建筑工程抗震设计思考:超限高层建筑工程抗震设计与分析

摘要：抗震设计是建筑工程的一个重要内容，尤其是在地震频发区的建筑工程，要根据当地的实际情况提高建筑工程的抗震性能和级别。良好的抗震设计可以使建筑物抵御地震带来的破坏，减少人身生命财产损失。而超限高层建筑物的结构比较复杂，一旦因地震遭受巨大破坏，就会带来严重的经济损失和恶劣的社会影响。

一、前言

改革开放以来,我国经济快速增长,城市化进程明显加快,大量农村人口迅速向城市集中,由此造成城市人口数量的不断膨胀,对房屋的需求也急剧增加。为了缓解城市人口对房屋需求的压力,越来越多的高层、超高层建筑如雨后春笋般出现在各大、中城市。超高层建筑,除了具有充分利用有限的土地面积,最大限度利用地上建筑使用空间外,还具有强烈的标志性及展示性作用,从而往往能成为区域性、地标性建筑或成为城市“名片”。

然而，尽管城市中的超高建筑越来越多,但目前却没有统一的方法和明确的依据来对超限工程进行抗震设计,多数情况下还是要依靠工程师和专家们的结构概念和经验来把握,而其可靠程度,限于现今的技术水平一般只能作出定性结论,还很难作出定量的描述。以下本文就超限高层建筑工程抗震设计方面内容作出简要分析，供广大同行参考。

二、超限高层建筑工程抗震设计研究的作用和意义

随着我国经济的快速发展，在全球经济一体化的趋势下，我国基础设施的建设发展有了突破性进展，出现了各个行业的流动资金开始往基础设施建设汇集的现象。超高层建筑工程是在人们对空间的成分充分利用的前提下应运而生的，这反映了人们对充满现代感和时代感的城市生活的追求。但是，问题也随之而来，因为超限高层建筑工程自身的结构特点已经超出了我国对建筑工程的规定，抗震也是摆在超高建筑工程面前的重大难题。尤其是这几年以来我国地震灾害频发，汶川和玉树地震的发生造成对建筑物的破坏，更是让我们触目惊心。建筑物的抗震安全性和人民的生命财产安全密不可分。所以，我们要正确认识到在发展过程中存在的问题，认识到超限高层建筑工程抗震设计的重要性。完善超限高层建筑的抗震设计是人民生命财产安全的重要保证，也是社会发展的需要所在。

三、超限高层建筑工程抗震设计的原则和基本内容

1、超限高层建筑工程抗震设计的原则

在建筑物抗震设计上，我国遵循这样三条原则“：小震不坏、中震可修、大震不倒”。 第一，小震不坏。当建筑物遇到多遇地震时，其结构没有遭受到损坏，无需修理就可以继续使用。在这个原则下，一般是对建筑结构的承载力进行验算，是建筑工程抗震设计第一阶段的弹性设计。第二，中震可修。当建筑物遇到设防地震时，建筑物可能发生一定程度的损坏，经过修补之后就可以继续投入使用。这要求建筑设计时考虑到建筑结构的非线性弹塑性变形和承载力，是第二阶段的弹塑性变形验算。第三，大震不倒。当遭受到罕遇地震影响时，建筑物不会发生倒坍等威胁人民生命财产安全的重大事故。这一阶段的设计是前面两个阶段验算和设计的分析过程，并采取相应的抗震措施和技术来提高建筑物的抗震性能。

2、基本内容

第一，当超限高层建筑物采用钢筋混凝土框架结构和抗震墙结构时，其高度不得超过《建筑抗震设计规范》规定的最大适用高度。当采用的是抗震墙结构和筒体结构时，建筑工程为 9 度设防时，其高度不得超过《建筑抗震设计规范》规定的最大适用高度；建筑工程为 8 度设防时，其最大高度应是《建筑抗震设计规范》规定最大适用高度的120%；建筑工程为 7 度和 6 度设防时，其最大高度应是《建筑抗震设计规范》规定最大适用高度的 130%。第二，超限高层建筑物设计时，其高度、高宽比和体型规则性这三者中至少有一项需要满足《建筑

抗震设计规范》的要求。第三，在进行抗震设计时，至少要采用两种力学模型来计算分析建筑物的受力情况，其计算程序需要经过有关行政部门的鉴定许可。第四，为保证超限高层建筑的安全性，应采取比《建筑抗震设计规范》更严格的抗震措施。第五，当超限高层建筑物有明显薄弱层时，还应进行结构的弹塑性时程分析。

