倪 楠

（吉林省經(jīng)濟管理干部學院，長春 130012）

淺析高層建筑的抗震設計

倪 楠

（吉林省經(jīng)濟管理干部學院，長春 130012）

本文著重介紹了目前高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設計中出現(xiàn)的問題，對目前出現(xiàn)的問題提出了幾點建議。

彈塑性時程動力分析方法；彈塑性時程靜力分析方法；高層建筑結(jié)構(gòu)設計；抗震設防類別

1 引言

自世界上第一幢高層建筑出現(xiàn)后。高層建筑不僅在建筑高度大幅度加大，，而且在結(jié)構(gòu)類型和材料的選用上也發(fā)生了巨大的變化。中國處于地震多發(fā)帶，抗震設防是工程設計必須解決的東西，因而建筑結(jié)構(gòu)抗震設計中的高層建筑處于非常重要的位置。

2 建筑抗震設計中高層建筑的主要內(nèi)容

2010年（修訂版）抗震設計規(guī)范中高層建筑部分的抗震設計計算是在多遇地震作用下，用反應譜理論計算地震作用， 用彈性方法計算位移和內(nèi)力， 構(gòu)件設計用極限狀態(tài)方法。重要建筑和有特殊要求的建筑， 補充計算采用時程分析法，同時在大震作用下的進行變形驗算。要求彈塑性計算，在加強高層建筑物的抵抗地震作用方面是十分有用的。在高層結(jié)構(gòu)彈塑性分析方面，主要用彈塑性動力分析和彈塑性靜力分析兩種方法。

彈塑性動力分析方法，用層模型和桿模型等簡化的結(jié)構(gòu)計算模型，地震波被直接輸入，考慮彈塑性性能情況，根據(jù)彈塑性恢復特性構(gòu)建動力方程，采用逐步積分方法求出地震作用過程中速度、加速度和位移的時程變化， 彈塑性動力分析方法描述建筑結(jié)構(gòu)在強震作用下，在非彈性和彈性階段的內(nèi)力的變化過程，以及結(jié)構(gòu)各種構(gòu)件逐漸開裂、各種構(gòu)件彎曲屈服、破壞直到完全倒塌的整個過程。

彈塑性時程分析方法，要求結(jié)構(gòu)設計人員有很高水平的結(jié)構(gòu)專業(yè)知識， 地震波對計算結(jié)果的影響很大。一些專家提出彈塑性靜力分析方法進行抗震分析的方法。彈塑性靜力分析方法，應用三維空間模型或者空間協(xié)同平面結(jié)構(gòu)模型，根據(jù)墻、柱、梁的材料、配筋及截面尺寸來計算確定其彈塑性力—變形關系；在施加荷載結(jié)構(gòu)上，荷載逐步加大，桿端出現(xiàn)屈服，隨后塑性鉸出現(xiàn)，直至層間位移角數(shù)值足夠大或，塑性鉸數(shù)量足夠多，最后計算結(jié)束。彈塑性靜力分析方法可以知曉結(jié)構(gòu)中墻、柱、梁的承載力與內(nèi)力之間的變化關系，以及墻、柱、梁承載力間的關系，得出的結(jié)果看否符合抗震設計的要求，并可知道整個結(jié)構(gòu)的薄弱部位，還可知道不同受力階段的側(cè)移變形，給出底部剪力—頂點側(cè)移關系曲線以及層剪力—層間變形關系曲線等等。

