论文部分内容阅读
摘要：本文分析了目前我国抗震设计中存在的不足及高层建筑抗震设计中经常出现的问题，提出了高层混凝土建筑抗震结构设计策略，供同行参考。
关键词：建筑；抗震；结构设计
随着这几年来经济的快速发展，由于建设者开发、使用功能上的要求，高层建筑的体型越来越多样化。高层建筑不仅在材料和结构体系上逐渐多样化，而且在高度上也大幅度增长。进入上世纪90年代后，结构抗震分析和设计已提到各国建筑设计的日程。特别是我国处于地震多发区，高层建筑抗震设防更是工程设计面临的迫切任务。作为工程抗震设计的依据，高层建筑抗震分析处于非常重要的地位。
地震是威胁人类安全的主要自然灾害之一。我国是一个地震多发的国家，分布广、频率高、强度大、震源浅，是世界上地震灾害最严重的国家之一。近几年来，各国历次地震对人类造成了严重灾害，通过总结大量的经验教训，促使结构抗震设计不断发展。建筑抗震的实践表明，一个地震区建筑物，如果没有良好的建筑总体布置方案，单靠结构抗震计算和抗震的构造措施，在较强烈的地震作用下，仍是难以取得建筑抗震的较好效果，甚至减轻不了建筑物的震害程度。因此，只有建筑设计与建筑抗震设计有机地结合起来，建筑抗震设计水平才能达到一个比较完善的高度。
1 目前我国抗震设计中存在的不足
通过多年对于建筑抗震设计的研究，我国逐渐形成了自己的一套较为先进的抗震设计方法而且日益成熟，但是也有许多考虑欠妥的地方，需要我们今后加以完善。首先，与国外规范相比，我国抗震规范在对关系的认识上还存在一定的差距。美国UBC规范按同样原则来划分延性等级，但在高烈度区推荐使用高延性等级，在低烈度区推荐使用低延性等级。这几种抗震思路都是符合规律的，而目前我国将地震作用降低系数统一取为2.86，而且还把用于结构截面承载能力设计和变形验算的小震赋予一个固定的统计意义。另外，我国规定的“小震不坏，中震可修，大震不倒”的三水准抗震设防目标也存在一定的问题。该设防目标对甲类、乙类、丙类这三类重要性不同的建筑来说，并不都是恰当的。最后，由于不同类别建筑的不同重要性，不宜再笼统的使用以上同一个性态目标。此外，还应该考虑建筑所有者的不同要求，选择不同的设防目标，从而做到在性态目标的选择上更加灵活。
2 高层建筑抗震设计中经常出现的问题
2.1 部分建筑物高度过高
按我国现行高层建筑混凝土结构技术规程规定，在一定设防烈度和一定结构型式下，钢筋混凝土高层建筑都有一个适宜的高度。在这个高度，抗震能力还是比较稳妥的，但是目前不少高层建筑超过了高度限制。在震力作用下，超高限建筑物的变形破坏性會发生很大的变化，建筑物的抗震能力下降，很多影响因素也发生变化，结构设计和工程预算的相应参数需要重新选取。
2.2 地基的选取不合理
由于城市人口的增多和相对空间的缩小，不少建筑商忽略了这一问题，哪里商业空间大就在哪里建。高层建筑应选择位于开阔平坦地带的坚硬土场地或密实均匀中硬土场地，远离河岸，不应垮在两类土壤上，避开不利地形、不采用震陷土作天然地基，避免在断层、山崖、滑坡、地陷等抗震危险地段建造房屋。高层建筑的地基选取不恰当可能导致抗震能力差。
2.3 材料的选用不科学，结构体系不合理
在地震多发区，采用何种建筑材料或结构体系较为合理应该得到人们的重视。由于我国建筑结构主要以钢筋混凝土核心筒为主，变形控制要以钢筋混凝土结构的位移限值为基准。但因其弯曲变形的侧移较大，靠刚度很小的钢框架协同工作减小侧移，不仅增大了钢结构的负担，而且效果不大，有时不得不加大混凝土的刚度或设置伸臂结构，形成加强层才能满足规范侧移限值。