四、超限结构抗震设计要点

1、高度和高宽比超限建筑

a. 尽可能采用适用高度较高的结构类型, 如钢筋混凝土框架结构房屋高度超限时, 可改用框架-剪力墙结构。

b. 验算结构整体抗倾覆稳定性, 验算在侧向力最不利组合情况下桩身是否会出现拉力或过大的压力, 并进行风荷载或地震作用下的舒适度验算, 控制顶点位移及层间侧移, 当侧移无法满足要求时, 可考虑利用建筑设备层和避难层空间, 沿竖向设置若干层伸臂桁架或腰桁架。

c. 适当降低底部竖向构件在最不利荷载组合下的轴压比并加强配筋, 当轴压比不满足要求且构件截面再增大有困难时, 可采用钢或其它组合构件与混凝土共同组成的结构。

d. 要有足够的埋置深度, 考虑重力二阶效应, 并进行风荷载作用下的舒适度验算。

2、平面规则性超限建筑

a. 采用弹性楼盖模型, 或按分块刚性楼板+局部弹性板进行计算, 并考虑扭转耦联效应。

b. 对于凹凸不规则和楼板局部不连续的情况,采取符合楼板平面内实际刚度变化的弹性楼板计算模型。

c. 对于楼板应力集中部位( 凹凸部位及洞口四角) 和弱连接的楼板, 应采用加大楼板厚度、增加板内配筋、配置集中配筋的边梁、配置 45°斜向钢筋等方法予以加强。凹口部位可增设部分拉梁或拉板, 以改善这些薄弱部位的刚度和延性, 提高其抗震性能。

d. 当平面过于不规则、楼板连系过弱或建筑物超长时, 可通过设置变形缝将结构分成若干个子结构。对结构扭转效应明显的超限高层建筑, 应尽量使抗侧力构件在平面布置中对称、均匀, 避免过大偏心,并尽量加大竖向构件的抗侧刚度和强度。

3、竖向规则性超限建筑

a. 立面收进引起超限, 如有可能则宜采用台阶形多次内收的立面, 确保结构位移沿竖向没有突变,并使结构扭转效应控制在合理范围内； 宜加强收进部位的竖向构件及楼板； 立面收进若造成偏心, 则底部结构会因扭转而产生较大内力, 故应加强底部周边构件的配筋, 并补充进行静力非线性分析和时程分析, 验证结构的抗震性能, 确定结构的薄弱部位。

b. 连体建筑的连体部位及其周边应采用弹性楼板计算, 并控制连接部位的层数, 且两塔楼层刚度差异不宜过大, 连接体与主体宜用弱连接，如铰接等；连接体结构自身重量应尽量减小, 故应优先采用钢结构或型钢混凝土结构等。

c. 对于立面开大洞的建筑, 应加强洞口四角及洞边, 避免在小震时洞角开裂。

d. 对于悬挑建筑, 应考虑竖向地震作用； 当悬挑质量较大时, 应避免偏心造成的扭转。

e. 对于带转换层的高层建筑, 尽量避免多级复杂转换, 优先采用梁式转换, 慎用厚板转换。尽量强化和提高转换层下部结构侧向刚度、抗震承载能力和延性, 并控制转换层的设置高度； 结构分析时除检查结构位移和刚度有无突变外, 还应重点检查框支柱所承受的地震剪力和轴压比； 采取有效措施减少转换层上、下结构等效剪切刚度和承载能力的突变；加强转换层楼板、转换构件、框支梁、框支柱、框支层上部剪力墙(包含筒体)及落地剪力墙(包含筒体)的抗震构造措施。

五、结束语

随着抗震技术和理念的快速发展，抗震设计的重要性也日益凸显出来，而超限高层建筑工程结构复杂，抗震设计要求高，这也就要求设计者必须不断提高自身知识修养，借鉴他人抗震设计经验，运用最新抗震技术和措施提高建筑物的抗震性能。转变思想观念，多方面借鉴相关知识和概念，从其他地方激发设计灵感，转变刚性为主的抗震模式，努力实现抗震设计理念的创新，开创超限高层建筑工程抗震设计的新局面，为老百姓打造更加安全的建筑物。

建筑工程抗震设计思考:浅谈我国建筑工程抗震设计的研究分析

【摘要】地震是地壳运动在某些阶段发生急剧变化时的一种自然现象。据统计，全世界每年发生的地震约达500万次，其中绝大多数地震由于发生在地震深处或者他所释放的能量小而人们感觉不到；而人们感觉到的地震，也即有感地震，仅占总量的1%左右；能造成灾害的强烈地震则为数更少，平均每年十几起。然而，就是这些每年为数不多的地震，却给人们带来了无可挽回的巨大经济财产损失和触目惊心的人身伤亡事故。据有关方面对世界上130次伤亡巨大的地震震害资料所做的统计表明，95%以上的伤亡是因为无抗震能力或抗震能力低的建筑物倒塌而造成的。

【关键词】建筑 工程 抗震 设计

地震是人类在繁衍生息、社会发展过程中遇到的一种可怕的自然灾害。强烈地震常常以其猝不及防的突发性和巨大的破坏力给社会经济发展、人类生存安全和社会稳定、社会功能带来严重的危害。历史上各种自然灾害曾毁灭了世界各地52个城市，其中因地震而毁灭的城市有27个，地震之外的其他各种灾害，如水灾、火灾、火山喷发、风灾、沙灾、旱灾等毁灭的城市为25座。地震灾害占灾害造成总数的52%。可见地震灾害确系“群害之首”。研究表明，在地震中造成人员伤亡和经济损失最主要的因素就是房屋倒塌及其引发的次生灾害（约占95%）。无数次的震害告诉我们，抗震设防是防御与切实减轻地震灾害是我国一项长期而艰巨的任务，新建工程抗震设防任重而道远。

