建筑工程抗震設計思考

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建筑工程抗震設計思考:超限高層建筑工程抗震設計與分析

摘要：抗震設計是建筑工程的一個重要內容，尤其是在地震頻發區的建筑工程，要根據當地的實際情況提高建筑工程的抗震性能和級別。良好的抗震設計可以使建筑物抵御地震帶來的破壞，減少人身生命財產損失。而超限高層建筑物的結構比較復雜，一旦因地震遭受巨大破壞，就會帶來嚴重的經濟損失和惡劣的社會影響。

一、前言

改革開放以來,我國經濟快速增長,城市化進程明顯加快,大量農村人口迅速向城市集中,由此造成城市人口數量的不斷膨脹,對房屋的需求也急劇增加。為了緩解城市人口對房屋需求的壓力,越來越多的高層、超高層建筑如雨后春筍般出現在各大、中城市。超高層建筑,除了具有充分利用有限的土地面積,最大限度利用地上建筑使用空間外,還具有強烈的標志性及展示性作用,從而往往能成為區域性、地標性建筑或成為城市“名片”。

然而，盡管城市中的超高建筑越來越多,但目前卻沒有統一的方法和明確的依據來對超限工程進行抗震設計,多數情況下還是要依靠工程師和專家們的結構概念和經驗來把握,而其可靠程度,限于現今的技術水平一般只能作出定性結論,還很難作出定量的描述。以下本文就超限高層建筑工程抗震設計方面內容作出簡要分析，供廣大同行參考。

二、超限高層建筑工程抗震設計研究的作用和意義

隨著我國經濟的快速發展，在全球經濟一體化的趨勢下，我國基礎設施的建設發展有了突破性進展，出現了各個行業的流動資金開始往基礎設施建設匯集的現象。超高層建筑工程是在人們對空間的成分充分利用的前提下應運而生的，這反映了人們對充滿現代感和時代感的城市生活的追求。但是，問題也隨之而來，因為超限高層建筑工程自身的結構特點已經超出了我國對建筑工程的規定，抗震也是擺在超高建筑工程面前的重大難題。尤其是這幾年以來我國地震災害頻發，汶川和玉樹地震的發生造成對建筑物的破壞，更是讓我們觸目驚心。建筑物的抗震安全性和人民的生命財產安全密不可分。所以，我們要正確認識到在發展過程中存在的問題，認識到超限高層建筑工程抗震設計的重要性。完善超限高層建筑的抗震設計是人民生命財產安全的重要保證，也是社會發展的需要所在。

三、超限高層建筑工程抗震設計的原則和基本內容

1、超限高層建筑工程抗震設計的原則

在建筑物抗震設計上，我國遵循這樣三條原則“：小震不壞、中震可修、大震不倒”。 第一，小震不壞。當建筑物遇到多遇地震時，其結構沒有遭受到損壞，無需修理就可以繼續使用。在這個原則下，一般是對建筑結構的承載力進行驗算，是建筑工程抗震設計第一階段的彈性設計。第二，中震可修。當建筑物遇到設防地震時，建筑物可能發生一定程度的損壞，經過修補之后就可以繼續投入使用。這要求建筑設計時考慮到建筑結構的非線性彈塑性變形和承載力，是第二階段的彈塑性變形驗算。第三，大震不倒。當遭受到罕遇地震影響時，建筑物不會發生倒坍等威脅人民生命財產安全的重大事故。這一階段的設計是前面兩個階段驗算和設計的分析過程，并采取相應的抗震措施和技術來提高建筑物的抗震性能。

2、基本內容

第一，當超限高層建筑物采用鋼筋混凝土框架結構和抗震墻結構時，其高度不得超過《建筑抗震設計規范》規定的最大適用高度。當采用的是抗震墻結構和筒體結構時，建筑工程為 9 度設防時，其高度不得超過《建筑抗震設計規范》規定的最大適用高度；建筑工程為 8 度設防時，其最大高度應是《建筑抗震設計規范》規定最大適用高度的120%；建筑工程為 7 度和 6 度設防時，其最大高度應是《建筑抗震設計規范》規定最大適用高度的 130%。第二，超限高層建筑物設計時，其高度、高寬比和體型規則性這三者中至少有一項需要滿足《建筑

抗震設計規范》的要求。第三，在進行抗震設計時，至少要采用兩種力學模型來計算分析建筑物的受力情況，其計算程序需要經過有關行政部門的鑒定許可。第四，為保證超限高層建筑的安全性，應采取比《建筑抗震設計規范》更嚴格的抗震措施。第五，當超限高層建筑物有明顯薄弱層時，還應進行結構的彈塑性時程分析。

