高层建筑结构抗震设计和加固措施研究

王 凯 （安徽省建筑科学研究设计院，安徽 合肥 230032）

近些年来，随着社会经济的发展和城市化进程的加快，建筑行业得到了飞速发展，尤其是高层建筑项目越来越多，高层建筑项目的不断增加在改善人们居住、办公环境的同时，也存在诸多隐患，例如由于高层建筑容纳人数较多、建设成本较高，如果建筑结构抗震设计不合理，一旦遇到强烈地震很容易威胁到人们的生命财产安全，所以对于设计方来讲，必须要重视建筑结构设计，结合工程实际情况，把握好建筑结构设计要点，提高建筑工程整体质量和抗震强度。

1 高层建筑结构抗震设计常见问题

1.1 建筑高度超出规定建设标准

我国国土面积较大，东西南北横跨区域较广，对于建筑行业来讲，区域差异较大，故而不同地区对于建筑物高度要求存在一定的差异，不同地区对建筑物高度有明确的规定和限制。对于建筑方来讲，必须严格按照规定和限制施工。但是从现实情况来看，一些建筑企业一味的追求经济效益，使得建筑物超出预期高度，间接影响建筑抗震水平，一旦发生强烈地震，“超标”建筑受地震外力的影响很容易发生变形或破坏，影响建筑安全性。

1.2 建筑地基选择不合理

随着城市化进程的加快和社会基础设施建设的不断完善，我国建筑用地逐渐紧张，对于房地产企业而言，项目开发过程中，开发单位通常过于看重项目商业价值，从而忽视了施工现场地基结构、水文地质等因素，甚至缺少对项目所在地地质构造情况的分析，间接给高层建筑地基勘察、处理等工作带来一定困难。

1.3 施工过程中施工材料选择问题

高层建筑设计施工过程中，材料的选择直接影响到建筑抗震水平和整体质量，尤其是对于板块交接地带，地震灾害频发，对于这些区域而言，建筑施工材料必须谨慎选择，现阶段我国建筑行业施工材料主要是钢筋和混凝土，这两种材料如果设计出现问题，很容易导致建筑结构变形，所以必须采取有效举措来提升高层建筑结构混凝土强度，或者通过设计强化结构抗侧移能力。

1.4 建筑抗震设防烈度强度不足

抗震设防烈度是对建筑物本身抗震性能的特殊要求，一方面，抗震设防烈度与当地地震基本烈度有关，另一方面还与建筑本身要求有密切关系，具体的抗震设防烈度需要参照《建筑抗震设计规范》。近些年，随着建筑行业的发展，过去的结构设计已然无法满足人们对于建筑本身的需求，尤其是建筑抗震方面还有较大的提升空间，所以必须进一步的规范标准，通过抗震设防烈度强度提升来有效提高高层建筑抗震性能。

2 高层建筑结构抗震设计

2.1 选择合适的抗震施工场地

地震不仅会引起地表错动，还容易引起地基不均匀沉降、滑坡等，所以高层建筑首先必须选择抗震强度较高的区域，避开抗震不利区域，如果实在无法避免在抗震不利区域施工，则要采取必要的抗震加固措施。按照抗震设防烈度要求强化建筑地基、建筑上部结构刚度，同时根据所在区域地基液化登记部分消除或则是全部消除液化沉降。如果建筑所在地区地基主受力层周围有软弱性土层、新填土或不均匀土层，必须使用桩基、地基加固，合理估计地震发生时地基不均匀沉降和可能发生的其他不利影响，对于可能出现地基滑移、地裂的场地要辅助稳定措施。

2.2 多设置抗震防线

高层建筑受强地震影响后还有可能遇到多次余震，所以如果建筑结构抗震设计仅仅设置一道抗震结构，则无法抵御后期多次余震影响。所以建筑抗震设计时要多增设抗震防线，抗震结构必须由多个具有良好延展性的结构体系构成，同时保证各个延展性结构之间良好衔接协同工作，这样可以保证建筑在受到强震影响时，各个方向的能力可以得到最大限度的释放，提升整体抗震性能。

