1、1探讨高层建筑结构抗震设计摘要：分析了建筑结构传统抗震设计的方法和不足，并提出新的建筑抗震鉴定加固的展望，并通过工程实例很好地贯彻了高层建筑抗震概念设计的原则，采取了多种措施满足结构抗震要求。 关键词：高层建筑；建筑抗震；概念设计；措施 中图分类号：TU208.3文献标识码：A 文章编号： 前言： 随着我国城市化进程的加快，地震灾害问题越来越受到人们的重视，在确保高层建筑物具有足够可靠度的前提下，为了进一步节约材料和降低造价，高层建筑结构够构件正在不断更新，设计理念也在不断发展，高层建筑结构也正朝着结构立体化，布置周边化，体型多样化，结构支撑化，体型多样化，材料高强化，建筑轻量化，组合结构化，
2、结构耗能减震化等方向发展。 1.传统的抗震方法 1.1 概念设计的一些原则：总体屈服机制，例如“强柱弱梁” ；刚度与延性均衡；强度均匀；结构在平面和立面上的承载力均匀；多道抗震防线；强节点设计。 1.2 在此基础上作结构地震反应分析方法：地震荷载法；振型分解法；动力时程分析法；现在还发展了 push-over 法、能力谱等方法。 21.3 传统抗震方法的缺点与不足 传统抗震结构主要利用主体结构构件屈服后的塑性变形能和滞回耗能来耗散地震能量，这使得这些区域的耗能性能变得特别重要，而一旦由于某些因素导致这些区域产生问题，将严重影响到结构的抗震性能，产生严重破坏，由于破坏部位位于主要结构构件，其修复
3、是很难进行的。2.建筑抗震鉴定加固的展望 2.1 鉴定加固对象展望 首先，随着我国在初期建造的一批建筑相继进入老年期，对其进行抗震鉴定加固的要求也越来越多。其次，由于人们投资观念、建筑物使用用途的变化，原来满足原使用要求的建筑物，可能在新的用途下其抗震能力满足不了要求，也必须进行抗震鉴定加固。再次，由于建筑设计、施工、使用中出现的一些问题，建筑遭受灾害也使部分建筑物的抗震性能下降，需进行鉴定加固处理。第四，由于建筑抗震鉴定标准（GB50023 -95）中对建筑物抗震性能的要求相对于原规范有了提高，使得原来一些满足原规范的建筑物不能满足新规范的要求，这一部分建筑也面临鉴定加固的任务。 2.2 加
4、固技术的展望 （1）注重整体抗震概念 抗震鉴定加固应该从注重某些构件的抗震能力的加强，转变为对整体结构抗震性能的加强，避免出现加固了某些构件或部位，却使其他构件或部位成为薄弱环节的情况。 3（2）发展新材料 材料科学的发展使许多新型材料出现的同时，使得原来价格昂贵的材料变得价廉物美，能够引入土木工程领域。譬如近几年碳纤维材料引入加固补强领域。 （3）开发新工艺 抗震加固应该从工艺角度进行研究，开发出简单易行、对周围环境（包括噪音、粉尘、湿作业、对施工人员和使用者）无不利影响的工艺，并附注实施、广泛推广。 （4）积极学习、引进先进的理念和技术 现阶段，有许多国家的抗震鉴定加固理念和技术比我国先进
5、，对这些先进的理念和技术，我们应该针对我们国家自己的实际情况，有所选择的引进、吸收，应用到我国抗震鉴定加固领域。 3.高层建筑的抗震设计理念和要求 我国建筑抗震规范 （GB50011-2010）对建筑的抗震设防提出“三水准、两阶段”的要求， “三水准”即“小震不坏，中震可修，大震不倒”。 抗震结构体系是抗震设计应考虑的关键问题。按结构材料分类，目前主要应用的结构体系有砌体结构、钢结构、钢筋混凝土结构、钢-混凝土结构等；按结构形式分类，目前常见的有框架结构、剪力墙结构、框架剪力墙结构、简体结构等。结构体系的确定受到抗震设防烈度、建筑高度、场地条件以及建筑材料、施工条件、经济条件等诸多因素影响，是
6、一个综合的技术经济问题，需进行周密考虑确定。 4抗震规范对建筑结构体系主要有以下规定： 结构体系应具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径；结构体系宜具有多道抗震防线，应避免因部分结构或构件破坏而导致整个体系丧失抗震能力或对重力荷载的承载能力； 结构体系应具有必要的抗震承载力，良好的变形能力和耗能能力；结构体系宜具有合理的刚度和承载力分布，避免因局部削弱或突变形成薄弱部位，产生过大的应力集中或塑性变形集中，对可能出现的薄弱部位，应采取措施提高抗震能力； 结构在两个主轴方向的动力特性宜相近，在结构布置时，应遵循平面布置对称、立面布置均匀的原则，以避免质心和刚心不重合而造成扭转振动和产生薄弱层。