四、超限結構抗震設計要點

1、高度和高寬比超限建筑

a. 盡可能采用適用高度較高的結構類型, 如鋼筋混凝土框架結構房屋高度超限時, 可改用框架-剪力墻結構。

b. 驗算結構整體抗傾覆穩定性, 驗算在側向力最不利組合情況下樁身是否會出現拉力或過大的壓力, 并進行風荷載或地震作用下的舒適度驗算, 控制頂點位移及層間側移, 當側移無法滿足要求時, 可考慮利用建筑設備層和避難層空間, 沿豎向設置若干層伸臂桁架或腰桁架。

c. 適當降低底部豎向構件在最不利荷載組合下的軸壓比并加強配筋, 當軸壓比不滿足要求且構件截面再增大有困難時, 可采用鋼或其它組合構件與混凝土共同組成的結構。

d. 要有足夠的埋置深度, 考慮重力二階效應, 并進行風荷載作用下的舒適度驗算。

2、平面規則性超限建筑

a. 采用彈性樓蓋模型, 或按分塊剛性樓板+局部彈性板進行計算, 并考慮扭轉耦聯效應。

b. 對于凹凸不規則和樓板局部不連續的情況,采取符合樓板平面內實際剛度變化的彈性樓板計算模型。

c. 對于樓板應力集中部位( 凹凸部位及洞口四角) 和弱連接的樓板, 應采用加大樓板厚度、增加板內配筋、配置集中配筋的邊梁、配置 45°斜向鋼筋等方法予以加強。凹口部位可增設部分拉梁或拉板, 以改善這些薄弱部位的剛度和延性, 提高其抗震性能。

d. 當平面過于不規則、樓板連系過弱或建筑物超長時, 可通過設置變形縫將結構分成若干個子結構。對結構扭轉效應明顯的超限高層建筑, 應盡量使抗側力構件在平面布置中對稱、均勻, 避免過大偏心,并盡量加大外圍豎向構件的抗側剛度和強度。

3、豎向規則性超限建筑

a. 立面收進引起超限, 如有可能則宜采用臺階形多次內收的立面, 確保結構位移沿豎向沒有突變,并使結構扭轉效應控制在合理范圍內； 宜加強收進部位的豎向構件及樓板； 立面收進若造成偏心, 則底部結構會因扭轉而產生較大內力, 故應加強底部周邊構件的配筋, 并補充進行靜力非線性分析和時程分析, 驗證結構的抗震性能, 確定結構的薄弱部位。

b. 連體建筑的連體部位及其周邊應采用彈性樓板計算, 并控制連接部位的層數, 且兩塔樓層剛度差異不宜過大, 連接體與主體宜用弱連接，如鉸接等；連接體結構自身重量應盡量減小, 故應優先采用鋼結構或型鋼混凝土結構等。

c. 對于立面開大洞的建筑, 應加強洞口四角及洞邊, 避免在小震時洞角開裂。

d. 對于懸挑建筑, 應考慮豎向地震作用； 當懸挑質量較大時, 應避免偏心造成的扭轉。

e. 對于帶轉換層的高層建筑, 盡量避免多級復雜轉換, 優先采用梁式轉換, 慎用厚板轉換。盡量強化和提高轉換層下部結構側向剛度、抗震承載能力和延性, 并控制轉換層的設置高度； 結構分析時除檢查結構位移和剛度有無突變外, 還應重點檢查框支柱所承受的地震剪力和軸壓比； 采取有效措施減少轉換層上、下結構等效剪切剛度和承載能力的突變；加強轉換層樓板、轉換構件、框支梁、框支柱、框支層上部剪力墻(包含筒體)及落地剪力墻(包含筒體)的抗震構造措施。

五、結束語

隨著抗震技術和理念的快速發展，抗震設計的重要性也日益凸顯出來，而超限高層建筑工程結構復雜，抗震設計要求高，這也就要求設計者必須不斷提高自身知識修養，借鑒他人抗震設計經驗，運用最新抗震技術和措施提高建筑物的抗震性能。轉變思想觀念，多方面借鑒相關知識和概念，從其他地方激發設計靈感，轉變剛性為主的抗震模式，努力實現抗震設計理念的創新，開創超限高層建筑工程抗震設計的新局面，為老百姓打造更加安全的建筑物。

建筑工程抗震設計思考:淺談我國建筑工程抗震設計的研究分析

【摘要】地震是地殼運動在某些階段發生急劇變化時的一種自然現象。據統計，全世界每年發生的地震約達500萬次，其中絕大多數地震由于發生在地震深處或者他所釋放的能量小而人們感覺不到；而人們感覺到的地震，也即有感地震，僅占總量的1%左右；能造成災害的強烈地震則為數更少，平均每年十幾起。然而，就是這些每年為數不多的地震，卻給人們帶來了無可挽回的巨大經濟財產損失和觸目驚心的人身傷亡事故。據有關方面對世界上130次傷亡巨大的地震震害資料所做的統計表明，95%以上的傷亡是因為無抗震能力或抗震能力低的建筑物倒塌而造成的。

【關鍵詞】建筑 工程 抗震 設計

地震是人類在繁衍生息、社會發展過程中遇到的一種可怕的自然災害。強烈地震常常以其猝不及防的突發性和巨大的破壞力給社會經濟發展、人類生存安全和社會穩定、社會功能帶來嚴重的危害。歷史上各種自然災害曾毀滅了世界各地52個城市，其中因地震而毀滅的城市有27個，地震之外的其他各種災害，如水災、火災、火山噴發、風災、沙災、旱災等毀滅的城市為25座。地震災害占災害造成總數的52%?？梢姷卣馂暮Υ_系“群害之首”。研究表明，在地震中造成人員傷亡和經濟損失最主要的因素就是房屋倒塌及其引發的次生災害（約占95%）。無數次的震害告訴我們，抗震設防是防御與切實減輕地震災害是我國一項長期而艱巨的任務，新建工程抗震設防任重而道遠。