一、建筑抗震设计的必要性

地震是地壳运动在某些阶段发生急剧变化时的一种自然现象。据统计，全世界每年发生的地震约达500万次，其中绝大多数地震由于发生在地震深处或者他所释放的能量小而人们没有感觉到；而人们感觉到的地震，也即有感地震，仅占总量的1%左右；能造成灾害的强烈地震则为数更少，平均每年十几起。然而，就是这些每年尾数不多的地震，却给人们带来了无可挽回的巨大经济财产损失和触目惊心的人身伤亡事故。据有关方面对世界上130次伤亡巨大的地震震害资料所做的统计表明，95%以上的伤亡是因为无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，日本是个多发地震国家，政府一贯重视建筑物抗震设计，其防震设施和技术相当先进，建筑物通常具备了抗御7～8级地震的能力；而阿尔及利亚当地房屋建筑质量普遍低劣，抗震性能差，地震时易坍塌。由此可见，对建筑物进行有效地抗震设计是减轻地震灾情最有效、最根本的措施。

二、我国建筑工程抗震设防存在的问题

（一）建筑工程设计方面存在的共性问题

1.设计不合理。建筑物的破坏随建筑平面、布置、结构形式的不同和抗震措施的多少而

有差别。房屋平面不规则、立面形状复杂，质量分布不均匀、刚度变化较大，地震时引起扭转或变形不协调，加重房屋局部震害；砌体房屋的高度、高度与宽度比超过规范要求，地震时产生平面玩去破坏；结构不合理、构件之间、节点构造不牢固，抗拉压、剪切强度不足、房屋整体性差，使构件丧失承载力而倒塌。

2.设计图纸质量较差。受经济利益的支配和不正之风的影响，设计粗糙、深度不够，设计交底和图纸会审走过场的现象普遍存在，无计算书、对计算结果不分析不审查的现象时有发生。部分人员重计算、轻构造，忽视对抗震设防节点做法的设计，对抗震设防既没有提供足够的详图，也未按设计规范规定提出对施工质量的具体要求，而仅笼统地概括为按抗震规范的要求施工，可操作性差。在接受工程变更时，不对抗震设防作通盘考虑，常常前后矛盾，不便施工。

（二）施工、监理方面的问题

1.施工队伍整体素质下降。施工队伍管理水平、技术素质的下降给建筑物的抗震设防留下隐患。目前建筑工人当中，有一大部分是民工，没有经过专业技能培训，操作技术不熟练；施工企业的领导者中，还有不少人存在重效益轻质量的观念，自身质量意识差；监理部门需要旁站监理的工序不能做到现场旁站检查、监督；施工人员违反操作规程和施工偷工减料现象仍然存在，劣质建材以次充好进入工地使用，这是目前造成工程质量不高的主要原因。

2.施工质量不符合要求。突出表现在砖砌体的组砌方法不正确、构造柱与墙体之间缺乏可靠的连接、框架结构中的填充墙与梁柱之间连接不牢、框架节点施工质量差等方面。

三、对建筑工程进行抗震设防的探讨

（一）依法进行抗震设防的法律依据

近年来国家为了规范抗震管理工作，对建设工程依法进行抗震设防相继出台了一些列法律法规，要如下：（1）GB50011-2001《建筑抗震设计规范》；（2）《中华人民共和国防震减灾法》；（3）《中国地震动参数区划图》；（4）建设工程抗震设防要求管理规范》；（5）《地震安全性评价管理条例》、《地震监测设施和地震观测环境保护条例》、《破坏性地震应急条例》；（6）地方行政法规：主要包括各地出台的防震减灾条例、抗震设防要求管理办法等等。目前，我国已经形成了一套完整的防震减灾法律体系，使我国的防震减灾事业纳入了法制化轨道。

（二）建筑工程抗震设防的对策

人类在防御和减轻地震灾害的过程中，所采取的措施主要有两种：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；工程性措施主要是对建设工程进行抗震设计，使工程在承受所考虑的地震作用下具有一定的安全性。我国由于抗震设防工作起步较晚，依法进行抗震设防，建议重点开展以下几方面的工作。

1.重视地震安全性评价

建筑工程首先要确定设防标准。设防标准低了，工程设施安全度降低，地震时起不到抗震的效果。相反，设防标准高了，会增加不必要的浪费，甚至工程项目因资金不足而缓建或停建。确定科学的、合理的抗震设防标准，只是通过进行地震安全性评价工作来实现。地震安全性评价是抗震设计的一部分，他要求所设计的工程在常遇（使用期内可能遇到几次）的小震下，工程基本无损，无需修理即可继续使用；在难得一遇的中震下，经修理后仍可继续使用；而在不大可能遭遇的特大地震下，可以容许工程破坏，但仍不倒塌，以保证人身安全，即所谓“小震不坏、中震（设防烈度）可修、大震不倒”。地震安全性评价主要包括地震危险性分析和图层地震反映，直接提供不同年限、不同概率水准的基岩与地振动工程参数。因此，我们应充分重视并切实做好地震安全性评价工作。

