潘旭浪

摘 要 隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的快速發(fā)展，高層建筑越來(lái)越多。但在高層建筑抗震設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員必須正確運(yùn)用規(guī)范進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，掌握抗震的概念設(shè)計(jì)，不斷加強(qiáng)對(duì)新知識(shí)的學(xué)習(xí)，為了保證建筑結(jié)構(gòu)在地震時(shí)具有良好的抗震能力，保證人民生命財(cái)產(chǎn)安全。

關(guān)鍵詞 高層建筑;抗震設(shè)計(jì);策略

建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能決定了地震的嚴(yán)重程度。建筑結(jié)構(gòu)的抗震能力是社會(huì)抗震救災(zāi)體系的第一道防線。因此，高層建筑的抗震工作一直是建筑設(shè)計(jì)和施工的重點(diǎn)，結(jié)構(gòu)工程師必須根據(jù)抗震設(shè)計(jì)要求進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)[1]。

1 高層建筑抗震設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容

我國(guó)現(xiàn)行抗震規(guī)范（GB 50011-2010）要求，高層建筑的抗震計(jì)算主要是在多次地震作用下（小地震）并根據(jù)反應(yīng)譜理論進(jìn)行計(jì)算，用彈性法計(jì)算內(nèi)力和位移，用極限狀態(tài)法進(jìn)行構(gòu)件設(shè)計(jì)。對(duì)于重要建筑物或特殊要求，應(yīng)采用時(shí)程分析方法進(jìn)行補(bǔ)充計(jì)算和大地震下的變形驗(yàn)算。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，首先采用多次地震，然后對(duì)結(jié)構(gòu)在罕見(jiàn)地震下的彈塑性變形進(jìn)行校核，就是所謂的兩階段設(shè)計(jì)方法，規(guī)范規(guī)定了結(jié)構(gòu)在罕見(jiàn)地震下的彈塑性性能[2]。

2 高層建筑抗震設(shè)計(jì)的特點(diǎn)

首先，控制建筑物的橫向運(yùn)動(dòng)是一項(xiàng)重要指標(biāo)。在地震荷載作用下，建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的水平剪力占主導(dǎo)地位，因此建筑會(huì)產(chǎn)生顯著的側(cè)向位移。隨著建筑結(jié)構(gòu)高度的不斷增加，結(jié)構(gòu)的側(cè)向位移迅速增加，但其變形必須在一定范圍內(nèi)，以保證結(jié)構(gòu)的安全和使用功能。

其次，地震荷載中的水平荷載是決定因素。水平荷載會(huì)引起建筑物的傾覆力矩，并在結(jié)構(gòu)的豎向構(gòu)件中產(chǎn)生較大的軸向力，與建筑物高度的平方成正比，所以它與建筑結(jié)構(gòu)的高度成正比，水平荷載變化很大。對(duì)于具有一定高度的建筑物，豎向荷載基本不變，但由于建筑物的質(zhì)量和剛度等動(dòng)力特性不同，水平地震荷載和風(fēng)荷載變化較大。

第三，要注意建筑結(jié)構(gòu)的延性設(shè)計(jì)。在地震荷載作用下，高層建筑結(jié)構(gòu)的剛度隨著高度的增加而減小，表現(xiàn)出較大的柔性和變形。這就要求建筑結(jié)構(gòu)具有足夠的變形能力，使結(jié)構(gòu)在塑性變形階段仍然是安全的，在結(jié)構(gòu)施工中必須采取有力措施，使建筑結(jié)構(gòu)具有足夠的延展性。

3 某高層建筑抗震設(shè)計(jì)分析

（1）項(xiàng)目概況。該高層建筑位于南寧市郊，總建筑面積6.15萬(wàn)平方米，包括A、B兩棟高層建筑，其中A棟高層建筑由20層、29層、31層三層單體組成，最大高度97.35米，建筑面積5.8萬(wàn)平方米;B棟18層，高56.5米，建筑面積22，000。功能上，一至五層為商鋪、辦公樓，六層及以上為住宅樓，地下一層為人防地下室。

（2）本工程施工等級(jí)為一級(jí)，使用壽命為100，抗震設(shè)防烈度為6度，基本地震加速度為0.05g，結(jié)構(gòu)形式采用框支剪力墻結(jié)構(gòu)。

（3）第一，這個(gè)項(xiàng)目是一個(gè)垂直不規(guī)則結(jié)構(gòu)的高層改造，底層大空間層數(shù)已達(dá)地上5層。第二，由于建筑物的不規(guī)則L形，中心剛度與質(zhì)心不重合。這些都不利于抗震，應(yīng)進(jìn)行研究論證，采取特殊措施加強(qiáng)抗震。

（4）在抗震設(shè)計(jì)中，在L形房地產(chǎn)的凹角處，結(jié)合住宅建筑的立面造型和平面布置，采用加厚板和巨型邊梁的處理方法，使設(shè)計(jì)特征周期，地震力和地震輸出達(dá)到2010年《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求。通過(guò)合理調(diào)整局部上下剪力墻的數(shù)量，滿足結(jié)構(gòu)規(guī)范對(duì)位移比和轉(zhuǎn)角的要求，使結(jié)構(gòu)的剛度盡可能均勻，沒(méi)有明顯的突然變化。

