我国高层建筑抗震结构设计初探

王海翠

摘要 在高层建筑工程项目建设中，抗震设计是整个建筑工程最为重要的环节，在设计中需要综合考虑到多方面的因素。本文结合工作实践分析了我国高层建筑抗震设计中存在的问题，并提出了一些自己的看法，希望对同行们有一定的参考作用。

关键词 高层建筑；抗震结构；抗震设计

中图分类号TU97 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2011）43-0029-02

0引言

20余年来，世界上一些大城市先后发生了若干次大地震，有不少高层建筑遭受破坏或倒塌。通过震害分析及专门研究，对高层建筑的破坏规律逐步有了更多的认识。在一次大地震中破坏严重的往往不是高层建筑。正确设计与良好施工的高层建筑在强震作用下可以具有可靠的抗震性能。当然高层建筑遭到地震破坏会比一般建筑带来更大的生命和经济上的损失，因此必须慎重对待。高层建筑抗震是通过结构耗能来实现，因此必须采取有效措施保证整体结构及构件具有较高的延性，否则在大震作用下就可能造成严重破坏。对高层建筑而言，基础结构必须有足够的承载力和抗转动能力。同一地区的房屋由于设计考虑不同，结构的抗震能力有较大差别，这也是同一地震造成建筑的不同程度损失的一个重要因素。

1 我国高层建筑抗震设计中存在问题的反思

1.1高度问题

按我国现行高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2002）规定，许多混凝土结构高层建筑的高度超过了国家规定的高度。对于这种超过国家高度限制的高层建筑项目，应当采取科学严谨的措施：首先必须要经过相关专家的论证，其次要进行模型振动台试验。在地震力影响下，超过国家高度限制的高层建筑项目的变形破坏性态会发生巨大的变化。因为随着建筑项目高度的不断增加，许多影响因素也会跟着发生质变，即有些参数本身超出了现有规范的适宜范围，例如安全指标、延性要求、材料性能、荷载取值、力学模型选取等。

1.2材料的选用和结构体系问题

在地震多发区，采用何种建筑材料或结构体系较为合理应该得到人们的重视。由于结构以钢筋混凝土核心筒为主，变形控制要以钢筋混凝土结构的位移限值为基准。但因其弯曲变形的侧移较大，靠刚度很小的钢框架协同工作减小侧移，不仅增大了钢结构的负担，且效果不大，有时不得不加大混凝土筒的刚度或设置伸臂结构，形成加强层才能满足规范侧移限值；此外，在结构体系或柱距变化时，需要设置结构转换层。加强层和转换层都在本层形成大刚度而导致结构刚度突变，常常会使与加强层或转换层相邻的柱构件剪力突然加大，加强层伸臂构件或转换层构件与外框架柱连接处很难实现强柱弱梁。因此在需要设置加强层及转换层时，要慎重选择其结构模式，尽量减小其本身刚度，减小其不利影响。

1.3轴压比与短柱问题

在钢筋混凝土高层建筑结构中，往往为了控制柱的轴压比两使柱的断面很大，而柱的纵向钢筋却为构造配筋。即使采用高强混凝土，柱断面尺寸也不能明显减小。限制柱的轴压比是为了使柱子处于大偏压状态，防IE受拉钢筋未达屈服而混凝土被压碎，柱的塑性变形能力小，则结构的延性就差。当遭遇地震时，耗散和吸收地震能量少，结构容易被破坏。

2 高层建筑抗震设计的对策

高层建筑抗震设计除了选择合理的结构类型和结构体系以及必要的计算分析以外，更重要的是在设计中全面考虑以下几点要求：

1）结构的承载力和刚度要均匀连续分布适应结构反应的要求。结构某一部位超强或强度不足，在地震作用下都可能形成结构的相对薄弱部位而导致破坏。以上不仅是对主体结构而言，非结构墙体的不规则和不连续布置也会引起同样的后果。底层相对薄弱比上层相对薄弱更为不利。要控制刚度和承载力的变化幅度，进行必要的变形分析。高层建筑的顶部往往有突出的塔楼。由于高振型的作用对塔楼要求有较高的承载力与延性，钢筋混凝土结构往往不能满足要求，可以采用型钢一混凝土组合结构或钢结构。当然要注意两类结构的连接；

2）尽可能从设计和构造上实现多道抗震防线。例如框架结构首先是框架梁屈服，最后是柱屈服。在框剪结构中第一道防线是剪力墙的约束梁，其次是剪力墙和框架。在剪力墙结构中利用连梁的屈服耗能防止或推迟剪力墙肢的屈服。要实现这一要求必须根据结构反应控制各部件的强弱关系；

3）控制结构的屈服部位尽可能实现理想的机制，也就是横向构件屈服而竖向构件除根部外均处于弹性。例如框架结构要求强柱弱梁，剪力墙结构要求强墙肢弱连梁等。要完全实现理想的机制，需要有较大的强弱差别，在设计中可以按照不同抗震标准适当掌握；

4）平面和外型比较复杂的建筑，为了减轻破坏防止倒塌各结构单元之间可以设缝彻底分离也可以不设缝而加强连接。对于高层建筑而言应尽可能创造条件不设防震缝，这样对于建筑处理、防止碰撞以及提高抗倒塌能力都是有利的。当然不设缝要考虑刚度突变、沉降不均等不利作用。必须设缝时，缝宽除考虑结构的侧移外还应考虑由于基础转动带来的位移增大影响；

5）节点连接的承载力和刚度要与构件的承载力和刚度相适应。节点的抗力应大于被连接构件的全截面抗力。要从构造上采取措施避免节点的刚度和承载力过早退化，导致结构变形过大而失稳破坏。这对于无支撑体系的框架特别是装配式钢筋混凝土框架是非常重要的问题。装配式钢筋混凝土大板结构剪力墙的连接，特别是水平连接很难保证接缝密实均匀受力，在强震作用下容易产生楼层滑移影响整体稳定。加强剪力墙的竖向边缘结构或沿竖向施加预应力可以增强抗滑移能力。

参考文献

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