2.4 较低的抗震设防烈度
许多专家提出，现行的建筑结构设计安全度已不能适应国情的需要，建筑结构设计的安全度水平应该大幅度提高。我国现行抗震设防标准是比较低的，中震相当于在规定的设计基准期内超越概率为lO%的地震烈度，较低的抗震设防烈度放松了高层建筑的抗震要求。
2.5 建筑外形与平面功能影响结构布置
现在某些政府规划部门领导根本不懂结构，纯粹为了形象美观而对建筑设计指指点点，从而使建筑偏离了建筑设计师的最初理念，你对他提出的修改意见不予理会，你就通不过。还有某些建筑设计师根本就缺乏抗震设计的概念，在高烈度区设计出高层建筑的大悬挑，这既增加了工程造价，有埋下了安全隐患，不负责任的叫嚣“没有做不出的结构”，那要看付出的代价和收获是不是对等。
3 高层混凝土建筑抗震结构设计策略
3.1 高层混凝土建筑的结构体系选择
高层建筑结构应根据建筑使用功能、房屋高度和高宽比、抗震设防类别、抗震设防烈度、场地类别、地基情况、结构材料和施工技术等因素，综合分析比较，选择适宜的结构体系。高层建筑钢筋混凝土结构可采用框架、剪力墙、框架- 剪力墙、筒体和板柱-剪力墙结构体系。
框架结构可为建筑提供灵活布置的室内空间。当建筑物层数较少时，水平荷载对结构的影响较小，采用框架结构体系比较合理；框架结构属于以剪切变形为主的柔性结构，使用高度受到限制，主要用于非抗震设计和层数相对较少的建筑中。剪力墙结构中，剪力墙沿横向、纵向正交布置或多轴线斜交布置，由钢筋砼墙体承受全部的水平荷载和竖向荷载，属于以弯曲变形为主的刚性结构。该种结构的抗侧力刚度大，在水平力作用下侧向变形小，空间整体性好。但剪力墙结构自重大，建筑平面布置局限性大，难以满足建筑内部大空间的要求。因此更多地用于墙体布置较多，房间面积要求不太大的建筑物中，既减少了非承重隔墙的数量，也可使室内无外露梁柱，达到整体美观。
框架——剪力墙结构是指在框架结构中的适当部位增设一些剪力墙，是刚柔相结合的结构体系，能提供建筑大开间的使用空间，是由若干道单片剪力墙与框架组成。在这种结构体系中，框架和剪力墙共同承担水平力，但由于两者刚度相差很大，变形形状也不相同，必须通过各层楼板使其变形一致，达到框架和剪力墙的协同工作。从受力特点看，剪力墙是以弯曲变形为主，框架是以剪切变形为主，由于变位协调，在顶部框架协助剪力墙抗震，在底部剪力墙协助框架抗震，其抗震性能由于较好地发挥了各自的优点而大为提高。因此可以适用于各种不同高度建筑物的要求而被广泛采用。板柱- 剪力墙结构，由于在板柱框架体系中加入了剪力墙或井筒，主要由剪力墙构件承受侧向力，侧向刚度也有很大的提高。这种结构目前在7、8 度抗震设计的高层建筑中有较多的应用，但其适用高度宜低于一般框架- 剪力墙结构。
3.2 减少地震发生时能量的输入
在具体的设计中，积极采用基于位移的结构抗震方法，对具体的方案进行定量分析，使结构的变形弹性满足预期地震作用力下的变形需求。对建筑构件的承载力进行验收的同时，还要控制建筑结构在地震作用下的层间位移限值；并且根据建筑构件的变形和建筑结构的位移之间的关系，确定构件的变形值；根据建筑界面的应变分布以及大小，来确定建筑构件的构造需求。对于高层建筑，在坚固的场地上进行建筑施工，可以有效减少地震发生作用时能量的输入，从而减弱地震对高层建筑的破坏。
参考文献：
[1] 伊小群.高等民用建筑结构的抗震设计探讨[J].中国高新技术企业，2010，（20）.
[2] 晋朝辉，兰国岭.多层砖混民用建筑抗震设计探讨[J].山西建筑，2008，（14）.