一、建筑抗震設計的必要性

地震是地殼運動在某些階段發生急劇變化時的一種自然現象。據統計，全世界每年發生的地震約達500萬次，其中絕大多數地震由于發生在地震深處或者他所釋放的能量小而人們沒有感覺到；而人們感覺到的地震，也即有感地震，僅占總量的1%左右；能造成災害的強烈地震則為數更少，平均每年十幾起。然而，就是這些每年尾數不多的地震，卻給人們帶來了無可挽回的巨大經濟財產損失和觸目驚心的人身傷亡事故。據有關方面對世界上130次傷亡巨大的地震震害資料所做的統計表明，95%以上的傷亡是因為無抗震能力或抗震能力低的建筑物倒塌而造成的。典型的例子如，日本是個多發地震國家，政府一貫重視建筑物抗震設計，其防震設施和技術相當先進，建筑物通常具備了抗御7～8級地震的能力；而阿爾及利亞當地房屋建筑質量普遍低劣，抗震性能差，地震時易坍塌。由此可見，對建筑物進行有效地抗震設計是減輕地震災情最有效、最根本的措施。

二、我國建筑工程抗震設防存在的問題

（一）建筑工程設計方面存在的共性問題

1.設計不合理。建筑物的破壞隨建筑平面、布置、結構形式的不同和抗震措施的多少而

有差別。房屋平面不規則、立面形狀復雜，質量分布不均勻、剛度變化較大，地震時引起扭轉或變形不協調，加重房屋局部震害；砌體房屋的高度、高度與寬度比超過規范要求，地震時產生平面玩去破壞；結構不合理、構件之間、節點構造不牢固，抗拉壓、剪切強度不足、房屋整體性差，使構件喪失承載力而倒塌。

2.設計圖紙質量較差。受經濟利益的支配和不正之風的影響，設計粗糙、深度不夠，設計交底和圖紙會審走過場的現象普遍存在，無計算書、對計算結果不分析不審查的現象時有發生。部分人員重計算、輕構造，忽視對抗震設防節點做法的設計，對抗震設防既沒有提供足夠的詳圖，也未按設計規范規定提出對施工質量的具體要求，而僅籠統地概括為按抗震規范的要求施工，可操作性差。在接受工程變更時，不對抗震設防作通盤考慮，常常前后矛盾，不便施工。

（二）施工、監理方面的問題

1.施工隊伍整體素質下降。施工隊伍管理水平、技術素質的下降給建筑物的抗震設防留下隱患。目前建筑工人當中，有一大部分是民工，沒有經過專業技能培訓，操作技術不熟練；施工企業的領導者中，還有不少人存在重效益輕質量的觀念，自身質量意識差；監理部門需要旁站監理的工序不能做到現場旁站檢查、監督；施工人員違反操作規程和施工偷工減料現象仍然存在，劣質建材以次充好進入工地使用，這是目前造成工程質量不高的主要原因。

2.施工質量不符合要求。突出表現在磚砌體的組砌方法不正確、構造柱與墻體之間缺乏可靠的連接、框架結構中的填充墻與梁柱之間連接不牢、框架節點施工質量差等方面。

三、對建筑工程進行抗震設防的探討

（一）依法進行抗震設防的法律依據

近年來國家為了規范抗震管理工作，對建設工程依法進行抗震設防相繼出臺了一些列法律法規，要如下：（1）GB50011-2001《建筑抗震設計規范》；（2）《中華人民共和國防震減災法》；（3）《中國地震動參數區劃圖》；（4）建設工程抗震設防要求管理規范》；（5）《地震安全性評價管理條例》、《地震監測設施和地震觀測環境保護條例》、《破壞性地震應急條例》；（6）地方行政法規：主要包括各地出臺的防震減災條例、抗震設防要求管理辦法等等。目前，我國已經形成了一套完整的防震減災法律體系，使我國的防震減災事業納入了法制化軌道。

（二）建筑工程抗震設防的對策

人類在防御和減輕地震災害的過程中，所采取的措施主要有兩種：工程性措施和非工程性措施。非工程性措施主要是指震后救援；工程性措施主要是對建設工程進行抗震設計，使工程在承受所考慮的地震作用下具有一定的安全性。我國由于抗震設防工作起步較晚，依法進行抗震設防，建議重點開展以下幾方面的工作。

1.重視地震安全性評價

建筑工程首先要確定設防標準。設防標準低了，工程設施安全度降低，地震時起不到抗震的效果。相反，設防標準高了，會增加不必要的浪費，甚至工程項目因資金不足而緩建或停建。確定科學的、合理的抗震設防標準，只是通過進行地震安全性評價工作來實現。地震安全性評價是抗震設計的一部分，他要求所設計的工程在常遇（使用期內可能遇到幾次）的小震下，工程基本無損，無需修理即可繼續使用；在難得一遇的中震下，經修理后仍可繼續使用；而在不大可能遭遇的特大地震下，可以容許工程破壞，但仍不倒塌，以保證人身安全，即所謂“小震不壞、中震（設防烈度）可修、大震不倒”。地震安全性評價主要包括地震危險性分析和圖層地震反映，直接提供不同年限、不同概率水準的基巖與地振動工程參數。因此，我們應充分重視并切實做好地震安全性評價工作。

