高层建筑物结构的抗震设计

石慧民

（哈尔滨正大建筑企业集团有限责任公司，黑龙江 哈尔滨 150001）

高层建筑物结构的抗震设计

石慧民

（哈尔滨正大建筑企业集团有限责任公司，黑龙江 哈尔滨 150001）

本文通过对汶川地震中建筑物构造的分析，与工程实践相结合，探讨了高层建筑物结构抗震设计中的常见问题，对于提高高层建筑物的建设质量及抗震性具有一定的借鉴意义。

高层建筑物；抗震设计；建筑质量

1. 前言

2008 年汶川大地震产生的灾难性后果对于土木工程技术人人员带来的反思是深刻的，各类建筑物在地震中的表现也不断提高了对建筑物抗震性的认识，本文通过对汶川地震中建筑物构造的分析，与工程实践相结合，对高层建筑物结构抗震设计中的常见问题进行了探讨。

2. 汶川震害中建筑物构造方面的问题

2.1 不合理的住宅结构体系

一是在建筑物结构设计过程中，结构设计师为实现在外形上的突破，建筑师拆掉具有抗震作用的一些柱子，将洞口开大，大量混凝土构件在砌体结构中，导致不合理的结构设计，与纵横墙共同承重体系相背离，对结构整体性及传力路径造成破坏，受水平地震作用影响，这样的建筑结构将会造成失稳坍塌；二是不规则布置，具有很深凹口，将严重削弱楼板刚度。在高层建筑中存在过大的内缩、外伸，将引起刚度突变，刚度突变位置在地震中受到破坏的可能性更大。不合理的布置承重体系，在地震中将使结构产生严重的扭转破坏；为节约建设费用，在设置时防震缝没有达到抗震规范要求，加大了建筑形状复杂度，在地震中结构将产生集中应力与破坏性扭转；四是楼梯在建筑中属于最薄弱的地方，因不合理设置楼梯位置，将破坏建筑；五是现浇住宅具有最好的整体性和刚度，其次是装配整体式楼屋盖，最差的是预制板楼屋盖，采用预制板楼屋盖在地震中将受到最严重的结构破坏。

2.2 抗震构造缺乏一定的措施

汶川地震中，震区很多的砌体建筑发生倒塌，主要还是建造于我国抗震设防理论不健全时，采用目前的抗震理论，很多建筑都没有采取合理的抗震构造措施，一些建筑物构造设计都没有考虑抗震，因此导致建筑物发生垮塌。在梁、柱节点处，底框结构没有采用加密箍筋，地震时节点产生压屈，破坏了钢筋外鼓；预制楼板不存在拉结，因砌体结构不具有良好的整体性，要对构造柱和圈梁设立，应确保整体性，而很多建筑物的设置对于作用发挥不够理想，诸如圈梁配置较少的钢筋，建筑物在地震中将导致由于较差整体性而破坏建筑物整体；楼梯板在弯矩最大处留有施工缝，在此位置将造成破坏建筑物结构；最薄弱的是连接楼梯与主体结构，若楼梯破坏在地震时早于主体，将逃生通道堵塞；抗震缝宽度没有达到规范要求，或由于施工将抗震缝堵塞而没有采取清理措施，造成抗震缝发挥不了应有的作用，在地震中使建筑物由于碰撞而将双方挤坏；设置的墙体拉结钢筋间距和锚固深入墙体长度达不到规范要求或由于对设置的疏漏而破坏结构等。

2.3 材料强度与建筑物砌体质量控制等级降低

因砌块或砂浆强度与应达到的强度要求存在一定差距，导致砌体降低抗剪和抗压强度而破坏建筑物结构，以及一些施工因素使结构质量控制等级降低，导致更严重的破坏砌体结构。

3. 建筑物抗震设计中应采取的措施

3.1 确定基本设计信息

抗震等级的确定应结合建筑物所在位置的抗震设防烈度和建筑类别等因素。要特别注意，高层住宅建筑在通常情况下属于丙类建筑，无需对设防烈度进行调整。甲、乙类建筑对设防烈度的调整应根据《建筑抗震设防分类标准》，对地面粗糙度、场地土类别及地震加速度等参数在设计时应明确，提高合理性。越高的建筑越高越容易受到风荷载的影响，所以也要更重视基本风压，在超过60米高度的建筑物或风荷载敏感度高，就要采用根据一百年重现期的风压，并结合建筑物实际情况选择适宜的体形系数。