3 高層建筑抗震設計中的一些問題

3.1 設防標準和抗震設防依據(jù)的一些問題

1）建筑結(jié)構(gòu)設計說明圖紙中沒有寫出建筑物抗震設防類別和設防烈度，圖紙中沒有抗震設防標準，無法進行抗震設計。

2）設計文件中雖然有抗震設防烈度，但是設計文件與地質(zhì)勘察報告中抗震設防烈度數(shù)值不一樣。

3） 建筑物抗震設防類別和抗震設防烈度數(shù)值出現(xiàn)錯誤。

3.2 設計中地基和基礎的一些問題

1）工程地質(zhì)勘察與抗震設防要求不相符。

2）場址選擇中，場地的地質(zhì)構(gòu)造、土質(zhì)和地形沒有完全勘察清楚。

3）建筑地基處理中，對一些特殊土質(zhì)的判別和采取處理措施不合理。

4）基礎設計偏于保守，造成浪費。

3.3 結(jié)構(gòu)布局不合理。

3.4 抗震構(gòu)造不滿足抗震的要求。

4 高層建筑抗震設計的未來發(fā)展

4.1 避開地震動的卓越周期

在場地地面的運動過程中，都會有一個破壞性最大的周期，這個卓越周期如果和建構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)自振周期相近或相等，就會加重建構(gòu)筑物的破壞程度，反之則會減少。 高層建筑在進行設計時，第一要計算在地震作用下在場地中建筑物的地震動卓越周期.之后，在建筑結(jié)構(gòu)方案選擇時，采取改變建筑結(jié)構(gòu)類型和建筑高度，盡可能的拉開地震動卓越周期與建筑物基本周期數(shù)值。

4.2 基礎的隔震措施的采用

為了建筑物免于損壞和倒塌，以前的結(jié)構(gòu)抗震設計是依靠建筑的承載能力和變形能力，來抵消地震作用。地震對建筑的破壞能量來自地面，通過地基和基礎向上部建筑傳遞。從歷史上地震過程中發(fā)現(xiàn)，在地震作用過程中建筑底部的一定滑動，極大地減少了上部建筑的損壞程度。

目前有很多在可動概念下的基礎隔震的方案，（1）軟墊基礎隔震。建筑底部部置帶鉛芯的鋼板橡膠基礎隔振裝置，讓整個建筑在軟墊層上，在發(fā)生地震時，建筑底部與地平面之間發(fā)生相對的水平位移，建筑自振周期加大，建筑的主要變形大都發(fā)生在軟墊層處，上部建筑的層間側(cè)移移動的距離很小，以使整個建筑物免于倒塌。（2）滑移基礎隔震。建筑基礎底面位置部置砂粒、鋼球、石墨、鋼珠等多種材料形成的滾動層或滑移層，房屋在地震發(fā)生時在滾動層或滑移層發(fā)生較大位移的滑動，達到保護建筑的目的。（3）擺動基礎隔震。擺動基礎隔震方式本質(zhì)上是柔性底層方法的引伸和改進加強。（4）懸吊基礎隔震。整個房屋懸布置在支架下方，避免地震作用的直接作用，以使建筑物的地震慣力大幅度減少。

4.3 結(jié)構(gòu)阻尼的提高

在建筑結(jié)構(gòu)上設置一定的阻尼器，用來吸收地震產(chǎn)生的能量，減小建筑結(jié)構(gòu)的變形，使結(jié)構(gòu)阻尼的得以提高。

5 結(jié)束語

目前，中國各個城市出現(xiàn)了許多高層建筑和超高層建筑，對其建筑抗震設計的要求越來越高。建筑的抗震設計方案要根據(jù)建筑物體型、結(jié)構(gòu)特點、荷載性質(zhì)和地質(zhì)條件等綜合分析。

［1］王全鳳.高層建筑結(jié)構(gòu)力學分析的進展［J］.力學與實踐，1994，Vol.16，No.2，P10.

［2］方鄂華，錢稼茹.我國高層建筑抗震設計的若干問題［J］.土木工程學報，1999，Vol.32，No.1，P3.

［3］喻永聲，鐘萬勰.復雜高層建筑整體結(jié)構(gòu)抗震分析［J］.建筑結(jié)構(gòu)，1998，No，2，P3.

［4］包世華，方鄂華，高層建筑結(jié)構(gòu)設計（第二版）［M］.清華大學出版社，1990.22.福建建設科技，2002.NO.1.

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.20.110

倪楠（1981-），男，吉林長春人，結(jié)構(gòu)工程專業(yè)，講師，主要研究建筑安全。