超高层建筑抗震设计范文

导语：如何才能写好一篇超高层建筑抗震设计，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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关键词：超限高层；建筑抗震设计；专项审查；桩基

中图分类号：TU473文献标识码： A

1、超限高层建筑的概述

超限高层是指超过规范要求限制的高层建筑。 超限高层审查是在项目的初步设计阶段，按国家建设部要求，申请全国超限高层审查委员会组织专家从技术角度进行多方论证，力求在抗震、消防等方面保证建筑物的质量安全。“小高层”和“超高层建筑”都是“民间说法”，不规范。超限高层的高度和层数并没有统一的“定数”。对混凝土框架剪力墙结构的高层建筑，超过120米为超限高层；混合剪力墙结构为100米以上；有错层的为80米以上；网架结构的为55米以上；而网架无盖结构为28米以上。无论建筑物多高，超限高层都对工程技术质量提出了更高的挑战。

建设部早在2002年就了111号令《超限高层建筑工程抗震设防管理规定》，明确了在各省、自治区、直辖市对此类工程的管理应由相应省级建设行政主管部门负责。并规定若在抗震设防区内进行超限高层建筑工程建设，建设单位应在初步设计阶段向当地省级建设行政主管部门提出专项报告，可见政府对此工作的重视程度。

2、超限高层建筑工程抗震设计研究的作用和意义

在我国经济的发展和全球经济一体化的大趋势下，我国基础设施的建设发展也突飞猛进，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成分利用的前提下应运而生的，这反映了人们对充满时代感和现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理解和规定，抗震也成为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、玉树和雅安地震的发生造成建筑物的破坏更是让我们触目惊心。建筑物的抗震安全性是人民生命财产安全的重要保障。所以，我们要正确认识到在发展过程中存在的问题，提高超限高层建筑工程抗震设计的能力。完善超限高层建筑的抗震设计既与人民生命财产安全密不可分，又是社会发展的需要所在。

3、抗震设计的主要要点

针对建筑物悬挑过大的结构设计，应充分考虑其质量的大小，对质量较大的部位，应该避免由偏心所造成的扭转，同时还要考虑竖向的地震作用。对于立面开大洞的结构设计，应注意加强洞口四角以及边缘。而对于有转换层的建筑，利用厚板转换的不利的，一般采用的是梁式转换，并且避免多级复杂的转换。

超限高层建筑抗震设计的基本要求就是要对框架结构、普通剪力墙结构的高度进行超限的程度控制，应考虑现实的情况，遵守高规中结构的最大使用高度，并且控制好抗震措施，如材料强度等级、体型布置、抗震等级、配筋率、轴压比等方面应采取比规范更严格的要求，以满足提高结构延性的要求。对于筒体结构或者是框剪结构的建筑，要注意6度或者7度设防的时候，高度不得超过规范最大适用高度的30%，而8度则不能超过最大适用高度的20%。同时，在房屋高度，高宽比和体型规则方面，必须要有一点或者一点以上符合相关规范、规程的要求。

4、严格审查

首先，我们现在设计高层建筑的抗震分析方法与规范都是建立在目前的科学技术水平之上的。规范中所推荐的反应谱法与时程分析法等并不完善，它们都采用了一系列的假定，特别是反应谱法，它把整个高层建筑假定为一个质量串，认为它们的重心都在一条垂线上，而且分析时只考虑了峰值加速度，频谱组成仅近似地考虑了振型耦合，对持续时间根本就不考虑，而这些恰恰是对结构输入地震能大小影响十分关键的因素。由于以上原因，我们必须要求建筑非常规则，方能适用于我们现行规范的计算方法。如果规则性方面超出规范太多，则书本上的计算方法已不适用，电算输出的结果的可靠性也就成了问题。而一般设计人员常常认为我们计算结果满足规范就可以了，而忽略了计算方法本身的适用范围，当然对超限高层控制的目的，就是要保证在现有的设计水平下，使被审查的工程都能在现有计算方法适用范围之内，以保证其计算结果的可靠、安全。

其次，我们选用的结构类型都有一定的适用范围，超过了这个范围，我们采取的构造措施通常会缺乏实践的经验，而且会给可行性、技术合理性、经济性带来很大问题，因此对各种类型的结构，规范都限定了固有的适用高度。例如A级高层建筑超过了限值高度，那么就要按B级高度的高层建筑进行设计，其实质是要提高其结构的抗震等级。

最后，对高宽比的控制主要是为了保证结构的整体稳定性，并对总刚度、经济合理性、承载能力进行宏观控制，使主结构受力更加合理均衡、易满足变位条件，以保证正常的使用与造价的控制。

5、高层建筑桩基的施工工艺

高层建筑桩基施工技术首先是（1）在施工的时候对于方案的编制；（2）在施工之前要制定好工程的进度再根据总进度确定桩基的施工计划。（3）施工的时候要注意安全的保证、质量的保证以及文明的施工等。（4）为了保证施工工艺的合理性，在施工前应进行试桩，再在此基础上提取确定参数。由于城市化进程的加快，目前对高层建筑桩基施工工艺有了更高的要求。

5.1、预制的混凝土桩与钢制桩的沉桩

预制混凝土的形式包括管状型的桩和方形的桩两种，钢制的桩包括有钢管桩和H型的钢制桩两种。以上这些桩沉桩的方法最主要的是铁锤击打法、静力压桩法以及水流冲击沉桩法，但有的时候也会才用振动式沉桩的办法。这几种沉桩的方法中用铁锤击打深入法、静压力沉桩和振动沉桩的办法在所有沉桩过程中都会出现挤压土壤，即挤土的现象出现。而在这种现象出现的时候一定要注意采取措施以减少挤压土壤对周边环境的破坏。

5.2、灌注泥桩的成桩法

灌注泥桩成孔的方法主要包括干作业成孔、泥浆护壁成孔以及沉管成孔这几种成孔方法。而在成孔完成钢筋笼、混凝土安置浇筑上之后才会形成灌注沉桩。泥浆护壁成孔一般有正反循环泥浆护壁成孔与冲击成孔这两种方法。前者特别适用于淤泥以及淤泥质土，但是在应用的时候也要注意泥浆的护壁，特别是防止护壁的倒塌；后者适用于碎石和粘土，也可以在沙质土以及粉质土中使用。

6、结语

本文主要是通过超限高层建筑抗震设计的主要作用和意义进行的，同时对抗震设计的基本思路和原则，主要要点和高层建筑桩基的施工工艺作了探讨。这对提高我国超限高层建筑领域的水平和技能，都有着重要的作用和意义。

参考文献：

[1]姜文辉,李智.超限高层建筑工程抗震设计中的若干问题[J].广东土木与建筑,2008,01:14-16.