[3] 晋美俊，李俊明.国外建筑抗震出奇招[J].科学之友.2011，（25）.
关键词：建筑；抗震；结构设计
随着这几年来经济的快速发展，由于建设者开发、使用功能上的要求，高层建筑的体型越来越多样化。高层建筑不仅在材料和结构体系上逐渐多样化，而且在高度上也大幅度增长。进入上世纪90年代后，结构抗震分析和设计已提到各国建筑设计的日程。特别是我国处于地震多发区，高层建筑抗震设防更是工程设计面临的迫切任务。作为工程抗震设计的依据，高层建筑抗震分析处于非常重要的地位。
地震是威胁人类安全的主要自然灾害之一。我国是一个地震多发的国家，分布广、频率高、强度大、震源浅，是世界上地震灾害最严重的国家之一。近几年来，各国历次地震对人类造成了严重灾害，通过总结大量的经验教训，促使结构抗震设计不断发展。建筑抗震的实践表明，一个地震区建筑物，如果没有良好的建筑总体布置方案，单靠结构抗震计算和抗震的构造措施，在较强烈的地震作用下，仍是难以取得建筑抗震的较好效果，甚至减轻不了建筑物的震害程度。因此，只有建筑设计与建筑抗震设计有机地结合起来，建筑抗震设计水平才能达到一个比较完善的高度。
1 目前我国抗震设计中存在的不足
通过多年对于建筑抗震设计的研究，我国逐渐形成了自己的一套较为先进的抗震设计方法而且日益成熟，但是也有许多考虑欠妥的地方，需要我们今后加以完善。首先，与国外规范相比，我国抗震规范在对关系的认识上还存在一定的差距。美国UBC规范按同样原则来划分延性等级，但在高烈度区推荐使用高延性等级，在低烈度区推荐使用低延性等级。这几种抗震思路都是符合规律的，而目前我国将地震作用降低系数统一取为2.86，而且还把用于结构截面承载能力设计和变形验算的小震赋予一个固定的统计意义。另外，我国规定的“小震不坏，中震可修，大震不倒”的三水准抗震设防目标也存在一定的问题。该设防目标对甲类、乙类、丙类这三类重要性不同的建筑来说，并不都是恰当的。最后，由于不同类别建筑的不同重要性，不宜再笼统的使用以上同一个性态目标。此外，还应该考虑建筑所有者的不同要求，选择不同的设防目标，从而做到在性态目标的选择上更加灵活。
2 高层建筑抗震设计中经常出现的问题
2.1 部分建筑物高度过高
按我国现行高层建筑混凝土结构技术规程规定，在一定设防烈度和一定结构型式下，钢筋混凝土高层建筑都有一个适宜的高度。在这个高度，抗震能力还是比较稳妥的，但是目前不少高层建筑超过了高度限制。在震力作用下，超高限建筑物的变形破坏性會发生很大的变化，建筑物的抗震能力下降，很多影响因素也发生变化，结构设计和工程预算的相应参数需要重新选取。
2.2 地基的选取不合理
由于城市人口的增多和相对空间的缩小，不少建筑商忽略了这一问题，哪里商业空间大就在哪里建。高层建筑应选择位于开阔平坦地带的坚硬土场地或密实均匀中硬土场地，远离河岸，不应垮在两类土壤上，避开不利地形、不采用震陷土作天然地基，避免在断层、山崖、滑坡、地陷等抗震危险地段建造房屋。高层建筑的地基选取不恰当可能导致抗震能力差。
2.3 材料的选用不科学，结构体系不合理
在地震多发区，采用何种建筑材料或结构体系较为合理应该得到人们的重视。由于我国建筑结构主要以钢筋混凝土核心筒为主，变形控制要以钢筋混凝土结构的位移限值为基准。但因其弯曲变形的侧移较大，靠刚度很小的钢框架协同工作减小侧移，不仅增大了钢结构的负担，而且效果不大，有时不得不加大混凝土的刚度或设置伸臂结构，形成加强层才能满足规范侧移限值。
2.4 较低的抗震设防烈度
