【摘要】本文主要分析了現(xiàn)行規(guī)范抗震分析與設計的內容、高層建筑抗震抗震分析與設計中常見問題以及抗震分析與設計的新趨勢及抗震措施。

【關鍵詞】高層建筑；設計；措施；基礎

1.概述

“高層建筑”顧名思義就是超過一定層數(shù)或高度的建筑。我國《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》（JGJ3-2010）規(guī)定：10層及10層以上或房屋高度大于28m的住宅建筑和房屋高度大于24m的其他高層民用建筑。當建筑高度超過100m時，稱為超高層建筑。 高層建筑中的概念設計尤為重要，概念設計涉及從方案、結構布置到計算簡圖的選取，從截面配筋到構件的配筋構造都存在概念設計的內容。強調結構概念設計的重要性，旨在要求建筑師和結構師在建筑設計中應特別重視規(guī)范、規(guī)程中有關結構概念設計的各條規(guī)定，設計過程中不能陷于只憑“結構軟件計算”的誤區(qū)。若結構嚴重不規(guī)則、整體性差，則按目前的結構設計及計算技術水平，很難保證結構的抗震、抗風性能，尤其是抗震性能。

2.高層建筑設計中的常見問題

2.1高度問題

按我國最新的《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》規(guī)定綜合考慮經濟與適用的原則，給出了各種常見結構體系的最大適用高度。這個高度是在我國目前建筑科研水平和施工技術水平下，較為穩(wěn)妥的，也是與目前整個建筑工程規(guī)范體系相協(xié)調的。對于超高限建筑物，應當采取科學謹慎的態(tài)度。因為在地震力作用下，超高限建筑物的變形破壞性態(tài)會發(fā)生很大的變化，隨著建筑物高度的增加，許多影響因素將發(fā)生質變，即有些參數(shù)本身超出了現(xiàn)有規(guī)范的適宜范圍，如安全指標、延性要求、材料性能、荷載取值、力學模型選取等。

2.2結構平面布置問題

平面形狀簡單、規(guī)則、對稱盡量使質心和鋼心重合。偏心大的結構扭轉效應大，會加大端部構件的位移，導致應力集中。平面突出部分不宜過長。扭轉是否過大，可用概念設計方法近似計算剛心、質心及偏心距后進行判斷，還可以比較結構最遠邊緣處的最大層間變形和質心處的層間變形，其比值超過1.1者，可以認為扭轉太大而結構不規(guī)則。

高層建筑不應采用嚴重不規(guī)則的結構布置，當由于使用功能與建筑的要求，結構平面布置嚴重不規(guī)則時，應將其分割成若干比較簡單、規(guī)則的獨立結構單元。對于地震區(qū)的抗震建筑，簡單、規(guī)則、對稱的原則尤為重要。

2.3受力問題

一般，低層建筑結構通常以抵抗豎向荷載為主，水平荷載對其影響較小。但高層建筑結構中，較大的建筑高度造成了與底層結構完全不同的受力情況，水平荷載不僅是主要荷載的一種，跟豎向荷載共同作用，而且往往還成為設計中的控制因素。隨著高層建筑總高度的增加，其側向位移增加的更大，而底部彎矩也同樣很大，過大的側向變形會使結構在豎向荷載作用下產生附加應力，會使填充墻、建筑裝修和電梯軌道等服務設施出現(xiàn)裂縫、變形，甚至會導致結構性的損傷或裂縫，從而危及結構的正常使用和耐久性。因此，高層建筑結構不僅要有足夠的強度，而且要有合理的剛度，使水平荷載所產生的側向變形在規(guī)定的范圍內。在有抗震設防要求的高層建筑還應具有良好的抗震性能，使結構在可能的強震作用下當構件進入屈服階段后，仍有良好的塑性變形能力，即良好的延性能力。因此，抗側力結構的設計成為高層建筑結構設計的關鍵。