2.抗震設防措施要貫穿于工程建設的全過程

要使建筑工程真正達到能夠減輕以致避免地震災害，必須把抗震防災工作自場址選擇、設計、施工、質量監督和竣工驗收貫穿始終，其中最重要的是選址、設計、施工三個環節。

首先，在選址時選擇地震危險性較小的地段作為建設場地，因為場地條件對震害有明顯的影響，新建工程一般不應在地震斷裂鄰近地段進行建設，不應在覆蓋圖層厚的沖擊、淤泥軟土層級嚴重不均勻土層上進行建設，不應在條狀突出的山嘴、高聳的山包、非巖質陡坡上進行建設。其次，在抗震設計中，一定要嚴格按“二階段”的設計步驟和“三個水準”的設防目標進行設計上，不得馬虎。此外，在施工的各個環節上要全面貫徹抗震規范要求，充分體現抗震設計意圖，使建筑物防御地震的能力得到保障，從而減輕地震災害給人民生命財產帶來的損失。

（三）可靠度理論在基于性能抗震設計中的應用

目前我國抗震設計規范在進行構件強度設計時就采用了可靠度理論，但是各設計表達式的分項系數是采用可靠度分析和優化思想確定的，這樣就可以保證結構構件的可靠度水平保持在一定水平之間，對于基于性能的抗震設計，由于要更明確地確定結構在不同水平地震作用下的性能水準，就應該更合理地處理這些不確定因素，也就應該基于可靠度理論進行結構抗震設計，這點在美國聯邦緊急救援署（FEMA）的研究報告中明確提出“基于性能的結構抗震設計框架應該是基于可靠度理論的”，我國學者也提出相同的看法。目前抗震設計在可靠度分析中考慮的不確定因素主要有結構反映的不確定性，另外一些不確定因素也應考慮進去，不過一些不確定因素對結構性能的影響需要做長期大量的統計調查和試驗研究，所以要很完整地考慮這些不確定因素還需要做長期的工作。

四、結束語

地震是一種突發式的自然災害現象，從世界各國減輕地震災害所采取的措施來看，主要有三條：一是加強地震預報，力爭在地震發生前采取行動以減少損失；二是在設計和施工方面提高各類建筑物對地震的抵抗能力，包括對已建建筑進行抗震能力鑒定機加固；三是加強地震時應急指揮和救援工作?？傊瑥母鱾€環節上重視和把關，把地震災害盡量降到最小、最輕。

建筑工程抗震設計思考:建筑工程結構設計中抗震設計淺談

摘要 ：本文作者結合實際工作經驗，對建筑抗震結構設計進行裂縫分析探討，供大家參考借鑒。

關鍵詞 ：建筑 抗震 結構體系 設計

由于地震具有隨機性、復雜性、藕聯性，每次地震所產生的波形各異，因而其對建筑物的作用各不相同，所產生的破壞程度也千差萬別。作為結構工程師來說，必須使這一理念貫穿于結構設計的整個過程當中，既要嚴格把握好設計的大原則，又要全面考慮諸多因素，最終才能保證設計的科學性和嚴謹性，為社會創造更多精品工程。？

1. 抗震結構設計的規定

避免或減輕砌體結構的震害，主要是加強房屋的整體性和空間剛度，提高墻體的抗震受剪承載能力，加強構件的相互連接。在具體設計時，應遵循以下各項規定。

1.1 應優先采用橫墻承重或縱橫墻共同承重的結構體系。

1.2 縱橫墻的布置宜均勻對稱，沿平面內宜對齊，沿豎向應上下連續；同一軸線上的窗間墻寬度宜均勻。

1.3 樓梯間不宜設置在房屋的盡端和轉角處。

1.4 房屋有下列情況之一時宜設置防震縫，縫兩側均應設置墻體，縫寬應根據烈度和房屋高度確定，可采用50～100mm：房屋立面高差在6m以上；房屋有錯層，且樓板高差較大；各部分結構剛度、質量截然不同；煙道、風道、垃圾道等不應削弱墻體；當墻體被削弱時，應對墻體采取加強措施；不宜采用無豎向配筋的附墻煙囪及出屋面的煙囪。

1.5 不應采用無錨固的鋼筋混凝土預制挑檐

2. 建筑設計和建筑結構的規則性

建筑設計應符合抗震概念設計的要求，不應采用嚴重不規則的設計方案。體型復雜、平立面特別不規則的建筑結構，可按實際需要在適當部位設置防震縫，形成多個較規則的結構單元。

3 .結構體系的選擇

結構體系應根據建筑的抗震設防類別、抗震設防烈度、建筑高度、場地條件、地基、結構材料和施工等因素，經技術、經濟和使用條件綜合比較確定。結構體系應符合下列各項要求：應具有明確的計算簡圖和合理的地震作用傳遞途徑；應避免因部分結構或構件破壞而導致整個結構喪失抗震能力或對重力荷載的承載力；應具備必要的抗震承載力，良好的變形能力和消耗地震能量的能力；對可能出現的薄弱部位，應采取措施提高抗震能力。

結構體系應符合下列各項要求：

宜有多道抗震防線。多道抗震防線是指：一個抗震結構，應由若干延性較好的分體系組成，通過構件的連接協同作用，有意識地在結構內部、外部建立一系列分布的屈服區，使結構在先屈服的部分耗散大量的地震能量，而使最后的“防線”得以保存，便于結構的修復。

