周磊

（南昌大學(xué)設(shè)計(jì)研究院）

地震對(duì)高層建筑的影響是較大的，對(duì)于建筑來(lái)說(shuō)，良好的抗震設(shè)計(jì)能夠保證人們的生命安全和財(cái)產(chǎn)安全。因此，設(shè)計(jì)單位及設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)要對(duì)高層建筑的抗震設(shè)計(jì)給予一定重視，在掌握設(shè)計(jì)原則的基礎(chǔ)上，不斷優(yōu)化抗震結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，為高層建筑的使用壽命以及人們的生命財(cái)產(chǎn)安全提供保障。

1 高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)原則

1.1 整體性原則

高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)需要遵循整體性原則，在高層建筑結(jié)構(gòu)中，剪力墻及框架柱的布置應(yīng)盡量橫平豎直，豎向構(gòu)件之間的拉結(jié)梁應(yīng)有足夠的剛度，以保證豎向構(gòu)件的變形協(xié)調(diào)，更加合理的分配風(fēng)荷載效應(yīng)和地震效應(yīng)。樓蓋在整個(gè)抗震結(jié)構(gòu)中是非常重要的，其整體性與建筑結(jié)構(gòu)整體性有著直接的關(guān)系，不僅要求其能夠聚集和傳遞慣性力到其他子結(jié)構(gòu)，同時(shí)還要求子結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的抗震性能，抵抗地震的作用。若是豎向抗震里子結(jié)構(gòu)的分布不均勻，則會(huì)導(dǎo)致整個(gè)高層結(jié)構(gòu)只能依靠樓蓋來(lái)與子結(jié)構(gòu)進(jìn)行協(xié)同工作，共同“承擔(dān)”地震作用力。因此，在進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)的時(shí)候應(yīng)當(dāng)要注重整體性原則。

1.2 剛度原則

在高層建筑結(jié)構(gòu)中，確定結(jié)構(gòu)剛度并對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的布局能夠抵抗任意方向的地震作用力，在通常情況下，結(jié)構(gòu)剛度的設(shè)計(jì)不僅要對(duì)結(jié)構(gòu)變形進(jìn)行良好控制，同時(shí)也能夠降低地震通對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的沖擊力。若是結(jié)構(gòu)變形量較大，則會(huì)導(dǎo)致建筑出現(xiàn)重力二階效應(yīng)，直接導(dǎo)致建筑失衡。并且高層建筑的填充墻應(yīng)采用輕質(zhì)材料，外墻盡量采用玻璃幕墻，減輕結(jié)構(gòu)總重量，以此降低高層建筑在受風(fēng)荷載及地震作用時(shí)的內(nèi)力（結(jié)構(gòu)重量越大，地震效應(yīng)越大）及變形（結(jié)構(gòu)重量越大，由變形產(chǎn)生的重力二階效應(yīng)越大）由此可見(jiàn)，科學(xué)合理的剛度設(shè)計(jì)能夠提高建筑的質(zhì)量，有效對(duì)抗地震作用力，因此，在抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)當(dāng)要注重剛度設(shè)計(jì)的合理性。

1.3 規(guī)則與均勻原則

規(guī)則與均勻原則也是高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中所需要遵循的原則。結(jié)構(gòu)的豎向布局應(yīng)當(dāng)要規(guī)則且均勻，且要保證結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度變化的均勻性，避免側(cè)向剛度的突變影響建筑抗震性能。這樣能夠保證建筑結(jié)構(gòu)在地震作用力的影響下能夠有明確且直接的傳導(dǎo)途徑。為避免高層建筑在地震作用下產(chǎn)生過(guò)大的扭轉(zhuǎn)，平面布置應(yīng)符合以下要求：采用地震作用影響較小的平面形狀，平面布置宜規(guī)則、對(duì)稱、避免質(zhì)量和剛度分布的不均勻，地震力不同作用方向上的結(jié)構(gòu)抗側(cè)力剛度不宜差距過(guò)大，平面長(zhǎng)度不宜過(guò)長(zhǎng)。當(dāng)為滿足建筑需要而采用躍層（局部開(kāi)洞較大）設(shè)計(jì)時(shí)，為應(yīng)對(duì)開(kāi)洞的洞邊進(jìn)行加強(qiáng)設(shè)計(jì)。

2 高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)

在上述抗震設(shè)計(jì)原則的基礎(chǔ)上展開(kāi)相應(yīng)的抗震設(shè)計(jì)，能夠有效提高高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能。在實(shí)際情況中，可以從以下幾方面來(lái)展開(kāi)高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)：

2.1 場(chǎng)地與基礎(chǔ)的選擇和設(shè)計(jì)

場(chǎng)地與基礎(chǔ)部分是抗震設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，很多地震造成建筑的破壞都是由場(chǎng)地和基礎(chǔ)而引起的。在場(chǎng)地的選擇方面，應(yīng)當(dāng)要盡量避開(kāi)容易斷裂的地帶和土質(zhì)不利的地帶，如：軟弱土地帶、斷層破碎帶、半挖半填地基等，若是避免不了要在不利地帶展開(kāi)建筑，那么需要對(duì)地基基礎(chǔ)進(jìn)行加固處理，常見(jiàn)的地基加固處理技術(shù)有強(qiáng)夯法、換土墊層法、深層擠密法等。由此可見(jiàn)，對(duì)高層建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)要對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行合理選擇，并對(duì)地基進(jìn)行適當(dāng)處理，保證同一個(gè)體系在相同性質(zhì)的地基上，保證同一個(gè)建筑使用一種基礎(chǔ)，并保證地基基礎(chǔ)與建筑結(jié)構(gòu)之間的緊密性和相互作用。

