高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的幾點建議

肖凱　鄭國軍　王文莉

【摘 要】高層建筑抗震工作一直建筑設(shè)計和施工的重點，本文從建筑抗震的理論分析、高層建筑的設(shè)計理念、抗震措施等方面論述高層抗震設(shè)計。

【關(guān)鍵詞】高層建筑；抗震設(shè)計

隨著高層建筑的普及，高層建筑的抗震工作也成為我們必須關(guān)注的重點。那么如何更好地實現(xiàn)高層建筑抗震的理想？我從以下幾方面論述：

1.建筑抗震的理論分析

1.1建筑結(jié)構(gòu)抗震規(guī)范

建筑結(jié)構(gòu)抗震規(guī)范實際上是各國建筑抗震經(jīng)驗帶有權(quán)威性的總結(jié)，是指導(dǎo)建筑抗震設(shè)計的法定性文件它既反映了各個國家經(jīng)濟與建設(shè)的時代水平，又反映了各個國家的具體抗震實踐經(jīng)驗。它雖然受抗震有關(guān)科學(xué)理論的引導(dǎo)，向技術(shù)經(jīng)濟合理性的方向發(fā)展，但它更要有堅定的工程實踐基礎(chǔ)，把建筑工程的安全性放在首位，容不得半點冒險和不實。正是基于這種認識，現(xiàn)代規(guī)范中的條文有的被列為強制性條文，有的條文中用了“嚴禁，不得，不許，不宜”等體現(xiàn)不同程度限制性和“必須，應(yīng)該，宜于，可以”等體現(xiàn)不同程度靈活性的用詞。

1.2抗震設(shè)計理論發(fā)展歷程

（1）擬靜力理論。擬靜力理論是20世紀40年代發(fā)展起來的一種理論，它在估計地震對結(jié)構(gòu)的作用時，僅假定結(jié)構(gòu)為剛性，地震力水平作用在結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的質(zhì)量中心上。地震力的大小當于結(jié)構(gòu)的重量乘以一個比例常數(shù)（地震系數(shù)）。

（2）反應(yīng)譜理論。反應(yīng)譜理論是在加世紀40～60年代發(fā)展起來的，它以強地震動加速度觀測記錄的增多和對地震地面運動特性的進一步了解，以及結(jié)構(gòu)動力反應(yīng)特性的研究為基礎(chǔ)，是加理工學(xué)院的一些研究學(xué)者對地震動加速度記錄的特性進行分析后取得的一個重要成果。

（3）動力理論。動力理論是20世紀70-80年廣為應(yīng)用的地震動力理論。它的發(fā)展除了基于60年代以來電子計算機技術(shù)和試驗技術(shù)的發(fā)展外，人們對各類結(jié)構(gòu)在地震作用下的線性與非線性反應(yīng)過程有了較多的了解，同時隨著強震觀測臺站的不斷增多，各種受損結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)記錄也不斷增多。進一步動力理論也稱地震時程分析理論，它把地震作為一個時間過程，選擇有代表性的地震動加速度時程作為地震動輸入，建筑物簡化為多自由度體系，計算得到每一時刻建筑物的地震反應(yīng)，從而完成抗震設(shè)計工作。

2.高層建筑結(jié)構(gòu)抗震要求

2.1高層建筑的抗震設(shè)計理念

我國《建筑抗震規(guī)范》對建筑的抗震設(shè)防提出“三水準、兩階段”的要求，“三水準”即“小震不壞，中震可修，大震不倒”。當遭遇第一設(shè)防烈度地震即低于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的多遇地震時，結(jié)構(gòu)處于彈性變形階段，建筑物處于正常使用狀態(tài)。建筑物一般不受損壞或不需修理仍可繼續(xù)使用。因此，要求建筑結(jié)構(gòu)滿足多遇地震作用下的承載力極限狀態(tài)驗算，要求建筑的彈性變形不超過規(guī)定的彈性變形限值。當遭遇第二設(shè)防烈度地震即相當于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的基本烈度地震時，結(jié)構(gòu)屈服進入非彈性變形階段，建筑物可能出現(xiàn)一定程度的破壞。但經(jīng)一般修理或不需修理仍可繼續(xù)使用。因此，要求結(jié)構(gòu)具有相當?shù)难有阅芰Γㄗ冃文芰Γ┎话l(fā)生不可修復(fù)的脆性破壞。因此，要求建筑具有足夠的變形能力，其彈塑性變形不超過規(guī)定的彈塑性變形限值。

2.2抗震措施

在對結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計中，除要考慮概念設(shè)計、結(jié)構(gòu)抗震驗算外，歷次地震后人們在限制建筑高度，提高結(jié)構(gòu)延性（限制結(jié)構(gòu)類型和結(jié)構(gòu)材料使用）等方面總結(jié)的抗震經(jīng)驗一直是各國規(guī)范重視的問題。當前，在抗震設(shè)計中，從概念設(shè)計，抗震驗算及構(gòu)造措施等三方面入手，在將抗震與消震（結(jié)構(gòu)延性）結(jié)合的基礎(chǔ)上，建立設(shè)計地震力與結(jié)構(gòu)延性要求相互影響的雙重設(shè)計指標和方法，直至進一步通過一些結(jié)構(gòu)措施（隔震措施，消能減震措施）來減震，即減小結(jié)構(gòu)上的地震作用使得建筑在地震中有良好而經(jīng)濟的抗震性能是當代抗震設(shè)計規(guī)范發(fā)展的方向。

