高层建筑结构抗震设计存在的问题及其对策

高层建筑结构抗震设计存在的问题及其对策

摘要：现代城市的发展促使高层建筑的不断增多，抗震结构设计也显得越来越重要。而新型结构体系结构形式复杂，分析难度大，全面细致的考虑结构各个构件和每个组成部分，成为今后新型结构体系设计和考虑的重点。本文介绍了地震作用下高层建筑结构的破坏特点，分析了我国高层建筑抗震设计中存在的问题，探讨了高层建筑结构抗震设计的对策。

关键词：高层建筑抗震设计特点问题对策

建筑物抗震性能的优劣受复杂因素的影响，一直存在诸多问题，对建筑物的安全带来隐患。造成这些问题的原因是多方面的，有认识方面的原因，有设计人员忽视了抗震概念设计方面的原因( 未能从整体、全局上把握好) ，有法律建设方面的原因( 在工程抗震设防管理方面缺乏国家法律依据，特别是处罚方面) 。因此，坚决贯彻相关的建筑法律法规，贯彻高层建筑抗震结构设计的基本原则是确保高层建筑抗震性能的基础保障。

一、地震作用下高层建筑结构的破坏特点

1、地基方面

①在具有较厚软弱冲积土层场地，高层建筑的破坏率显著增高；②地基土液化导致地基不均匀沉降，从而引起上部结构损坏或整体倾斜；③建造在不利或危险地段的房屋建筑，因地基破坏导致房屋损坏。④当建筑结构的基本周期与场地自振周期相近时，因共振效应破坏程度将加重。

2、结构体系方面

①采用“填墙框架”的房屋结构，钢筋混凝土框架结构平面内柱上端易发生剪切破坏，外墙框架柱在窗洞处因受窗下墙的约束而发生短柱型剪切型破坏；②采用框架一抗震墙体系的房屋结构，破坏程度较轻；③采用“底框结构”体系的房屋，刚度柔弱的底层破坏程度十分严重；采用“填墙框架”体系的房屋，当底层为敞开式框架间未砌砖墙，底层同样遭到严重破坏；

3、刚度分布方面

①矩形平面布置的建筑结构，电梯井等抗侧力构件的布置当存在偏心时，因发生扭转振动而使震害加重；②采用三角形、L 形等不对称平面的建筑结构，同样在地震作用因发生扭转振动而使震害加重。

4、构件形式方面

①在框架结构中，通常柱的破坏程度重于梁、板；②钢筋混凝土多肢剪力墙的窗下墙通常会出现斜向或交叉裂缝；③配置螺旋箍筋的混凝土柱，当层间位移

角达到较大数值时，核心混凝土仍保持完好，柱仍具有较大的抵抗能力；

二、我国高层建筑抗震设计中存在的问题

1、部分建筑物高度过高

根据我国现行的高层建筑混凝土结构技术规程规定，在标准的防裂度和科学的结构形式下，高层建筑需要有合理的建设高度，只有在这种高度下，抗震设计才会稳定安全，但是，我国有不少建筑已经超过的高度限制，当遇到震力时，这些超高的建筑物的变形破坏性会发生很大的变化，因而会降低建筑物的抗震性能，同时，其它的不良的因素也会被诱发出来，导致结构设计和工程预算参数的改变。

2、地基的选取不合理

现代城市不断的发展，而人口也在不断增多，城市的人均占有面积已经在逐渐减少，但很多建筑商忽略了这一个问题，他们发现哪里的利润空间大，就会在哪里施工，但高层建筑应该选择地域宽阔的土地，同时要保证土地的坚硬或密实均匀中，远离河岸，不应垮在两类土壤上，避开不利的地形或异性地形，例如：断层、山崖、滑坡、地陷等，在这些地段开展建设也会遭遇很多危险。因此，地基选择的错误还可能导致抗震能力差。