例如，在有填充墻的框架結構中，填充墻為第一道防線，框架為第二道防線；此時填充墻本身應有一定的剛度和承載能力，并均勻、對稱地布置在框架結構中。在強烈地震的沖擊下，第一道防線遭受破壞后，結構的動力特性（如自振周期等）得以改變，可使第二道防線承受的地展作用得以緩解和受到保護。

在高層鋼筋混凝土房屋中，應用較多的另一種結構形式是框架一剪力墻體系（在抗震設計中，剪力墻也稱為抗震墻）。剪力墻是第一道防線，框架為第二道防線。

在一般情況下，應優先選擇不承受重力荷載的構件，如上述的框架填充墻、軸壓比不太大的鋼筋混凝土剪力墻或柱間支撐、豎向支撐等作為第一道防線。

宜具有合理的剛度和承載力分布。建筑物承受的靜力荷載是基本穩定的（如自重、樓面活荷載等），而地震時所受的地震作用大小則與結構的動力特性密切相關：建筑物的側移剛度越大，則自振周期越短，地震作用也越大，要求結構構件具有較高的承載力。提高結構的側移剛度，往往以提高造價和降低結構變形能力為代價，因此在確定結構體系時，需要在剛度、承載力之間尋求較好的匹配關系。結構在兩個主軸方向的動力特性宜相近。此時，結構在兩個主軸方向的地震反應相當，不致造成一個方向過強、一個方向過弱的現象。根據房屋高度選擇合理的結構體系。從技術經濟指標而言，各種結構體系都有其最佳適用高度。

4. 對結構構件的規定

結構構件應符合下列要求：應合理選擇混凝土結構構件的截面尺寸，配置縱向受力鋼筋和箍筋，避免剪切破壞先于彎曲破壞、混凝土的壓潰先于鋼筋的屈服、鋼筋的錨固粘結破壞先于構件破壞；砌體結構應按規定設置鋼筋混凝土圈梁和構造柱、芯柱，或采用配筋砌體等；預應力混凝土的抗側力構件，應配有足夠的非預應力鋼筋；鋼結構構件應合理控制尺寸，避免局部失穩或整個構件失穩。

結構構件的連接，應符合下列要求：構件節點的破壞，不應先于其連接的構件；預埋件的錨固破壞，不應先于連接件；裝配式結構構件的連接，應能保證結構的整體性；預應力混凝土構件的預應力鋼筋，宜在節點核心區以外錨固。

5. 建筑抗震結構體系設計需要注意的問題

5.1 建筑平面布置設計問題

建筑物的平面布置在建筑設計中是十分重要的部分，它直接反映建筑的使用功能和要求。柱子的距離、內墻的布置、空間活動面積的大小、通道和樓梯的位置、電梯井的布置、房間的數量和布置等，都要在建筑的平面布置圖上明確下來。有的建筑平面布置上，經常出現內隔墻不對齊或中斷，使剛度發生突變和地震力傳遞受阻，對抗震也帶來不利，客易引起結構的局部破壞。建筑平面布置設計對建筑抗震關系很大，從概念上要解決的一個核心問題是：建筑平面布置設計上要盡可能做到使結構的質量和剛度分布均勻，對稱協調，避免突變，防止產生扭轉效應。在建筑平面布置的總體設計上要盡可能為結構抗側力構件的合理布置創造條件，使建筑使用功能要求與建筑結構抗震要求融合成一體，充分發揮建筑設計在建筑抗震中的作用。

5.2 建筑豎向布置設計問題

建筑的豎向布置設計問題在建筑設計中主要反映在建筑沿高度（樓層）結構的質量和剛度分布設計上。無論是單層或多層，還是高層建筑或超高建筑，這個問題是比較突出的。存在的這個主要問題是，由于建筑使用功能的不同要求，如底層或下面幾層是商場、購物中心，建筑上要求是大柱距、大空間；而上面的樓層則是開間較大的寫字樓或布置多樣化的公寓樓，低層設柱、墻很少，而上面則是以墻為主，柱很少。有的建筑在布置上還設有面積很大的公用天井大廳，在不同樓層上設有大會議廳、展廳、報告廳等，建筑使用功能的不同，形成了建筑物沿高度分布的質量和剛度的嚴重不均勻、不協調。

6. 結束語

根據當前的震害經驗和理論認識，良好的抗震設計能夠幫助國家和人民減少許多不必要的災難。我國依據自己的國情，堅持建筑結構抗震設防的原則是：“小震不壞，中震可修，大震不倒”，即在多發的小震作用下，建筑結構應基本處于彈性階段，不發生破壞；在罕遇的大震作用下，允許結構產生一定程度、乃至嚴重破壞，但應確保建筑結構物的整體安全，防止倒塌。建筑抗震結構設計對建筑抗震起著重要的基礎作用。一個優良的建筑抗震設計，必須是在建筑設計與結構設計相互配合協作共同考慮抗震的設計基礎上完成。為此，要充分重視結構設計在建筑抗震設計中的重要性，在建筑抗震設計中更好地發揮建筑設計應有的作用。

