高层建筑抗震设计分析

潘旭浪

摘 要 随着经济和社会的快速发展，高层建筑越来越多。但在高层建筑抗震设计中，设计人员必须正确运用规范进行结构设计，掌握抗震的概念设计，不断加强对新知识的学习，为了保证建筑结构在地震时具有良好的抗震能力，保证人民生命财产安全。

关键词 高层建筑;抗震设计;策略

建筑结构的抗震性能决定了地震的严重程度。建筑结构的抗震能力是社会抗震救灾体系的第一道防线。因此，高层建筑的抗震工作一直是建筑设计和施工的重点，结构工程师必须根据抗震设计要求进行结构分析和设计[1]。

1 高层建筑抗震设计的主要内容

我国现行抗震规范（GB 50011-2010）要求，高层建筑的抗震计算主要是在多次地震作用下（小地震）并根据反应谱理论进行计算，用弹性法计算内力和位移，用极限状态法进行构件设计。对于重要建筑物或特殊要求，应采用时程分析方法进行补充计算和大地震下的变形验算。这种结构设计方法，首先采用多次地震，然后对结构在罕见地震下的弹塑性变形进行校核，就是所谓的两阶段设计方法，规范规定了结构在罕见地震下的弹塑性性能[2]。

2 高层建筑抗震设计的特点

首先，控制建筑物的横向运动是一项重要指标。在地震荷载作用下，建筑结构产生的水平剪力占主导地位，因此建筑会产生显著的侧向位移。随着建筑结构高度的不断增加，结构的侧向位移迅速增加，但其变形必须在一定范围内，以保证结构的安全和使用功能。

其次，地震荷载中的水平荷载是决定因素。水平荷载会引起建筑物的倾覆力矩，并在结构的竖向构件中产生较大的轴向力，与建筑物高度的平方成正比，所以它与建筑结构的高度成正比，水平荷载变化很大。对于具有一定高度的建筑物，竖向荷载基本不变，但由于建筑物的质量和刚度等动力特性不同，水平地震荷载和风荷载变化较大。

第三，要注意建筑结构的延性设计。在地震荷载作用下，高层建筑结构的刚度随着高度的增加而减小，表现出较大的柔性和变形。这就要求建筑结构具有足够的变形能力，使结构在塑性变形阶段仍然是安全的，在结构施工中必须采取有力措施，使建筑结构具有足够的延展性。

3 某高层建筑抗震设计分析

（1）项目概况。该高层建筑位于南宁市郊，总建筑面积6.15万平方米，包括A、B两栋高层建筑，其中A栋高层建筑由20层、29层、31层三层单体组成，最大高度97.35米，建筑面积5.8万平方米;B栋18层，高56.5米，建筑面积22，000。功能上，一至五层为商铺、办公楼，六层及以上为住宅楼，地下一层为人防地下室。

（2）本工程施工等级为一级，使用寿命为100，抗震设防烈度为6度，基本地震加速度为0.05g，结构形式采用框支剪力墙结构。

（3）第一，这个项目是一个垂直不规则结构的高层改造，底层大空间层数已达地上5层。第二，由于建筑物的不规则L形，中心刚度与质心不重合。这些都不利于抗震，应进行研究论证，采取特殊措施加强抗震。

（4）在抗震设计中，在L形房地产的凹角处，结合住宅建筑的立面造型和平面布置，采用加厚板和巨型边梁的处理方法，使设计特征周期，地震力和地震输出达到2010年《建筑抗震设计规范》的要求。通过合理调整局部上下剪力墙的数量，满足结构规范对位移比和转角的要求，使结构的刚度尽可能均匀，没有明显的突然变化。

（5）工程结构整体稳定性验算结果如下：X向刚度比EJd/GH = 5.811.4;Y方向刚度比EJd/GH = 7.641.4。均满足抗震设计要求。

（6）在抗震概念设计中还进行了以下分析和改进：由于本工程高层转换的一些显著特点，钢筋面积过大，结构延性较差，因此在框架柱、框架等主要部位支撑梁和地下室顶层结构优先采用三级钢，且钢筋在最大拉力下的总伸长率，实测值不应小于9%，这样才能充分利用材料性能。塔顶的鞭梢效应是明显的。用钢结构代替混凝土结构，充分利用钢结构轻、高强度的材料特性，不盲目增加突出部分的刚度，但使其一阶固有频率和低阶频率的整体结构不接近地震动扰流器法来实现。

（7）根据抗震设计的概念，对不需要计算的结构和非结构部分，制定并加强抗震构造措施，主要考虑分析以下几个问题：钢筋混凝土柱设计。首先，根据轴向压缩比控制，轴向压缩比的差异不超过0.2。当建筑物有要求时，应通过与建筑物协商解决问题。其次，柱加固时，应同时满足钢筋、箍筋、主筋、角筋和最小体积配筋率的要求。框架结构中的主体建筑梯柱 （中间平台工程）。因为此列是短列，所以应该加密。用于钢筋混凝土梁的设计。框架梁的高度为1/10 ～ 1/15跨，净高要求应与建筑物协商。对于一些大跨度的公共建筑，梁的宽度应适当增加，且应大于300mm。加宽梁宽有利于抗剪，符合 “强剪弱弯”;宽350mm的梁可采用四肢箍筋缩小;加宽主梁宽度，有利于次梁锚固加固;尽量避免长高比小于4的短梁。梁的加固应充分考虑梁的锚固长度，尤其是次梁，应满足现行规范的要求;注意腰椎肌腱的设置，单侧腰椎肌腱应大于0.1% bhw;当长高比小于4根短梁时，应加强整梁的箍筋，梁的顶筋应较长，并且梁的縱向钢筋不应太大。第三，当主梁 （包括梁端） 有次梁时，应增加箍筋、吊架，并优先增加箍筋;次梁应避免靠近主梁支座，否则应考虑次梁。主梁的扭转由梁引起，或增加纵筋和箍筋的扭转。第四，当次梁的端部与框架梁相交或弹性支撑在墙壁上时，梁端支撑可视为简单支撑，但是梁端的箍筋应该加密。对于比悬臂梁大的设计。悬臂梁应为等截面（大梁外露的除外）。与悬臂板不同的是，悬臂梁的自重占总荷载的比例很小。变截面不能有效降低自重，变截面悬臂梁箍筋不同，施工难度大。注意悬臂梁顶配筋率、箍筋率、全长加密1m梁应进行挠度检查。

4 结束语

总之，为了避免地震给人类带来的巨大灾难，这就要求建筑结构设计人员正确总结经验，深化认识，正确运用框架结构的抗震概念，并采用科学有效的方法和手段，确保建筑结构的安全。

参考文献

[1] 韩峰.高层建筑结构抗震设计浅析[J].中外企业家，2020（14）：122.

[2] 邵李娜，华全庆.高层建筑结构抗震设计存在的问题及其对策[J].工程建设与设计，2019（22）：24-25.