许多专家提出，现行的建筑结构设计安全度已不能适应国情的需要，建筑结构设计的安全度水平应该大幅度提高。我国现行抗震设防标准是比较低的，中震相当于在规定的设计基准期内超越概率为lO%的地震烈度，较低的抗震设防烈度放松了高层建筑的抗震要求。
2.5 建筑外形与平面功能影响结构布置
现在某些政府规划部门领导根本不懂结构，纯粹为了形象美观而对建筑设计指指点点，从而使建筑偏离了建筑设计师的最初理念，你对他提出的修改意见不予理会，你就通不过。还有某些建筑设计师根本就缺乏抗震设计的概念，在高烈度区设计出高层建筑的大悬挑，这既增加了工程造价，有埋下了安全隐患，不负责任的叫嚣“没有做不出的结构”，那要看付出的代价和收获是不是对等。
3 高层混凝土建筑抗震结构设计策略
3.1 高层混凝土建筑的结构体系选择
高层建筑结构应根据建筑使用功能、房屋高度和高宽比、抗震设防类别、抗震设防烈度、场地类别、地基情况、结构材料和施工技术等因素，综合分析比较，选择适宜的结构体系。高层建筑钢筋混凝土结构可采用框架、剪力墙、框架- 剪力墙、筒体和板柱-剪力墙结构体系。
框架结构可为建筑提供灵活布置的室内空间。当建筑物层数较少时，水平荷载对结构的影响较小，采用框架结构体系比较合理；框架结构属于以剪切变形为主的柔性结构，使用高度受到限制，主要用于非抗震设计和层数相对较少的建筑中。剪力墙结构中，剪力墙沿横向、纵向正交布置或多轴线斜交布置，由钢筋砼墙体承受全部的水平荷载和竖向荷载，属于以弯曲变形为主的刚性结构。该种结构的抗侧力刚度大，在水平力作用下侧向变形小，空间整体性好。但剪力墙结构自重大，建筑平面布置局限性大，难以满足建筑内部大空间的要求。因此更多地用于墙体布置较多，房间面积要求不太大的建筑物中，既减少了非承重隔墙的数量，也可使室内无外露梁柱，达到整体美观。
框架——剪力墙结构是指在框架结构中的适当部位增设一些剪力墙，是刚柔相结合的结构体系，能提供建筑大开间的使用空间，是由若干道单片剪力墙与框架组成。在这种结构体系中，框架和剪力墙共同承担水平力，但由于两者刚度相差很大，变形形状也不相同，必须通过各层楼板使其变形一致，达到框架和剪力墙的协同工作。从受力特点看，剪力墙是以弯曲变形为主，框架是以剪切变形为主，由于变位协调，在顶部框架协助剪力墙抗震，在底部剪力墙协助框架抗震，其抗震性能由于较好地发挥了各自的优点而大为提高。因此可以适用于各种不同高度建筑物的要求而被广泛采用。板柱- 剪力墙结构，由于在板柱框架体系中加入了剪力墙或井筒，主要由剪力墙构件承受侧向力，侧向刚度也有很大的提高。这种结构目前在7、8 度抗震设计的高层建筑中有较多的应用，但其适用高度宜低于一般框架- 剪力墙结构。
3.2 减少地震发生时能量的输入
在具体的设计中，积极采用基于位移的结构抗震方法，对具体的方案进行定量分析，使结构的变形弹性满足预期地震作用力下的变形需求。对建筑构件的承载力进行验收的同时，还要控制建筑结构在地震作用下的层间位移限值；并且根据建筑构件的变形和建筑结构的位移之间的关系，确定构件的变形值；根据建筑界面的应变分布以及大小，来确定建筑构件的构造需求。对于高层建筑，在坚固的场地上进行建筑施工，可以有效减少地震发生作用时能量的输入，从而减弱地震对高层建筑的破坏。
参考文献：
[1] 伊小群.高等民用建筑结构的抗震设计探讨[J].中国高新技术企业，2010，（20）.
[2] 晋朝辉，兰国岭.多层砖混民用建筑抗震设计探讨[J].山西建筑，2008，（14）.
[3] 晋美俊，李俊明.国外建筑抗震出奇招[J].科学之友.2011，（25）.