高层建筑抗震设计

【摘 要】随着城市建设的快速发展,高层建筑不断出现,由于近年地震频发,建筑物的抗震设计越来越受到重视.本文将结合某高层建筑工程实际,谈谈建筑工程抗震设计中的一些问题.

【关 键 词】高层建筑；抗震；设计

近年来,我国的超限高层抗震设防工作有了长足的发展,取得了一定的成效但对超过抗震设计规范适用范围的工程,现有的研究工作还不够,致使一些安全隐患存在,所以进行抗震设计审查十分必要.建筑工程抗震就是要求我们在建筑物的建设中按照抗震设计规范和其他抗震规程要求,采取相应措施防止和减轻建筑物的破坏,从而避免或减少地震带来的损失.下面结合工程实际情况谈谈建筑工程抗震设计中的一些问题.

1工程概况

某工程是集商场办公住宅为一体的综合性高层建筑,地下2层为停车库及设备房,地上29层,分A,B两栋塔楼,塔楼均为住宅,主楼主体90.500m.由于建筑功能的要求,本工程结构采用底部大空间转换剪力墙结构,转换层在第5层顶面,属高位转换结构,该地区地震设防烈度为6度第一组,设计基本地震加速度值为0.05g,拟建场地为Ⅲ类场地土.结构抗震等级:转换层下剪力墙二级,框支柱二级,基础采用桩筏.

2结构计算中几个重要参数的合理选取

《抗震规范》第3.6.6.4条指出,所有的计算机计算结果,应经分析判断确认其合理、有效后方可用于工程设计.通常情况下,计算机的计算结果主要是结构的自振周期、楼层地震剪力系数、楼层弹性层间位移（包括最大位移与平均位移比）和弹塑性变形验算时楼层的弹塑性层间位移、楼层的侧向刚度比、振型参与质量系数、墙和柱的轴压比及墙、柱、梁和板的配筋、底层墙和柱底部截面的内力设计值、框架――抗震墙结构抗震墙承受的地震倾覆力矩与总地震倾覆力矩的比值.超筋超限信息等等.

为了分析判断计算机计算结果是否合理,结构设计计算时,除了有合理的结构方案、正确的结构计算简图外,正确填写抗震设防烈度和场地类别,合理选取电算程序总信息中的其他各项参数也是十分重要的.

现以空间有限元分析与设计程序SATWE为例,结合施工图审查中发现的问题,来说明有关参数如何合理选取.

3结构的抗震等级

在工程设计中,多数房屋建筑按其抗震设防分类属于丙类建筑,如民用住宅、办公楼及一般工业建筑等等,其抗震等级可根据烈度、结构类型和房屋的高度按《抗震规范》表6.1.2确定.而电讯、交通、能源、消防和医疗等类建筑以及大型体育场馆、大型零售商场等公共建筑,首先,应当根据《建筑工程抗震设防分类标准》GB50223-2008确定其中哪些建筑属于乙类建筑乙、丙类建筑,地震作用均按本地区抗震设防烈度计算.对于乙类建筑,一般情况下,当抗震设防烈度为6～8度时,抗震措施应符合本地区抗震设防列度提高一度的要求.所谓抗震措施,在这里主要体现为按本地区设防烈度提高一度由《抗震规范》表6.1.2确定其抗震等级.

4地震力的振型组合数

地震力的振型组合数,对高层建筑,当不考扭转耦联计算时,至少应取3；当振型数多于3时,宜取3的倍数,但不应多于层数；当房屋层数≤2时,振型数可取层数.对于不规则的结构,当考虑扭转耦联时,对高层建筑,振型数应取≥9；结构层数较多或结构刚度突变较大,振型数应多取,如结构有转换层、顶部有小塔楼、多塔结构等,振型数应取≥12或更多,但不能多于房屋层数的3倍；只有当定义弹性楼板,且采用总刚分析,必要时,振型数才可以取的更多.《抗震规范》指出,合适的振型个数一般可以取振型参与质量达到总质量的90％所需的振型数.SATWE等电算程序已有这种功能,可以很方便地输出这种参与质量的比值.有些设计人员不大重视电算程序使用手册的应用,选取振型数时比较随意,这是应当改进.此外,由耦联计算的地震剪力通常小于非耦联计算,仅当结构存在明显示扭转时才采用耦联计算,但在必要时应补充非耦联计算.

5结构周期折减系数

框架结构及框架――抗震墙等结构,由于填充墙的存在,使结构的实际刚度大于计算刚度,计算周期大于实际周期,因此,算出的地震剪力偏小,使结构偏于不安全,因而对结构的计算周期进行折减是必要的,但对框架结构的计算周期不折减或折减系数取得过大都是不妥当的.对框架结构,采用砌体填充墙时,周期折减系数可取0.6～0.7；砌体填充墙较少或采用轻质砌块时,可取0.7～0.8；完全采用轻质墙体板材时,可取0.9.只有无墙的纯框架,计算周期才可以不折减.

6框架梁、柱箍筋间距

《抗震规范》第6.3.3条及6.3.8条对不同抗震等级的框架梁、柱箍筋加密区的最小箍筋直径和最大箍筋间距做了了明确规定.根据这些规定,工程习惯上常取梁、柱箍筋加密区最大间距为100mm,非加密区箍筋最大间距为200mm.电算程序总信息中通常也内定梁、柱箍筋加密区间距为100mm,并以此为依据计算出加密区箍筋面积,由设计人员要据规范确定箍筋直径和肢数.

但是,在程序内定的条件下,当框架梁的跨中部位有次梁或有较大的其他集中荷载作用却仅配两肢箍筋时,多数情况下,非加密区箍筋间距采用200mm会使梁的非加密区配箍不足,因此建议程序内定梁箍筋改为取梁的非加密区间距200mm.这样,既可保证梁非加密区的抗剪承载力,又可适当增加梁端箍筋加密区（箍筋间距为100mm）的抗剪能力,梁的强剪性能更能充分体现.当框架梁由于种种原因纵向钢筋超筋时,梁端适当加大抗剪承载力对结构抗震非常有利.这也是为什么当梁端纵向受拉钢筋配筋率大2％时,规范规定梁的箍筋直径应比最小构造直径增大2mm的原因.

对于框架柱,当框架内定柱加密区箍筋间距为100mm时,在某些情况下,亦可能因非加密区箍筋间距采用200mm引起配箍不足.因此,我们也建议程序内定柱的箍筋间距改为取柱的非加密区的箍筋间距200mm.

这里需要指出的是,梁、柱箍筋非加密区配箍验算时可不考虑强剪弱弯的要求,即剪力设计值取加密区终点处外侧的组合剪力设计值,并且不乘以剪力增大系数.

当然,如果电算程序能同时给出梁、柱箍筋加密区和非加密区的箍筋面积,则于设计者应更加方便了.

总之,我国许多城市处于易发生或易受地震影响的潜在危险性环境中,城市人口多、密度大,高层建筑增多,加上灾难发生后,道路变形、生命线工程瘫痪等因素,救援工作将十分困难,因此必须进一步加强建筑物防震抗震的设计.