高層建筑抗震設計中存在的若干問題及對策

于孝軍

(新疆廣維現(xiàn)代建筑設計研究院有限責任公司,新疆烏魯木齊 830002)

高層建筑抗震設計中存在的若干問題及對策

于孝軍

(新疆廣維現(xiàn)代建筑設計研究院有限責任公司,新疆烏魯木齊 830002)

高層建筑的快速普及對抗震設計提出了越來越高的要求,面對諸多問題,要探尋解決對策達到抗震需求。本文結合高層建筑抗震設計分析了其存在的若干問題,并探討了解決問題的舉措,希望能為高層建筑抗震設計提供參考。

抗震設計 高層建筑 扭轉效應 問題 對策

隨著當前人們生活水平不斷上升，對居住環(huán)境要求也越來越高，高層建筑普及率大幅度提升，成為建筑工程中占據(jù)比例最高的建筑種類。高層建筑在設計時必須考慮到抗震因素，做好抗震設計，以此來確保建筑的安全性。高層建筑抗震設計中要確保鋼度、強度、延性與耗能力等達到設計標準，解決諸如結構體系、構件延性和剛度分布等問題。下面我們結合高層建筑設計談下抗震設計中存在的若干問題，探究解決對策。

1 高層建筑抗震設計中存在的問題

高層建筑抗震設計中面臨著不少問題。設計初期，施工現(xiàn)場工程地質(zhì)勘查資料不全是引發(fā)問題的重要因素，現(xiàn)場勘查精確度較差，對巖土地質(zhì)情況把握不準，給設計工作帶來難度，準確資料的缺乏致使設計無法最大限度的解決安全隱患，設計好建筑地基。對高層建筑而言，地震對其結構的影響與結構本身的質(zhì)量成正比關系，建筑結構質(zhì)量越大，地震帶來的損害程度就越嚴重，反之則損害較輕[1]。所以，相同條件下，建筑材料的選擇要嚴格考慮抗震需求，比如樓板、框架、墻體、隔斷、屋面構件以及圍護墻等，都要盡量選擇一些質(zhì)量較輕鋼度與強度滿足需求的輕質(zhì)材料，如硅酸鹽砌塊、空心塑料板材、多孔磚、陶?；炷恋龋嵘ㄖ锟拐鹦阅?。

在設計高層建筑結構時，過于復雜的平面布置和設計會影響剛心與質(zhì)心的重合，面對地震時會發(fā)生扭轉效應，加劇對高層建筑的損害，在近幾年發(fā)生的汶川地震、青海玉樹地震中就有不少實際案例，高層建筑因結構平面不規(guī)則在地震過用下發(fā)生嚴重扭轉效應繼而倒塌，并損害周圍相鄰建筑。在高層建筑的抗震設計中，其立面、平面布置要考慮對稱和規(guī)正，以確保建筑質(zhì)量和剛度的分布與變化成均勻狀態(tài)，否則應該考慮其帶來的不利影響。比如有些平面設計嚴重不對稱，一邊大開間一邊小房間，一邊為柱承重一邊為落地承重墻，造成剛度分布不均衡，在面臨地震時，抗震能力受影響。有些高層住宅平面設計為L、π形等不規(guī)則平面，造成縱橫向剛度不均。

根據(jù)高層建筑情況，有些必須通過設置防震縫來達到抗震效果，在國家頒布的《鋼筋混凝土高層建筑結構設計與施工規(guī)程》中規(guī)定了應該設置防震縫的三種情況，比如房屋有較大錯層、部分結構剛度與載荷相差懸殊且缺乏有效改善措施、未進行抗震設計或設置抗震措施的高層建筑等，防震縫的設置能夠有效解決以上三種情況帶來的地震威脅[2]。高層建筑結構抗震等級的把握是設計時的重要指導原則，對抗震等級把握不準是設計大忌，影響抗震等級的有建筑高度、場地巖土類型、結構類型、設防烈度等，對這些因素評估不準會影響結構抗震等級的把握和抗震設計。