7、 4.实例分析 4.1 工程概况 某商住楼位于地下 3 层车库，地上 14 层商场，5 层架空，617层分为 2 个塔楼，西塔为办公楼，东塔为住宅楼，总建筑面积 5 万余m2。 4.2 结构设计特点 工程平面很不规则，长边 98.2m，短边 34.4m，采用框支剪力墙结构体系。14 层商场要求大空间，住宅楼为小空间，转换层设在 5 层楼面，另商场中部有 300m2 的中庭，对楼板平面内刚度有较大削弱。住宅楼有两个电梯筒，要求左侧的一个不落地，必须在其它合适位置设置剪力墙5以满足抗侧承载力要求。 依建筑抗震设计规范 （GB50011-2010）表 3.4.3-1 规定，本工程平面不规则，竖向也不
8、规则，除通过计算满足外，还必须采取有效的抗震构造措施。 工程的结构计算采用三维有限元分析程序 SATWE 与 TBSA6.0 等程序进结构计算和弹性动力分析，计算结果基本满足高规及抗震规范的各项要求，仅扭转指标超过 1.2，但尚未超过 1.4。 4.3 依概念设计采取的措施 为了保证结构具有足够的抗震可靠性而对建筑工程结构做的概念设计主要考虑以下因素：场地条件和场地土的稳定性；建筑物的平、立面布置及其外形尺寸；抗震结构体系的选取、抗侧力构件的布置以及结构质量的分布；非结构构件与主体结构的关系及其两者之间的锚拉；材料与施工质量等。 4.3.1 场地已经确定，经重新勘查，地质条件良好，无不利地段。
9、 4.3.2 建筑的平立面布置应符合概念设计的要求，不应采用严重不规则的方案。本工程属不规则的建筑，在结构设计时，对水平地震作用计算和内力都进行了必要的调整，并应对薄弱部位采取有效的抗震构造措施，如对中庭周边梁板加强，板厚加至 150mm，以减少该处楼板开洞对平面内刚度的削弱影响。 4.3.3 结构材料选择与结构体系的确定应符合抗震结构的要求。采用哪一种结构材料，什么样的结构体系，经技术经济条件比较综合确定。同时力求结构的延性好、强度与重力比值大、匀质性好、正交各向同性，6尽量降低房屋重心，充分发挥材料的强度，并提出了结构两个主轴方向的动力特性 (周期和振型 )相近的抗震概念。本工程框支柱采用
10、钢骨混凝土柱，很好的满足了延性要求，并减小了柱截面。 4.3.4 尽可能设置多道抗震防线。地震有一定的持续时间，而且可能多次往复作用，根据地震后倒塌的建筑物的分析，我们知道地震的往复作用使结构遭到严重破坏 ，而最后倒塌则是结构因破坏而丧失了承受重力荷载的能力。适当处理构件的强弱关系，使其形成多道防线，是增加结构抗震能力的重要措施。严格按“强柱弱梁” 、 “强剪弱弯”的要求对梁柱墙的承载力进行调整，并适当提高框支柱的抗震等级。 4.3.5 具有合理的刚度和承载力分布以及与之匹配的延性。提高结构的抗侧移刚度，往往是以提高工程造价及降低结构延性指标为代价的。 要使建筑物在遭受强烈地震时，具有很强的抗
11、倒塌能力，最理想的是使结构中的所有构件及构件中的所有杆件都具有较高的延性，然而实际工程中很难做到。有选择地提高结构中的重要构件以及关键杆件的延性是比较经济有效的办法。本工程属上刚下柔的框支墙结构，设计中重点提高转换层以下的各层的构件延性。同时有意识地减小受压构件的轴压比及适当降低剪压比，以提高柱的延性。 4.3.6 确保结构的整体性。各构件之间的连接必须可靠，符合下列要求： （1）构件节点的承载力不应低于其连接构件的承载力，当构件屈服、刚度退化时，节点应保持承载力和刚度不变。 （2）予埋件的锚固承载力不应低于连接件的承载力。 7（3）装配式的连接应保证结构的整体性，各抗侧力构件必须有可靠的措施
12、以确保空间协同工作。 （4）结构应具有连续性，注重施工质量，避免施工不当使结构的连续性遭到削弱甚至破坏。 5.结语 钢筋混凝土结构是常用的结构形式，目前城市中正在建设和拟建的多层、高层建筑物大都是钢筋混凝土结构，地震是一种自然现象，为避免它给人类带来大的灾难，结构工程师应根据新抗震规范运用好抗震概念设计。做到：结构功能与外部条件一致；充分发展先进的设计理念；发挥结构的功能并取得与经济的协调；更好地解决构造处理；利用定量的计算进行抗震分析；用概念来判断计算的合理性。 参考文献： 1建筑抗震设计规范(CB50011-2010)，中国建筑工业出版社，2005. 2 包世华、方鄂华， 高层建筑结构设计 ，清华大学出版社，2003. 3 赵西安， 钢筋混凝土高层建筑结构设计 ，中国建筑出版社，2005.