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关键词：超限；高层建筑；剪力墙结构；抗震设计；性能设计

中图分类号： TU97 文献标识码： A 文章编号：

1 工程概况

本工程位于昆明市，规划用地25万㎡，总建筑面积为127万㎡。该工程住宅部分为剪力墙结构，均为高层及超高层建筑，其中有18栋达到B级高度。设计使用年限50年，抗震设防类别丙类，设防烈度8度，基本地震加速度0.20g，设计地震分组第二组，抗震等级一级。结构的安全等级二级，地基基础设计等级甲级，建筑桩基设计等级甲级。场地类别Ⅲ类，基本风压为0.35KN/㎡（100年重现期）。本文以16#主楼（39层，建筑高度120m）为例进行分析，户型如下图所示：

2 基础设计及沉降控制

根据地质报告，基础为桩筏基础，筏板厚度2m，每边扩出主楼范围1.5~3m；采用边长450预应力混凝土空心方桩，桩受力为摩擦桩，桩长约35m，以粉土层为持力层，单桩承载力特征值为2600~3000KN。该楼地下三层，基础底板埋深均达17m以上，最大附加应力约为240Kpa，沉降可控制在100mm以内，沉降差满足要求。

3 嵌固位置

主楼嵌固位置为地下室顶板。地下一层以下设置施工后浇带及沉降后浇带。住宅楼地下室与地下车库及商业在地下室连为一体，地下一层顶板以上（包括商业部分）设置伸缩缝，形成单塔结构，避免了大底盘多塔结构。各楼嵌固层与上层剪切刚度比采用的是要求较高的剪切刚度算法，刚度比≈2。

4 超限情况

根据《超限高层建筑工程抗震设防管理规定》(建设部令第111号)，对高层住宅的各项指标进行检查，超限结果为：高度超过100m但不大于130m，为B类高层。平面规则性：不规则结构，位移比大于1.2但不大于1.4部分楼平面凹凸尺寸大于相应边长30%。竖向规则性：各楼平面上下无变化，仅楼底部层高有变化，通过改变墙厚及混凝土标号，刚度变化满足规范要求，无薄弱层。其他情况：无错层、无转换、无多塔、无连体，无扭转不规则。

5 计算及结果

本工程采用SATWE及PMSAP进行对比，两者计算的结果接近，结果如下：周期及阵型均是1、2周期平动，3周期扭转；扭转周期与平动周期的比值小于0.85，满足规范要求。位移满足1/1000的要求，位移比满足不大于1.4。阵型数不小于15，有效质量不小于90%。楼层最小剪重比大于 3.20%。刚度无突变，无薄弱层。整体稳定满足要求可以不考虑重力二阶效应。剪力墙的轴压比不超过限值0.5。

通过两个不同模型的计算软件比较，确定力学模型计算的可靠性；SATWE和PMSAP两个程序的计算结果基本一致，只是由于程序在某些方面处理方法在概念上不尽相同，计算结果在数值上存在一定差异，但均在工程上可接受的范围内。对比分析表如下：

6 时程分析

采用SATWE程序进行了弹性时程分析，时程分析采用三类场地天然波（简称TH3TG055，TH4TG055）及三类场地人工波（简称RH1TG055），峰值加速度取0.7m/s2，采用包络设计。

弹性时程分析表明：时程分析的最大楼层剪力曲线和CQC的最大楼层剪力曲线基本符合，说明CQC计算基本符合计算要求。时程的最大楼层剪力仅少数顶部楼层略大于反应谱结果，其余均小于反应谱结果，超出不多，拟在施工图时候考虑放大该部分楼层的地震剪力；3条时程曲线计算的结构响应位移与振型分解反应谱结果比较接近，位移响应曲线基本光滑无突变，说明竖向刚度变化平缓；3条时程曲线计算的结构响应层间位移与振型分解反应谱结果比较接近，均略小于CQC结果；时程计算楼层剪力分布曲线光滑无突变，底部剪力均大于振型分解反应谱法下的65%，3条时程曲线计算得到的底部剪力平均值大于振型分解反应谱法下的80%，满足规范相应要求。

通过对比时程分析的最大楼层剪力曲线和CQC最大楼层剪力曲线的计算结果，说明CQC计算基本符合计算要求。具体对比见下面的表格及图形。

7 性能设计

本结构为超限高层建筑，考虑采取性能设计。结合经济条件及抗震设防类别、设防烈度、场地条件、结构类型和不规则性，确定以下性能设计。

1）采用合理的结构形式，避免复杂高层结构，使结构尽可能合理。本结构选用剪力墙结构，有较好的抗震性能。避免采用复杂的高层结构体系，无错层、无加强层；底部与多层商业设缝，嵌固于地下室顶板，形成单塔结构，避免大底盘多塔结构。

2）选定地震动水准。本设计使用年限50年的结构，选用规范给定的的多遇地震、设防地震和罕遇地震的地震作用。

3）抗震性能目标设计：抗震性能设计执行规范的三水准设防目标，对结构进行多遇地震作用下的结构和构件承载力验算和结构弹性变形验算。选定性能设计指标。对关键部位底部加强区剪力墙的抗震承载力、变形能力进行适当提高。控制结构整体周期比及竖向刚度不出现薄弱层，使结构在设防地震和罕遇地震下的受力性能较为合理。做法如下：

ⅰ 控制底部加强区的剪力墙轴压比在0.3左右：在小震下结构为弹性受力，在中震作用下，底部加强区为结构塑性铰产生的部位，为使塑性铰有足够的转动能力，就要保证底部加强区剪力墙具有一定的延性，其有效的措施之一就是控制其轴压比。本工程底部加强区剪力墙的轴压比基本控制在0.30左右，因轴压比较小，中震下有较强的塑性变形能力，不易发生脆性破坏。

ⅱ 控制结构的周期比在0.7以内：规范要求B级高层周期比应控制在0.85以内，为了减少结构在罕遇大震下的扭转效应，本结构周期比控制在0.7以内。 结构不致于出现过大的扭转效应，结构受力也比较合理。

ⅲ 控制不出现薄弱层：薄弱层会引起结构受力突变，本结构上部为标准层，布置较为合理，底部商业层高通过调整墙厚避免了薄弱层。

ⅳ 提高底部加强区剪力墙的配筋率：底部加强区的剪力墙为主要的塑性铰发生区。经计算在多遇地震下底部加强区剪力墙配筋基本为构造配筋，满足规范要求的最小配筋率0.25%。考虑在施工图设计中适当提高底部加强区的剪力墙配筋，控制最小配筋率提高到0.3%，提高剪力墙的承载力及塑性变形能力。

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【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。

参考文献

[1].陈剑峰.高层建筑抗震设计存在的主要问题及设计对策叨.科技视界，2012，（19）.

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关键词：超限，结构抗震设计，优化措施

Abstract: combining with engineering examples, this paper expounds the engineering and the structure of the off-gauge corresponding design thinking, in the theoretical analysis and the concept design, under the premise of the performance-based design buildings aseismic method, in view of the problems found in the design process, and has made the corresponding improvement measures, optimize the structure, achieve finally overrun the design requirements.

Keywords: overrun, structure seismic design, optimization measures

中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：

1、高层建筑的概述

在古代人们就开始建造高层建筑，比如埃及的亚历山大港灯塔，高100 多米，为石结构。现代高层建筑发展迅速，在大中城市随处可见。高层建筑是指超过10 层的住宅建筑和超过24 米高的其他民用建筑。高层建筑可以带来明显的社会经济效益；首先，使人口集中，可利用建筑内部的竖向和横向交通缩短部门之间的联系距离，从而提高效率；其次能使大面积建筑的用地大幅度缩小，有可能在城市中心地段选址；第三，可以减少市政建设投资和缩短建筑工期。由于高层建筑的高度比较高，所以解决水平抗剪问题成为关键，而抗震是解决水平抗剪

问题的一个重要因素。然而对于不同的结构形式，同一设防烈度下，抵抗地震能力有很大区别，因此选择合适的结构形式对于高层建筑尤为重要。

2、超限高层建筑抗震设计思想

国内外对建筑抗震进行了大量的研究，抗震设计理念也有多种，但是现在比较常用的主要有：概念设计和基于位移的抗震设计。

2．1概念设计

概念设计是相对于数值设计而言着眼于结构的总体地震反应，可以理解为运用人的思维和判断能力，从宏观上决定结构设计中的基本问题。抗震概念设计是根据地震灾害和工程经验所获得的基本设计原则和设计思想，进行建筑结构总体布置并确定基本抗震措施的。高层建筑形状力求规则和简单、建筑结构尽量对称、

