高层建筑抗震设计中存在的若干问题及对策

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【摘 要】 高层建筑的快速普及对抗震设计提出了越来越高的要求，面对诸多问题，要探寻解决对策达到抗震需求。本文结合高层建筑抗震设计分析了其存在的若干问题，并探讨了解决问题的举措，希望能为高层建筑抗震设计提供参考。

【关键词】 抗震设计 高层建筑 扭转效应 问题 对策

随着当前人们生活水平不断上升，对居住环境要求也越来越高，高层建筑普及率大幅度提升，成为建筑工程中占据比例最高的建筑种类。高层建筑在设计时必须考虑到抗震因素，做好抗震设计，以此来确保建筑的安全性。高层建筑抗震设计中要确保钢度、强度、延性与耗能力等达到设计标准，解决诸如结构体系、构件延性和刚度分布等问题。下面我们结合高层建筑设计谈下抗震设计中存在的若干问题，探究解决对策。

1 高层建筑抗震设计中存在的问题

高层建筑抗震设计中面临着不少问题。设计初期，施工现场工程地质勘查资料不全是引发问题的重要因素，现场勘查精确度较差，对岩土地质情况把握不准，给设计工作带来难度，准确资料的缺乏致使设计无法最大限度的解决安全隐患，设计好建筑地基。对高层建筑而言，地震对其结构的影响与结构本身的质量成正比关系，建筑结构质量越大，地震带来的损害程度就越严重，反之则损害较轻[1]。所以，相同条件下，建筑材料的选择要严格考虑抗震需求，比如楼板、框架、墙体、隔断、屋面构件以及围护墙等，都要尽量选择一些质量较轻钢度与强度满足需求的轻质材料，如硅酸盐砌块、空心塑料板材、多孔砖、陶粒混凝土等，提升建筑物抗震性能。

在设计高层建筑结构时，过于复杂的平面布置和设计会影响刚心与质心的重合，面对地震时会发生扭转效应，加剧对高层建筑的损害，在近几年发生的汶川地震、青海玉树地震中就有不少实际案例，高层建筑因结构平面不规则在地震过用下发生严重扭转效应继而倒塌，并损害周围相邻建筑。在高层建筑的抗震设计中，其立面、平面布置要考虑对称和规正，以确保建筑质量和刚度的分布与变化成均匀状态，否则应该考虑其带来的不利影响。比如有些平面设计严重不对称，一边大开间一边小房间，一边为柱承重一边为落地承重墙，造成刚度分布不均衡，在面临地震时，抗震能力受影响。有些高层住宅平面设计为L、π形等不规则平面，造成纵横向刚度不均。

根据高层建筑情况，有些必须通过设置防震缝来达到抗震效果，在国家颁布的《钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规程》中规定了应该设置防震缝的三种情况，比如房屋有较大错层、部分结构刚度与载荷相差悬殊且缺乏有效改善措施、未进行抗震设计或设置抗震措施的高层建筑等，防震缝的设置能够有效解决以上三种情况带来的地震威胁[2]。高层建筑结构抗震等级的把握是设计时的重要指导原则，对抗震等级把握不准是设计大忌，影响抗震等级的有建筑高度、场地岩土类型、结构类型、设防烈度等，对这些因素评估不准会影响结构抗震等级的把握和抗震设计。

面对以上这些存在的典型问题，高层建筑在抗震设计中必须予以重视，以消减地震来临时可能造成的损害，降低安全隐患，提升建筑抗震性能。

2 解决高层建筑抗震设计问题的对策

高层建筑的抗震设计要考虑结构规则性，符合抗震概念设计要求，对建筑进行合理布置。有研究表明，地震灾害中抗震效果最好的结构类型为平立面简单且结构对称的建筑，这种设计结构容易估计模拟地震反应，在采取相对应的抗震措施方面也较为方便，易于对细节部分加强处理。结构设计中考虑规则性就需要在承载力的分布、平立面外形与尺寸、抗侧力构建布置等多个方面进行设计研究，以达到抗震设计需求，结构钢度、建筑质量分布均匀，且有足够的扭转钢度消减扭转效应，满足竖向上重力荷载分布需求，最大限度的减少高层建筑结构内应力和竖向构件间差异变形带来的不利影响。高层建筑的高宽比一般都较大，地震与风力作用下会产生较大的层间位移，有些甚至超过位移限值。目前建筑理论研究认为这些位移限值的大小主要与建筑材料、结构体系、侧向荷载等因素密切相关，如钢筋混凝土的位移限值就比钢结构要更为严格，风力荷载限值比地震限值更加严格。因此，抗震设计时要深入分析并考虑高层建筑所处的地理位置和设计情况，确保其刚度满足需求的情况水平荷载作用带来位移不会超过限值以影响建筑的稳定性、承载力和使用功能。

大量实际案例表明，扭转效应在地震中带来的建筑损害十分巨大，所以抗震设计中必须控制扭转效应，此类效应更容易发生在平面布置不规则且钢心与质心不重合的高层建筑中，扭转效应不仅导致水平位移和扭转性破坏，甚至会引发建筑整体倒塌，所以设计时计算扭转系数并予以修正十分关键。高层建筑在扭转作用力下各片抗侧力结构层间变形不同，位移不同，刚度变化与刚度中心的变化也会带来巨大差异，所以，要分别针对各层的扭转系数进行计算并修正，以规避各层结构的偏心距和扭矩发生改变[3]。计算中要严格控制位移比和周期比两个指标，在无法满足结构参数时进行分析调整。面对周期比不能满足要求的情况可适当通过加大抗侧力构建界面或增加构建数量的办法予以解决，消减钢心和质心的偏差，增大建筑结构的抗扭刚度。减少地震能量输入的设计在高层建筑中应用较为普遍，这种设计能够满足地震作用下高层建筑的变形要求，符合位移限值和位移延性比要求，满足结构位移和构件变形需求，消减地震对建筑的损害作用。在建筑结构设计中，要选择合理的结构类型，满足抗震需求前提下保障建筑结构性能，尽可能的设置多道抗震放线，以最大限度的吸收和耗散地震能量，提升建筑抗震性能，减少地震带来的损害[4]。

总之，高层建筑的抗震设计方法和技术处在不断进步中，要结合建筑实际情况设计抗震结构，以消减地震作用力，增强建筑抗震性能。

参考文献：

[1]郭霞飞.高层建筑结构抗震设计思想与工程实例分析[J].四川建材，2010（3）.

[2]徐培福，戴国莹.超限高层建筑结构基于性能抗震设计的研究[J].土木工程学报，2012（1）.

[3]赵静涛，邹慕燕，赵宇鹏.超限框支高层抗震墙建筑结构抗震设计[J]. 土木建筑工程信息技术，2011（2）.

[4]黄武艺，邱开旺.超限高层建筑工程的抗震设计[J].城市建设理论研究（电子版），2013（12）.