2.3 提升建筑短柱抗震性能设计

2.3.1 提高短柱受压承载力

短柱受压承载力的提升可以大幅减小短柱截面、提升剪跨比，而这种设计要求混凝土强度等级大幅提高，所以需要使用高强度混凝土增加短柱受压承载力，进而降低轴压比。当然通常高强度的混凝土材料延性相对较差，所以需要使用钢骨、钢管土柱等结构来辅助。

2.3.2 钢管混凝土柱的使用

钢管混凝土柱是一种套箍混凝土组合结构材料，将混凝土填入薄壁钢管中形成的一种特殊结构。混凝土在钢管内部受其侧向约束力的影响处于三向受压状态，可以大幅提升材料抗震强度和极限压应变效果，在使用这种结构时钢管管径、管壁厚度比不宜超过90，且配筋比不宜超过4.6%。

3 高层建筑结构抗震措施

3.1 建筑本身加固

高层建筑结构自身加固主要借助铁把锯加固、压力灌水泥加固、压力管环氧树脂浆加固等。

以铁把锯加固法为例，这种加固法主要是针对建筑存在裂缝的砖墙进行加固从而起到抗震效果，铁把锯通常用直径6mm的钢筋折弯制成，铁把锯长度需比砖墙两侧裂缝多出200mm，然后将两端折成100mm的直钩。

3.2 建筑外包加固

高层建筑外包加固主要有四种方法。

①钢筋混凝土面层外包加固。这种加固方法主要应用在钢筋混凝土砖柱、梁柱、砖墙加固；

②水泥砂浆面层外包加固。对于那些不需要大幅提升抗震性能的建筑砖墙结构可以使用这种加固方法；

③钢筋网水泥砂浆面层加固。对于那些不需要支撑模板的砖墙、砖柱可使用这种加固方法，并且钢筋铺设完成后可分层抹灰完成加固，加固方法更加简便有效，使用这种方法需要根据室内、室外环境确定受力钢筋砂浆保护层厚度，具体如下表所示；

④钢筋件网笼加固。对于建筑砖墙烟囱、钢筋混凝土梁柱、砖柱加固处理可以使用这种方法，使用钢筋件网笼加固需要提前做好防锈准备，如果施工现场环境湿度较大则不能使用这种加固措施。

钢筋网水泥砂浆保护层加固最小厚度（单位：mm）

3.3 增设构件加固

构件增设应当在建筑原有结构构件的基础上，适当的增加一些新的构件用于提升高层建筑结构抗变形性能、抗震性能。选择构件必须要充分的考虑新增构件对建筑整体结构动力性能可能产生的影响，加固措施具体操作流程如下。

首先需要新增设墙体，如果建筑抗震横墙间距规定值较大，并且建筑墙体承载性能较低，则可使用这种加固方法。新增墙体选择为砌体墙后钢筋混凝土墙体；

其次新增柱，通过增设外加柱子提高建筑墙体抗颠覆性能，如果建筑抗震承载性能差距较小，则可用钢筋混凝土柱子、拉杆、圈梁等构件连接柱子；

再者新增拉杆，新增的拉杆主要应用到加固受弯构件、纵横墙连接处，同时在新增拉杆的基础上还需新增支撑系统，如新增天窗架子、柱间和屋盖等构件，进一步提升建筑整体抗震性能；

最后增设圈梁，如果高层建筑抗震圈梁规格与质量不满足抗震要求，需要借助钢筋混凝土和圈梁、板底钢筋混凝土和内墙圈梁做加固处理，而建筑外墙圈梁需要沿着建筑周边形成闭合系统，和内墙圈梁共同作用。

4 结语

总的来讲，高层建筑结构抗震设计对于建筑使用寿命至关重要，通过科学抗震设计可以有效的降低强震对高层建筑的损坏，对于设计人员而言，在设计建筑结构时必须严格按照《建筑抗震设计规范》，把握好高层建筑抗震设计要素，通过建筑自身加固、外包加固、新增构件加固等措施提高和优化建筑抗震性能。