試論高層建筑抗震性能的設(shè)計分析

樊慧

(太原市明仕達(dá)煤炭設(shè)計有限公司，山西 太原 030001）

1 概述

事實上，在建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計過程中，抗震性能設(shè)計是目前所有高層建筑極需認(rèn)真考慮的問題。我國的高層建筑主材料一般都是選用鋼筋混凝土，而高層建筑結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化以及設(shè)計的新穎化對高層建筑的抗震性能又有一定的影響。

2 當(dāng)前高層建筑抗震理念

在人類建筑史當(dāng)中，人們一直想要尋求一個很好的辦法去抗震防震，隨著地質(zhì)學(xué)家對地震的了解以及深入，已經(jīng)基本掌握了地震的特征以及一般的地震地面運動特點，于是，在此基礎(chǔ)上，高層建筑的抗震性能設(shè)計理論以及設(shè)計方案都有了很大的轉(zhuǎn)變，并且不斷完善發(fā)展。

現(xiàn)在最為流行使用的抗震設(shè)計方法就是基于位移的抗震設(shè)計方法。這種方法主要是對高層建筑進(jìn)行準(zhǔn)確的定量分析研究，再用量化的位移指標(biāo)來制定高層建筑的抗震性能，從而讓高層建筑的抗震變形能力范圍可以滿足地震時最低的變形要求，最終保持高層建筑的抗震性能能夠達(dá)到一定的標(biāo)準(zhǔn)。

基于位移的抗震設(shè)計方法一般能夠細(xì)分成下面的方法，即為：①能力譜方法；②按延性系數(shù)設(shè)計方法；③直接基于位移的方法。直接基于位移的方法是按照地震作用下預(yù)期的位移去計算地震的作用，從而進(jìn)行高層建筑的抗震性能設(shè)計，望高層建筑能夠達(dá)到一定的預(yù)期變形，能夠起到抗震防震的作用。

3.高層建筑抗震性能低的原因分析

3.1 高層建筑層數(shù)過多

混凝土高層建筑的層數(shù)是有一個極限的，也就是說混凝土高層建筑的高度是有一個極限的，不能無限增高。一旦該建筑超過了混凝土建筑的最大高度，高層建筑的自重就會變大，導(dǎo)致這個高層建筑的抗震性能變差，給實際上的高層建筑施工帶來的施工難度就更大了。這樣一來，施工的時間、成本的耗費也就大了，而且居民的安全卻無法得到保障，這是沒有好處的。若地震發(fā)生，高層建筑容易倒塌，給國家跟居民所造成的精神傷害以及經(jīng)濟(jì)損害是無法估計的。因此，為了能夠保證高層建筑的抗震性能良好，高層建筑的層數(shù)不宜過高，一定要根據(jù)實際施工場地，嚴(yán)格依照專業(yè)的高層建筑設(shè)計師的標(biāo)準(zhǔn)高層建筑設(shè)計圖來進(jìn)行施工。

3.2 地基選取不當(dāng)

在一定程度上，地基的選取也可以對高層建筑的抗震性能造成一定的影響。地基之所以會對高層建筑的抗震性能造成影響，是因為地基作為所有建筑的基礎(chǔ)，一旦地基不牢固，地震又不幸發(fā)生，高層建筑損壞甚至倒塌的現(xiàn)象就會極易出現(xiàn)。因此，在實際的高層建筑施工設(shè)計過程當(dāng)中，優(yōu)先選擇一些地勢較低、相對平坦的場地，還要保證基底的硬度足夠大，如一些堅硬施工場地或者是較為均勻的中硬度施工場地，避免在山崖、陡坡或者下陷的地方進(jìn)行高層建筑施工。

3.3 材料選取不當(dāng)

在地震較為頻繁的地區(qū)，除了要考慮高層建筑的施工層數(shù)、地基的選取還必須要考慮高層建筑的施工材料。施工材料的選擇，是控制高層建筑抗震性能的最直接途徑。同時，還有注意選取比較合理的建筑結(jié)構(gòu)體系，在實際施工中，施工工作人員應(yīng)當(dāng)確?；炷两Y(jié)構(gòu)的位移限制值必須控制在國家相關(guān)法律法規(guī)當(dāng)中。

3.4 抗震設(shè)防烈度偏低

根據(jù)地震發(fā)生的頻率以及地震發(fā)生時地震的強(qiáng)度，我國把全國劃分成多個地震設(shè)防區(qū)域，在不同的地方，不同的高層建筑設(shè)防等級也是不盡相同的。一旦高層建筑的抗震設(shè)防烈度下降，高層建筑的結(jié)構(gòu)安全隱患就會增大。我國目前使用的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)還沒有達(dá)到一個較高的水平，中級地震就相當(dāng)于在規(guī)定的設(shè)計既準(zhǔn)期以內(nèi)超越概率約為百分之十的地震強(qiáng)度，所以，高層建筑的抗震設(shè)防烈度不容忽視。