（5）工程結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性驗(yàn)算結(jié)果如下：X向剛度比EJd/GH = 5.811.4;Y方向剛度比EJd/GH = 7.641.4。均滿足抗震設(shè)計(jì)要求。

（6）在抗震概念設(shè)計(jì)中還進(jìn)行了以下分析和改進(jìn)：由于本工程高層轉(zhuǎn)換的一些顯著特點(diǎn)，鋼筋面積過(guò)大，結(jié)構(gòu)延性較差，因此在框架柱、框架等主要部位支撐梁和地下室頂層結(jié)構(gòu)優(yōu)先采用三級(jí)鋼，且鋼筋在最大拉力下的總伸長(zhǎng)率，實(shí)測(cè)值不應(yīng)小于9%，這樣才能充分利用材料性能。塔頂?shù)谋奚倚?yīng)是明顯的。用鋼結(jié)構(gòu)代替混凝土結(jié)構(gòu)，充分利用鋼結(jié)構(gòu)輕、高強(qiáng)度的材料特性，不盲目增加突出部分的剛度，但使其一階固有頻率和低階頻率的整體結(jié)構(gòu)不接近地震動(dòng)擾流器法來(lái)實(shí)現(xiàn)。

（7）根據(jù)抗震設(shè)計(jì)的概念，對(duì)不需要計(jì)算的結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)部分，制定并加強(qiáng)抗震構(gòu)造措施，主要考慮分析以下幾個(gè)問(wèn)題：鋼筋混凝土柱設(shè)計(jì)。首先，根據(jù)軸向壓縮比控制，軸向壓縮比的差異不超過(guò)0.2。當(dāng)建筑物有要求時(shí)，應(yīng)通過(guò)與建筑物協(xié)商解決問(wèn)題。其次，柱加固時(shí)，應(yīng)同時(shí)滿足鋼筋、箍筋、主筋、角筋和最小體積配筋率的要求?？蚣芙Y(jié)構(gòu)中的主體建筑梯柱 （中間平臺(tái)工程）。因?yàn)榇肆惺嵌塘?，所以?yīng)該加密。用于鋼筋混凝土梁的設(shè)計(jì)?？蚣芰旱母叨葹?/10 ～ 1/15跨，凈高要求應(yīng)與建筑物協(xié)商。對(duì)于一些大跨度的公共建筑，梁的寬度應(yīng)適當(dāng)增加，且應(yīng)大于300mm。加寬梁寬有利于抗剪，符合 “強(qiáng)剪弱彎”;寬350mm的梁可采用四肢箍筋縮小;加寬主梁寬度，有利于次梁錨固加固;盡量避免長(zhǎng)高比小于4的短梁。梁的加固應(yīng)充分考慮梁的錨固長(zhǎng)度，尤其是次梁，應(yīng)滿足現(xiàn)行規(guī)范的要求;注意腰椎肌腱的設(shè)置，單側(cè)腰椎肌腱應(yīng)大于0.1% bhw;當(dāng)長(zhǎng)高比小于4根短梁時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)整梁的箍筋，梁的頂筋應(yīng)較長(zhǎng)，并且梁的縱向鋼筋不應(yīng)太大。第三，當(dāng)主梁 （包括梁端） 有次梁時(shí)，應(yīng)增加箍筋、吊架，并優(yōu)先增加箍筋;次梁應(yīng)避免靠近主梁支座，否則應(yīng)考慮次梁。主梁的扭轉(zhuǎn)由梁引起，或增加縱筋和箍筋的扭轉(zhuǎn)。第四，當(dāng)次梁的端部與框架梁相交或彈性支撐在墻壁上時(shí)，梁端支撐可視為簡(jiǎn)單支撐，但是梁端的箍筋應(yīng)該加密。對(duì)于比懸臂梁大的設(shè)計(jì)。懸臂梁應(yīng)為等截面（大梁外露的除外）。與懸臂板不同的是，懸臂梁的自重占總荷載的比例很小。變截面不能有效降低自重，變截面懸臂梁箍筋不同，施工難度大。注意懸臂梁頂配筋率、箍筋率、全長(zhǎng)加密1m梁應(yīng)進(jìn)行撓度檢查。

4 結(jié)束語(yǔ)

總之，為了避免地震給人類帶來(lái)的巨大災(zāi)難，這就要求建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員正確總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，深化認(rèn)識(shí)，正確運(yùn)用框架結(jié)構(gòu)的抗震概念，并采用科學(xué)有效的方法和手段，確保建筑結(jié)構(gòu)的安全。

參考文獻(xiàn)

[1] 韓峰.高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)淺析[J].中外企業(yè)家，2020（14）：122.

[2] 邵李娜，華全慶.高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題及其對(duì)策[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì)，2019（22）：24-25.