高层建筑工程的抗震设计分析

文/徐慧辉 江门市地震监测中心 广东江门 529000

高层建筑工程的抗震设计分析

文/徐慧辉 江门市地震监测中心 广东江门 529000

随着经济全球化的发展，加快了城镇化的步伐，也使得城市建设用地日趋紧张，高层建筑的发展成为了必然，但是地震的发生严重阻碍我国社会和经济的发展。因此，在高层建筑建设过程中，加强建筑结构设计中的抗震设计是十分必要的。所以，需要结合目前高层建筑抗震设计现在，有的放矢的采取措施进行优化，以不影响工程基础功能为基本要求，提高工程抗震性能。

高层建筑工程；抗震设计；措施

1、我国高层建筑结构抗震分析和设计的主要内容

改革开放以来，高层建筑不断兴起，也逐渐引起并受到人们的重视。在高层建筑结构中，不同的建筑高度的受力状况是不尽相同的，抗侧力结构的设计一直是高层建筑抗震结构设计的重点与关键。

为使水平荷载产生的侧向变形控制在一定范围内，在进行高层建筑结构设计时，对结构的强度、刚度都有一定的要求。水平荷载会跟着竖向荷载一起对高层建筑产生影响，成为高层建筑设计中的重要控制因素。高层建筑中，如果侧向刚度和抵抗侧向变形的能力不足，在受到水平荷载作用的影响下，对侧向变形的影响就会增加，而且会使刚层建筑结构在竖向荷载的作用下产生附加内力和位移，令相关的服务设施出现结构性的裂缝或者变形，影响建筑的质量与安全。

同时，为使建筑结构在地震的作用下，结构的弹塑性变形能力必须达到一定的水平才能起到抵御地震的作用，所以，高层建筑对抗震性能有一定的要求，综上所述，高层建筑在强度、刚度以及延性方面达到一定的标准，才能在地震中抵御相关的危害。

2、高层建筑抗震设计的原则

高层建筑抗震设计的原则主要包括以下几个：

2.1 结构构件要达到一定的安全性能

高层建筑结构构件应该始终秉持强柱弱梁，强底层柱的原则，对于结构中相对薄弱的环节应该选择采取合适的加固措施来提升其抗震能力。同时，主要承受竖向荷载的构建不得作为主要耗能构建。

2.2 最大程度的设立多重抗震保护

完整而良好的抗震体系需要由多个延性较好的分体系构成，并且要选择延性良好的结构构建来连接工作。在强烈的地震后通常都会伴随着若干次余震，假如高层建筑仅仅只有一道防震设计保护，在遭受余震的时候则会由于再一次受到震动而累积损害倒塌。

2.3 高层建筑结构的承载能力、变形能力以及刚度要实现平均分布，以满足地震梵音敢赌需求

如高层建筑中某一部位刚度过高，也会导致其他楼层形成薄弱的环节从而遭受到破坏。高层建筑的顶层与中间楼层需要取消部分墙柱以形成大空间层，并且对刚度进行调整，强化抗震设计。高层建筑底层部门剪力墙更改为框支柱后，相对上层刚度削弱会处于更加不利的位置，因此考虑加以专门的抗震措施。

2.4 保证高层建筑刚度，以避免高层建筑顶点与层间出现位移

当出现等级较小的地震时，应该避免过大位置导致结构开裂，影响建筑的正常使用；当出现等级中等的地震时，应该保证结构免于严重破坏，可以被修复；在强度较高的等级地震下，高层建筑结构不应出现倒塌，同时也不能犹豫位移过大而导致建筑主体结构失去稳定性。

3、高层建筑抗震设计效果影响因素

3.1 工程结构设计

为提高工程抗震性能，必须要提高对结构设计方面的重视，保证可以达到小震不坏、大震不倒要求。对于很多高层建筑工程来说，平面布置复杂度过高，质心与刚心存在偏差，受到地震作用时，产生的破坏更为严重。因此在结构设计时，尽量要保证工程质心与刚心重合。另外，还要控制出屋面建筑部分高度，降低地震过程中的辫梢影响，提高工程抗震效果。