2.抗震设防措施要贯穿于工程建设的全过程

要使建筑工程真正达到能够减轻以致避免地震灾害，必须把抗震防灾工作自场址选择、设计、施工、质量监督和竣工验收贯穿始终，其中最重要的是选址、设计、施工三个环节。

首先，在选址时选择地震危险性较小的地段作为建设场地，因为场地条件对震害有明显的影响，新建工程一般不应在地震断裂邻近地段进行建设，不应在覆盖图层厚的冲击、淤泥软土层级严重不均匀土层上进行建设，不应在条状突出的山嘴、高耸的山包、非岩质陡坡上进行建设。其次，在抗震设计中，一定要严格按“二阶段”的设计步骤和“三个水准”的设防目标进行设计上，不得马虎。此外，在施工的各个环节上要全面贯彻抗震规范要求，充分体现抗震设计意图，使建筑物防御地震的能力得到保障，从而减轻地震灾害给人民生命财产带来的损失。

（三）可靠度理论在基于性能抗震设计中的应用

目前我国抗震设计规范在进行构件强度设计时就采用了可靠度理论，但是各设计表达式的分项系数是采用可靠度分析和优化思想确定的，这样就可以保证结构构件的可靠度水平保持在一定水平之间，对于基于性能的抗震设计，由于要更明确地确定结构在不同水平地震作用下的性能水准，就应该更合理地处理这些不确定因素，也就应该基于可靠度理论进行结构抗震设计，这点在美国联邦紧急救援署（FEMA）的研究报告中明确提出“基于性能的结构抗震设计框架应该是基于可靠度理论的”，我国学者也提出相同的看法。目前抗震设计在可靠度分析中考虑的不确定因素主要有结构反映的不确定性，另外一些不确定因素也应考虑进去，不过一些不确定因素对结构性能的影响需要做长期大量的统计调查和试验研究，所以要很完整地考虑这些不确定因素还需要做长期的工作。

四、结束语

地震是一种突发式的自然灾害现象，从世界各国减轻地震灾害所采取的措施来看，主要有三条：一是加强地震预报，力争在地震发生前采取行动以减少损失；二是在设计和施工方面提高各类建筑物对地震的抵抗能力，包括对已建建筑进行抗震能力鉴定机加固；三是加强地震时应急指挥和救援工作。总之，从各个环节上重视和把关，把地震灾害尽量降到最小、最轻。

建筑工程抗震设计思考:建筑工程结构设计中抗震设计浅谈

摘要 ：本文作者结合实际工作经验，对建筑抗震结构设计进行裂缝分析探讨，供大家参考借鉴。

关键词 ：建筑 抗震 结构体系 设计

由于地震具有随机性、复杂性、藕联性，每次地震所产生的波形各异，因而其对建筑物的作用各不相同，所产生的破坏程度也千差万别。作为结构工程师来说，必须使这一理念贯穿于结构设计的整个过程当中，既要严格把握好设计的大原则，又要全面考虑诸多因素，最终才能保证设计的科学性和严谨性，为社会创造更多精品工程。？

1. 抗震结构设计的规定

避免或减轻砌体结构的震害，主要是加强房屋的整体性和空间刚度，提高墙体的抗震受剪承载能力，加强构件的相互连接。在具体设计时，应遵循以下各项规定。

1.1 应优先采用横墙承重或纵横墙共同承重的结构体系。

1.2 纵横墙的布置宜均匀对称，沿平面内宜对齐，沿竖向应上下连续；同一轴线上的窗间墙宽度宜均匀。

1.3 楼梯间不宜设置在房屋的尽端和转角处。

1.4 房屋有下列情况之一时宜设置防震缝，缝两侧均应设置墙体，缝宽应根据烈度和房屋高度确定，可采用50～100mm：房屋立面高差在6m以上；房屋有错层，且楼板高差较大；各部分结构刚度、质量截然不同；烟道、风道、垃圾道等不应削弱墙体；当墙体被削弱时，应对墙体采取加强措施；不宜采用无竖向配筋的附墙烟囱及出屋面的烟囱。

1.5 不应采用无锚固的钢筋混凝土预制挑檐

2. 建筑设计和建筑结构的规则性

建筑设计应符合抗震概念设计的要求，不应采用严重不规则的设计方案。体型复杂、平立面特别不规则的建筑结构，可按实际需要在适当部位设置防震缝，形成多个较规则的结构单元。

3 .结构体系的选择

结构体系应根据建筑的抗震设防类别、抗震设防烈度、建筑高度、场地条件、地基、结构材料和施工等因素，经技术、经济和使用条件综合比较确定。结构体系应符合下列各项要求：应具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径；应避免因部分结构或构件破坏而导致整个结构丧失抗震能力或对重力荷载的承载力；应具备必要的抗震承载力，良好的变形能力和消耗地震能量的能力；对可能出现的薄弱部位，应采取措施提高抗震能力。

结构体系应符合下列各项要求：

宜有多道抗震防线。多道抗震防线是指：一个抗震结构，应由若干延性较好的分体系组成，通过构件的连接协同作用，有意识地在结构内部、外部建立一系列分布的屈服区，使结构在先屈服的部分耗散大量的地震能量，而使最后的“防线”得以保存，便于结构的修复。

