浅谈高层建筑的抗震设计

文/倪楠 吉林省经济管理干部学院 吉林 长春 130012

浅谈高层建筑的抗震设计

文/倪楠 吉林省经济管理干部学院 吉林 长春 130012

分析了现行高层建筑结构抗震设计中应注意的一些问题，并对高层建筑结构抗震设计提出了几点看法。

高层建筑；抗震设计；抗震设防烈度；弹塑性动力分析；弹塑性静力分析

1　引言

自世界上第一幢高层建筑——美国芝加哥家庭保险公司建设以来，至今已有130多年的历史。高层建筑不仅在结构型式和用料上多样化，并且在建筑高度上也大幅度提高。中国处于地震多发带，抗震设防是工程设计必须解决的问题，因而高层建筑抗震设计处于非常重要的地位。

2　高层建筑结构抗震设计的主要内容

2010年版抗震规范规定高层建筑的抗震计算是在多遇地震作用下， 地震作用按反应谱理论计算， 计算内力及位移用弹性方法， 构件设计用极限状态方法。有特殊要求或重要的建筑，用时程分析法补充计算，并进行大震作用下的变形验算。要求弹塑性计算，对于提高高层建筑的抗震设计水平是十分有益的。高层结构弹塑性分析可分为弹塑性动力分析和弹塑性静力分析两种。

弹塑性动力分析，采用层模型和杆模型等简化的结构计算模型， 直接输入地震波，考虑弹塑性性能，依据弹塑性恢复特性建立动力方程，用逐步积分直接求出地震过程中加速度、速度和位移的时程变化，能够描述结构在强震作用下，在弹性和非弹性阶段的内力变化，以及结构构件逐步开裂、构件屈服、损坏直至倒塌的全过程。

弹塑性时程分析，要求设计人员有高水平的专业知识，计算结果受地震波的影响大。一些专家提出弹塑性静力分析方法进行抗震分析。弹塑性静力分析采用空间协同平面结构模型或三维空间模型；梁、柱、墙根据其截面尺寸、配筋及材料确定其弹塑性力—变形关系；在结构上施加荷载；随着荷载逐步增大，杆端屈服，出现塑性铰，直到塑性铰足够多或层间位移角足够大，计算结束。这种方法可以知道结构中每个构件的内力和承载力之间的关系以及各杆件承载力间的关系，得出是否符合强剪弱弯 （或强柱弱梁），并可发现结构的薄弱部位，还可得到不同受力阶段的侧移变形，给出底部剪力—顶点侧移关系曲线以及层剪力—层间变形关系曲线等等。

3　高层建筑抗震设计的问题

3.1抗震设防依据和设防标准的问题

1）设计文件中没有提供设防烈度和建筑物抗震设防类别的现象较普遍，到底是按什么抗震设防标准进行设防，不清楚。

2）有的工程虽然提供了设防烈度，但是勘察报告与设计文件不一致。

3）设防烈度和建筑物抗震设防类别错误。

3.2地基和基础的设计问题

1）场地地质勘察不符合抗震要求。

2）场址选择中，场地的地质构造、土质和地形没有完全勘察清楚。

3）地基处理中，对沙土、粉土液化，岩土边坡稳定，软弱粘性土震陷的判别及处理措施不力。

4）基础设计偏于保守，造成浪费。

3.3结构布局不合理。

3.4抗震构造不满足抗震的要求。

4　高层建筑抗震设计的趋势

4.1错开地震动卓越周期

场地的地面运动，均存在着一个破坏性最强的主振周期，如果建筑物的结构自振周期与这个卓越周期相等或相近，建筑物的破坏程度就会加重，反之则会减少。

从近年的因地震倒塌建筑物中可以看出，建筑结构周期与地震动卓越周期相接近，是引起建筑共振破坏的主要因素和直接原因。进行高层建筑设计时，首先要估计地震引起该建筑所在场地的地震动卓越周期；然后，确定建筑方案时，通过改变房屋层数和结构类型，尽量加大建筑物基本周期与地震动卓越周期的差距。

4.2、采取基础隔震措施

传统的抗震设计是依靠结构的变形能力和承载力，来抵抗地震能量，使建筑免于破坏。地震对建筑的破坏作用，是由于地面运动激发起建筑的强烈振动所造成的，也就是说，破坏能量来自地面，通过基础向上部结构传递。人们总结地震经验后发现，地震时结构底部的有限滑动，能大幅度地减轻上部结构的破坏程度。科技论文。

基于可动概念的基础隔震方案很多，主要有：（1）软垫式隔震。在房屋底部设置若干个带铅芯的钢板橡胶隔振装置，使整个房屋坐落在软垫层上，遭遇地震时，楼房底面与地面之间产生相对水平位移，房屋自振周期加长，主要变形都发生在软垫块处，上部结构层间侧移变得很小，从而保护结构免遭破坏。（2）滑移式隔震。在房屋基础底面处设置钢珠、钢球、石墨、砂粒等材料形成的滑移层或滚动层，使建筑物遇地震时在该处发生较大位移的滑动，达到隔震目的。（3）摆动式隔震。科技论文。摆动式隔震方式实质上是柔性底层概念的改进和引伸。（4）悬吊式隔震。这一隔震方式的构思是，将整个建筑悬吊在支架下面，避免地震的直接冲击，从而大幅度较小建筑物所受到的地震惯力。

4.3、提高结构阻尼

为了提高结构阻尼，可以在结构上设置阻尼器，以吸收地震输入的能量，减小结构变形。

结束语

目前，建筑业发展迅速，高层建筑也不断增加，对建筑的抗震设计的要求越来越高。建筑的抗震设计方案要根据建筑物体型、结构特点、荷载性质和地质条件等综合分析。

〔1〕王全凤.高层建筑结构力学分析的进展，力学与实践，1994，Vo l.16，No.2，P10.

〔2〕方鄂华，钱稼茹.我国高层建筑抗震设计的若干问题，土木工程学报，1999，Vol.32，No.1，P3.

〔3〕喻永声，钟万勰.复杂高层建筑整体结构抗震分析，建筑结构，1998，No，2，P3.

〔4〕包世华，方鄂华，高层建筑结构设计（第二版），清华大学出版社，1990.22福建建设科技2002.NO.1