3.2 施工材料选择

面对相同地震影响，所选材料质量性能越好，结构损伤程度越轻，相反则越为严重。为提高工程建设效果，应选择应用隔断、维护墙、楼板等构件来提高结构稳定性，将传统施工材料替换为质量更轻的塑料板、空心砖、加气混凝土板等，来提高工程结构抗震性能。同时，还需要将材料管理贯彻到每个施工环节，严禁出现偷工减料行为，提高施工作业规范性，保证工程建设效果达到专业标准。

3.3 工程建设环境

地震发生后对工程产生的影响是多方面的，如山体崩塌、岩石断层、代表滑坡等地表运动，以及水灾、海啸等次生灾害。基于各项因素对建筑工程产生的影响，想要进行预防需要提前采取措施，并保证工程建设效果达到专业要求。其中，更为重要的是，想要降低地震灾害的影响，需要合理选择工程施工位置，提前对现场环境进行详细勘察，掌握地质地形特征，尽量避开不利地段，选择有利于抗震的地段。

4、提升我国高层建筑抗震设计水准的方法

4.1 选择适用高度和高宽比

高层建筑在进行抗震结构设计时，应当根据结构总体的高度和抗震设防的烈度来决定建筑的结构类型和最大使用高度。因为高宽比对建筑结构的整体起着重要的稳定性作用，对建筑的刚度、侧移和振动形式有着较为直接的影响，将建筑高度控制在合适的范围之内，使建筑在遇到地震灾害时能够产生较大的水平位移和轴向力，能够抵御一定强度的地震灾害。

4.2 防震缝的精细化设置调试面

对一些抗震结构规划设计不妥善的高层建筑，有关工作人员可结合实际状况在特定位置上设定防震缝。具体来讲，便是在将房屋建筑分割成互相独立的单元结构，在防震缝的两侧留出足够的宽度，防震缝的上部结构应该完全分开。

4.3 墙体结构的标准化设计分布

在针对高层建筑开展内部抗震性能改良设计活动中，需要全面加大对当中墙体的关注力度，毕竟该类媒介始终经受地震活动较为深刻的影响效应。透过以往地震灾害事件中观察总结，高层建筑内部墙体在地震事件滋生期间都会滋生出裂缝，亦或是倒塌状况，所以说日后要想方设法加大对这类建筑内部纵横墙体的规范化设计力度。尤其是在对建筑构造进行设计规划的同时，要坐到横向墙体和纵向墙体的承重力和数量决定的，如果墙体数量较少，各墙之间为了分离建筑的内部空间就会间隔较大，建筑的刚度就会较小，抗震能力也相对较低，所以墙体数量和位置的分布，是改善我国高层建筑抗震设计质量过程中，必须集中审视的细节性问题。

4.4 屋顶的抗震设计

建筑的质量越小，结构的稳定性也就相对较强，受到地震影响时受到的损失就越小，建筑的安全性就越高。为了减少建筑在地震时受到的损失，设计建筑时就要把建筑结构的各部分做的轻一点。要使建筑物的各部分结构变轻，主要是指墙体和屋盖的质量。如果墙体的重量过大，建筑物的抗震性能就会降低很多，地震发生时，厚重的墙体就会对建筑物的内部造成巨大破坏。所以设计时应该对墙体的结构材质做出明确规定，在屋盖的建筑上，应该尽量减少高度，增加牢固性并使用质量较轻的材料，并且不要再屋顶上方增加其他结构，那样相当于增加了房屋的高度和重量，使得建筑物的高度比的比例增大，影响建筑的抗震性能。

4.5 抗震结构的选择

建筑物的设计之初就是要以＜＜建筑抗震设防标准＞＞为基础来确定建筑的抗震设计。建筑在抗震设计的结构选择时，不仅要考虑地震对建筑物的影响，还要降低对周围环境影响，建筑物主体材料选用钢筋混凝土建造，地下室则采用嵌固端的技术，可以极大地增加建筑物的抗震能力，为了降低建筑物本身的重量，推荐使用钢结构的框架来进行建筑构造。

5、高层建筑抗震设计实例分析

5.1 工程概述

以某高层建筑工程为例，为一座综合型办公楼，总建筑面积62325.12m2，主体结构为矩形平面，长×宽为32.500m×21.500m。其中，主楼地下1层为人防地下车库，底面标 高-6.300m； 地上16层， 屋顶标高57.300m，其中1层层高3.900m，2层层高4.500m，3～6层层高3.900m，7～15层典型层高3.600m，16层层高4.600m。另外，东西侧裙房共4层，裙房顶标高15.900m，地上与主楼设缝分开。主楼2～3层中间25.4m×24.3m范围设置中庭上空，且1～4层中间不设置结构柱。工程施工地标准雪压取值0.40kN/m2（n=50），标准风压取值0.45kN/ m2（n=50），抗震设防烈度为7度，设计地震分组为第二组。