例如，在有填充墙的框架结构中，填充墙为第一道防线，框架为第二道防线；此时填充墙本身应有一定的刚度和承载能力，并均匀、对称地布置在框架结构中。在强烈地震的冲击下，第一道防线遭受破坏后，结构的动力特性（如自振周期等）得以改变，可使第二道防线承受的地展作用得以缓解和受到保护。

在高层钢筋混凝土房屋中，应用较多的另一种结构形式是框架一剪力墙体系（在抗震设计中，剪力墙也称为抗震墙）。剪力墙是第一道防线，框架为第二道防线。

在一般情况下，应优先选择不承受重力荷载的构件，如上述的框架填充墙、轴压比不太大的钢筋混凝土剪力墙或柱间支撑、竖向支撑等作为第一道防线。

宜具有合理的刚度和承载力分布。建筑物承受的静力荷载是基本稳定的（如自重、楼面活荷载等），而地震时所受的地震作用大小则与结构的动力特性密切相关：建筑物的侧移刚度越大，则自振周期越短，地震作用也越大，要求结构构件具有较高的承载力。提高结构的侧移刚度，往往以提高造价和降低结构变形能力为代价，因此在确定结构体系时，需要在刚度、承载力之间寻求较好的匹配关系。结构在两个主轴方向的动力特性宜相近。此时，结构在两个主轴方向的地震反应相当，不致造成一个方向过强、一个方向过弱的现象。根据房屋高度选择合理的结构体系。从技术经济指标而言，各种结构体系都有其最佳适用高度。

4. 对结构构件的规定

结构构件应符合下列要求：应合理选择混凝土结构构件的截面尺寸，配置纵向受力钢筋和箍筋，避免剪切破坏先于弯曲破坏、混凝土的压溃先于钢筋的屈服、钢筋的锚固粘结破坏先于构件破坏；砌体结构应按规定设置钢筋混凝土圈梁和构造柱、芯柱，或采用配筋砌体等；预应力混凝土的抗侧力构件，应配有足够的非预应力钢筋；钢结构构件应合理控制尺寸，避免局部失稳或整个构件失稳。

结构构件的连接，应符合下列要求：构件节点的破坏，不应先于其连接的构件；预埋件的锚固破坏，不应先于连接件；装配式结构构件的连接，应能保证结构的整体性；预应力混凝土构件的预应力钢筋，宜在节点核心区以外锚固。

5. 建筑抗震结构体系设计需要注意的问题

5.1 建筑平面布置设计问题

建筑物的平面布置在建筑设计中是十分重要的部分，它直接反映建筑的使用功能和要求。柱子的距离、内墙的布置、空间活动面积的大小、通道和楼梯的位置、电梯井的布置、房间的数量和布置等，都要在建筑的平面布置图上明确下来。有的建筑平面布置上，经常出现内隔墙不对齐或中断，使刚度发生突变和地震力传递受阻，对抗震也带来不利，客易引起结构的局部破坏。建筑平面布置设计对建筑抗震关系很大，从概念上要解决的一个核心问题是：建筑平面布置设计上要尽可能做到使结构的质量和刚度分布均匀，对称协调，避免突变，防止产生扭转效应。在建筑平面布置的总体设计上要尽可能为结构抗侧力构件的合理布置创造条件，使建筑使用功能要求与建筑结构抗震要求融合成一体，充分发挥建筑设计在建筑抗震中的作用。

5.2 建筑竖向布置设计问题

建筑的竖向布置设计问题在建筑设计中主要反映在建筑沿高度（楼层）结构的质量和刚度分布设计上。无论是单层或多层，还是高层建筑或超高建筑，这个问题是比较突出的。存在的这个主要问题是，由于建筑使用功能的不同要求，如底层或下面几层是商场、购物中心，建筑上要求是大柱距、大空间；而上面的楼层则是开间较大的写字楼或布置多样化的公寓楼，低层设柱、墙很少，而上面则是以墙为主，柱很少。有的建筑在布置上还设有面积很大的公用天井大厅，在不同楼层上设有大会议厅、展厅、报告厅等，建筑使用功能的不同，形成了建筑物沿高度分布的质量和刚度的严重不均匀、不协调。

6. 结束语

根据当前的震害经验和理论认识，良好的抗震设计能够帮助国家和人民减少许多不必要的灾难。我国依据自己的国情，坚持建筑结构抗震设防的原则是：“小震不坏，中震可修，大震不倒”，即在多发的小震作用下，建筑结构应基本处于弹性阶段，不发生破坏；在罕遇的大震作用下，允许结构产生一定程度、乃至严重破坏，但应确保建筑结构物的整体安全，防止倒塌。建筑抗震结构设计对建筑抗震起着重要的基础作用。一个优良的建筑抗震设计，必须是在建筑设计与结构设计相互配合协作共同考虑抗震的设计基础上完成。为此，要充分重视结构设计在建筑抗震设计中的重要性，在建筑抗震设计中更好地发挥建筑设计应有的作用。

