高层建筑防震设计要点分析毛栋栋

毛栋栋第一作者曹学锋第二作者

摘要：与西方建筑的“以刚克刚”不同，中国传统的建防震作业，在抵抗地震冲击力时，采用的是“以柔克刚”的思维，通过种种巧妙的措施，其目标是以最小的代价，将强大的自然破坏力消弥至最小程度。在当前社会高层建筑设计中，抗震设计是必不可少的一个环节。本文介绍了高层建筑的结构形式及其设计要点，详细情况如下所述：

关键词：高层建筑；抗震设计；结构体系

引言：随着社会的不断前进与发展，我国建筑发展也在不断的进步，各类高层建筑也在不断的涌入，一些高层建筑结构随着社会发展、逐步变的完善。它不仅体现在材料上，更体现在结构上，还体现在建筑的高度之上。与此同时，抗震设计也被提及到高层建筑结构设计当中，而当前建筑所面临的问题是如何将防震工作做到位，也是当前建筑工程师所面临的重要任务。本篇文章结合实际，向我们阐述高层建筑防震设计的要点，以达到合理抗震设计的目的。

1高层建筑抗震设计特点

1.1高层建筑的特点

高层建筑可以带来明显的社会经济效益：首先，使人口集中，可利用建筑内部的竖向和横向交通缩短部门之间的联系距离，从而提高效率；其次能使大面积建筑的用地大幅度缩小，有可能在城市中心地段选址；第三，可以减少建设投资和缩短建筑工期。

1.2高层建筑设计规范

1)结构部分

(1)超长桩

桩基，承载力必然很大，桩长应该相对较长，会有超长桩的问题

(2)深基坑支护

在进行深基坑深埋时，注重保证地下室深基坑的安全性。在进行建设时，为了考虑到抗震的效果，需要对深基坑进行全面的支护。

(3)大体积混凝土

一般200多米的超高层，剪力墙厚度都会做到1米以上了，因此，相关人员就应该将混凝土浇筑的情况考虑进去。

(4)型钢混凝土应用

可能要涉及到型钢混凝土的问题，型钢混凝土节点的施工，相对也是比较复杂的。

1.3要重视建筑结构的延性设计。

高层建筑结构随着高度增加，刚度减小，显得更柔，在地震荷载作用下变形较大。这就要求建筑结构要有足够的变形能力，使结构进入塑性变形阶段仍然安全，需要在结构构造上采取有利的措施，使得建筑结构具有足够的延性。

2高层建筑抗震概念设计的基本要点

2.1建筑布置宜规则

高层建筑应重视体形和结构的总体布置。在进行建筑抗震使用时，应当尽量避免选择不规则的结构。结构的刚度容易均匀变化，竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度逐渐减小，这样做可以尽量避免刚度和承载力突然变小的楼层，造成薄弱层面现象的出现，地震时可能会对其产生危害，甚至会加强建筑布置的不规范性。

2.2选择合理的结构计算简图和地震作用传递途径

根据当前的情况来看，当前我国高层建筑都是可以利用计算机的形式来进行计算的，这样做可以保证计算结构和计算结果的正确和准确性，因此要求工作人员要熟练的对建筑的计算形式掌握，要熟练掌握结构的计算方法，利用专业的力学模型和数学模型得出更准确的抗震结果，促进后期得出更好的抗震施工方案。

2.3选择有利于抗震的场地和地基

正确选择场地，避免把房屋建在山坡、河谷等容易发生地质灾害和地基不稳定的地区。二是正确的设计。三是严格按照建筑图纸正确施工和监理，不允许偷工减料。四是按照不同地区受地震威胁的大小、频度对建筑物进行科学设防。五是不能随意改变房屋用途或修改结构格局如拆除承重墙。尤其不能私自将住宅当仓库使用，盛放重物。第六正确使用和维护房屋。以上六点是一个整体，缺少哪一点都会带来隐患。如果真正做到以上六点，房屋在地震中的安全就有保障。