设置防震缝及尽可能满足建筑竖向均匀性。前三种易于理解，以下就着蘑介绍建筑竖向均匀性问题。均匀性问题存在于建筑的竖向布置中，无论是几何图形还是楼层刚度变化，其规则匀称应该是立面设计中优先考虑的。不均匀布置会产生了刚度、强度的突变，引起竖向的应力集中或变形集中，以致在中小型地震中损坏，在大震时倒塌。但是，要使结构做到完全均匀性，在实际设计中也有一定的困难。结合工程实际，其均匀性问题主要表现如下：

(1)填充墙设置的影响。框架内的填充墙若设置不当，地震时往往会改变结构的受力状态而产生不利影响。例如，由于填充墙设置不当，可使框架柱形成短柱而造成破坏。为此，应把墙同柱分开或采用轻质墙以使框架柱连续。

(2)抗震墙不连续。由于建筑上的需要，可能出现上下不连续的抗震墙，这就产生了不均匀性。为此，应考虑限制上下层的刚度以及连续抗震墙的间距。

3、工程概况

本项目建筑用地面积4930m2，总建筑面积为16687m2，地上11层，地下2层，建筑总高度为42.00米。本工程为框架-抗震墙结构，设计基准期50年，抗震设防类别为丙类，设防烈度7度，设计基本地震加速度0.10g，地震分组为第一组，Ⅱ类场地，特征周期0.35s。结构整体模型见图1

图1结构整体模型

3．2地震危险性分析与地震波的选定

根据地质资料进行地震危险性分析，其结果为场区基本烈度(50 a超越概率为10％)为7度，基岩加速度为118．9 cm／s2；在多遇地震(50 a超越概率为63％)作用下，其烈度为6度，相应基岩加速度为31．2 cm／s2；在罕遇地震时(50 a超越概率为3％)烈度为7．7度，相应基岩加速度220 cm／s2．与国家地震局、建设部《中国地震烈度区划图(1999)使用规定的通知》中，中山市区设防基本烈度为7度相一致。根据地震危险性分析场区属近场地震效应，但根据国内外大量震害资料表明，软弱场地长周期地震作用对超高层最不利．并考虑到地震发生有较大的随机性，因此选择远震一长周期多遇地震强震记录进行地震反应分析．场地地震波的选定，按地震危险性分析结果，近震所确定的“基岩”加速度峰为输入，以现行规范㈨“基岩”反应谱为目标谱，拟合人工波作为地震反应分析的输入地震波，在埋深16 m处，分别选择近震多遇地震人工波HJl、符合场地近震特征的近震多遇地震强震记录HJ2(w．NASHINGON地震OLYMAPIA台站)和远震多遇强震记录HJ3(天津宁河波天津医院台站)．在埋深9 m及地面处，同样选择上述3种地震波，但加速度、速度和位移峰值不同．表1-1列出了不同埋深处所选定的地震波的加速度、速度和位移峰值，表1-2列出了各地震波的归一化水平地震影响系数及特征周期。

表1-1不同埋深处所选定的地震波加速度和位移峰值

表1-2地震波的归一化水平地震影响系数及特征周期

3.3抗震设防要求

《抗规》的三个水准的设防要求，即“小震可修，中震不坏，大震不倒”。它是通过二阶段设计来实现的，（如表2抗震设防目标要求）。

1 按小震作用效应和其它荷载效应的基本组合演算结构构件的承载能力，以及在小震作用下演算结构的弹性变性。

2在大震作用下验算结构的弹塑性变形，以满足第三水准抗震设防目标的要求。第二水准抗震设防目标的要求，是以抗震构造措施来保证的。

3.4、超限设计分析

本工程采用两个不同力学模型的空间分析程序进行计算对比分析，选用SATWE软件（简化墙元模型，2010版）和GSSAP软件（细分墙元模型，15.0版）。

3.1针对结构存在局部跨度16.8m转换梁柱情况，采用振型分解反应谱方法计算竖向地震作用效应。结果表明在竖向地震作用下，转换柱轴压比及梁柱配筋均满足要求。

3.2为了提高框架作为第二道防线的抗震承载力及性能，框架抗震等级提高一级，轴压比限值也相应提高。

4、超限高层建筑设计应重视抗震概念设计

对于超限高层建筑结构设计，计算分析很重要，但计算不是结构设计的全部内容。现有的各种计算模型都是基于各种假定下作必要的简化处理才得以实现的，其计算结果有的不一定是结构真实受力状态的反映；对于实际工程中出现的各种各样的复杂结构形式，现有的计算模型也不是都能适用的。因此在设计高层结构时，一方面应重视结构的计算，但也不应过于依赖计算和盲目应用计算结果，应从工程结构的基本力学和抗震概念出发，对计算结果认真加以分析；应重视结构的概念设计，重视工程实践经验的应用。对钢筋混凝土结构来说，最大的矛盾是结构的内力按不变刚度的弹性理论进行计算，而构件截面承载力按允许进入

裂缝状态下的弹塑性理论进行计算，两者的计算结果是互不协调的。如对于框架一核心筒高层结构，由于竖向荷载作用下墙、柱之间轴向变形的差异较大，临近核心筒的框架柱计算轴力往往偏小，而连接墙与柱之间的框架梁配筋往往很大，甚至超筋。若在计算梁截面配筋时，对梁端弯矩进行调幅，将使梁与核心筒的连接节点刚度退化，与计算模型不相一致，造成柱的实际内力超出按弹性分析的计算轴力，如不加分析地采用计算结果，会导致柱及柱下基础的设计偏于不

安全。

5、超限优化措施

5.1通过提高关键部位及底部剪力墙墙肢的延性，使抗侧刚度和结构延性更好地匹配，达到有效地协同抗震。首先，通过提高约束边缘构件的配箍率、竖向分布筋配筋率等措施提高第一道防线的承载能力，其次，框架部分的抗震等级和轴压比限值按框架结构的规定取用，以提高第二道防线的承载能力[5~7]。

5.2根据计算结果对楼板边缘、转角等应力集中的地方进行加强，特别是平面细腰部位楼板加厚为150mm，配置45度斜向钢筋，并适当加强边梁配筋。

5.3针对本工程尺寸突变等竖向不规则的情况，适当增加结构的振型数，以考虑高阶振型的影响，并适当加大收进处上下层的竖向构件和水平构件的最小配筋率，相关竖向构件箍筋全长加密。

5.4扭转不规则使主体结构薄弱部位通常出现在整体结构边缘区域，设计时采取减小边缘结构竖向构件轴压比、剪压比及提高配箍率、配筋率等措施，提高结构延性，避免脆性破坏[8]。特殊情况下，还可以增设芯柱，以提高柱子的延性。

5.5转换构件范围内楼板厚度取180mm，通过考虑竖向地震和全楼弹性的模型对转换柱与转换梁进行分析，同时确保中震下其满足抗弯不屈服，抗剪弹性，大震下处于不屈服状态。

5.6跨层柱考虑二阶效应的影响，确保中震下抗弯不屈服，抗剪弹性。

5.7采用中震和小震作用下弹性楼板应力分析，以考虑跨层及错层墙柱的实际受力情况。

结束语

由此可见，超限高层建筑结构设计是一项非常长期、复杂的工作，它对结构工程师既要有扎实的理论功底,又要有丰富的工程设计经验，并且结合概念设计，这样设计出来的建筑物才能达到既安全、可靠、又经济、合理。所以，任何在这过程中的遗漏或错误都有可能使整个设计过程变得更加复杂或使设计结果存在不安全因素。

参 考 文 献

[1] 高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ 3-2010）[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2010