3.2 正确选择概念设计与设计参数

在设计方案过程中，采用概念设计，明确建筑物结构体系传递地震作用的途径及使建筑物结构具备不同抗震防线。在规范允许范围内，应控制好最大的建筑物结构适用高度，使建筑物结构的延性良好。在纵横两个方向上，均匀、对称的布置剪力墙，尽可能接近两个主轴方向的刚度；尽量使在墙体上的开洞减少，若一定要开洞，应均匀对齐洞口，以免开洞的随意。应控制砼结构构件截面尺寸及设置好受力钢筋、箍筋，以免剪切在弯曲前破坏、在钢筋屈服前压溃砼、在钢筋破坏前破坏钢筋的锚固粘结。连接各结构要做到避免在连接构件前破坏构件节点，不可早于连接件破坏预埋件的锚固，连接装配式结构构件，要确保建筑物结构整体性；应在节点核心区外对预应力砼构件的钢筋进行锚固。

4. 建筑物设计中需引起注意的几个问题

一是梁强墙弱问题。随着近年来城市建筑用地逐渐紧张，为节约有限的用地，就不断提高建筑物高度。特别是高层住宅小区，因停车位都建于地下，通常在纯地下室顶板具有约1.2米的覆土。所以，纯地下室顶板与主楼位置应具有错层，为满足防水和挡土所需，一些设计师采用在50-60厘米的墙肢上搁置1.5-1.8米高的梁，将高梁在剪力墙平面外直接单侧垂直搁置构成强梁弱墙。也有不满足计算指标时，将外纵墙设计为开洞墙。这在设计中都是不符规范要求的。

二是正确理解设计参数问题。在抗震验算时，一些设计者在六度区底部楼层剪重小于0.8%，通常全楼应取1.0的地震力放大系数，只有分析采用的弹性动力时程时，计算楼层剪力比采用振型分解法结果大时，才将此参数填入。

三是合理选择设计参数问题。钢筋分布在剪力墙底加强位、房顶、平面房屋楼梯间、端山墙、端开间纵向剪力墙等水平和竖向最小配筋率要大于0.25%，其余部位应大于0.2%。

四是挑空结构问题。在设计公寓式写字楼时，一些开发商为逃避建筑容积率所限，将层高设计为5.1—5.3米挑空结构。该结构因日后用户可能随意添加夹层，受地震力作用影响，建筑物结构会产生复杂受力。楼层添加夹层情况不一，就容易造成上下楼层产生较大的侧向刚度。

5. 总结

我国在建筑物结构的抗震设计方法理论方面开展了较深入地研究，但在实验研究方面不足，城市化进程的加快，使建筑物不断增多，为节约有限的用地，就不断提高建筑物高度，为确保高层建筑安全，在高层建筑中应用剪力墙结构的建筑物与日俱增，由于剪力墙结构在高层建筑中经济合理。只要达到规范要求，在构造设计上采取加强抗震措施，利用计算机软件进行分析，就能设计出安全可靠的高层建筑，进而提高高层建筑物的建设质量及抗震性。

[1] 徐培福，黄小坤.高层建筑混凝土结构技术规程理解与应用[M]，北京：中国建筑工业出版社，2010

[2] 朱炳寅.建筑结构设计规范应用图解手册[K]，北京：中国建筑工业出版社，2008

[3] 方鄂华.高层建筑钢筋砼结构概念设计[M]，北京：机械工业出版社，2011

[4] 李国胜.多高层钢筋混凝土结构设计中疑难问题的处理及算例[M]，北京：中国建筑工业出版社，2012

TU7

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1007-6344（2015）09-0155-01

石慧民（1986—），男，汉族，河北省肃宁县人，大学本科学历，研究方向：高层住宅综合体抗震，土建工程。