2.2 抗震結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計(jì)

①高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震體系與其他類型建筑有所不同，除了常規(guī)結(jié)構(gòu)布局外，還要考慮其規(guī)則性與對(duì)稱性（上文中有所涉及），避免出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)的情況導(dǎo)致失衡。因此，應(yīng)當(dāng)要保證建筑的豎向結(jié)構(gòu)有規(guī)則均勻變化，從上至下剛度逐漸減小，若是建筑發(fā)生不規(guī)則扭曲，那么需要通過(guò)抗震措施來(lái)加強(qiáng)薄弱環(huán)節(jié)，提高建筑的抗震性能。②為了提高高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能，需要設(shè)置多道抗震防線。從受力情況上來(lái)分析，高層建筑結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度可以分為兩種情況，一種是內(nèi)外結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)作用共同承擔(dān)，相互補(bǔ)充，外部結(jié)構(gòu)承擔(dān)大部分的傾覆彎矩和小部分的剪力作用，而內(nèi)部則承擔(dān)大部分的剪力和小部分的傾覆彎矩；而另一種則是外部結(jié)構(gòu)非常強(qiáng)大，承擔(dān)大部分的傾覆彎矩和建立，內(nèi)部結(jié)構(gòu)則承擔(dān)了較小的部分。由此可見(jiàn)，當(dāng)建筑的第一道屏障遭到破壞時(shí)，第二道防線能夠起到一定的保護(hù)作用。比如：在框架剪力墻體系中，抗震墻作為第一道防線，框架則作為第二道防線，起到良好的抗震保護(hù)作用，如圖1所示，框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，其承重體系為墻體和框架共同承擔(dān)豎向和水平方向的作用力，多用于高層建筑。③薄弱層是抗震設(shè)計(jì)中需要重點(diǎn)關(guān)注的環(huán)節(jié)，由于建筑材料、剛度以及變形能力等方面的影響，建筑會(huì)出現(xiàn)抗震薄弱環(huán)節(jié)，若是地震來(lái)襲，那么這些薄弱環(huán)節(jié)會(huì)率先“屈服”，導(dǎo)致建筑坍塌。需要注意的是，建筑抗震的薄弱環(huán)節(jié)需要從建筑的整體進(jìn)行分析，避免考慮部分環(huán)節(jié)而忽略整體受力情況和變形情況。此外，由于結(jié)構(gòu)的薄弱層只是一個(gè)相對(duì)性的概念，常常會(huì)受到材料變化、設(shè)計(jì)施工等方面因素的影響而產(chǎn)生變化，導(dǎo)致薄弱層的位置發(fā)生變化，那么如何控制薄弱層位置發(fā)生轉(zhuǎn)移而又能夠達(dá)到其變形能力，是控制高層建筑結(jié)構(gòu)抗震性的關(guān)鍵。

圖1

2.3 建筑構(gòu)件的抗震設(shè)計(jì)

高層建筑抗震性能的提升需要有各個(gè)構(gòu)件的支持，因此，在抗震結(jié)構(gòu)體系中的每個(gè)構(gòu)件都必須要有合理的剛度和強(qiáng)度，且具有一定的連接性。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中除了要設(shè)置多道抗震防線外，還要保證每個(gè)構(gòu)件剛度和強(qiáng)度的科學(xué)合理性，盡量降低薄弱環(huán)節(jié)產(chǎn)生的機(jī)率。

在高層建筑中，除了承重結(jié)構(gòu)外，非承重結(jié)構(gòu)也是較為重要的，雖然非承重結(jié)構(gòu)并不是建筑中的關(guān)鍵性結(jié)構(gòu)，但是其重要性是不言而喻的。在抗震設(shè)計(jì)中，非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗震設(shè)計(jì)需要從以下幾方面出發(fā)：①在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，需要先分清結(jié)構(gòu)中哪些是非結(jié)構(gòu)構(gòu)件，然后展開(kāi)相應(yīng)的抗震設(shè)計(jì)。但是需要注意的是，在建筑中有一些結(jié)構(gòu)是否屬于結(jié)構(gòu)構(gòu)件并不容易區(qū)分開(kāi)來(lái)，這種情況可以將其按照結(jié)構(gòu)構(gòu)件來(lái)處理。②對(duì)于支撐在樓層之間和防震縫兩側(cè)的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件來(lái)說(shuō)，需要考慮到當(dāng)?shù)卣饋?lái)襲的時(shí)候支撐點(diǎn)之間位移產(chǎn)生的作用效應(yīng)。

3 結(jié)束語(yǔ)

高層建筑在人們的生產(chǎn)和生活中占據(jù)著越來(lái)越重要的位置，如何提高高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能是建筑過(guò)程中的重點(diǎn)環(huán)節(jié)之一。相關(guān)設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)要在掌握基本設(shè)計(jì)原則的基礎(chǔ)上，從地基、構(gòu)件、抗震體系等方面來(lái)優(yōu)化高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能，保證高層建筑的質(zhì)量安全。

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