高層建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)

關(guān)鍵詞：高層建筑；抗震結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)；問題； 

　　0.引言 

　　我國城市人口的不斷增多、建設(shè)用地的日趨緊張和城市規(guī)劃的需要，使高層建筑得以快速的發(fā)展�？萍嫉倪M(jìn)步、新材料出現(xiàn)和施工技術(shù)的不斷提高、計(jì)算機(jī)的普及和結(jié)構(gòu)分析等新科技水平的提高，為高層建筑的發(fā)展提供了條件。而高層建筑的發(fā)展也對(duì)建筑的抗震性能提出了更高的要求。近年來不斷發(fā)生的地震災(zāi)害，帶來了巨大的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失，給人們敲響了警鐘。地震作用影響因素復(fù)雜，目前尚沒有精確的抗震計(jì)算方法，規(guī)范給出的計(jì)算方法也是半經(jīng)驗(yàn)半理論的計(jì)算，但在樓層的設(shè)計(jì)中，對(duì)于高層建筑的抗震性能設(shè)計(jì)，已經(jīng)引起人們的高度重視，采用了各種措施來提高高層建筑的抗震性能。本文將從抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則，我國高層建筑抗震設(shè)計(jì)常見的問題以及提高抗震性能措施三個(gè)方面對(duì)高層建筑的抗震結(jié)構(gòu)進(jìn)行闡述。 

　　1.高層建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則 

　�。�1）結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)具有必要的承載力、剛度、穩(wěn)定性、延性等方面的性能。①結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)遵守“強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件、強(qiáng)底層柱（墻）”的原則；②對(duì)可能造成結(jié)構(gòu)的相對(duì)薄弱部位，應(yīng)采取措施提高抗震能力；③承受豎向荷載的主要構(gòu)件不宜作為主要耗能構(gòu)件。 

　�。�2）盡可能設(shè)置多道抗震防線。由于每次強(qiáng)震之后都會(huì)伴隨多次余震，因此在建筑物的抗震設(shè)計(jì)過程中若只有一道設(shè)防，則其在首次被破壞后而余震來臨時(shí)其結(jié)構(gòu)將因損傷積累而倒塌。因此，建筑物的抗震結(jié)構(gòu)體系應(yīng)由若干個(gè)延性較好的分體系組成，在地震發(fā)生時(shí)由具有較好延性的結(jié)構(gòu)構(gòu)件協(xié)同工作來抵擋地震作用。當(dāng)遭遇第二設(shè)防烈度地震即低于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的基本烈度地震時(shí)，結(jié)構(gòu)屈服進(jìn)入非彈性變形階段，建筑物可能出現(xiàn)一定程度的破壞，但經(jīng)一般修理或不需修理仍可繼續(xù)使用。因此，要求結(jié)構(gòu)具有相當(dāng)?shù)难有阅芰Σ话l(fā)生不可修復(fù)的脆性破壞。當(dāng)遭遇第三設(shè)防烈度地震即高于本地區(qū)抗震設(shè)防度的罕遇地震時(shí)，結(jié)構(gòu)雖然破壞較重，但結(jié)構(gòu)非彈性變形離結(jié)構(gòu)的倒塌尚有一段距離。不致倒塌或者發(fā)生危及生命的嚴(yán)重破壞，從而保了人員的安全。 

　�。�3）對(duì)可能出現(xiàn)的薄弱部位，應(yīng)采取措施提高其抗震能力。①構(gòu)件在強(qiáng)烈地震下不存在強(qiáng)度安全儲(chǔ)備，構(gòu)件的實(shí)際承載能力分析是判斷薄弱部位的基礎(chǔ)；②要使樓層（部位）的實(shí)際承載能力和設(shè)計(jì)計(jì)算的彈性受力的比值在總體上保持一個(gè)相對(duì)均勻的變化，一旦樓層（部位）的比值有突變時(shí)，會(huì)由于塑性內(nèi)力重分布導(dǎo)致塑性變形的集中；③要防止在局部上加強(qiáng)而忽視了整個(gè)結(jié)構(gòu)各部位剛度、承載力的協(xié)調(diào)；④在抗震設(shè)計(jì)中有意識(shí)、有目的地控制薄弱層（部位），使之有足夠的變形能。 

　　2.我國高層建筑抗震設(shè)計(jì)常見的問題 

　�。�1）工程地質(zhì)勘查資料不全 

　　在設(shè)計(jì)初期，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該及時(shí)掌握施工場(chǎng)地的地質(zhì)情況，但是往往在設(shè)計(jì)過程中，卻沒有建筑場(chǎng)地巖土工程的勘察資料，就不能很好的進(jìn)行地基設(shè)計(jì)，給建筑物的結(jié)構(gòu)帶來安全隱患。 