4、有效增強(qiáng)高層建筑的抗震性能

4.1 高層建筑結(jié)構(gòu)規(guī)則性

對高層建筑進(jìn)行一個合理的布局是增強(qiáng)高層建筑抗震性能的有效措施，有專家曾經(jīng)分析過，外觀較為簡單、建筑結(jié)構(gòu)較為對稱的建筑在地震發(fā)生時，該種建筑的抗震性能會比較好，不易被地震損壞。之所以會這樣，是因為這類建筑在地震發(fā)生時可以很快地對地震的強(qiáng)度作出很好的反應(yīng)，抵御地震。所以，專業(yè)的高層建筑施工人員在進(jìn)行高層建筑設(shè)計時會采用較為簡單的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計，確保建筑的平面外形以及立面外形的尺寸、抗側(cè)力構(gòu)件布置、承載力等各個方面都能夠均勻分布，保持了高層建筑的相對規(guī)則性。唯有外觀簡單、受力均勻、結(jié)構(gòu)硬度適中的高層建筑設(shè)計，才可以保證建筑物的抗震性能良好。

4.2 降低地震能量輸入

要想降低高層建筑在地震中的能量輸入，最常用的方法就是消能減震技術(shù)，這個技術(shù)就是在建筑結(jié)構(gòu)的一些特殊部分，就好像節(jié)點、支撐點、連接縫等，在這些部位添加一些消能元件，然后這些消能元件就會通過產(chǎn)生摩擦非線性滯回變形耗能來分散或者是吸收地震能，從而減少建筑主體受地震的影響，防止高層建筑的結(jié)構(gòu)被地震損壞甚至倒塌。

雖然這個方法可以大幅度地提高高層建筑的抗震性能，但這個方式的真正施工實施較難，若施工的尺度不能準(zhǔn)確把握，到時整個工程就沒有達(dá)到預(yù)期的抗震效果。所以，在實際施工當(dāng)中，一定要注意合理規(guī)劃施工。

4.3 控制地震扭轉(zhuǎn)效應(yīng)

一旦地震發(fā)生，那些建筑結(jié)構(gòu)不對稱、建筑格局不合理的建筑通常會出現(xiàn)水平移動，產(chǎn)生水平位移，這樣就會產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)性的效應(yīng)，嚴(yán)重的還會讓高層建筑倒塌。究其原因，就是因為不規(guī)則的高層建筑的水平荷載中心跟剛度中心無法很好地重合在一起。所以，這就告訴專業(yè)的建筑施工人員，在實際的施工過程中要充分考慮建筑的結(jié)構(gòu)會對建筑的抗震性能產(chǎn)生什么樣的影響，最好選擇一些外觀規(guī)則、簡單的建筑設(shè)計。

4.4 建筑結(jié)構(gòu)自重減輕

當(dāng)前的混凝土高層建筑，自重很大，一旦高層建筑的層數(shù)過多，要求相應(yīng)的地基承載力也要大。所以，應(yīng)當(dāng)盡可能地減小高層建筑的自重，這樣就對地基有很好的效果而且我們都應(yīng)該注意到，建筑的質(zhì)量跟地震效應(yīng)是成一個正比關(guān)系的，建筑質(zhì)量越大，受地震的影響就越大，所吸收的地震能量也就多。如這些地震能量無法釋放，必然會損壞高層建筑。

4.5 增設(shè)抗震防線

要想增強(qiáng)高層建筑的抗震性能，還可以在建筑內(nèi)外設(shè)置多道抗震防線，一旦第一道抗震防線被破壞，其他的抗震防線也可以繼續(xù)起作用。

結(jié)語

在不斷追求高層建筑的外形新穎奇特的同時，抗震性能一定不能忽略。因為一個建筑最能體現(xiàn)它的價值的除了其外觀結(jié)構(gòu)、建筑材料，更重要的一樣就是抗震性能。從根本上增強(qiáng)高層建筑的抗震性能就要從實際上綜合考慮各方面的因素。唯有從高層建筑的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有足夠大抗震防震措施，方可從根本上增強(qiáng)高層建筑的抗震性能。

[1]李忠獻(xiàn).高層建筑結(jié)構(gòu)及其設(shè)計理論[M].北京:科學(xué)出版社.2006(8).

[2]張俊.高層建筑結(jié)構(gòu)抗震控制[J].2008(9).