建筑工程抗震設計思考:淺議超限高層建筑工程抗震設計中的常見問題

【摘要】隨著城市化進程的不斷推進，國內正在大規模的興建各項高層建筑，由于該建筑對抗震要求比一般的建筑要求高，因此，在我們平時的抗震設計過程中經常遇到各種問題。本文筆者系統的對超限高層建筑工程抗震中存在的常見問題進行分析，并就這些問題提出了一些合理的建議。望能給予各位同行參考借鑒。

【關鍵詞】超限高層建筑;抗震設計;建議;問題

引 言

當今世界人口密集，資源壓力大。人們的生存空間逐漸從簡單的低層地面發展到了超限的高層建筑。在大城市中，高樓林立。而由于大城市具有比較多的工作機會，越來越多的人涌入進來，也更加促使超限高層建筑工程的發展，未來將會成為“天空的世界”。超限高層建筑工程與地面工程相比，施工難度和強度都比較大，要考慮地質條件，方案標準和成本等諸多因素的影響。超限高層建筑工程的抗震能力是最需要考慮的，它關系著整個超限高層建筑工程的安全性。因此，對超限高層建筑工程抗震設計是一個復雜而且嚴格的過程。

一、抗震設計的基本思路和原則

從世界范圍來看，各國的抗震的主要原則是“小震不壞，中震可修，大震不倒”，這也是處理地震作用高度不確定的最優途徑。在實踐過程中，此原則得到了廣泛的認可和一定程度上的效益。參照此原則嚴格執行的西方發達國家和地區，大部分建筑物符合了抗震規范設計，重大地震過程中所造成的人員傷亡已呈下降趨勢。但是在中小地震過程中，依舊可能造成建筑物的某些結構正常使用功能的喪失，從而影響了人們對人居環境的更高追求和實現。

超限結構抗震的設計環節主要分為兩個階段。第一是彈性反應譜的采用，主要是針對多遇地震地區。用這兩種方法主要是能夠根據詳細的結果和數據粗略估算出結構層的薄弱位置。第二階段是Pu shove彈塑性時程分析方法的采用，此方法主要是分析判定結構構件塑性鉸出現的分布和順序。

二、超限高層建筑工程抗震設計的要求

1設置建筑物的抗震防線

建筑物的抗震防線體系都是由許多延伸性比較好的分體系構成的。這些延伸性比較好的分體系，能夠互相聯系，共同工作。雖然每一個建筑物都有自身的抗震防線，但是不能只設置一道，因為一旦地震發生，強震之后必將伴隨著余震。只有一道抗震防線，就會被接二連三的余震所影響，導致建筑物的坍塌。超限高層建筑工程抗震設計要建立一系列的屈服度，并在內外部具有豐富的余度。組成抗震的分體部件，要有一定的延伸性和適當的剛柔性，這樣的結構能夠減緩比較多的地震能量，提高超限高層建筑工程的抗震能力。另外。要對樓層內的結構構件進行處理，主要的耗能結構屈服以后，就檢測一下彈性階段的構件，保證結構的延伸性和抵抗坍塌的能力。

2保證建筑物的穩定承載能力

工程設計中，首先要保證的就是建筑物的延伸性、穩定性和承載度。工程設計構建結構要加固底層的墻柱、節點，弱化橫梁和構建。對建筑物中可能出現薄弱的地方或者是已經出現了薄弱的地方，要采取相應的科學合理的辦法，提高總體的抗震能力。超限高層建筑承擔的豎向荷載的構件不應該是主要耗能的構件。

3 采取多項措施提高抗震能力

在大地震中，真正起抗震作用的是建筑物本身的主要構件。構件能在大地震中承受地震所帶來的危害，就要仔細的檢查高層建筑物中的薄弱部位。對高層建筑物的彈性受力和承載能力的均衡位置點要合理的處置，在樓層的比值發生變化時，要及時發現和處理，并采取加號的辦法進行解決。

三、超限高層建筑工程抗震設計出現的一些問題

1缺乏評測周邊環境和地質條件的資料

雖然我國早已步入了市場經濟體制，但是在建筑建設中依然存在著計劃經濟體制急功近利的思想。許多的工程建設因為追求眼前的經濟效益以及工程的進度，就直接按照規劃好的圖紙進行施工建設，而沒有仔細的對地域的周邊環境和地質條件進行勘探和評測。沒有地質資料，就失去了施工的準備和依據，容易出現許多的事故，造成不利的影響。

2解決結構上的平面布置

超限高層建筑結構有的為了追求美觀，也有的是因為地質構成和周邊環境的影響，導致外形不是很規則、均勻，凹凸的變化大。這就使得一個結構內的單元內，受結構平面上的形狀的影響，剛度發生了不均勻的現象，導致平面的長度變長。

3結構單元內存在不同的受力結構體系

超限高層建筑施工方案中常會出現這樣的現象。一個單元內用砌體來承受重量，而另一個單元內，用排架或者全框式的承受重量。這就使得原本的建筑物出現受力不均勻的現象，容易造成房屋倒塌。

四、對加強超限高層建筑工程抗震設計的建議

1加強構造構件抗震性能的措施

對超限高層建筑的底部，要加強部位的剪力墻厚度。用型鋼混凝土柱來加大底部加強的部位，并加大其配箍的特征值。交叉暗撐式來組成連梁配筋形式。嚴格控制框支柱的軸壓比，并運用相關的構造措施來加強節點和錨固。