2.3抗震等級的確定

（1）抗震等級：是設(shè)計部門依據(jù)國家有關(guān)規(guī)定，按“建筑物重要性分類與設(shè)防標準”，根據(jù)烈度、結(jié)構(gòu)類型和房屋高度等，而采用不同抗震等級進行的具體設(shè)計。以鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)為例，抗震等級劃分為四級，以表示其很嚴重、嚴重、較嚴重及一般的四個級別。

（2）地震烈度：是國家主管部門根據(jù)地理、地質(zhì)和歷史資料，經(jīng)科學(xué)勘查和驗證，對我國主要城市和地區(qū)進行的抗震設(shè)防與地震分組的經(jīng)驗數(shù)值，是地域概念。抗震設(shè)防類別分為甲、乙、丁類建筑，全國大部分地區(qū)的房屋抗震設(shè)防烈度一般為8度。

2.4抗震措施的要求

（1）甲類、乙類建筑：當本地區(qū)的抗震設(shè)防烈度為6～8度時，應(yīng)符合本地區(qū)抗震設(shè)防烈度提高一度的要求；當本地區(qū)的設(shè)防烈度為9度時，應(yīng)符合比9度抗震設(shè)防更高的要求。當建筑場地為Ⅰ類時，應(yīng)允許仍按本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的要求采取抗震構(gòu)造措施。

（2）丙類建筑：應(yīng)符合本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的要求。當建筑場地為I類時，除6度外，應(yīng)允許按本地區(qū)抗震設(shè)防烈度降低一度的要求采取抗震構(gòu)造措施.按建筑類別及場地調(diào)整后用于確定抗震等級烈度，按調(diào)整后的抗震等級烈度。

（3）抗震設(shè)計時，多高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)根據(jù)設(shè)防烈度、結(jié)構(gòu)類型和房屋高度采用不同的抗震等級，并應(yīng)符合相應(yīng)的計算和構(gòu)造措施要求。

（4）建筑場地為Ⅲ、Ⅳ類時，對設(shè)計基本地震加速度為0 15G和O.30G的地區(qū)，宜分別按抗震設(shè)防烈度8度（0.20G）和9度（0.40G）時各類建筑的要求采取抗震構(gòu)造措施。

（5）抗震設(shè)計時、與主樓連為整體的裙樓的抗震等級不應(yīng)低于主樓的抗震等級；主樓結(jié)構(gòu)在裙房頂部上、下各一層應(yīng)適當加強抗震構(gòu)造措施。

（6）房屋高度大、柱距較大而柱中軸力較大時，宜采用型鋼混凝土柱、鋼管混凝土柱，或采用高強度混凝土柱。

（7）高層建筑結(jié)構(gòu)中，抗震等級為特一級的鋼筋混凝土構(gòu)件，除應(yīng)符合一級抗震等級的基本要求外，尚應(yīng)符合下列規(guī)定：

1）框架柱應(yīng)符合下列要求：

①宜采用型鋼混凝土柱或鋼管混凝土柱。

②柱端彎矩增大系數(shù)`Η_C`、柱端剪力增大系數(shù)`Η_VC`.應(yīng)增大20%。

③鋼筋混凝土柱柱端加密區(qū)最小配箍特征值`Λ_V`，應(yīng)按表5-13的數(shù)值增大0.02采用；全部縱向鋼筋最小構(gòu)造配筋百分率，中、邊柱取1.4%，角柱取1.6%。

2）框架梁應(yīng)符合下列要求：

①梁端剪力增大系數(shù)應(yīng)增大20%。

②梁端加密區(qū)箍筋構(gòu)造最小配箍率應(yīng)增大10%。

3）框支柱應(yīng)符合下列要求：

①宜采用型鋼混凝士柱或鋼管混凝土柱。

②底層柱下端及與轉(zhuǎn)換層相連的柱上端的彎矩增大系數(shù)取1.8，其余層柱端彎矩增大系數(shù)`Η_R`應(yīng)增大20%；柱端剪力增大系數(shù)`Η_VR`應(yīng)增大2U%；地震作用產(chǎn)生的柱剪力增大系數(shù)取1.8，但計算柱軸壓比時可不計該項增大。

③鋼筋混凝土柱柱端加密區(qū)最小配箍特征值`Λ_R`應(yīng)按原來的數(shù)值增大0.03采用，且箍筋體積配箍率不應(yīng)小于1.6%；全部縱向鋼筋最小構(gòu)造配筋百分率取1.6%。

4）筒體、剪力墻應(yīng)符合下列要求：

①底部加強部位及其上一層的彎矩設(shè)計值應(yīng)按墻底截面組合彎矩計算值的1.1倍采用，其他部位可按墻肢組合彎矩計算值的1.3倍采用；底部加強部位的剪力設(shè)計值，應(yīng)按考慮地震作用組合的剪力計算值的1.9倍采用，其他部位的剪力設(shè)計值，應(yīng)按考慮地震作用組合的剪力計算值的1.2倍采用。

②一般部位的水平和豎向分布鋼筋最小配筋率應(yīng)取為0.35%，底部加強部位的水平和豎向分布鋼筋的最小配筋率應(yīng)取為0.4%。

③約束邊緣構(gòu)件縱向鋼筋最小構(gòu)造配筋率應(yīng)取為1.4%.配箍特征值宜增大20%；構(gòu)造邊緣構(gòu)件縱向鋼筋的配筋率不應(yīng)小于1.2%；框支剪力墻結(jié)構(gòu)的落地剪力墻底部加強部位邊緣構(gòu)件宜配置型鋼，型鋼宜向上、下各延伸一層。

總之，高層建筑越來越普及，我們的國家又是地震多發(fā)地帶，所以我們應(yīng)該高度重視高層建筑的抗震工作。 [科]