2.4結構體系問題

高層建筑結構體系常用的有以下幾種，框架結構體系是由梁與柱這兩類構件通過剛節(jié)點連接而成，其整個結構荷載均由框架承擔，這種結構體系具有可以較靈活地配合建筑平面布置的特點，一般用在要求大空間的商場、地下室等，但框架結構的框架節(jié)點應力集中顯著，側向剛度小，屬柔性結構等缺點。剪力墻結構體系是承受建筑物豎向和水平荷載的主體結構全部為剪力墻，其結構整體性好，剛度大，但其間距通常為3～8m，間距不能太大，因此平面布置不靈活，很難滿足大空間建筑要求，而且結構自重較大，一般較多用在高層住宅設計?？蚣?剪力墻結構體系是在同一結構中同時采用框架和剪力墻結構，共同承擔豎向和水平荷載，可以起到取長補短的作用?？蚣艿撞亢图袅ι喜康膶娱g相對位移會因協(xié)同工作而減小，從而降低了整個結構體系的層間相對位移和頂端位移，提高了結構的側向位移；剪力墻的存在不但使框架各層梁、柱彎矩值降低，而且使各層梁、柱彎矩沿高度方向的差異減小，在數(shù)值上趨于均勻。因此，框架-剪力墻結構的抗側剛度和承載能力較好，抗震性能也較好。

3.抗震措施

3.1盡可能設置多道抗震防線

（1）一個抗震結構體系應由若干個延性較好的分體系組成，并由延性較好的結構構件連接協(xié)同工作。例如框架—剪力墻結構由延性框架和剪力墻兩個分體組成，雙肢或多肢剪力墻體系組成。

（2）強烈地震之后往往伴隨多次余震，如只有一道防線，則在第一次破壞后再遭余震，將會因損傷積累導致倒塌?？拐鸾Y構體系應有最大可能數(shù)量的內部、外部冗余度，有意識地建立一系列分布的屈服區(qū)，主要耗能構件應有較高的延性和適當剛度，以使結構能吸收和耗散大量的地震能量，提高結構抗震性能，避免大震時倒塌。

（3）適當處理結構構件的強弱關系，同一樓層內宜使主要耗能構件屈服后，其他抗側力構件仍處于彈性階段，使“有效屈服”保持較長階段，保證結構的延性和抗倒塌能力。

（4）在抗震設計中某一部分結構設計超強，可能造成結構的其他部位相對薄弱，因此在設計中不合理的加強以及在施工中以大帶小，改變抗側力構件配筋的做法，都需要慎重考慮。

3.2對可能出現(xiàn)的薄弱部位，應采取措施提高其抗震能力

（1）構件在強烈地震下不存在強度安全儲備，構件的實際承載能力分析是判斷薄弱部位的基礎。

（2）要使樓層（部位）的實際承載能力和設計計算的彈性受力的比值在總體上保持一個相對均勻的變化，一旦樓層（部位）的比值有突變時，會由于塑性內力重分布導致塑性變形的集中。

（3）要防止在局部上加強而忽視了整個結構各部位剛度、承載力的協(xié)調。

（4）在抗震設計中有意識、有目的地控制薄弱層（部位），使之有足夠的變形能力又不使薄弱層發(fā)生轉移，這是提高結構總體抗震性能的有效手段。

（5）考慮上部結構嵌固于基礎結構或地下室結構之上時， 應使基礎結構或地下室結構保持彈性工作狀態(tài)，使塑性腳出現(xiàn)在結構的嵌固部位。由以上可以知道：高層建筑設計（尤其是高層建筑抗震設計）中應非常注重概念設計。這是由于高層建筑結構的復雜性、發(fā)生地震時地震運動的不確定性、人們對地震時結構響應認識的局限性與模糊性、高層結構計算尤其是抗震分析計算的精確性及其他不可預測的因素，致使設計計算結果可能和實際相差很大，甚至有些作用效應至今無法定量計算出來。因此在設計中，結構分析計算雖然是結構設計的重要依據，但必須注重結構設計中的概念設計。因為僅僅靠結構分析計算往往不能滿足結構安全性、可靠性的要求，不能達到預期的設計目標。從某種意義上來說，結構概念設計比結構分析計算更為重要。