[2] 甘丹, 张敬书等. 细腰复杂截面高层建筑抗震性能分析[J]. 西北地震学报, 2008（4）

[3] 建筑抗震设计规范（GB 50011-2010）[S]. 北京：中国建筑工业出版社，2010

[4] 吕西林. 超限高层建筑工程抗震设计指南[M]. 上海：同济大学出版社, 2009

[5] 赵耀普, 卫文. 招商酒店抗震设计[J]. 建筑科学, 2011

[6]吕西林．超限高层建筑工程抗震设计指南[M]．上海：同济大学出版社，2005．88―89．

篇5

关键词：抗震概念设计;建筑结构;工程设计;抗震性

对于高层建筑结构设计，要遵守抗震设计规范，从抗震概念设计应用入手，结合工程实际情况，提出定量控制要求。值得注意的是，开展高层建筑结构抗震设计，要在概念清晰且技术可靠的基础上，合理的设计建筑结构，以确保建筑的抗震性能。通常情况下，高层建筑结构抗震设计，需要从概念设计、抗震计算、抗震措施等方面加以把控，以确保设计的合理性。

1高层建筑结构抗震性设计的意义

贵州省位于我国南北地震带南段的东侧，省内西部部分区域位于地震带上。贵州地震的频度与强度为中等水平，地震平面分布不均。若发生地震，会造成极大的损失，以尼泊尔大地震为例，涉及到多个多家，地震造成近4000人死亡，约7000人受伤，对尼泊尔国造成超过50亿美元的经济损失，由此可见地震的损失性。在地震中，建筑既是人们的保护工具，也是威胁人们安全的物体，若能够提升建筑的抗震性，对保护人们的财产与安全，有着积极的作用，因此加强高层建筑结构抗震性设计研究，有着必要性。

2抗震概念设计应用的基本要点

2.1合理选择建筑结构

高层建筑结构抗震性设计，最为重要的是建筑体形和结构设计，占据着重要地位，多数倒塌建筑主要是因为规划不合理造成的，所以要科学的选择水平面与垂直面，提升建筑的抗震性能。一般来说，建筑平面形状规则，直接影响着建筑的抗震性，平面形状平整度越高，则建筑的抗震性能就越强，图1为水平地震作用。规则平面能够承担荷载作用，建筑结构的整体性较为突出。在高层建筑结构设计中，于高度方向，需要保证结构布置的连续性，实现侧向刚度保持连续，以免出现薄弱层。

2.2合理选择传力路线

高层建筑结构抗震设计多利用计算机程序，来确保计算的准确性，建筑结构设计人员只需要掌握简单的计算方法即可。利用计算机，在获取受力状态下，形成建筑结构件计算简图。接着利用力学模型和数学模型，从地震反应入手，做好详细的分析，明确计算结果，合理选择建筑结构路径，提高传力路线选择的效率。

2.3合理选择建筑位置

通过相关研究发现，建筑物损毁与建筑所处的地形，有着直接的关系。除此之外，建筑损坏和地基、断层等，也有着紧密关系。以覆盖土因素为例，建筑破坏率和此因素呈现的是正相关，覆盖土层厚度小，证明土质偏硬，具有较强的稳定性，当遇到地震时，不易发生倒塌情况，因此在设计高层建筑时，要选择硬质地基，降低地震效应，确保建筑结构的稳定性[1]。

2.4设置多条抗震防线

高层建筑结构抗震设计时，需要设置多条抗震防线。考虑到地震时间存在差异，伴随多次余震，受到地震反复冲击，会给建筑结构的稳定性造成损坏，若高层建筑物设置一道防线，当建筑受到一次破坏后，难以抗衡后续破坏，因此需要设置多道保护，确保高层建筑结构的稳定性。

3抗震概念设计在高层建筑抗震设计中的具体应用

3.1提升结构延性

高层建筑抗震设计水平低于地震等级，极易因为脆性破坏，造成建筑倒塌，所以在建筑结构抗震设计中，要提高结构延性，增强建筑结构抵抗能力。可以从以下方面入手：①材料。选择延性材料，此类材料的应用，当发生非弹性变形，或者发生反复弹性变形时，其延性不会明显下降。②杆件。通过控制杆件的延性，包括塑性变形与能量收纳与耗散等，提高结构延性，通常从墙肢与框架的柱等方面捂手。③构件。构件的延性指的是某个构件的塑性变形与能量消耗的能力，通过控制墙体或者框架延性，来提高建筑结构整体延性。总得来说，建筑结构延性指的是抗倒塌能力与塑性变形能力。在设计时，可以采取以下措施：①在平面上，增强突变处与转角处等构件的延性；②对于竖向，则可以加强薄弱楼层的延性，比如体型突变处、主楼与裙房相接的楼层等；③增强首道抗震防线部分的构件延性[2]。

3.2提升结构的整体性

高层建筑结构的整体性较强，能够确保建筑结构在地震力的作用下，处于协调运行的状态，可避免建筑倒塌。采取以下措施：①选用钢结构支撑结构。钢结构作为建筑行业的新技术，其市场份额不断扩大，贵州地区已经逐步引入钢结构，比如贵州钢结构发展中心楼，楼层高24层，建筑面积为26000m2，建筑承板使用的是钢筋线桁架工艺，建筑整体性较好，抗震性能较好。高层建筑结构设计中，采取钢结构支撑体系，对提升高层建筑框架结构中的侧向刚度，有着积极的影响，可以抵抗水平荷载，提升高层建筑整体强度。与纯框架架构相比，支撑结构稳定性较好，将窗台下方-下层窗户顶部区域位置，作为支撑位置，合理设置支撑，能够达到结构支撑要求。采取环向封闭同一平面，能够提高建筑钢结构侧向刚度，在强震区应用，其效果更为凸显。②抗侧力结构。若高层建筑结构为多种框架结构形式，应用钢结构，可以承载建筑物竖向负载与部分横向负载。采用抗侧力结构，可以按照建筑的各类要求，来选用抗侧力结构。若高层建筑中桁架高度和单楼层相同，可以利用交错桁结构，来设置上下楼层，确保各单元设置的灵活性。应用此结构，在钢结构平面内，梁柱弯矩较小，侧向位移也较小。

3.3准确计算结构抗震

开展高层建筑结构抗震设计前，需要准确的计算建筑结构的地震作用，接着计算结构与构件的地震作用效应，并且和其它载荷效应，做好相互结合，检验建筑结构抗震承载力与变形，确保能够达到新《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）规范相关要求。需要做好以下计算：①地震作用计算。建筑结构抗震承载力主要考虑水平地震作用，高层建筑结构设计，还需要注意竖向地震作用。②抗震验算。主要包括截面抗震验算、弹性变形验算、薄弱层弹塑性变形验算等[3]。

3.4做好非结构部件设计

非结构部件指的是建筑结构分析中，不考虑侧向荷载与重力荷载的建筑部件，包括内隔墙与墙等。虽然建筑结构设计时，此类部件不参与荷载分析，但若发生地震，此类部件会起到作用，极有可能会改便建筑结构承载力，或是提升建筑抗震性，或是增加破坏性，因此需要做好非结构部件的处理。可以采取以下措施：①加强建筑框架和填充墙之间的联系，使得填充墙可以成为建筑主体抗震结构的组成部分。对于墙体连接，可以采取柔性连接方式，削弱墙柱的联系，避免发生嵌固作用。②对于附着在建筑楼与屋面结构的，需要做好此类非结构构件和主体结构的连接处理，以免发生地震时，造成人员伤亡。③加强幕墙和装饰贴面等和建筑主体结构的有效连接，避免贴面损坏。