2 梁式轉換層結構設計

首先要增大落地剪力墻的厚度，對型鋼結構模型混凝土轉換粱的主要節點和配筋進行強化，調整結構的布置，使上下部機構的轉換層的側向剛度符合標準的規范 對轉換層臨近的上下層樓板的配筋，用雙層雙向配筋處理，嚴格控制框支柱的軸壓比，運用型鋼混凝土柱，并控制好柱的配箍特征值。適當的將剪力墻的配筋提高，柱由轉換層延伸2層左右。

3 結構的平面布置

降低扭轉的直接影響，側向剛度逐漸均勻的發生變化。對結構構件布置要反復的考慮，并充分的調整和計算。在考慮好偶然的偏心影響地震作用之下，樓層豎向構件的水平位移和最大層間位移和樓層平均值相比，要小于該樓層平均值的1.4倍，轉換層側向剛度與相鄰上部樓層剛度相比，要大于70%左右，受剪承載力與上層受剪承載力相比，要大于上層的80%左右。

4 制定一項嚴格程序

超限高層建筑工程制定旋工方案和實施是一個長期且比較復雜的過程，要考慮好經濟投入的成本和施工風險，注意施工以及工期的條件。根據不同的地質環境和周邊環境的影響，制定一個滿足地震設計、周邊環境的要求以及具有經濟效益的工程制定施工方案。而制定程序是保證施工方案質量的最佳制定的辦法。制定的程序主要有這兩個階段：① 對周邊環境和地質條件進行勘探和評測，將施工對象的地質條件摸清楚，測量好固巖的穩定，預測好各項風險的因素，并設計出最好最佳的方案，評估工程對周邊環境的總體社會影響。②對各個因素進行取舍，在無法兼顧工程的成本和進程，以及方案的選擇問題時，要明確整個工程的目標價值，考慮工程中每個因素的作用，做出正確的判斷。

五、結束語

總體而言，對于超限高層建筑工程的抗震設計，是當今社會建筑工程中一個比較重要的研究話題。如何讓更好的對超限高層建筑工程的抗震設計進行加強管理，需要從周邊環境和地質條件的評測、結構的平面布置以及單元內的受力體系等方面綜合考慮，設置全面的抗震防線，加強建筑物的穩定承載和抗震能力。保證超限高層建筑工程抗震設計的最終質量，就要組織全體的知識和力量，學習國際上的先進技術和理論，總結我國的基本國情，因地制宜的研究出適合我國大城市超限高層建筑的抗震體系，拿出經濟實際的最佳方案。最終為居民的生命財產安全提供保障，促使我國的社會經濟安全可持續的發展。

建筑工程抗震設計思考:探究建筑工程設計中的抗震設計要點

【摘 要】經濟的發展以及城市化建設的快速推進，人類對資源的過度利用，自然災害變得越來越多，在面對地震這樣的自然災害時，人類無法控制只能夠進行力所能及的防護，因此必須加強建筑工程設計的抗震設計。本文簡述了建筑工程的抗震設計理念及其作用，對建筑工程設計中的抗震設計要點進行了研究分析。

【關鍵詞】建筑工程；抗震設計；設計理念；作用；設計要點

一、建筑工程的抗震設計理念

我國《建筑抗震設計規范》（GB50011-2010）對建筑的抗震設防提出“三水準、兩階段”的要求，“三水準”即“小震不壞，中震可修，大震不倒”。當遭遇第一設防烈度地震即低于本地區抗震設防烈度的多遇地震時，結構處于彈性變形階段，建筑物處于正常使用狀態。建筑物一般不受損壞或不需修理仍可繼續使用。因此，要求建筑結構滿足多遇地震作用下的承載力極限狀態驗算，要求建筑的彈性變形不超過規定的彈性變形限值。當遭遇第二設防烈度地震即相當于本地區抗震設防烈度的基本烈度地震時，結構屈服進入非彈性變形階段，建筑物可能出現一定程度的破壞。但經一般修理或不需修理仍可繼續使用。

二、建筑工程中抗震設計的作用

1、保證建筑的剛度。合理地設計和確定建筑物的剛度非常重要。因此首先要考慮到的是采用大量的鋼筋混凝土。主要是在已有的鋼筋混凝土之上使用“鋼結構”對其進行進一步加層加固。加固分為兩種情況：a.如果所需要進行加層的建筑工程的體系是鋼結構，而國家規定：上部是鋼結構、下部是鋼筋混凝土兩種不同的體系結構是不符合抗震規范的。b.假設屋蓋的部分是采用鋼結構，而鋼筋混凝土仍然是作為整個建筑工程的抗側力的主要體系，則必須根據相關的規定進行抗震設計。

2、降低地震對建筑的影響。被工程界認可的一個辦法是在建筑基礎與建筑的主體部分之間加設一個隔震層，有的設計師在建筑物的頂端部分加設一個“反擺”。此反擺的作用是能夠在地震時使建筑物的位移方向相反，降低了加速度，降低地震的作用。根據相關研究分析，如果對“反擺”設置合理，那么對降低地震作用的概率可達65%，也能最大限度地減少建筑物內的物品受損程度。