建筑工程抗震设计思考:浅议超限高层建筑工程抗震设计中的常见问题

【摘要】随着城市化进程的不断推进，国内正在大规模的兴建各项高层建筑，由于该建筑对抗震要求比一般的建筑要求高，因此，在我们平时的抗震设计过程中经常遇到各种问题。本文笔者系统的对超限高层建筑工程抗震中存在的常见问题进行分析，并就这些问题提出了一些合理的建议。望能给予各位同行参考借鉴。

【关键词】超限高层建筑;抗震设计;建议;问题

引 言

当今世界人口密集，资源压力大。人们的生存空间逐渐从简单的低层地面发展到了超限的高层建筑。在大城市中，高楼林立。而由于大城市具有比较多的工作机会，越来越多的人涌入进来，也更加促使超限高层建筑工程的发展，未来将会成为“天空的世界”。超限高层建筑工程与地面工程相比，施工难度和强度都比较大，要考虑地质条件，方案标准和成本等诸多因素的影响。超限高层建筑工程的抗震能力是最需要考虑的，它关系着整个超限高层建筑工程的安全性。因此，对超限高层建筑工程抗震设计是一个复杂而且严格的过程。

一、抗震设计的基本思路和原则

从世界范围来看，各国的抗震的主要原则是“小震不坏，中震可修，大震不倒”，这也是处理地震作用高度不确定的最优途径。在实践过程中，此原则得到了广泛的认可和一定程度上的效益。参照此原则严格执行的西方发达国家和地区，大部分建筑物符合了抗震规范设计，重大地震过程中所造成的人员伤亡已呈下降趋势。但是在中小地震过程中，依旧可能造成建筑物的某些结构正常使用功能的丧失，从而影响了人们对人居环境的更高追求和实现。

超限结构抗震的设计环节主要分为两个阶段。第一是弹性反应谱的采用，主要是针对多遇地震地区。用这两种方法主要是能够根据详细的结果和数据粗略估算出结构层的薄弱位置。第二阶段是Pu shove弹塑性时程分析方法的采用，此方法主要是分析判定结构构件塑性铰出现的分布和顺序。

二、超限高层建筑工程抗震设计的要求

1设置建筑物的抗震防线

建筑物的抗震防线体系都是由许多延伸性比较好的分体系构成的。这些延伸性比较好的分体系，能够互相联系，共同工作。虽然每一个建筑物都有自身的抗震防线，但是不能只设置一道，因为一旦地震发生，强震之后必将伴随着余震。只有一道抗震防线，就会被接二连三的余震所影响，导致建筑物的坍塌。超限高层建筑工程抗震设计要建立一系列的屈服度，并在内外部具有丰富的余度。组成抗震的分体部件，要有一定的延伸性和适当的刚柔性，这样的结构能够减缓比较多的地震能量，提高超限高层建筑工程的抗震能力。另外。要对楼层内的结构构件进行处理，主要的耗能结构屈服以后，就检测一下弹性阶段的构件，保证结构的延伸性和抵抗坍塌的能力。

2保证建筑物的稳定承载能力

工程设计中，首先要保证的就是建筑物的延伸性、稳定性和承载度。工程设计构建结构要加固底层的墙柱、节点，弱化横梁和构建。对建筑物中可能出现薄弱的地方或者是已经出现了薄弱的地方，要采取相应的科学合理的办法，提高总体的抗震能力。超限高层建筑承担的竖向荷载的构件不应该是主要耗能的构件。

3 采取多项措施提高抗震能力

在大地震中，真正起抗震作用的是建筑物本身的主要构件。构件能在大地震中承受地震所带来的危害，就要仔细的检查高层建筑物中的薄弱部位。对高层建筑物的弹性受力和承载能力的均衡位置点要合理的处置，在楼层的比值发生变化时，要及时发现和处理，并采取加号的办法进行解决。

三、超限高层建筑工程抗震设计出现的一些问题

1缺乏评测周边环境和地质条件的资料

虽然我国早已步入了市场经济体制，但是在建筑建设中依然存在着计划经济体制急功近利的思想。许多的工程建设因为追求眼前的经济效益以及工程的进度，就直接按照规划好的图纸进行施工建设，而没有仔细的对地域的周边环境和地质条件进行勘探和评测。没有地质资料，就失去了施工的准备和依据，容易出现许多的事故，造成不利的影响。

2解决结构上的平面布置

超限高层建筑结构有的为了追求美观，也有的是因为地质构成和周边环境的影响，导致外形不是很规则、均匀，凹凸的变化大。这就使得一个结构内的单元内，受结构平面上的形状的影响，刚度发生了不均匀的现象，导致平面的长度变长。

3结构单元内存在不同的受力结构体系

超限高层建筑施工方案中常会出现这样的现象。一个单元内用砌体来承受重量，而另一个单元内，用排架或者全框式的承受重量。这就使得原本的建筑物出现受力不均匀的现象，容易造成房屋倒塌。

四、对加强超限高层建筑工程抗震设计的建议

1加强构造构件抗震性能的措施

对超限高层建筑的底部，要加强部位的剪力墙厚度。用型钢混凝土柱来加大底部加强的部位，并加大其配箍的特征值。交叉暗撑式来组成连梁配筋形式。严格控制框支柱的轴压比，并运用相关的构造措施来加强节点和锚固。