3、材料的选用不科学，结构体系不合理

特别是在地震多发地区，建筑材料的选择和结构体系的设计受到人们广泛的关注和重视。目前，我国建筑物主要是由钢筋混凝土组成的。因此，变形的控制与设计必须以钢筋混凝土结构的位移限值为准。但是，钢筋混凝土的弯曲变形侧移较大，如果利用钢框架来减少位移，不仅会增加钢筋的负荷，且无明显的辅助效果，为此，有时还必须加大混凝土的刚度或设置伸臂结构，这样才能勉强满足其位移控制标准。

4、较低的抗震设防烈度

很多专业人士认为，现有的建筑安全设计之都已经无法在满足国家的发展了，建筑结构的抗震设计水平还需要不断的提高。因为我国现有的抗震设防标准还是较低的，中震相当于在规定的设计基准期内超越概率为10％的地震烈度，较低抗震防裂的标准也阻碍了抗震设计的发展。

5、轴压比与短柱问题

在混凝土机构的建筑中，设计人员为了控制柱的轴压比，促使柱的断面更大，而柱的纵向钢筋却为构造配筋，即使使用高强度的混凝土，其柱面的尺寸也没有明显的减小。控制柱子的轴比，是为了让柱子处于大偏压状态，避免IE 受拉钢筋而导致的混凝土被碾碎，使柱子的抗变形能力降低，缩短的建筑结构的使用质

量，如果建筑物遭遇到地震，耗散和吸收地震能量少，结构就容易被损坏。因此，如果在框结构中可以保持强柱弱梁设计，同时梁的稳定性良好，柱子变形的可能就会大大减少，设计人员便可放松轴压的比限值。此外，有不少高层建筑底部几层柱的长细比小于4，但并不代表这是短柱，当剪跨比≤ 2 的时候才能算是短柱。专家认为，目前要开展抗震设计，其高轴压比应需提高。可是，在实践中，即使能调整轴压比限值，柱断面并不能由于略微增大轴压比限值而显著减小。可见，在有抗震设计的高层建筑中使用钢筋混凝土还需要进一步的研究。

三、高层建筑结构抗震设计的对策

1、推广使用隔震和消能减震设计。

目前我国和世界各国普遍采用的传统抗震结构体系是“延性结构体系”，即适当控制结构物的刚度，但容许结构构件在地震时进入非弹性状态，并具有较大的延性，以消耗地震能量，减轻地震反应，使结构物“裂而不倒”。采取软垫隔震、滑移隔震、摆动隔震、悬吊隔震等措施，改变结构的动力特性，减少地震能量输入，减轻结构地震反应，是一种很有前途的防震措施。提高结构阻尼，采用高延性构件，能够提高结构的耗能能力，减轻地震作用，减小楼层地震剪力。

2、减少地震能量输入

积极采用基于位移的结构抗震设计，要求进行定量分析，使结构的变形能力满足在预期的地震作用下的变形要求。除了验算构件的承载力外，要控制结构在大震作用下的层间位移角限值或位移延性比；根据构件变形与结构位移关系，确定构件的变形值；并根据截面达到的应变大小及应变分布，确定构件的构造要求。对于高层建筑，选择坚硬的场地土建造高层建筑，可以明显减少地震能量输入减轻破坏程度。错开地震动卓越周期，可防止共振破坏。

3、在高层建筑的方案设计阶段

结构材料选用也很重要。可以对材料参数随机性的抗震模糊可靠度进行分析，改变过去对结构抗震可靠度的研究只考虑荷载的不确定性而忽略了其他多种不确定因素，综合考虑了材料参数的变异性，地震烈度的随机性及烈度等级界限的随机性与模糊性对结构抗震可靠度的影响。

4、高层建筑减轻结构自重

从地基承载力来看，如果是同样的地基条件，减轻结构自重意味着在不增加基础或地基处理造价的情况下，可以多建层数，特别是对于软土更为明显。地震效应与建筑质量成正比，结构质量的增加必然引起地震力的增大。高层建筑由于高度较大，重心较高，地震作用倾覆力矩也随质量的增加而增大。设计时要求高层建筑物的填充墙及隔墙应采用轻质材料。

5、高层建筑结构应设置多道抗震防线