3.5做好倒塌分析

开展高层建筑结构设计时，采取倒塌分析法，做好建筑倒塌分析，以优化建筑结构抗争性设计，达到抗震标准。可以借鉴超高层建筑经验，譬如：某超高层建筑为Ⅷ度抗震设防烈度建筑，在建筑结构设计时，利用倒塌分析法，进行结构设计方案分析，发现采取内嵌钢支撑剪力墙方案，能够有效的增强建筑结构强度。基于倒塌分析，明确此工程采取全支撑方案建设总材料用量可节约11.2%，建筑结构抗倒塌储备能力可以增加14.8%，建筑的抗震性能较好。采取对比各种最小地震剪力系数调整方案，能够明确采取调整地震剪力，开展刚度验算，设计建筑构件承载力，能够获得较好的效果，此方案和提高刚度缩短建筑结构自振周期的方案相比，具有较强的经济性。对于建筑结构倒塌关键位置，能够提高建筑结构整体的抗倒塌能力，此方案的实施，增加钢用量约0.1%。总而言之，在建筑结构设计时，做好倒塌分析，能够准确衡量各类结构设计方案的效果，明确各类抗震措施对建筑结构抗震性能的影响，发挥着积极的作用[4]。

4结束语

应用概念设计，开展高层建筑结构抗震设计，需要充分的借鉴工程经验，严格按照建筑抗震设计相关规范，采取相应的措施，提升建筑结构的整体性能，提高结构的抗震性能。

参考文献

[1]陆新征，杨蔚彪，卢啸，齐五辉，刘斌，张万开，叶列平.倒塌分析在某500m级超高层建筑抗震设计中的应用[J].建筑结构，2015（23）：91~97.

[2]刘均伟.高层建筑结构设计中抗震概念设计的运用研究[J].山西建筑，2016（20）：43~44.

[3]雷雨润.高层建筑结构中抗震概念设计的应用[J].建设科技，2017（08）：80.

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【关键词】建筑；地震；设计；抗震优化；

随着我国经济的飞速发展和城市化进程的逐步加快，越来越多的高楼大厦拔地而起，改善了人们的居住环境，提高了人们的生活质量。但2008年的汶川大地震、2010年的舟曲大地震以及2011年日本爆发的9级大地震，其震级之高，造成的人员伤亡之严重，都使我们不得不对我们当前建筑物在方案设计时的抗震能力予以反思。据对这三次大地震以及历史上伤亡人数较多的130次地震所做的分类统计，结果显示，由于建筑物抗震设计不科学而造成的倒塌、断裂导致了95%以上的人员伤亡。因此，在目前科学界对地震尚难做到准确预报的前提下，重视对现有建筑方案设计中的抗震设计予以优化就显得十分重要。那么建筑物的抗震优化我们需要考虑哪些方面呢？笔者根据多年的工作经验和对历次地震灾害受损建筑的结构情况所作的统计资料进行分析以及借鉴国外抗震经验的基础上，认为我们在建筑物的抗震优化设计中应该特别注意下述几个方面：

1 建筑物的建筑体型和立面抗震优化

建筑体型和立面设计是整个建筑设计的重要组成部分，主要是指建筑物的平面形状和主体的空间形状。经过汶川地震后对多数破坏最严重的建筑物的统计表明，许多平面形状复杂，如外凸和凹进、侧翼伸悬过多，对称不规则的建筑物破坏程度都高于平面形状设计简单的建筑物。尤其是立面形状复杂，空间布局不规则、不均衡，建筑物结构刚度突变的部位更是在地震中受损最为严重。因此，为了提高建筑物的抗震能力，在抗震设防烈度高的地区，建筑方案设计的过程中，一定要高度重视建筑物的建筑体型和立面设计，应尽可能地保持平面形状和主体空间形状的简洁、规则，可选用矩形、扇形、圆形、方形等抗震能力较好的体型，避免采用L、π形不规则平面等而造成的纵向刚度不均；应减少外凸和内凹的形状，避免不必要的非对称侧翼和过长侧翼，在合理利用空间的同时，尽量避免方案设计开始就采用部分框架支抗震墙结构，对于框架间砌体填充墙，应保证其高度和长度在规范规定要求之内；体系布置上应注意建筑质量和结构刚度的均匀分布，避免由于二者不对称所导致的扭转反应。此外，在外墙转角和大厅四角应设计抗震构造柱，并保持彼此间的对称分布。

2 建筑物平面布置抗震优化

建筑物的平面布置涉及内墙布置、柱子间距、空间活动面积的大小、房间的数量和布置、电梯井的位置、通道和楼梯的位置选择等，在进行建筑方案设计的过程中都要充分对之予以抗震优化的设计考虑。柱子应做到与地基、墙体、屋顶联结一体，柱子之间的距离应该保持适中，彼此间空间不宜过大，以利于对屋顶的墙体形成有效的支撑。建筑平面的墙体，包括填充墙、内隔墙等，在设计时应做到强度和刚度均称，墙体与柱子分布均衡，否则地震时，建筑物将对地震产生扭转作用，不利于建筑物的防震。房间的数量和布置应做到整体协调一致，不应集中于一侧，这将造成平面上刚度分布的不均称，建筑物整体质量分布的偏心，导致结构受力和变形不协调。设计者出于建筑物实用和美观的考虑，往往将电梯井筒设计在平面的一角或一侧，但这样设计的结果很容易造成地震时电梯一侧的建筑物严重破坏，因为电梯井筒具有极大的抗侧力刚度，容易将地震产生的力量吸引到自身附近的建筑物上。所以，现代建筑，尤其是高层建筑，在设计电梯的时候一定要注意选择好电梯井筒的位置，使其尽可能地坐落于建筑物的中部，同时保持周围建筑与电梯井筒的刚度均匀、协调、相一致，以求最大限度地分散来自地震的作用力，保证建筑物主体结构的稳固。通道和楼梯是在地震发生时建筑物内人员迅速逃生的通道，因此，除了要保证整体空间布局的匀称外，还要对周围房屋的数量、人员流通情况予以充分的考虑，以避免出现有的通道周围房屋数量过多、人员过于拥挤；而有的通道远离房屋、人迹罕至，无法发挥其应有的疏通作用。总之，建筑平面的总体设计，应尽可能地将建筑物的实用功能要求和结构抗震要求融合为一，以便建筑物能够充分发挥结构抗震的作用。

3 “基础隔震”优化设计

当前，随着高层建筑和超高层建筑的不断出现，对于地震时建筑物的抗震性能也提出了更高的要求。对于这类高层或超高层建筑的抗震性能，我国2010年出台的《建筑抗震设计规范》要求这类建筑物抗震性能必须达到“小震不影响使用，中震不需要修理，大震没有人员死伤”的防震要求。美国和日本等国对建筑物的抗震设计规范也做有相似的规定。要使建筑物达到规范要求，做好“基础隔震”优化设计被认为是当前最为成熟的设计理论。

“基础隔震”指的是在建筑物底部与地基之间，通过增加适当“叠层橡胶支座；滚动、滑动支座，包括砂垫层、石墨垫层”等缓冲物，从而减弱地震时建筑物受到的地震波的冲击，同时由隔震系统提供建筑物的位移，使得“底层位移，上层不动”。因此，在地震过程中，采用”基础隔震“的建筑物整体变形非常小，可以起到有效地保护作用。目前，这一结构设计在我国、美国、日本的建筑物抗震设计中都得到有大量的应用。

4 其他抗震优化设计

4.1 屋顶建筑不宜过高过重，保证屋顶重心与下部建筑重心在一条直线上。顶层材料采用高强轻质、刚度分布均匀的建筑材料。

4.2 在建筑物结构受力关键节点上，加装阻尼器，以消耗地震能量，保护建筑物主体结构免遭损坏。如北京火车站、北京展览馆、北京饭店等标志性建筑，都曾采用粘滞阻尼器进行过加固。

