余勇

地震是一種破壞性很大的自然災(zāi)害，一次大地震的發(fā)生，往往會(huì)造成人員大量傷亡、財(cái)產(chǎn)巨大損失。世界各國(guó)在高層建筑的抗震設(shè)計(jì)方案中，采取了許多新技術(shù)，出現(xiàn)了很多新結(jié)構(gòu)，我國(guó)在2010年實(shí)施的《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》和2011年實(shí)施的《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》，對(duì)高層建筑的抗震設(shè)計(jì)的新規(guī)定作出分析。

引言

我國(guó)地域內(nèi)所發(fā)生的地震，絕大部份屬于這種“構(gòu)造地震”的類型。由火山爆發(fā)所產(chǎn)生的“火山地震”或因巖洞崩塌、局部地面陷落所引起的地震，在我國(guó)很少發(fā)生。

許多國(guó)家在高層建筑的抗震設(shè)計(jì)方案中，已經(jīng)出現(xiàn)了新的結(jié)構(gòu)。如美國(guó)紐約的高層建筑物，建在于基礎(chǔ)分離的98個(gè)橡膠彈簧上，日本的建在弧型鋼條上防地震建筑物，明顯的在建筑結(jié)構(gòu)體型上，改變了傳統(tǒng)的插入式剛箍捆住內(nèi)力的結(jié)構(gòu)體系。

在2010年12月1日施行的《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）和2011年10月10日開始施行的《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)基礎(chǔ)》（JGJ 3-2010）是綜合了各國(guó)高層建筑設(shè)計(jì)的成功經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)結(jié)合我國(guó)地震災(zāi)害的特點(diǎn)，對(duì)我國(guó)高層建筑設(shè)計(jì)提出了新的標(biāo)準(zhǔn)和要求。

世界抗震設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)

1.美國(guó)抗震措施

美國(guó)是一個(gè)地震較多的國(guó)家，其西海岸重要城市洛杉磯正好處在環(huán)太平洋地震帶上，而整個(gè)加州也是全球地震高發(fā)地區(qū)之一。高層建筑的抗震問(wèn)題以及如何將地震帶來(lái)的損失降到最低，一直是人們密切關(guān)注的問(wèn)題。其中關(guān)于高層建筑的一些抗震措施。

（1）控制高層建筑的層高

在地震頻發(fā)的洛衫磯市，除了市中心作為地標(biāo)建筑的一些超高層建筑，其余地段均是多層低層建筑。尤其值得注意的是在土層薄弱和不利地段加州政府通過(guò)立法禁止建造高層建筑。對(duì)于高層建筑而言，地震力和風(fēng)力是控制荷載，且都是水平作用力，層高過(guò)高，對(duì)建筑抗震和抗風(fēng)都十分不利。控制在地震區(qū)域的建筑層高，是有效降低震害的手段之一。

（2）選用輕質(zhì)建材

美國(guó)大部分地區(qū)均是低層建筑，且均是木結(jié)構(gòu)，圍護(hù)材料和隔墻也多采用石膏板、刨花板等輕質(zhì)板材。采用輕質(zhì)建材的建筑，在地震力作用下，自身結(jié)構(gòu)受到更小的影響，且即使受到破壞，較輕的建材也能有效減輕造成的二次破壞。

（3）選用高強(qiáng)度高延性建材

美國(guó)另一重要的防震措施是在高層建采用鋼結(jié)構(gòu)，而低層建筑就采用木結(jié)構(gòu)。鋼材與木材都是高延性的材料，具有足夠的柔度。在地震發(fā)生時(shí)，可以通過(guò)自身變形消耗掉地震能量，在抗震要求更高的超高層建筑中，則添加上阻尼減震器，也可以大大提高建筑的延性和抗震性能。

2.日本抗震措施

日本全島都處在地震頻發(fā)區(qū)域，每年都會(huì)發(fā)生約1000余次地震，在高層建筑防震抗震方面，有豐富的經(jīng)驗(yàn)。

（1）提高建筑物的強(qiáng)度和剛度

日本的高層公寓很多，大部分的住戶在購(gòu)買公寓中都會(huì)特別看重抗震設(shè)計(jì)水平。號(hào)稱日本第一高層公寓的大樓中，采用了與美國(guó)世貿(mào)大廈相同的鋼管，其抗震性能主要來(lái)源于采用高強(qiáng)度高剛度的優(yōu)質(zhì)建材，確保了建筑物的抗?fàn)幮阅?，也是公寓能得以暢銷的重要原因

