高烈度区多层建筑结构设计探讨

董方颖

重庆市设计院 重庆 400015

1 引言

城市的发展离不开建筑，人民对建筑需求越来越多的同时，相关的安全要求也越来越高。尤其是高抗震设防烈度区，建筑很容易收到地震作用的影响，产生损伤，甚至崩塌，造成恶劣的安全灾难。在低烈度区，往往建筑采用框架结构进行设计应用，既保障的建筑抗震设防的相关要求，又能够获得较大的使用空间。但是，在高烈度区，框架结构由于其抗侧刚度小，受到高烈度地震时水平位移大，极容易造成安全事故。因此，研究在高烈度地区多层建筑的结构设计十分必要。

2 多层建筑结构设计所具有的特点分析

2.1 水平荷载是影响结构设计的关键因素之一

一般情况下，无论时低层房屋还是多层房屋，在进行结构设计时，往往更多考虑对建筑物本身重量影响的竖向荷载进行控制。但是，除了竖向荷载外，影响建筑结构整体安全性的因素还有水平荷载。这是因为建筑自重和楼面使用荷载在竖向构件中所引起的轴力和弯矩的数值，仅与建筑高度的一次方成正比；而水平荷载对结构产生的倾覆力矩以及由此在竖向构件中所引起的轴力，是与建筑高度的两次方成正比。而且，针对多层建筑而言，受建筑物本身固定重量的影响，竖向荷载往往是固定值，而水平荷载，收到地震作用和风荷载的影响，随着建筑物的结构不同，数值变化也较大。

因此，在多层建筑的结构设计中，侧移成为设计控制关键指标。受到水平荷载的影响，随着楼层的不断增加，建筑结构的侧移变形也随着不断增大，因此，在进行多层建筑结构设计时，必须控制侧移[1]。

2.2 高烈度区具有更高的抗震设计要求

在高烈地地区，一旦发生地震，地震作用对建筑物产生较大水平荷载。因此，在进行建筑设计时，必须确保整体结构符合抗震设防要求。保障结构的抗震性能良好，能够做到小震无事，大震不倒。

3 多层建筑结构设计的原则分析

3.1 合理选择基础方案

在进行多层建筑结构设计时，首先应对建筑所在区域的地质情况，进行详细的勘探，然后结合结构方案和实际地质情况，以及施工相关技术水平，最终选择最适合且相对经济的基础方案。另外一方面，受城市经济迅猛发展的影响，市区内的繁华地带，多层或者高层建筑较多，相对建筑物较为密集，建筑物之间会产生相会影响，所以在进行地基处理时，应充分考虑这一因素的影响。

3.2 综合考虑选择结构形式

在进行结构方式设计时，应当参考两个原则：安全、经济。因此，在进行多层建筑结构设计时，首先应从安全的角度，根据建筑的使用要求，充分考虑建筑物的高度、地质环境等情况对建筑结构安全的影响；其次，从经济的角度，参考施工的实际情况，周边的材料供给以及建筑物所处环境等因素，最终多种方案并行，综合评定，选择符合抗震设防等级要求且相对经济的结构形式[2]。

3.3 建立最准确的计算模型

由于在进行多层建筑结构设计时，其结构相对复杂，结点较多且形式较为多样化，因此相对的计算模型比较复杂。因计算模型选择不当，会导致建筑物较容易出现安全事故。因此，选择最准确的计算简图特别重要，必须全面分析，谨慎选择。

3.4 输入地震波的“选波”原则

在进行多层建筑结构设计时，必须充分考虑地震作用的影响，尤其是在高烈度地区。必须针对产生的不同地震阶段，分析建筑结构的抗震情况，受到的破坏情况。在进行结构测试时，要求输入的地震波的有效时间必须大于结构基础周期的五倍。开始于曲线最大峰值的10%，结束于最后一次点到达最大峰值的10%。

为了研究结构在高烈度地区不同地震阶段的抗震性能及破坏形态及保证结构在地震动加速度作用下充分完成响应过程，要求输入的地震波有效时间不小于结构基本周期的5倍。从首次达到该时程曲线最大峰值10%的点算起到最后一点达到最大峰值的10%为止。

4 多层建筑结构设计方法

某建筑工程，多层建筑结构，共计5层。建筑平面长60米，宽18米，建筑总高度为18米。由于工程处于高烈度地区，抗震设防烈度为8度，设计基本地震加速度为0.3g。在进行建筑结构设计时，考虑到建筑物本身平面较长，所以在建筑物中间设置了结构缝。整体建筑完全遵循四项原则：均匀、分散、对称、周边。在建筑物的四个角的外墙位置和电梯井位置，设置了L形和口字形抗震墙，确保符合建筑的抗震等级要求。

