系大多是不合理的。在国内，150m以下的建筑采用的结构体系与国外一样，主要是筒中筒，框架-支撑，框-筒这三种体系，但是外国的建筑大多是钢结构，而我国则大部分是钢筋混凝土结构和混合结构，而对于这么高的钢筋混凝土建筑的抗震设计国内外都没有较好的经验，混合结构的钢筋混凝土的内筒常常要承受七至八成的震层剪力，有时甚至高达九成，由于钢筋混凝土的核心筒结构是以钢筋混凝土结构的位移值为基准进行变形控制，如果该结构弯曲变形的侧移较大，则需采用刚度很小的钢框架来协助减小侧移，但这种方法效果不明显，还会加大钢结构的负担，因而有时候还须设置伸臂结构，或者是加大混凝土筒的刚度，以形成加强层，帮助达到规范侧移限值;另一方面，如果结构体系或者柱距发生变化了，就必须设置结构转换层。加强层和转换层产生的较大的刚度会引起结构刚度的变化，从而突然加大柱构件的剪力，造成转换层构件之间外框架柱连接处、加强层伸臂之间的强柱弱梁难以保证，所以，对于加强层和转换层结构模式的选择必须慎重，并尽可能地降低其刚度，防止造成不利影响。

（3）地基的选择不合理

对于建筑物而言，地基的选择尤为重要，因为它直接关系着建筑物的抗震能力。高层建筑因为其特性，它的地基应选择在较为宽阔的土地上，并且保证土地质地坚硬，尽量避开滑坡、断层等异形地形，但是开发商和建筑商们只追求经济利益的最大化，往往选取那些利润空间大的土地来进行施工，而不会考虑这些土地是否适合建设高层建筑，对地基的选择不甚合理。

三、高层抗震设计的对策

（1）分析抗震可靠度

以前，设计人员只是单纯从建筑负荷问题出发来分析和研究其抗震可靠性，而并没有从整体上分析材料的参数变化，地震烈度的随机性及模糊性对建筑物抗震可靠度的影响来进行综合考虑因此，我们应当将材料的参数变化，地震烈度的随机性地震烈度的模糊性作为进行抗震设计的依据，用以指导设计人员进行设计工作。

（2）以位移结构为依据进行合理的抗震设计

我国建筑物的抗震结构一般情况下是以承载力作为基础的，因此，我们应该对结构的配筋与变形的关系有一个清楚的认识，并在此基础上根据变形的结构来进行基础的位移设计。此外，除了小震阶段的计算之外，还应进行第二阶段的抗震设计，即根据大震进行整体的统计和分析，这是我国抗震结构设计的未来发展趋势。

（3）选择新型的高性能材料及合理的结构体系

为提高高层建筑的抗震性能，降低其柱截面的尺寸，在有条件的地方应尽量使用钢管混凝土结构、钢结构、钢骨混凝土结构及材料。而且在不同情況下对这些结构的选择也不同，比如，超过一定高度的建筑物，应选择钢管或钢骨混凝土结构及材料以便减小风振，而不应选用质量小并且较为柔软的钢结构。而且不同结构的建筑为了提高抗震性能选用的材料也不尽相同，比如，钢骨混凝土构件的高层建筑，其选用的材料应为实腹式焊接工字钢或大型型钢，这样在地震中受到的震害会比较轻微。

（4）改善短柱抗震性能

高层建筑整体框架的抗震能力必须满足“强剪弱弯”的要求，其柱体也须满足强柱弱梁的要求，这样才能保证柱子不先于梁破坏、不发生剪切破坏。我们可以通过采取措施减少短柱的截面尺寸，以提高其延性和承载力，从而改善其抗震性能，具体的措施有：①尽量使用复合螺旋箍筋，以提高短柱的抗剪承载力以及对混凝土的约束作用，从而提供短柱的抗震性能;②采用分体柱，一般情况下短柱的抗剪承载力要小于抗弯承载力，因此我们可以通过削减短柱的抗弯承载力，使其与短柱的抗剪强度持平或略低，从而使短柱在地震作用下能先达到抗弯强度后再出现其延性的破坏;③使用钢管混凝土柱，钢管混凝土是套箍混凝土的一种特殊形式，其内部的混凝土在受到钢管的侧向约束之后会呈现三向受压的状态，从而大幅度提高混凝土的极限抗压强度，使混凝土的延性得到极大地改善。

四、结束语

高层建筑的抗震设计是一个长期且复杂的过程，在这个过程中任何的疏漏都有可能导致设计过程更加复杂甚至出现安全隐患，因此，我们应严格按照规范及要求，总结国内外的先进经验，开发更加合理可行的抗震设计方案，使我国的抗震设计更加完善和完美。

参考文献：

[1]郭继武.建筑抗震设计[M].北京：中国建筑工业出版社，2002.

[2]徐正忠.建筑抗震设计规范[M].北京：中国建筑工业出版社，2001.