5.2 抗震设计要点

①工程楼板局部不连续为楼板平面开大洞情况，需要在洞口周围设置钢筋混凝土梁，并适当提高周围楼板厚度与配筋。其在进行结构计算时，洞口周边一跨范围楼板定义为弹性板，其余则按照刚性楼板设计。楼板开洞设计后共用结构长、短柱，要重点做好跨层柱长度的计算与复核。提高短柱箍筋对直径对应抗震规范，且全部进行加高加密处理。而长柱则应该选择用型钢混凝土柱，延伸到5层层顶，其中型钢材料为HN800×400×20×40，同样对所有箍筋进行加高加密处理。对于轴力设计值较大的墙肢选择用承载力高的型钢混凝土剪力墙，提高分布筋最小配筋率为0.35%～0.40%。

②主楼1～4层中间抽柱造成竖向抗侧力构件连续性降低，为将4层设计成结构转换层，需要重点做好其刚度的控制，尤其是加强下部结构侧向刚度，使转换层上下主体结构侧向刚度平稳过渡。同时，还可以提高剪力墙底部加强部位的抗震等级，而对于已经为特一级的不需要提高。且为弥补结构因布置楼梯与电梯井造成的板平面刚度减小，将板厚度提高到150mm，并选择用双层双向通长配筋。

③对于4层层顶结构，竖向收进会对结构侧向刚度产生影响，为提高剪力墙整体刚度，设计时可以提高关键部位楼板厚度，或者是增加配筋数量。同时，还应将收进部位楼板定义为弹性板计算，通过弹性时程分析法，对多遇地震进行补充计算。将框架部分承担地震剪力进行调整，即调整值=MIN（0.2×底部总震剪力，1.5×楼层地震剪力标准值中最大值）。

[1]赵丽红.浅谈高层建筑抗震设计与抗震结构[J].城市地理,2015,14:174-175.

[2]冯东.高层建筑抗震设计中的常见问题及对策探讨[J].四川建材,2015,03:40-41.

图3 .3-1 石材幕墙层间防火封堵节点一

图3 .3-2 石材幕墙层间防火封堵节点二

（2）除上述特殊节点的设置之外，还有如下设计建议：层间面板分格不宜跨越两个防火分区。有实体墙的金属与石材幕墙的保温材料应采用不燃材料作防护层。无窗槛墙的幕墙应保证不燃体实体墙的高度不低于 800mm，如达不到，不足部分建议考虑上翻一个砼踢脚线，或在梁底加设防火岩棉带；当点支承幕墙时，则采用铯钾防火幕墙加高。保温的防护层应将保温材料完全覆盖。防护层厚度不应小于3mm可采用玻镁防火板、水泥板、镀锌钢板或憎水型A级保温砂浆，同时应按表3.1在每层设防烟封堵。防火保护层可采用玻镁防火板、水泥板、镀锌钢板或憎水型A级保温砂浆。以上方案对成本影响并不大，而且可以减小施工难度，增加层间防火封堵的防火效果。

4、展望

本文通过对幕墙层间防火封堵的重要性进行分析，同时阐述了层间防火封堵在规范中的做法要求，但在实际工程的实施中，并不能仅仅按照规范照本宣科，机械的进行节点设计。第4部分的分析仅仅是对某一两种情况进行的建议和论证。但在实际的设计和施工过程中，节点的实际情况与建筑外立面的多样性有直接的关系，而出现的节点更加多样，这就需要更多的幕墙从业者参与进来，从耐久性、变形能力、稳定性、甚至是缝隙宽度等各个方面提供更加实用的节点建议。上述的节点建议的不妥之处，敬请各位同行和专家批评指正。

参考文献：

[1]《民用建筑外保温系统及外墙装饰防火暂行规定》公通字[2009]46号.

[2]《建筑设计防火规范》GB50016-2014.

[3]黄晖宇，贾 杰，邓志欣.幕墙层间防火封堵技术探讨[J].消防技术与产品信息,2002,8(5):16-17.

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