摘 要： 在高層建筑設計中，抗震設計是必不可少的1個環節，闡述了高層建筑抗震設計思想和原則，探討了抗震設計中的細節及抗震材料。

　　關鍵詞：高層建筑；抗震設計；原則；材料

　　中圖分類號：TU972        文獻標識碼：  A       文章編號：2095-0802-(2012)07-00  -0

　　Analysis on the Necessity of High-rise Building in Seismic Design

　　WANG Dao-xing

　　(Qinghai people's Air Defense Engineering Design and Research Institute, Xining 810001, Qinghai, China)

　　Abstract : In the design of high-rise buildings, seismic design is an essential link in the seismic design of high-rise building, this paper expounds the design ideas and principles, as in seismic design and seismic materials were discussed in detail.

　　Key words: high-rise building; seismic design; principle; material

　　1建筑抗震設計思想

　　建筑抗震設計要考慮1個地區既要有發生小震的可能，也要考慮發生大震的可能，并根據安全和經濟的原則進行抗震設防，這就是抗震設計要確定的設計思想。中國現行抗震規范《建筑抗震設計規范》（GB5001l－2001）要求高層建筑的抗震計算主要是在多遇地震作用下（小震），按反應譜理論計算地震作用，用彈性方法計算內力及位移，并用極限狀態方法設計構件。對于重要建筑或有特殊要求時，要用時程分析法補充計算，并進行大震作用下的變形驗算。

　　1.1當建筑物遭遇低于本地區設防烈度的多遇地震(或稱"小震")影響時，建筑物一般不損壞或不需修理仍可繼續使用；

　　1.2當遭受本地區設防烈度(或基本烈度)地震作用時，允許結構能夠達到或超過屈服極限，經過一般修理或不需修理仍可繼續使用；

　　1.3 當遭遇高于本地設防烈度的預估罕遇地震(或稱大震)影響時，建筑物不倒塌或不發生危及生命的嚴重破壞。一個地區發生超過預期的強烈地震是可能的，因此，建筑物在使用期內，應考慮一旦遇到這種大震而不致倒塌。

　　在罕遇地震作用下，只要結構不倒塌，便可保護人們的生命和財產安全。抗震計算的目的是用定量方法估計地震反應，以保證結構有足夠的剛度和承載能力。我國抗震規范要求高層建筑的抗震計算主要是在多遇地震作用下，按反應譜理論計算地震作用，用彈性方法計算內力和位移，并用極限狀態方法設計構件；對于重要建筑或有特殊要求時，要用靜力彈塑性分析方法或彈塑性時程分析方法補充計算，并進行大震作用下的變形驗算。這種先用多遇地震作用進行結構設計，再校核在大震作用下結構彈塑性變形的設計方法，即為兩階段設計方法。

　　2抗震概念設計的原則

　　概念設計是相對于數值設計而言著眼于結構的總體地震反應,可以理解為運用人的思維和判斷能力,從宏觀上決定結構設計中的基本問題。抗震概念設計是根據地震災害和工程經驗所獲得的基本設計原則和設計思想,進行建筑結構總體布置并確定基本抗震措施的。

　　2.1 結構的簡單性。結構簡單是指結構在地震作用下具有直接和明確的傳力途徑。GB50011-2001 建筑抗震設計規范 第3.5.2條作為強制性條文要求，"結構體系應有明確的計算簡圖和合理的地震作用傳遞途徑。"只有結構簡單，才能夠對結構的計算模型、內力與位移分析，限制薄弱部位的出現易于把握，因而對結構抗震性能的估計也比較可靠；

　　2.2 結構的規則性和均勻性。《建筑抗震設計規范》（GB50011-2001）第3.4.2條要求，"建筑及其抗側力結構的平面布置宜規則、對稱，并應具有良好的整體性；建筑的立面和豎向剖面布置宜規則，結構的側向剛度宜均勻變化，豎向抗側力構件的截面尺寸和材料強度宜自下而上逐漸減小，避免抗側力結構的側向剛度和承載力突變。"平面布置均勻規則，使建筑物分布質量產生的地震慣性力能以比較短和直接的途徑傳遞，并使質量分布與結構剛度分布協調，限制質量與剛度之間的偏心。

　　2.3結構的剛度和抗震能力水平地震作用是雙向的，結構布置應使結構能抵抗任意方向的地震作用。通常，可使結構沿平面上兩個主軸方向具有足夠的剛度和抗震能力，結構的抗震能力則是結構強度及延性的綜合反映。結構剛度的選擇既要減少地震作用效應又要注意控制結構變形的增大，過大的變形會產生重力二階效應，導致結構破壞、失穩。結構應具有足夠的抗扭剛度和抵抗扭轉振動的能力，現有的抗震設計計算中不考慮地震地面運動的扭轉分量，在抗震概念設計中應注意提高結構的抗扭剛度和抵抗扭轉振動的能力；