（2）選用橡膠材料加強(qiáng)延性

日本東京的一些超高層建筑都進(jìn)行了嚴(yán)密的抗震設(shè)計(jì)，其中一個(gè)重要措施就是在建筑外圍使用高強(qiáng)度的橡膠作為基底材料，同時(shí)在建筑中心也選用天然橡膠作為基層，提高了建筑物的抗震性能。

（3）“局部浮力”抗震系統(tǒng)

近年來(lái)日本新研制了“局部浮力”抗震系統(tǒng)，將建筑物的上層結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)部分分離開，采用這種“局部浮力”系統(tǒng)進(jìn)行連接，借助水的浮力來(lái)加強(qiáng)建筑整體的延性，其工作原理大體上與阻尼減震系統(tǒng)和橡膠減震系統(tǒng)類似，但據(jù)報(bào)告有更好的抗震效果。

新增條款的意義分析

《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》和《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)基礎(chǔ)》新增了若干條款，本文列出對(duì)抗震設(shè)計(jì)影響較大的條款進(jìn)行分析。

1. 新增的通用條款

（1）抗震設(shè)計(jì)的高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)，當(dāng)其房屋高度、規(guī)則性、結(jié)構(gòu)類型、場(chǎng)地條件或抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)等有特殊要求時(shí)，可采用結(jié)構(gòu)抗震性能設(shè)計(jì)方法進(jìn)行分析和論證。

此條款明確了在高層建筑設(shè)計(jì)中，抗震設(shè)計(jì)的核心地位，高層建筑采用抗震性能設(shè)計(jì)已形成一種發(fā)展趨勢(shì)。

（2）樓層質(zhì)量沿高度宜均勻分布，樓層質(zhì)量不宜大于相鄰下部樓層質(zhì)量的1.5倍。

此條規(guī)定限定了荷載沿豎向的不規(guī)則分布，可有效地降低震害，明確了高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)。

（3）增加了結(jié)構(gòu)抗連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)基本要求。安全等級(jí)為一、二級(jí)時(shí)，應(yīng)滿足抗連續(xù)倒塌概念設(shè)計(jì)的要求。安全等級(jí)為一級(jí)且有特殊要求時(shí)，可采用拆除構(gòu)件方法進(jìn)行抗連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)。

連續(xù)倒塌是指結(jié)構(gòu)因突發(fā)事件或嚴(yán)重超載而造成局部結(jié)構(gòu)破壞失效，繼而引發(fā)與失效破壞構(gòu)件相連的構(gòu)件連續(xù)破壞，最終導(dǎo)致相對(duì)于初始局部破壞更大范圍的倒塌破壞。在高層建筑抗震設(shè)計(jì)中，對(duì)上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行連續(xù)性倒塌分析時(shí)，其首先要保證下部基礎(chǔ)不會(huì)發(fā)生破壞，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)是整個(gè)設(shè)計(jì)工作的根本。

2.修訂條款的意義分析

（1）明確將扭轉(zhuǎn)位移比不規(guī)則判斷的計(jì)算方法，改為“在規(guī)定的水平力作用下并考慮偶然偏心”，以避免位移按振型分解反應(yīng)譜組合的結(jié)果，有時(shí)剛性樓蓋邊緣中部的位移大于角點(diǎn)位移的不合理現(xiàn)象。

（2）根據(jù)汶川地震的經(jīng)驗(yàn)，提高了框架結(jié)構(gòu)中框架柱的內(nèi)力調(diào)整系數(shù)，而其他各類結(jié)構(gòu)中框架柱的內(nèi)力調(diào)整系數(shù)保持不變。

框架結(jié)構(gòu)柱的最小截面尺寸，除不超過(guò)2層和四級(jí)外，比舊版增加100mm；柱縱向受力鋼筋的最小總配筋率比一般框架增加0.1%、最大軸壓比控制比舊版加嚴(yán)0.05。

（3）根據(jù)汶川震害調(diào)查，將防震縫的最小寬度由70mm提高到100mm。

相鄰結(jié)構(gòu)在地震過(guò)程中的碰撞是導(dǎo)致結(jié)構(gòu)損壞甚至倒塌的主要原因之一。為防止建筑物在地震中相碰撞，防震縫必須留有足夠的寬度。原則上防震縫凈寬應(yīng)大于兩側(cè)結(jié)構(gòu)允許的地震水平位移之和。

結(jié)語(yǔ)

在預(yù)報(bào)地震相對(duì)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的情況下，高層建筑采取必要的抗震設(shè)防措施，保證建筑物可以做到“小震不壞、中震可修、大震不倒”，便可以有效地減少地震造成的損失。

（作者單位：四川蜀渝石油建筑安裝工程有限責(zé)任公司）