总之，建筑抗震优化设计是建筑方案设计时必须要考虑的一个重要组成部分。相信随着建筑力学和材料科学的不断发展，将会有更多的新技术来优化我们当前的抗震设计思想，将会有更多的新材料被应用到建筑物的抗震设计中，以使我们未来的建筑物更加坚固，更加“优化”，从而保障所有的人民能够在地震灾害突然到来的时候生命安全不会受到威胁。

参考文献

[1]光明日报出版社，建筑抗震设计规范GB50011-2010[S]，2010.8

[2]郭继武，《建筑抗震设计》（第三版）[M],北京，中国建筑工业出版社，2011.2

篇7

关键词：设计问题 控制问题 抗震设计

1 建筑体型设计问题

建筑体型中包括建筑的平面形状和主体的空间形状的设计。震害表明，许多平面形状复杂，如平面上的外凸和凹进、侧翼的过多伸悬、不对称的侧翼布置等在地震中都遭遇到了不同程度的破坏。

唐山地震中就有不少这样的案例。我们可以看到建筑体型简单、规则的建筑物在地震中未出现较严重的破坏，有的甚至保持完好无损。沿高度立体空间形状复杂和不规则的建筑物在地震时都会造成不同程度的震害。特别是在建筑结构刚度容易发生突变的部位更易产生破坏。

因此在建筑设计时，首先应考虑建筑体型的选择，应尽可能地使平面和空间的形状简洁、规则；在平面形状上，矩形、圆形、扇形、方形等对抗震来说都是较好的体型。尽可能少做外凸和内凹的体型，尽可能少做不对称的侧翼和过长的伸翼。在体型布置上尽可能使建筑结构的质量和刚度比较均匀地分布，避免产生因体型不对称而导致质量与刚度不对称而发生的扭转反应。

2 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。柱网的布置、隔墙的设置、公共区域的划分、通道和楼梯的连接、电梯位置的选择、房间的设立的数量和摆布的具置等等，都要在建筑的平面图上反应出来从而经过讨论最终确定下来。

而且，由于建筑使用功能不同，每个楼层的布置有可能差异很大，建筑平面上的墙体，包括剪力墙的截面变化、内隔墙是否对齐、有相应强度和刚度的非承重内隔墙等等布置不对称，墙体与柱子分布的不对称、不协调，使建筑物在地震时产生扭转地震作用，对抗震都很不利。有的建筑物，如底层为商场的临街建筑，临街一侧往往不设墙体，而其另一侧则有刚度很大的墙体封闭，两侧在刚度上相差很多，也将在地震时引起扭转地震作用，对抗震不利。还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。这些破坏均不同程度的影响了建筑物整体的结构，也给周边环境带来了隐患。

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。

3 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。存在的这个问题主要是，由于建筑物使用功能的不同要求，如底层或下面几层是商场、购物中心，建筑上要求是大跨度、大空间：而上面的楼层则是写字楼或布置多样化的公寓楼，低层设柱、墙很少，而上面隔墙明显增加，柱截面往往也到了上面而变小。这些突变的因素就直接影响了在发生震害时结构产生的扭转效应。

有的建筑在布置上还设有面积很大的公共中庭，在不同楼层上设有大会议斤、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。在实际设计中，在建筑使用功能不同的情况下，很有可能出现上下相邻楼层的墙体不对齐，柱子的转换，墙体不连续，不到底；上层墙多，下层墙少：上层有柱，下层无柱等，使地震力的传递受阻或不通；抗震用的剪力墙设置不能直通到底层、剪力墙布置严重不对称或数量太少。所有这些布置都将给建筑物带来地震作用分布的不均匀、不对称和对建筑物很不利的扭转作用。多次大震害表明，建筑物竖向楼层刚度的过大变化，给建筑物造成很多破坏，甚至是导致整个楼的倒塌。

在1995年的日本阪神大地震中，有多栋钢筋混凝土高层建筑发生了中间楼层的整体坐落倒塌破坏。因此，尽可能使剪力墙布置比较均匀并使其能沿竖向贯通到建筑物底部，不宜中断或不到底。尽量避免其某楼层刚度过少，尽量避免产生地震时的钮转效应。

4 建筑上应满足的设计限值控制问题

根据大量震害的经验总结，现行《建筑抗震设计规范》（GBJll一89）对房屋建筑在建筑设计中应考虑的一些抗震要求的限值控制提出了规定。这些规定，建筑设计应予遵守：一是房屋的建筑总高度和层数；二是对房屋抗震横墙问题和局部墙体尺寸的限值控制。

5 屋顶建筑的抗震设计问题

在高层和超高层建筑设计中，屋顶建筑是一个重要的设计部分。从近几年对一些高层建筑抗震设计审查结果来看，或是由于天面水池的设置、中央空调设备的摆放、外观造型等因素，使屋顶建筑存在过高和过重的这两个主要问题。这样的屋顶建筑加大了变形，也加大了地震作用。为此，在屋顶建筑设计中，宜尽量降低其高度。采用高强轻质的建筑材料和刚度分布比较均匀、地震作用沿结构的传递比较通畅，使屋顶重心与其下部建筑物的重心尽可能一致当屋顶建筑较高时，要使其具有较好的抗震定性，使屋顶建筑的地震作用及其变形较小，而且不发生扭转地震作用。

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关键词:超高层建筑;钢结构;安装;施工

在我国高层钢结构建筑自改革开放以来已有20多年的历史并在设计和施工中积累了小少的经验,随着对高层及超高层建筑的结构体系的研究日趋完善、计算技术的发展和施工技术水平的不断提高,使高层和超高层建筑迅猛发展。钢筋混凝土结构在超高层建筑中山于自重大,柱子所占的建筑而积比率越来越大,在超高层建筑中采用钢筋混凝土结构受到质疑。

1. 高层及超高层结构体系

对于高层及超高层建筑的划分,建筑设计规范、建筑抗震设计规范、建筑防火设计规范没有个统一规定,一般认为建筑总高度超过24m为高层建筑,建筑总高度超过60m为超高层建筑。对于结构设计来讲,按照建筑使用功能的要求、建筑高度的不同以及拟建场地的抗震设防烈度以经济、合理、安全、可靠的设计原则,选择相应的结构体系,一般分为六大类:框架结构体系、剪力墙结构体系、框架―剪力墙结构体系、框―筒结构体系、筒中筒结构体系、束筒结构体系。

2. 材料的选用

目前宝钢投入生产的有B400RNQ和B490RNQ两种型号的耐火钢,其物理力学指标、化学性能及抗冲击韧性和可焊性,都能达到结构钢的要求。普通钢材当达到600℃的高温时已完全丧失承载能力,宝钢生产的这两个品种钢材当达到600℃时其屈服强度还有150―220Mpa。

3制作与安装

3.1统测量仪器和钢尺量具

建造一幢超高层大楼,涉及到土建、钢结构、玻璃幕墙和各类设备的安装,使用的测量仪器和使用的钢尺必须山国家法定的同一计量部门由同一标准鉴定。

高层、超高层建筑施工周期较长,尚需定期对测量仪器和钢尺量具进行定期校验以保证建筑物各项指标符合规定的指标。一般以土建部门的测量仪器和钢尺量具为准。

3.2定位轴线、标高和地脚螺栓

钢柱的定位轴线可根据场地的宽窄,在建筑物外部或内部设置控制轴线。本工程高度在100m,设置二个控制桩,以供架设经纬仪或激光仪控制桩的位置,要求以能满足通视、可视为原则。