4.高層建筑的基礎

高層建筑的上層結構載荷很大，基礎底面壓力也很大，應采用整體性好、能滿足地基的承載力和建筑物容許變形要求并能調節(jié)不均勻沉降的基礎形式。根據上部結構類型、層數(shù)、載荷及地基承載力，可以用單獨柱基、交叉梁基礎、筏型基礎或箱型基礎；當?shù)鼗休d力或變形不能滿足設計要求時，可以采用樁基或復合地基。

4.1 筏型基礎

筏型基礎也稱為板式基礎，多用在上部結構荷載較大、地基承載力較低的情況。一般有兩種做法：倒肋形樓蓋式和倒無梁樓蓋式。倒肋形樓蓋的筏基，板的折算厚度較小，用料較省，剛度較好，但施工比較麻煩，模板較費。如果采用板底架梁的方案有利于地下室空間的利用，但地基開鑿施工麻煩，而且破壞了地基的連續(xù)性，擾動了地基土，會降低地基承載力；采用倒無梁樓蓋式的筏基，板厚較大，用料較多，剛度也較差，但施工較為方便，且有利于地下空間的利用。采用此種形式的筏板，應在柱下板底或板面加墩，板底加墩有利于地下空間的利用，板面加墩則施工較為方便。因此選擇施工方案的時候應考慮綜合因素。

4.2 樁箱和樁筏基礎

在淺層地基承載力比較軟弱，而堅實土層距離地面又較深的時候，采用其他類型的基礎就不能滿足承載力或變形控制的要求。這是應當考慮采用樁基礎。

樁基礎由兩部分組成：一是樁基承臺，二是樁基本身。樁承臺的作用是將上部荷載傳給樁，并使樁群連成整體，而樁又將荷載傳至較深的土層中區(qū)。樁基承臺一般可利用筏形基礎的底板或箱形基礎的底板。這時稱這種形式的基礎為樁筏基礎或樁箱基礎。

樁的類型應根據工程地質資料、結構類型、荷載性質、施工條件以及經濟指標等因素確定。樁按受力性能來區(qū)分，有摩擦樁和支承樁兩種。按施工方法區(qū)分，有預制樁和灌注樁兩種。在樁基平臺面積確定的情況下，不同樁徑、不同的樁基持力層會有不同的單樁承載力，樁的平面隨之也可以確定。當箱形或筏形基礎下樁的數(shù)量較少時，樁基布置在墻下、梁板式筏形基礎的梁下或平板式筏形基礎的柱下。樁距應盡可能的大，在充分發(fā)揮單樁承載力的同時，還能發(fā)揮承臺土反力作用，以取得最佳效果。

5.結語

近年來，由于我國人口的不斷增加，尤其在各大城市顯得極為突出，高層建筑有效地減輕了住房壓力，從很大程度上推動了我國建筑行業(yè)，但必然也帶來了安全隱患，其結構設計顯得尤為重要。隨著設計理念的不斷發(fā)展，高層建筑物必將朝著更加合理的方向發(fā)展。

參考文獻

[1]]建筑抗震設計規(guī)范，GB50011-2010，中國建筑工業(yè)出版社，北京，2010.5

[2]高層建筑混凝土結構技術規(guī)程，JGJ3-2010 ，中國建筑工業(yè)出版社，北京，2010.10

[3]高層建筑結構實用設計方法（第三版），趙西安編著，同濟大學出版社，上海，1998年4月

作者簡介：李俊杰，男（1980年生），身份證號：440301198010061335 畢業(yè)于武漢科技大學，從事結構設計工作。