3结构体系的合理选择

3.1房屋建筑构造：

A传统结构体系：木结构，砖混结构，框架结构。

B现代工业化施工的机构体系：装配式建筑，工具式模板建筑。

C特种结构体系：筒体结构、悬挂结构、薄膜结构、大跨度结构

3.2框架-摇摆墙体系抗震加固设计要点

在采用摇摆墙进行结构加固时，摇摆墙和阻尼器的抗震性能需求很大程度上取决于拟加固结构的动力特性，且应进行整体建模分析。以下步骤进行设计：

1)由刚度需求初设墙体尺寸

该加固体系的主要加固方式是通过具有较大抗侧刚度的摇摆墙来改善原框架的变形和破坏机制。在设计的初期，可根据结构层数，预估墙体尺寸。

2)由耗能需求初定阻尼设备的规格与数量

由以下两点假设来估计设备的规格与数量：

假定在地震基本设防烈度下结构的地震输入能均由阻尼器来耗散；

每个阻尼器要具备同样的变形能力。另外，确保所有阻尼器的整体塑性耗能水平EH超过地震输入能E1，即：EH＞E1。

现行抗震设计规范中未以量化的地震输入能的大小作为划分建筑抗震设防等级的依据。地震输入能量E1为：

E1=1/2（mS2vp）（1）

其中，m是结构的整体质量；Svp是拟速度反应谱值。

阻尼器的塑性能耗为：EH=2Fyi（-）ni（2）

式中，Fyi是阻尼器的名义屈服承载力；、分别是阻尼器的屈服变形值和既定位移角时相应变形值；ni是往复耗能次数。

3.3摇摆墙在框架结构抗震加固中的应用

3.3.1项目概况

11层框架结构，层高均为3.6m，采用C35砼，纵筋级别为HRB400，每层的平面布置基本一致；X向总长73m，Y向总长为16m。为了提高计算效率，对结构建模过程进行了简化.

原结构平面只在左上角布置了剪力墙，其它部位均为框架。通过计算得知，原结构的刚度中心与质量中心水平距离相差较大，存在较大的扭转效应，不利于结构的整体变形协调。较大的扭转变形会容易造成远离刚度中心一侧的结构构件产生较大的位移变形，在水平地震力作用下会发生局部变形较大。为了提高结构整体的变形协调能力，对原结构中最右边一榀框架进行抗震加固。

3.3.2加固方案

墙体在水平地震力作用下分担较多的弯矩和剪力，基础的承载力有较高的需求；且易发生局部的集中损伤，不便于震后结构损伤修复。在本工程中，既有基础不便于重新开挖。采用摇摆墙作为加固方法，既满足工程实际情况，也可以通过局部增加结构刚度的方法来降低原剪力墙的地震内力需求

地震对建筑物的伤害主要是水平地震力所造成的剪切破坏，所以根据结构体系对抗侧力能力的不同，钢筋砼结构主要可分为框架结构、剪力墙结构、筒体结构等，适用于当前建筑结构当中。

3.4剪力墙结构

剪力墙由纵、横方向的墙体组成的抗侧力体系，属于以弯曲变形为主的结构体系。

可能会呈现一定的体系特点，比如说侧面的刚度较大时，抗侧移能力就明显比框架的结构好，整体性的抗震效果相对而言也会好，有利于结构的整体受力，减少部分受力对结构造成的不良因素。因此，剪力墙结构可以用于比较高层住宅，性能稳定。每种建筑结构的抗震性能和适用的范围都不相同，并且高度不同采用的抗震等级也不尽相同。

总结：

随着社会的发展、结构设计理念的创新及施工技术的进步，促使高层建筑往更高的方向发展，其在地震作用下的安全性也变的尤为重要。但由于高层建筑抗震设计属于繁重而复杂的过程，设计时一定要从概念设计及结构体系两个方向同时入手，从而获得即经济又安全可靠的设计结果。

参考文献：

[1]我国高层建筑抗震设计问题探讨[J].赵彦华，贺玉磊.智能城市.2017(04)

[2]高层建筑隔震设计若干问题探讨[J].卜龙瑰，苗启松.建筑结构.2015(18)

[3]某超高层建筑结构抗震设计与分析[J].陈震.碗岐山.江汉大学学报(自然科学版).2016(06)

[4]浅谈建筑结构设计优化方法在房屋建设中的应用[J]杨静怡；张慧琪；科技传播，2016（10）