3.3钢柱的制作与交装

钢柱是高层、超高层建筑决定层高和建筑总高度的主要竖向构件,在加工制造中必须满足现行规范的验收标准。

而且上下两节钢柱截面完全相等时也不允许互换,要求对每节钢柱应编号子以区别,正确安装就位。

矩形或方形钢柱内的加劲板的焊接应按现行规范要求采用熔嘴电渣焊,不允许采用其他如在箱板上开孔、槽塞焊等形式。

高层、超高层框架梁一般采用H型钢,框架梁与钢柱宜采用刚性连接,钢柱为贯通型在框架梁的上下翼缘处在钢柱内设置横向加劲肋。

框架梁应按设计编号正确就位。为保证框架梁与钢柱连接处的节点域有较好的延性以及连接可靠性和楼层层高的精确性,在工厂制造时,在框架梁所在位置设置悬臂梁,悬臂梁上下翼缘与钢柱的连接采用剖口熔透焊缝,腹板采用贴角焊缝。框架梁与钢柱的悬臂梁连接,上下翼缘的连接采用衬板全熔透焊缝,腹板采用高强螺栓连接。

由于钢筋混凝土施工允许偏差远远大于钢结构的精度要求,当框架梁与钢筋混凝土剪力墙或钢筋混凝土筒壁连接时,腹板的连接板可开椭圆孔,椭圆孔的长向尺寸小得大于2d0(d0为螺栓孔径),并应保证孔边距的要求。

框架梁的翻样下料长度同样不等于设计长度,需考虑焊接收缩变形。焊接收缩变形可用经验公式计算再按实际加工之后校核,确定其翻样下料的精确长度。

框架梁上下翼缘的连接可采用高强螺栓连接或焊接连接,口前大部分采用带衬板的全熔透焊接连接。施工时先焊下翼缘再焊上翼缘,先一端点焊定位,再焊另一端。

腹板则采用高强度螺栓连接,要充分理解设计时采用摩擦型还是承压型高强螺栓。采用摩擦型高强螺栓的摩擦系数应选用合理。

4. 楼盖的设计

高层、超高层建筑的楼板和屋盖具有很大的平面刚度,是竖向钢柱与剪力墙或筒体的平面抗侧力构件,同时使钢柱与各竖向构件起到变形协调作用。

一般钢结构建筑物的楼板和屋盖,都采用轧制的压型钢板加现浇钢筋混凝土楼板和屋盖,厚度一般不小于150mm。目前在设计钢承混凝土楼板和屋盖时没有考虑钢承混凝土楼板和屋盖与钢梁共同作用。主要是对于板底呈波形的计算原理不甚了解或认为计算繁琐,就按平板计算,这样既不安全又增加了钢梁的用钢量。

如果采用钢梁与钢承混凝土楼板共同作用,简称MST组介梁,只要计算正确,配筋合理,栓钉可靠,则可以节约楼层和屋盖钢梁的用钢量20%左右,而且不需对钢梁进行稳定验算。

5. 总结

超高层建筑的发展体现了发达国家的建筑科技水平、材料工业水平和综合技术水平,也是建设部门财力雄厚的象征。为了进步提高广大员工在超高层钢结构上的技术水平.,从结构体系、材料选用、制作与安装等方面加以阐述。

参考文献:

[1]朱镜清.结构抗震分析原理,地震出版社,2002.11.

[2]徐宜和,丁勇春.高层建筑结构抗震分析和设计的探讨,江苏建筑.2004(3).

[3]]傅学怡.实用高层建筑结构设计,北京:中国建筑工业出版社,1999年.

作者简介:

刘慧龙,辽宁省沈阳市人, 1977年1月23日,职称:工程师

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【关键词】 建筑设计；抗震设计；应用

随着国家经济的飞速发展，建筑领域正呈现繁荣发展趋势，在建筑设计中加入抗震设计不仅符合当前发展的趋势，更是关乎国计民生的重要课题。自汶川大地震以来，国家不断增加抗震建筑的投资力度，同时出台相关政策保障抗震设计能够得到发展的足够空间。建筑领域的抗震因素不仅一定程度上关系着国家社会的稳定，还有利于建筑结构的发展变化，促进建筑领域的长足发展。所谓的建筑设计，即是对房屋建筑结构相关方面的设计，包括建筑高度、结构承载力等。

一、建筑设计与抗震设计的关系

总体来说，建筑设计是作为建筑抗震设计的基础存在的，抗震设计作为建筑设计的一部分，其任何方面的作业都必须要在满足建筑设计合理性的基础上展开。通常来说，建筑设计的结构设计方面难以对整体的建筑设计产生较大的影响，因为建筑设计基本上已经定性，在结构设计作业就必须要按照相关的设计原则展开。在进行建筑设计时，如果方案能够满足抗震设计的标准，那么建筑设计师就可以合理布局建筑结构，在保证建筑质量的基础上，最大程度的提高建筑抗震性能。

二、建筑抗震设计的现状

当前，我国在建筑抗震设计方面虽已取得长足的发展，但不容忽视的是，与西方发达国家相比，依然存在较大的差距，不仅是由于我国起步较晚，发展缓慢，还由于我国科技力量薄弱，在理论发展方面不如发达国家。总而言之，在建筑抗震发展方面，我国缺乏理论的指导，同时在实践方面缺少创新，从而问题频出。具体体现在以下几方面：

1.缺乏理论指导，缺少经验积累

在理论基础方面，我国存在较大的缺陷，知识力量的薄弱导致对于地质地震的认识不够全面完善，在地震成因、预测、防治等方面的研究尚不够深入，还不能制定科学的地震防治相关规范。由此，在进行抗震设计时，没有科学合理的理论依据或者依据不完善，因而在建筑设计时难以将抗震设计完美融入。

2.未考虑实际情况

在当前的建筑抗震设计中，将力学参数作为建筑设计固定的规范，在设计方案时，整个方案的完成仅仅依靠这几项参数，未对实际情况认真考察，导致设计未从实际出发。比如在我国的地震研究中，对小地震赋予固定的统计意义，而在具体的建筑抗震设计时，主要就是依照小地震进行结构设计，但是，对于结构设计的承载能力等必须要依照实际情况而定，不可一概而论。除此之外，在设计时如果不能深入了解地震对建筑结构的破坏，就 不能在设计时兼顾主体与细节，同时不能依据实际情况灵活运用抗震原则。

三、抗震设计标准

1.严格遵守规范

我国在建筑设计领域有着严格的规范，不仅是因为建筑是国民经济的基础，在促进经济飞速发展意义重大，更是因为建筑设计关系到国民生活的基础，在保证国民生活安全有序方面发挥着巨大的作用。在进行建筑抗震设计时，必须严格遵循国家相关单位出台的相关设计规范，科学合理的运用设计原则，严格执行施工标准，并且不断借鉴国内外先进经验，结合本地区的实际情况，科学设计。

2.实施多级防震措施

多级防护模式不仅可以提高建筑主体抗震性能，最大程度的减轻因地震带来的经济损失，还可以保证建筑在地震时更加的安全可靠。下图一为抗震墙的相关数据。

图一抗震墙约束边缘构件范围

3.将概念设计与性能设计完美融合

在充分考察建筑施工地的具体情况以后，在满足设计原则的基础上结合实际，设计出科学合理严谨的建筑设计。在设计时，不仅要充分考虑建筑理念的融入，还要考虑建筑性能的实现。

四、建筑设计应注意的细节问题

1.平面布局设计

建筑平面布局设计在建筑整体设计中占据十分重要的地位，平面布局的合理性对于整体建筑功能的发挥以及建筑实用性影响巨大，除此之外，平面布局设计还与抗震设计具有不容忽视的相关性。通常来说，要想将建筑设计与抗震设计两者完美融合，首先就要保证建筑刚度达标，另外，还要保证建筑结构的均匀分布，以保证建筑结构分布的对称性，尽量避免出现建筑扭转的现象。在建筑墙体设计时，也要保持设计的匀称性，尤其是在设计抗震墙时，一定要保证其与抗震建筑设计完美结合，在布置刚度较大的楼层的电梯时，要尽量使其处于中心位置，以避免出现建筑扭转现象。