　　2.4結構的整體性在高層建筑結構中，樓蓋對于結構的整體性起到非常重要的作用，樓蓋相當于水平隔板，它不僅聚集和傳遞慣性力到各個豎向抗側力子結構，而且要求這些子結構能協同承受地震作用，特別是當豎向抗側力子結構布置不均勻或布置復雜或抗側力子結構水平變形特征不同時，整個結構就要依靠樓蓋使抗側力子結構能協同工作。

　　3高層建筑抗震設計中材料的選用和結構體系問題

　　在地震多發區，采用何種建筑材料或結構體系較為合理應該得到人們的重視。中國150 m以上的建筑，采用的三種主要結構體系（框-筒、筒中筒和框架-支撐體系），都是其他國家高層建筑采用的主要體系。中國鋼筋混凝土結構及混合結構占了90%。如此高的鋼筋混凝土結構及混合結構，國內外都還沒有經受較大地震作用的考驗。在高層建筑中采用框架-核心筒體系，因其比鋼結構的用鋼量少，又可減少柱子斷面，故常被業主所看中。混合結構的鋼筋混凝土內簡往往要承受80%以上的震層剪力，有的高達90%以上。由于結構以鋼筋混凝土核心筒為主，變形控制要以鋼筋混凝土結構的位移限值為基準。但因其彎曲變形的側移較大，靠剛度很小的鋼框架協同工作減小側移，不僅增大了鋼結構的負擔，且效果不大，有時不得不加大混凝土筒的剛度或設置伸臂結構，形成加強層才能滿足規范側移限值；此外，在結構體系或柱距變化時，需要設置結構轉換層。加強層和轉換層都在本層形成大剛度而導致結構剛度突變，常常會使與加強層或轉換層相鄰的柱構件剪力突然加大，加強層伸臂構件或轉換層構件與外框架柱連接處很難實現強柱弱梁。因此在需要設置加強層及轉換層時，要慎重選擇其結構模式，盡量減小其本身剛度，減小其不利影響。在高層建筑中，應注意結構體系及材料的優選。現在我國鋼材生產數量已較大，建筑鋼材的類型及品種也在逐步增多，鋼結構的加工制造能力已有了很大提高，因此在有條件的地方，建議盡可能采用鋼骨混凝土結構、鋼管混凝土（柱）結構或鋼結構，以減小柱斷面尺寸，并改善結構的抗震性能。

　　4基于位移的結構抗震設計

　　為了實現基于位移的抗震設計，第一步需要研究簡單結構（例如框架及懸臂墻）的構件變形與配筋關系，實現按變形要求進行構件設計；進而研究整個結構進入彈塑性后的變形與構件變形的關系。這就要求除了小震階段的計算外，還要按大震作用下的變形進行設計，也就是真正實現二階段抗震設計，這是結構抗震設計的發展趨勢。

　　5不規則的建筑結構設計

　　5.1平面不規則而豎向規則的建筑結構

　　5.1.1 扭轉不規則時（位移比超過了1.2倍的限值），應計及扭轉影響，且樓層豎向構件最大的彈性水平位移和層間位移分別不宜大于樓層兩端彈性水平位移和層間位移平均值的1.5倍；

　　5.1.2 當樓板凹凸不規則或樓板局部不連續，或當樓板過于狹長、平面內變形明顯時，應采用符合樓板平面內實際剛度變化的計算模型（如彈性樓板或局部彈性樓板），當平面不對稱時尚應計及扭轉影響。抗震構造措施：當中央部分樓板有較大削弱時，應加強樓板以及連接墻體的構造措施，必要時可在外伸凹槽處設置連接梁或連接板；

　　5.2平面規則而豎向不規則的建筑結構

　　平面規則而豎向不規則的建筑結構，當層剛度比不能滿足規范要求時（即該層的側向剛度小于相鄰上一層的70%，或小于其上相鄰3個樓層側向剛度平均值的80%；除頂層外，局部收進的水平向尺寸大于相鄰下一層的25%），說明結構的豎向不規則。此時，應采用空間結構計算模型，其薄弱層的地震剪力應乘以1.15的增大系數，應按本規范有關規定進行彈塑性變形分析，并應符合下列要求：a) 豎向抗側力構件不連續時即豎向抗側力構件(柱、抗震墻、抗震支撐）的內力由水平轉換構件（梁、桁架)向下傳遞，該構件傳遞給水平轉換構件的地震內力應乘以1.25～1.5的增大系數；b） 樓層承載力突變時（即抗側力結構的層間的受剪承載力不應小于相鄰上一樓層的80%），薄弱層抗側力結構的受剪承載力不應小于相鄰上一樓層的65%；

　　6結語

　　自20世紀90年代后，高層建筑結構抗震分析和設計已提到各國建筑設計的日程，特別是中國處于地震多發區，高層建筑抗震設防更是工程設計面臨的迫切任務。