3、提高建筑工程的抗震力。出于對建筑工程抗震功能的保證，在建筑工程中要特別注意做到以下幾點：a.在建筑工程中要考慮地基的穩定性因素，挑選對抗震有益的地基，防止地基變形影響抗震功能；b.同一建筑工程單元要設計在性質一樣的地基上，要把地基最大潛力融入建筑的結構設計，有利于發揮地基的抗震功能；c.建筑工程盡量做到規則、對稱，以降低地震作用導致的建筑變形度以及避免地震作用力集中導致建筑扭曲的狀況發生；d.建筑的整體結構設計中要多加幾道抵抗防線，以提高建筑工程的抗震力，同時建筑工程受力設計要明確，防止存在建筑工程局部薄弱；e.最大程度的減少建筑工程自身重量，從而減小建筑對地基的壓力，達到緩解地震沖擊作用對建筑體的影響力。

三、建筑工程抗震設計的要點

1、選擇合適的建筑工程體系。要確保建筑物各部分能維持整體性協調，最為重要的就是要選擇適合的建筑工程體系，因此在進行建筑工程抗震概念設計過程中，一定要讓所設計的建筑物的結構體系同時滿足這兩大條件：第一穩定；第二合適。對于一個科學合理的建筑工程體系而言啟不僅可以有效滿足變形的要求，同時還可以有效抵抗沖擊力的要求。建筑物要具備一定的剛度這樣才能對自身的荷載起到一定的承受作用從而有效避免變形的出現此外在發生地震時才有可能對巨大的地震力起到有效緩沖作用而達到有效避免局部受損的良好效果。因此在選擇建筑物結構體系時，既要注意建筑物傳力途徑的明確性，同時又要注意受力計算的明確性盡可能在建筑工程體系中不使用轉換層這樣在發生地震時可以有效避免建筑物傾斜或局部受損等現象的出現。

2、提高抗震設計等級。研究表明，以地震災害分析50年為一個分析周期，而小震的重現世間為50年，小震災害已經超過抗震設計安全烈度的概率為62%；中型地震的重現世間為475年，中震災害已經超過抗震設計安全烈度的概率為10%；大型地震的重現世間為2000年，大震災害已經超過抗震設計安全烈度的概率為2%。因此，一些建筑工程設計專家指出，我國地震多發地帶應該及時提高建筑工程的抗震等級，嚴格控制建筑工程的抗震設計，確保建筑工程的抗震穩定性。

3、建筑形體及構件布置的規則性。平而不規則的主要類型有：扭轉不規則、凹凸不規則、樓板局部不連續，具體可以體現到對結構分析軟件的計算結果的分析判斷，如扭轉不規則，體現在：位移比不宜大于1.2且不應大于1.5，周期比對于A級高度建筑不應大于0.90豎向剛度不規則的主要類型有：側向剛度不規則、抗側力構件不連續、樓層承載力突變等，如側向剛度不規則就要求本層的側向剛度不小于相鄰上一層的70。及其上相鄰三個樓層側向剛度平均值的80。等。如設計結果不滿足，設計人員應對模型重新進行分析，調整梁柱布置及截而，盡量做到使結構規則。如確實滿足不了，則應對薄弱部位進行重點加強。如平而規則而豎向不規則的建筑，剛度小的樓層的地震剪力，規范要求乘以不小于1.15的增大系數。

4、控制建筑工程材料的質量。建筑工程抗震性能除了會受到建筑工程體系、抗震防線及建筑施工方案等因素的影響之外在多數情況下還對建筑的施工材料產生極大地影響。通常，建筑材料強度、建筑材料剛度對建筑工程的抗震性能會產生很大的影響，而且還會受到來自建筑材料連續性及建筑材料均衡性的影響。所以在選取建筑工程材料過程中，一定要對建筑施工材料的延伸性和剛度進行仔細、認真考查，并且同時最大限度與建筑工程體系相符合建筑施工材料能得到確保。

5、重點部位重點設防。對于建筑中容易出問題的環節，重要的環節可以人為的對其加強，如煤礦建筑井口房設計中，驅動設置在井口房樓板上的情況，該區域振動大、拉力大，并且與煤礦生產息息相關，設計中應重點加強。另外，破壞后容易引起大面積倒塌的構件，也應作加強處理。

6、軸壓比和短柱設計。在建筑工程抗震設計中，為了提高結構的抗震性，需要減小柱的軸壓比，增大柱的截面尺寸。減小柱軸壓比的主要目的是為了使柱子處于大偏心受壓狀態，避免縱向受力鋼筋未達到受拉屈服而混凝土卻被壓碎的情況發生。由于柱的剛性強度比較高，使得整體結構的延性就差，當發生地震災害時，結構吸收地震能量和耗散能量就少，使得結構很容易發生破壞。所以在高層結構設計時，通常采用強柱弱梁設計方法，且梁具有很好的延性，可以發生適量的變形，就會減少柱子進入屈服強度的可能性，且在設計時可以適當增大軸壓比。此外，許多高層建筑底層的柱子長細比小于4，但不能依據長細比小于4則判斷是短柱。因為短柱的確定因素是柱的剪跨比，只有柱的剪跨比小于等于2才是短柱。

結束語

綜上所述，在建筑工程抗震設計過程中，需要考慮建筑工程的使用功能、設防烈度、場地類別、地基基礎類型、建筑高度、結構材料和施工工藝等，同時還要考慮結構的設計、技術以及經濟保障等，選擇最優化的結構體系，從而提高建筑工程的抗震能力。