2 梁式转换层结构设计

首先要增大落地剪力墙的厚度，对型钢结构模型混凝土转换粱的主要节点和配筋进行强化，调整结构的布置，使上下部机构的转换层的侧向刚度符合标准的规范 对转换层临近的上下层楼板的配筋，用双层双向配筋处理，严格控制框支柱的轴压比，运用型钢混凝土柱，并控制好柱的配箍特征值。适当的将剪力墙的配筋提高，柱由转换层延伸2层左右。

3 结构的平面布置

降低扭转的直接影响，侧向刚度逐渐均匀的发生变化。对结构构件布置要反复的考虑，并充分的调整和计算。在考虑好偶然的偏心影响地震作用之下，楼层竖向构件的水平位移和最大层间位移和楼层平均值相比，要小于该楼层平均值的1.4倍，转换层侧向刚度与相邻上部楼层刚度相比，要大于70%左右，受剪承载力与上层受剪承载力相比，要大于上层的80%左右。

4 制定一项严格程序

超限高层建筑工程制定旋工方案和实施是一个长期且比较复杂的过程，要考虑好经济投入的成本和施工风险，注意施工以及工期的条件。根据不同的地质环境和周边环境的影响，制定一个满足地震设计、周边环境的要求以及具有经济效益的工程制定施工方案。而制定程序是保证施工方案质量的最佳制定的办法。制定的程序主要有这两个阶段：① 对周边环境和地质条件进行勘探和评测，将施工对象的地质条件摸清楚，测量好固岩的稳定，预测好各项风险的因素，并设计出最好最佳的方案，评估工程对周边环境的总体社会影响。②对各个因素进行取舍，在无法兼顾工程的成本和进程，以及方案的选择问题时，要明确整个工程的目标价值，考虑工程中每个因素的作用，做出正确的判断。

五、结束语

总体而言，对于超限高层建筑工程的抗震设计，是当今社会建筑工程中一个比较重要的研究话题。如何让更好的对超限高层建筑工程的抗震设计进行加强管理，需要从周边环境和地质条件的评测、结构的平面布置以及单元内的受力体系等方面综合考虑，设置全面的抗震防线，加强建筑物的稳定承载和抗震能力。保证超限高层建筑工程抗震设计的最终质量，就要组织全体的知识和力量，学习国际上的先进技术和理论，总结我国的基本国情，因地制宜的研究出适合我国大城市超限高层建筑的抗震体系，拿出经济实际的最佳方案。最终为居民的生命财产安全提供保障，促使我国的社会经济安全可持续的发展。

建筑工程抗震设计思考:探究建筑工程设计中的抗震设计要点

【摘 要】经济的发展以及城市化建设的快速推进，人类对资源的过度利用，自然灾害变得越来越多，在面对地震这样的自然灾害时，人类无法控制只能够进行力所能及的防护，因此必须加强建筑工程设计的抗震设计。本文简述了建筑工程的抗震设计理念及其作用，对建筑工程设计中的抗震设计要点进行了研究分析。

【关键词】建筑工程；抗震设计；设计理念；作用；设计要点

一、建筑工程的抗震设计理念

我国《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）对建筑的抗震设防提出“三水准、两阶段”的要求，“三水准”即“小震不坏，中震可修，大震不倒”。当遭遇第一设防烈度地震即低于本地区抗震设防烈度的多遇地震时，结构处于弹性变形阶段，建筑物处于正常使用状态。建筑物一般不受损坏或不需修理仍可继续使用。因此，要求建筑结构满足多遇地震作用下的承载力极限状态验算，要求建筑的弹性变形不超过规定的弹性变形限值。当遭遇第二设防烈度地震即相当于本地区抗震设防烈度的基本烈度地震时，结构屈服进入非弹性变形阶段，建筑物可能出现一定程度的破坏。但经一般修理或不需修理仍可继续使用。

二、建筑工程中抗震设计的作用

1、保证建筑的刚度。合理地设计和确定建筑物的刚度非常重要。因此首先要考虑到的是采用大量的钢筋混凝土。主要是在已有的钢筋混凝土之上使用“钢结构”对其进行进一步加层加固。加固分为两种情况：a.如果所需要进行加层的建筑工程的体系是钢结构，而国家规定：上部是钢结构、下部是钢筋混凝土两种不同的体系结构是不符合抗震规范的。b.假设屋盖的部分是采用钢结构，而钢筋混凝土仍然是作为整个建筑工程的抗侧力的主要体系，则必须根据相关的规定进行抗震设计。

2、降低地震对建筑的影响。被工程界认可的一个办法是在建筑基础与建筑的主体部分之间加设一个隔震层，有的设计师在建筑物的顶端部分加设一个“反摆”。此反摆的作用是能够在地震时使建筑物的位移方向相反，降低了加速度，降低地震的作用。根据相关研究分析，如果对“反摆”设置合理，那么对降低地震作用的概率可达65%，也能最大限度地减少建筑物内的物品受损程度。

