高层建筑抗震设计要点分析

高层建筑抗震设计要点分析

摘要：随着经济、社会的迅速发展，高层建筑越来越被广泛应用。本文主要介绍了高层建筑的设计要点，分析了高层建筑设计中应该注意的几个问题。

关键词：高层建筑抗震设计

面对灾难，我们应该重视一个非常重要的问题，那就是建筑物防震问题。地震专家通过对历次地震的分析得出：人员伤亡总数的95％以上是由房屋倒塌造成的，仅有不足5％的人员伤亡是直接由地震及地震引发的水灾、山体滑坡等导致的。不论是汶川地震或者玉树地震，我们都能看到，一些房屋的整体结构保持完好，没有大的问题，而另外一些房屋则完全成为废墟，人员伤亡惨重。之所以造成这种差异，就在于所建住房抗震能力的不同。

我国把地震烈度分为12度来表示，建筑的防震措施主要应用于6度至10度地区。在1976年唐山大地震以后，我国对城市建筑的抗震标准进行了严格的规范。如，我国《工业与民用建筑抗震设计规范》对场地和地基的选择、规划、防震结构方案、结构的整体性、减轻建筑物自重等等方面，都做了系统的规范。上个世纪80年代之后的新建房基本上都具有防震、抗震等能力。

一、高层建筑抗震设计特点

第一，控制建筑物的侧移是重要的指标。在地震荷载作用下，建筑结构所产生的水平剪切力占主导地位，所以建筑物会产生明显的侧移，随建筑结构的高度不断曾加，结构的侧向位移迅速增大，

但该变形要在一定限度之内，这样才能保证结构安全以及使用功能。

第二，地震荷载中的水平荷载是决定因素。水平荷载会使建筑物产生倾覆力矩，并且在结构的竖向构件中引起很大的轴力，这些都与建筑物高度的两次方成正比，故随建筑结构高度的曾加，水平载荷大相径庭。对高度一定的建筑物而言，竖向荷载基本上是不变的，但是随着建筑物的质量、刚度等动力特性的不同，水平地震荷载和风荷载的变化是比较大的。

第三，要重视建筑结构的延性设计。高层建筑结构随着高度增加，刚度减小，显得更柔，在地震荷载作用下变形较大。这就要求建筑结构要有足够的变形能力，使结构进入塑性变形阶段仍然安全，需要在结构构造上采取有利的措施，使得建筑结构具有足够的延性。

二、建筑构件(非结构构件)设计及建筑连接节点构造设计问题

随着建筑立面和室内空间装饰标准的提高和发展，在建筑设计上采用的建筑构件品种、材料和形式越来越多。例如，立面上大量采用的外贴瓷砖，外贴、外挂大理石，花岗岩板材，还有外挂的玻璃幕墙等;室内装饰普遍采用的空中吊灯、吊顶，较高装饰标准采用的人工艺术造景，壁雕，悬挑的装饰画，竖立的雕塑制品等。所有这些立面和室内的装饰，都有一个其本身材料和构造是否能抗御住地震的震动而不坏的问题，同时还有与建筑物主体结构相牢固连接的问题。多次地震的震害表明，国外有不少高层建筑的外立面装

饰玻璃幕墙在地震时出现了“玻璃雨”的破坏(我国因玻璃幕墙在近十年来才较多采用，尚未经受过地震的实际考验)。其原因就是所采用的玻璃幕墙(包括材料性能及其与主体结构的连接构造)不

能适应建筑物在地震中产生大变形的要求。所以，在采用玻璃幕墙时，在建筑设计要求上，必须使玻璃幕墙具有足够的强度和变形能力，在其与主体结构的连接构造上，要将连接节点设计成能沿水平向有相应变位能力的节点构造，使其与建筑物的地震变形脱开，不给外挂的玻璃幕墙造成变形破坏。对于外挂的大型石材面板与主体结构的连接构造也应按上述要求考虑处理。对直接外贴的板材和瓷砖，则必须使其与主体结构能牢固锚拉和粘结，使其在地震时不脱开不坠落。对室内的各种装饰工程，尤其是悬吊的大型灯具，浮挂的雕塑，各种悬桃的人工艺术造景等，在建筑设计上，一定要重视其在地震发生时的抗震稳定性，在其与主体结构的连接构造上也宜考虑它有一定的相对于建筑物的变形能力和必要的节点连接强度，防止其在地震中发生坠落或倒塌伤人。