面對以上這些存在的典型問題，高層建筑在抗震設計中必須予以重視，以消減地震來臨時可能造成的損害，降低安全隱患，提升建筑抗震性能。

2 解決高層建筑抗震設計問題的對策

高層建筑的抗震設計要考慮結構規(guī)則性，符合抗震概念設計要求，對建筑進行合理布置。有研究表明，地震災害中抗震效果最好的結構類型為平立面簡單且結構對稱的建筑，這種設計結構容易估計模擬地震反應，在采取相對應的抗震措施方面也較為方便，易于對細節(jié)部分加強處理。結構設計中考慮規(guī)則性就需要在承載力的分布、平立面外形與尺寸、抗側力構建布置等多個方面進行設計研究，以達到抗震設計需求，結構鋼度、建筑質(zhì)量分布均勻，且有足夠的扭轉鋼度消減扭轉效應，滿足豎向上重力荷載分布需求，最大限度的減少高層建筑結構內(nèi)應力和豎向構件間差異變形帶來的不利影響。高層建筑的高寬比一般都較大，地震與風力作用下會產(chǎn)生較大的層間位移，有些甚至超過位移限值。目前建筑理論研究認為這些位移限值的大小主要與建筑材料、結構體系、側向荷載等因素密切相關，如鋼筋混凝土的位移限值就比鋼結構要更為嚴格，風力荷載限值比地震限值更加嚴格。因此，抗震設計時要深入分析并考慮高層建筑所處的地理位置和設計情況，確保其剛度滿足需求的情況水平荷載作用帶來位移不會超過限值以影響建筑的穩(wěn)定性、承載力和使用功能。

大量實際案例表明，扭轉效應在地震中帶來的建筑損害十分巨大，所以抗震設計中必須控制扭轉效應，此類效應更容易發(fā)生在平面布置不規(guī)則且鋼心與質(zhì)心不重合的高層建筑中，扭轉效應不僅導致水平位移和扭轉性破壞，甚至會引發(fā)建筑整體倒塌，所以設計時計算扭轉系數(shù)并予以修正十分關鍵。高層建筑在扭轉作用力下各片抗側力結構層間變形不同，位移不同，剛度變化與剛度中心的變化也會帶來巨大差異，所以，要分別針對各層的扭轉系數(shù)進行計算并修正，以規(guī)避各層結構的偏心距和扭矩發(fā)生改變[3]。計算中要嚴格控制位移比和周期比兩個指標，在無法滿足結構參數(shù)時進行分析調(diào)整。面對周期比不能滿足要求的情況可適當通過加大抗側力構建界面或增加構建數(shù)量的辦法予以解決，消減鋼心和質(zhì)心的偏差，增大建筑結構的抗扭剛度。減少地震能量輸入的設計在高層建筑中應用較為普遍，這種設計能夠滿足地震作用下高層建筑的變形要求，符合位移限值和位移延性比要求，滿足結構位移和構件變形需求，消減地震對建筑的損害作用。在建筑結構設計中，要選擇合理的結構類型，滿足抗震需求前提下保障建筑結構性能，盡可能的設置多道抗震放線，以最大限度的吸收和耗散地震能量，提升建筑抗震性能，減少地震帶來的損害[4]。

總之，高層建筑的抗震設計方法和技術處在不斷進步中，要結合建筑實際情況設計抗震結構，以消減地震作用力，增強建筑抗震性能。

[1]郭霞飛.高層建筑結構抗震設計思想與工程實例分析[J].四川建材,2010(3).

[2]徐培福,戴國瑩.超限高層建筑結構基于性能抗震設計的研究[J].土木工程學報,2012(1).

[3]趙靜濤,鄒慕燕,趙宇鵬.超限框支高層抗震墻建筑結構抗震設計[J]. 土木建筑工程信息技術,2011(2).

[4]黃武藝,邱開旺.超限高層建筑工程的抗震設計[J].城市建設理論研究(電子版),2013(12).

于孝軍,性別:男,民族:漢,出生年月:1987年5月30號,單位:新疆廣維現(xiàn)代建筑設計研究院有限責任公司,職稱:助理工程師:學歷:碩士。