对于建筑结构的平面布局设计，要充分考虑建筑抗侧力的合理布局，从而促进建筑的使用功能与抗震需求相结合，以便充分发挥出建筑的抗震设计效果。

2.纵向布局设计

在进行建筑设计时，要尽可能的将刚度分布较为接近的建筑物沿纵向分布，值得注意的是，在进行剪力墙的布置时，要尽量使其均匀分布并能够纵向贯穿，由底至顶。在设计时避免中断或者不连贯情况的发生，同时也要避免设计时出现某一楼层刚度过小的情况出现。下图二为房屋层数与高度的数据。

图二 房屋层数与高度限值

3.整体布局设计

所谓的整体布局，通常包括平面和立体两方面的设计。在进行建筑设计整体布局时，要做到不论是平面还是立体空间上，都要保持简洁规则的特性。在建筑的平面形状的选择方面，可以选择圆形、方形或者矩形等，既可以保证建筑的美观欣赏价值，还可以增加建筑的抗震性能。要尽量避免凹凸型的建筑平面形状，这种形状不利于建筑抗震性能的最大化发挥。如果想设计出间兼具艺术欣赏与实用价值的建筑，必须要把建筑艺术与建筑功能二者完美结合，同时完美融入建筑抗震设计。

4.屋顶抗震设计

随着建筑科技的不断发展，同时为满足当前经济的高速发展，高层建筑与超高层建筑正逐渐步入大众视野，在进行这一类建筑设计时，对于屋顶的设计也是整体设计中最为重要的一环。但从当前的建筑设计情况来看，依然存在诸多问题，如设计较高或设计较重。屋顶设计过重，无疑会加大屋顶建筑的压力，从而加速屋顶变形，同时不利于建筑物抗震作用的发挥。因此，在屋顶设计时，要尽量降低屋顶建筑的高度。

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关键词：高层建筑 抗震 设计 短柱 措施

 

 

1 高层建筑抗震设计常见的问题 

 

在高层建筑的建设中，其中最主要的问题是对它的抗震问题的研究，其中又以中短柱问题为最主要的问题。现在首先介绍一下抗震设计中常见的一些问题。 

1.1 缺乏岩土工程勘察资料或资料不全。有的在扩初设计阶段还缺建筑场地岩土工程的勘察资料，有的在扩初设计会审之后就直接进入了施工图设计，有的在规划设计或方案设计会审后就直接进入了施工图设计。无岩土工程勘察资料，设计缺少了必要的依据。 

1.2 结构的平面布置。外形不规则、不对称、凹凸变化尺度大、形心质心偏心大，同一结构单元内，结构平面形状和刚度不均匀不对称，平面长度过长等。 

1.3 一个结构单元内采用两种不同的结构受力体系。如一半采用砌体承重，而另一半或局部采用全框架承重或排架承重；底框砖房中一半为底框，而另一半为砖墙落地承重［这种情况常发现在平面纵轴与街道轴线相交的住宅，其底层为商店，设计成一半为底框砖房(有的为二层底框)，而另一半为砖墙落地自承，造成平面刚度和竖向刚度二者都产生突变，对抗震十分不利］。 

1.4 底框砖房超高超层。如1996年，对在杭设计单位作的一次专题普查，发现有69幢底框砖房超高超层。新项目亦普遍存在此现象，1999年某地块住宅竣工交付使用验收中发现有三幢底框砖房超高超层，甚至有超三层的。 

1.5 抗震设防标准掌握不当。有一些项目擅自提高了设防标准，按照《建筑抗震设防分类标准(GB 50223-95)》划分应属六度设防的，但设计中提高了一度按七度设防，提高了建筑抗震设防标准，将会增加工程投资；有的项目严格应按七度采取抗震措施的，但设计中又按六度设防，减低了抗震设防标准，不利抗震。 

1.6 结构的竖向布置。在高层建筑中，竖向体型有过大的外挑和内收，立面收进部分的尺寸比值B1/B不满足≥0.75的要求。 

1.7 抗震构造柱布置不当。如外墙转角处，大厅四角未设构造柱或构造柱不成对设置；以构造柱代替砖墙承重；山墙与纵墙交接处不设抗震构造柱；过多设置抗震构造柱等。 

1.8 框架结构砌体填充墙抗震构造措施不到位。砌体外围护墙砌筑在框架柱外又没有设置抗震构造柱，框架间砌体填充墙高度长度超过规范规定要求又没有采取相应构造措施。 

1.9 结构其他问题。有的底层无横向落地抗震墙，全部为框支或落地墙间距超长；有的仅北侧纵墙落地，南侧全为柱子，造成南北刚度不均；有的底层作汽车库，设计时横墙都落地，但纵墙不落地，变成了纵向框支；还有的底框和内框砌体住宅采用大空间灵活隔断设计，其中几乎很少有纵墙。不少地方都采用钢筋混凝土内柱来承重以代替砖墙承重，实际上将砖混结构演变为内框架结构，这比底框砖房还不利，因内框砖房的层数、总高度控制比底框砖房更严，因此存在着严重抗震隐患。更为严重的是这种情况并未引起目前大多数结构工程师的重视。 

1.10 平面布局的刚度不均。抗震设计要求建筑的平、立面布置宜规正、对称，建筑的质量分布和刚度变化宜均匀，否则应考虑其不利影响。但有的平面设计存在严重的不对称：一边进深大，一边进深小；一边设计大开间，一边为小房间；一边墙落地承重，一边又为柱承重。平面形状采用L、π形不规则平面等，造成了纵向刚度不均，而底层作为汽车库的住宅，一侧为进出车需要，取消全部外纵墙，另一侧不需进出车辆，因而墙直接落地，造成横向刚度不均。这些都对抗震极为不利。

1.11 防震缝设置。对于高层建筑存在下列三种情况时，宜设防震缝：①平面各项尺寸超过《钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规程(JGJ 3-91)》中表2.2.3的限值而无加强措施；②房屋有较大错层；③各部分结构的刚度或荷载相差悬殊而又未采取有效措施；但有的竟未采取任何抗震措施又未设防震缝。 

1.12 结构抗震等级掌握不准。有的提高了，而有的又降低了，主要是对场地土类型、结构类型、建筑高度、设防烈度等因素综合评定不准造成。 

上述这些问题的存在，倘若不能得到改正，势必对建筑物的安全带来隐患。上述这些问题的存在，倘若不能得到改正，势必对建筑物的安全带来隐患。上述这些问题的原因是多方面的，有认识方面的原因有计划经济向市场经济转化过程中出现的原因，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政府法律依据，特别是处罚方面)，通过这些问题来研究中短柱的问题： 

 

2 短柱的正确判定 

 

柱净高H与截面高度h之比H/h≤4为短柱，工程界许多工程技术人员也都据此来判定短柱，这是一个值得注意的问题。因为确定是不是短柱的参数是柱的剪跨比λ，只有剪跨比λ＝M/Vh≤2的柱才是短柱，而柱净高与截面高度之比H/h≤4的柱其剪跨比λ不一定小于2，亦即不一定是短柱。按H/h≤4来判定的主要依据是：①λ=M/Vh≤2；②考虑到框架柱反弯点大都靠近柱中点，取M＝0.5VH，则λ＝M/Vh＝0.5VH/Vh＝0.5H/h≤2，由此即得H/h≤4。但是，对于高层建筑，梁、柱线刚度比较小，特别是底部几层，由于受柱底嵌固的影响且梁对柱的约束弯矩较小，反弯点的高度会比柱高的一半高得多，甚至不出现反弯点，此时不宜按H/h≤4来判定短柱，而应按短柱的力学定义——剪跨比λ＝M/Vh≤2来判定才是正确的。