4.1 保证平面布置的合理性

现在城市中存在很多外观很美观的建筑，这些建筑具有不规则的平、立面结构，这种不规则的平面或者立面结构，大大影响了建筑物本身构件布置的有效合理性，往往是建筑物的抗震性能较差的部位，在高烈度地区，一旦发生地震，该结构很容易收到地震作用影响，产生较严重的震害，对整个建筑物的安全和稳定带来极大的不确定因素。因此，在进行此类建筑物设计时，可以在适当的位置，设置抗震缝，既能确保了建筑物本身的美观，还能提高结构的承载特性。

4.2 建筑结构框架的选型

在进行高烈度区多层建筑结构设计时，结构框架的选型是核心关键。在高烈度区域，应充分考虑当地的实际情况，建筑物的类型和建筑目的，充分考虑选择适合的结构选型[3]。

（1）框架结构的优势在于灵活性好，可以获得较大的内部空间，但是缺点同样明显，就是刚度小，抗震性能较差，不设用较高的建筑物。大多应用于办公楼、商场、教学楼等多层建筑中；

（2）以弯曲变形为主的抗震墙结构设计，其优点是侧向刚度强，能够承受较大的地震作用，但缺点是空间不足。常适用于较高的建筑物中；

（3）框筒结构的设计，主要是在建筑平面设计时，针对交通的设计为内筒状，而对于建筑结构的外围框架，可以设计成多种多样的建筑里面。常见应用于高层的酒店楼梯。

4.3 结构设计共振

在高烈度区，由于地壳中的板块较为活跃，容易产生复杂的地壳运动，产生较大的地震作用。因此在进行多层建筑结构设计时，要充分考虑可能引起的共振现象。这种情况出现，会导致建筑物的负担急剧增加，带来较为严重的安全隐患，甚至可能造成建筑物的损坏和崩塌。因此，在进行建筑结构设计时，要注意建筑物本身的自振周期，结合周边地震情况的自振周期，进行良好的设计，避免出现共振情况。

4.4 剪力墙连梁的设计

在进行多层建筑结构设计时，相关剪力墙结构设计中的连梁设计十分重要。连梁的优点是截面大，跨度小，可以使其相连的强度刚度增大。在高烈度区，进行多层建筑设计时，有些设计使在设计连梁时，会选择较大的截面尺寸。但是这样不仅成本较高，而且会导致再出现高烈度地震时，建筑物容易出现脆性破坏，带来安全隐患。因此，在实际的设计中，相关设计人员必须合理的结合多层建筑的结构特点，合理的计算并设计连梁的截面尺寸。

4.5 选择最经济的设计

相比较其他地区，在高烈度区进行多层建筑设计时，为了确保建筑的稳定性和安全性，增强建筑物的抗震性能，往往投入较大。因此，在高烈度区进行多层建筑结构设计时，应当充分考虑经济问题，采用最小的成本达成最佳的抗震效果。

（1）在高烈度区进行建筑结构设计时，虽然收到很多自然因素的限制，但是在结构选型上，尽量避免出现超过规定要求，选择符合即建筑抗震安全要求，又相对成本支出较为经济的结构即可。

（2）在高烈度区进行建筑结构设计时，要结合实际，充分利用先进的科学手段，利用计算机、互联网等科学计算软件，设计出最佳的方案，确保提高安全性的同时，经济性能也最佳，同时还能提升建筑的使用效率[4]。

5 结束语

综上所述，在进行高烈度区多层建筑设计时，可以通过合理的结构设计帮助建筑物抵抗较大的地震灾难。由于建筑物的实际情况不同，使用功能不同，在结构设计时没有统一的规范和要求，因此，要求相关设计人员应当多方位的参考建筑的实际情况，结合自己的设计经验，参考相关参数，在确保结构方案合理、安全的情况下，设计出相对最经济的多层建筑结构。

参考文献

[1] 袁浪,劳文.高烈度地震区多层建筑结构的设计[J].浙江建筑,2007,24(8):30-31.

[2] 丁峰.高烈度区多层建筑结构设计探讨[J].城市建设理论研究:电子版,2016,(6):1400.

[3] 赵玉霞,周美川.高烈度区建筑结构楼梯设计探讨[J].建筑设计管理,2016,(3):70-71.

[4] 汪颖.高烈度区不规则建筑的结构设计优化探索[J].城市建筑,2016,(14):66-66.