3、提高建筑工程的抗震力。出于对建筑工程抗震功能的保证，在建筑工程中要特别注意做到以下几点：a.在建筑工程中要考虑地基的稳定性因素，挑选对抗震有益的地基，防止地基变形影响抗震功能；b.同一建筑工程单元要设计在性质一样的地基上，要把地基最大潜力融入建筑的结构设计，有利于发挥地基的抗震功能；c.建筑工程尽量做到规则、对称，以降低地震作用导致的建筑变形度以及避免地震作用力集中导致建筑扭曲的状况发生；d.建筑的整体结构设计中要多加几道抵抗防线，以提高建筑工程的抗震力，同时建筑工程受力设计要明确，防止存在建筑工程局部薄弱；e.最大程度的减少建筑工程自身重量，从而减小建筑对地基的压力，达到缓解地震冲击作用对建筑体的影响力。

三、建筑工程抗震设计的要点

1、选择合适的建筑工程体系。要确保建筑物各部分能维持整体性协调，最为重要的就是要选择适合的建筑工程体系，因此在进行建筑工程抗震概念设计过程中，一定要让所设计的建筑物的结构体系同时满足这两大条件：第一稳定；第二合适。对于一个科学合理的建筑工程体系而言启不仅可以有效满足变形的要求，同时还可以有效抵抗冲击力的要求。建筑物要具备一定的刚度这样才能对自身的荷载起到一定的承受作用从而有效避免变形的出现此外在发生地震时才有可能对巨大的地震力起到有效缓冲作用而达到有效避免局部受损的良好效果。因此在选择建筑物结构体系时，既要注意建筑物传力途径的明确性，同时又要注意受力计算的明确性尽可能在建筑工程体系中不使用转换层这样在发生地震时可以有效避免建筑物倾斜或局部受损等现象的出现。

2、提高抗震设计等级。研究表明，以地震灾害分析50年为一个分析周期，而小震的重现世间为50年，小震灾害已经超过抗震设计安全烈度的概率为62%；中型地震的重现世间为475年，中震灾害已经超过抗震设计安全烈度的概率为10%；大型地震的重现世间为2000年，大震灾害已经超过抗震设计安全烈度的概率为2%。因此，一些建筑工程设计专家指出，我国地震多发地带应该及时提高建筑工程的抗震等级，严格控制建筑工程的抗震设计，确保建筑工程的抗震稳定性。

3、建筑形体及构件布置的规则性。平而不规则的主要类型有：扭转不规则、凹凸不规则、楼板局部不连续，具体可以体现到对结构分析软件的计算结果的分析判断，如扭转不规则，体现在：位移比不宜大于1.2且不应大于1.5，周期比对于A级高度建筑不应大于0.90竖向刚度不规则的主要类型有：侧向刚度不规则、抗侧力构件不连续、楼层承载力突变等，如侧向刚度不规则就要求本层的侧向刚度不小于相邻上一层的70。及其上相邻三个楼层侧向刚度平均值的80。等。如设计结果不满足，设计人员应对模型重新进行分析，调整梁柱布置及截而，尽量做到使结构规则。如确实满足不了，则应对薄弱部位进行重点加强。如平而规则而竖向不规则的建筑，刚度小的楼层的地震剪力，规范要求乘以不小于1.15的增大系数。

4、控制建筑工程材料的质量。建筑工程抗震性能除了会受到建筑工程体系、抗震防线及建筑施工方案等因素的影响之外在多数情况下还对建筑的施工材料产生极大地影响。通常，建筑材料强度、建筑材料刚度对建筑工程的抗震性能会产生很大的影响，而且还会受到来自建筑材料连续性及建筑材料均衡性的影响。所以在选取建筑工程材料过程中，一定要对建筑施工材料的延伸性和刚度进行仔细、认真考查，并且同时最大限度与建筑工程体系相符合建筑施工材料能得到确保。

5、重点部位重点设防。对于建筑中容易出问题的环节，重要的环节可以人为的对其加强，如煤矿建筑井口房设计中，驱动设置在井口房楼板上的情况，该区域振动大、拉力大，并且与煤矿生产息息相关，设计中应重点加强。另外，破坏后容易引起大面积倒塌的构件，也应作加强处理。

6、轴压比和短柱设计。在建筑工程抗震设计中，为了提高结构的抗震性，需要减小柱的轴压比，增大柱的截面尺寸。减小柱轴压比的主要目的是为了使柱子处于大偏心受压状态，避免纵向受力钢筋未达到受拉屈服而混凝土却被压碎的情况发生。由于柱的刚性强度比较高，使得整体结构的延性就差，当发生地震灾害时，结构吸收地震能量和耗散能量就少，使得结构很容易发生破坏。所以在高层结构设计时，通常采用强柱弱梁设计方法，且梁具有很好的延性，可以发生适量的变形，就会减少柱子进入屈服强度的可能性，且在设计时可以适当增大轴压比。此外，许多高层建筑底层的柱子长细比小于4，但不能依据长细比小于4则判断是短柱。因为短柱的确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。

结束语

综上所述，在建筑工程抗震设计过程中，需要考虑建筑工程的使用功能、设防烈度、场地类别、地基基础类型、建筑高度、结构材料和施工工艺等，同时还要考虑结构的设计、技术以及经济保障等，选择最优化的结构体系，从而提高建筑工程的抗震能力。