在建筑设计中，还有相当多的属于建筑布置的非结构构件，如内隔墙、内隔断、玻璃隔断、壁橱(柜)等，也要考虑它们与主体结构(柱、墙)的牢固锚拉，保障其抗震稳定性，不发生倒塌破坏，或采用与主体结构脱开的保障自身稳定的抗震措施。

三、建筑上应满足的设计限值控制问题

根据大量震害的经验总结，现行《建筑抗震设计规范》(gbj11-89)对房屋建筑在建筑设计中应考虑的一些抗震要求的限值控制提出

了规定。这些规定，建筑设计应予遵守。

一是房屋的建筑总高度和层数。例如，在设防烈度为8度时，粘土砖多层房屋的总高度不宜超过18m，层数不宜超过六层；底层框架多层砖房的总高度不超过16m，层数不超过五层；钢筋混凝土框架房屋总高度不超过45m，框架抗震墙的高层建筑的总高度不宜超过100m等的规定。而在目前实际设计中，有的总高度超过，有的层数超过；还有的在建筑设计中总高度虽未超过，但房屋的高宽比超过规定，如在8度地区有的超过2.2。有这些超规，都可能对建筑物的抗震安全带来不利，特别是对于高宽比过大的多、高层建筑更是不利。因为在这种情况下，存在房屋的整体抗震稳定问题。应该说，这些限值的控制在建筑设计上只要重视抗震是完全可以做到的。

二是对房屋抗震横墙间距和局部墙体尺寸的限值控制。这是根据多层砌体房屋和底层为框架的多层砌体房屋在历次地震中所出

现的破坏特征所提出来的规定。例如，设防烈度为8度时，多层砌体房屋的抗震横墙间距不宜超过15m (现浇楼盖)、11m (装配式楼盖)；底层框架多层砖房的抗震横墙间距不超过18m等的规定。对抗震横墙间距的最大限值控制，是因为当横墙间距过大时，楼盖的平面刚度削弱，水平地震力不能即时传递，使纵墙的侧向变形加大，抗震承载力降低，甚至导致纵墙的侧向失稳破坏倒塌。对房屋局部墙体尺寸最小限值的控制，是因为这些部位的墙体(包括承重和非承重外墙的尽端墙，内墙的阴角，高出屋面的女儿墙)在小于规定

的最小限值时，墙体截面的抗震强度(抗弯、抗剪)就不能满足要求，就会导致墙体的开裂和倒塌破坏。所以，在建筑进行平立面布置设计时，要考虑这些来自实际震害经险的设计控制规定，使建筑设计为建筑抗震提供良好的基础。

四、屋顶建筑的抗震设计问题

在高层和超高层建筑设计中，屋顶建筑是一个重要的设计部分。从近几年对一些高以建筑抗震设计审查结果来看，屋顶建筑存在的主要问题，一是过高，有的高达20~30m；二是过重，亭楼式的重建筑用作建筑顶部装饰越来越多。这样的屋顶建筑，加大了变形，也加大了地震作用。对屋顶建筑自身和其下的建筑物的抗震都不利。在屋顶建筑的重心与下部建筑的重心不在一条线上，且前者的抗侧力墙体与其下楼层的抗侧力墙体上下不连续时，更会带来地震的扭转作用，对建筑物抗震更不利。为此，在屋顶建筑设计中，宜尽量降低其高度；采用高强轻质的建筑材料和轻型的艺术造形；使层顶建筑结构的质量和刚度分布比较均匀，地震作用沿结构的传递比较通顺；使建筑重心与其下部建筑物的重心尽可能相一致；当屋顶建筑较高时，要使其具有较好的抗震稳定性，使屋顶建筑的地震作用及其变形都较小，而且不发生扭转地震作用。

参考文献

[1]冯启民，王华娟．群体建筑物地震破坏概率模型研究[j]．地震工程与工程振动，2007，27(4)．

[2]gbj 11-89建筑抗震设计规范[s]．北京：中国建筑工业出版