高层建筑结构的抗震设计原则

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1、高层建筑结构的抗震设计原则　　摘要：接连发生的四川地震，给我们一次又一次的深刻启示。作为人居建筑，怎样才能抵御地震灾害，这是摆在我们每一个建筑专业人士面前的艰巨课题。既然楼房越来越多，也越盖越高，而地震灾害又如此频发，高层建筑的抗震防灾已经是必须做好的功课。本文论述了现今高层建筑的抗震设计原则和方案，以及必需加强的抗震意识。关键词：高层建筑；结构设计；抗震　　高层建筑的抗震设计，其目标是希望使所设计的结构在强度、刚度、延性及耗能能力等方面达到最佳，从而实现“小震不坏，中震可修，大震不倒”的目的。但是，由于地震作用是一种随机性很强的循环、往复荷载，建筑物的地震破坏机理又十分复

2、杂，存在着许多模糊和不确定因素。在结构内力分析方面，由于未能充分考虑结构的空间作用、非弹性性质、材料时效、阻尼变化等多种因素，计算方法还不够完善，单靠微观的数学力学计算还很难使建筑结构在遭遇地震时真正确保具有良好的抗震能力。因此，高层建筑在设计方面就应该遵循一定的设计原则。　　一、抗震设计原则　　首先，结构构件应具有必要的承载力、刚度、稳定性、延性等方面的性能。①结构构件应遵守“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件、强底层柱”的原则。②对可能造成结构的相对薄弱部位，应采取措施提高抗震能力。③承受竖向荷载的主要构件不宜作为主要耗能构件。　　其次，要尽可能设置多道抗震防线。①一个抗

3、震结构体系应由若干个延性较好的分体系组成，并由延性较好的结构构件连接协同工作。例如框架―剪力墙结构由延性框架和剪力墙两个分体组成，双肢或多肢剪力墙体系组成。②强烈地震之后往往伴随多次余震，如只有一道防线，则在第一次破坏后再遭余震，将会因损伤积累导致倒塌。抗震结构体系应有最大可能数量的内部、外部冗余度，有意识地建立一系列分布的屈服区，主要耗能构件应有较高的延性和适当刚度，以使结构能吸收和耗散大量的地震能量，提高结构抗震性能，避免大震时倒塌。③适当处理结构构件的强弱关系，同一楼层内宜使主要耗能构件屈服后，其他抗侧力构件仍处于弹性阶段，使“有效屈服”保持较长阶段，保证结构的延性和

4、抗倒塌能力。④在抗震设计中某一部分结构设计超强，可能造成结构的其他部位相对薄弱，因此在设计中不合理的加强以及在施工中以大带小，改变抗侧力构件配筋的做法，都需要慎重考虑。　　第三，对可能出现的薄弱部位，应采取措施提高其抗震能力。①构件在强烈地震下不存在强度安全储备，构件的实际承载能力分析是判断薄弱部位的基础。②要使楼层的实际承载能力和设计计算的弹性受力的比值在总体上保持一个相对均匀的变化，一旦楼层的比值有突变时，会由于塑性内力重分布导致塑性变形的集中。③要防止在局部上加强而忽视了整个结构各部位刚度、承载力的协调。④在抗震设计中有意识、有目的地控制薄弱层，使之有足够的变形能力又

5、不使薄弱层发生转移，这是提高结构总体抗震性能的有效手段。　　二、抗震性能指要　　有抗震设防要求的高层建筑除应满足强度、刚度要求外，还要满足延性的要求。钢筋混凝土材料本身自重较大，所以对于高层建筑的底层柱，随着建筑物高度的增加，其所承担的轴力不断增加，而抗震设计对结构构件有明确的延性要求，在层高一定的情况下，提高延性就要将轴压比控制在一定的范围内而不能过大，这样则必然导致柱截面的增大，从而形成短柱，甚至成为剪跨比小于的超短柱。众所周知，短柱的延性很差，尤其是超短柱几乎没有延性，在建筑遭受本地区设防烈度或高于本地区设防烈度的地震影响时，很容易发生剪切破坏而造成结构破坏甚至倒塌。

6、　　为此，就必须提高短柱的受压承载力。提高短柱的受压承载力可减小柱截面、提高剪跨比，从而改善整个结构的抗震性能。减小柱截面和提高剪跨比，最直接的方法就是提高混凝土的强度等级，即采用高强混凝土来增加柱子的受压承载力，降低其轴压比；但由于高强混凝土材料本身的延性较差，采用时须慎重或与其他措施配合使用。此外，可以采用钢骨和钢管混凝土柱以提高短柱的受压承载力。　　当然，建筑抗震设计应该是由来已久，甚至古代更有一些科学高效的方法，只是古时候建筑大部分高度有限，其抗震减灾的要求有所不同。然而既然科学在飞速进步，那么人类也完全有可能发现更为科学合理的解决办法。正如新西兰地震工程学界那句话

7、，“地震不会杀死人，杀死人的是糟糕的建筑”。作为建筑设计者，我们应该铭记这一信条。此次芦山地震，倒塌的建筑同样包括了汶川地震后所建“抗震建筑”，其教训也足以警示人们。早在1989年，原建设部就正式发布《建筑抗震设计规范》GBJ11-89。它明确提出，“当遭受高于本地区抗震设防烈度预计的罕遇地震影响时，不至于倒塌或者发生危及生命的严重破坏。”现在看来，这些法规执行得不到位，在有些地方甚至被严重忽视。早在XX年，新西兰建筑与住房部通过《建筑法案XX》，授权各地政府对辖区内建筑进行评估，一旦被鉴定为无法抵御中等强度的地震