　�。�2）建筑材料不滿足要求 

　　對(duì)于材料而言，我們要明確這樣一個(gè)道理：地震對(duì)結(jié)構(gòu)作用的大小幾乎與結(jié)構(gòu)的質(zhì)量成正比。一般說在相同條件下，質(zhì)量大，地震作用就大，震害程度就大，質(zhì)量小，地震作用就小，震害就小。所以，在建筑物的樓板、墻體、框架、隔斷、圍護(hù)墻以及屋面構(gòu)件中，廣泛采用多孔磚、硅酸鹽砌塊、陶�；炷�土、加氣混凝土板、空心塑料板材等輕質(zhì)材料，將能顯著改善建筑物的抗震性能。 

　�。�3）建筑物本身的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 

　　建筑物如果平面布置復(fù)雜，致使質(zhì)心與剛心不重合，在地震作用下產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，則會(huì)加劇了地震的破壞作用，海城地震和唐山地震中有不少這樣的震害實(shí)例。臺(tái)灣9.21地震中，一棟鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)由于結(jié)構(gòu)平面不規(guī)則，在水平地震作用下，結(jié)構(gòu)產(chǎn)生嚴(yán)重扭轉(zhuǎn)效應(yīng)而破壞倒塌，同時(shí)撞壞相鄰建筑上部的陽臺(tái)。 

　�。�4）平面布局的剛度不均 

　　抗震設(shè)計(jì)要求建筑的平、立面布置宜規(guī)正、對(duì)稱，建筑的質(zhì)量分布和剛度變化宜均勻，否則應(yīng)考慮其不利影響。但有的平面設(shè)計(jì)存在嚴(yán)重的不對(duì)稱：一邊進(jìn)深大，一邊進(jìn)深�。灰贿呍O(shè)計(jì)大開間，一邊為小房間；一邊墻落地承重，一邊又為柱承重。平面形狀采用L、π形不規(guī)則平面等，造成了縱向剛度不均，而底層作為汽車庫的住宅，一側(cè)為進(jìn)出車需要，取消全部外縱墻，另一側(cè)不需進(jìn)出車輛，因而墻直接落地，造成橫向剛度不均。這些都對(duì)抗震極為不利。 

　　3.提高抗震性能措施 

　�。�1）選擇合理結(jié)構(gòu)類型 

　　在高層建筑中，其豎向荷載主要使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生軸向力，而水平荷載主要使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生彎矩，隨著高度的增加，在豎向荷載不變的情況下，水平荷載作用力增加，此時(shí)豎向荷載所引起的建筑物側(cè)移很小，但是水平荷載參數(shù)的側(cè)移就非常大，與高度層四次方變化，因此在高層建筑中，主要對(duì)水平荷載進(jìn)行控制，在設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)該在滿足建筑功能及抗震性的前提下，選擇切實(shí)可行的結(jié)構(gòu)類型，使其具有良好的結(jié)構(gòu)性能。目前大多數(shù)的高層建筑都采用了鋼混結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)具有較大的剛度，空間整體性好，材料資源豐富，可組成多種結(jié)構(gòu)體系。但是其變形能力差，造價(jià)相對(duì)較高，當(dāng)場(chǎng)地特征周期較長(zhǎng)時(shí)，容易發(fā)生共振現(xiàn)象。 

　�。�2）減小地震能量輸入 

　　具有良好抗震性能的高層建筑結(jié)構(gòu)要求結(jié)構(gòu)的變形能力滿足在預(yù)期的地震作用下的變形要求，因此在設(shè)計(jì)過程中除了控制構(gòu)件的承載力外還應(yīng)控制結(jié)構(gòu)在地震作用下的層間位移極限值或位移延性比， 然后根據(jù)構(gòu)件變形與結(jié)構(gòu)位移的關(guān)系來確定構(gòu)件的變形值，同時(shí)根據(jù)截面達(dá)到的應(yīng)變大小及分布來確定構(gòu)件的構(gòu)造要求，選擇堅(jiān)硬的場(chǎng)地土來建造高層建筑等方法來減小地震能量的輸入。 

　�。�3）減輕結(jié)構(gòu)自重 

　　對(duì)于同樣的地基條件下進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)若減輕結(jié)構(gòu)自重則可相應(yīng)增加層數(shù)或減少地基處理造價(jià)，尤其是在軟土基礎(chǔ)上進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)這一作用更為明顯，同時(shí)由于地震效應(yīng)與建筑質(zhì)量成正比，而高層建筑由于其高度大重心高等特點(diǎn)，在地震作用時(shí)其傾覆力矩也隨之增加， 因此， 為了盡量減小其傾覆力矩應(yīng)對(duì)高層建筑物的填充墻及隔墻盡量采用輕質(zhì)材料以減輕結(jié)構(gòu)自重。 

　　4.結(jié)語 

　　總之，面對(duì)中國的高層建筑抗震結(jié)構(gòu)存在的諸多問題，限于我國作為一個(gè)發(fā)展中國家的財(cái)力、物力，探討、研究有效的建筑抗震措施的任務(wù)仍然十分艱巨。于此同時(shí)，我國政府相關(guān)部門也應(yīng)該加強(qiáng)規(guī)范力度，發(fā)揮好對(duì)高層建筑防震措施的檢查、檢驗(yàn)效力。 

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