高層民用建筑抗震設(shè)計

高健 孔位佳 叢宇桐

摘 要：我國處于地震帶之上，是一個多地震國家。隨著城市建設(shè)的快速發(fā)展，高層建筑不斷出現(xiàn)，由于地震帶的分布對建筑質(zhì)量安全的影響非常之大，因此，高層民用建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計顯得尤為重要，必須在設(shè)計之前從科學(xué)的角度角度進(jìn)行考慮以及分析和設(shè)計，以免建筑物在之后的使用中產(chǎn)生人員傷亡和財產(chǎn)損失。

關(guān)鍵詞：抗震；民用建筑

中途分類號：TU24 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-3520（2014）-01-0196-01

一、高層民用建筑設(shè)計特點(diǎn)

（一）控制建筑物的側(cè)移

在地震的作用下，建筑結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的水平剪切力，是建筑物產(chǎn)生明顯的側(cè)移。隨著建筑物的高度不斷增加，結(jié)構(gòu)的側(cè)向位移快速增大，結(jié)構(gòu)變形也隨之增大，側(cè)向位移過大將使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加內(nèi)力，當(dāng)期超過一定限度值時將使整個結(jié)構(gòu)倒塌。因此必須將側(cè)移限制在一定范圍之內(nèi)，保證建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)有的強(qiáng)度剛度穩(wěn)定性，才能結(jié)構(gòu)安全以及其功能的使用。

（二）地震中產(chǎn)生的水平力

水平力會使建筑物產(chǎn)生傾覆力矩，而且在豎向結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生很大的軸力。對高度一定的建筑物而言，豎向荷載基本是不變的，而水平方向上地震作用的數(shù)值大小往往會隨著高層建筑結(jié)構(gòu)動力特性的不同而存在較大幅度變化。

（三）建筑結(jié)構(gòu)的延性設(shè)計

高層民用建筑隨著高度的增加，在地震的影響下易產(chǎn)生形變的可能性越大。所以就應(yīng)該要求建筑結(jié)構(gòu)有足夠的抗震以及變形能力，設(shè)計應(yīng)遵循“強(qiáng)柱弱梁，強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)、強(qiáng)底層柱”的設(shè)計原則盡可能設(shè)置多道抗震防線，主要耗能應(yīng)有較高的延性和適應(yīng)的剛度。從而能使建筑結(jié)構(gòu)能承受吸收和消耗大量的地震能量。同時要控制薄弱的部分有足夠的形變能力，又不使其發(fā)生位移。在結(jié)構(gòu)上采取更精準(zhǔn)的設(shè)計，使建筑結(jié)構(gòu)具有足夠的延性。

二、高層民用建筑抗震設(shè)計

（一）場地、地基的選擇

選擇場地地基首先要根據(jù)實(shí)際工程的需要，同時還需考慮地震活動情況。分析天然地基的抗震承載力要根據(jù)不同的場地來進(jìn)行，另外分析地震所造成的危害程度，也要根據(jù)不同的施工場地來進(jìn)行。對避讓距離的確定可根據(jù)地震強(qiáng)度、斷裂的地質(zhì)歷史、場地的土地厚度進(jìn)行，進(jìn)而有利于對場地范圍內(nèi)地震斷裂的確定。必須確保避開那些對建筑物不利的地段進(jìn)行地基的選擇。

（二）良好的抗震結(jié)構(gòu)體系

高層民用建筑結(jié)構(gòu)在抗震設(shè)計時應(yīng)考慮選擇適當(dāng)?shù)目拐鸾Y(jié)構(gòu)類型，設(shè)計結(jié)構(gòu)盡可能要考慮其抗震的安全特點(diǎn)以及它的經(jīng)濟(jì)性。

（三）結(jié)構(gòu)隔震和消震

為了提高結(jié)構(gòu)的的整體抗震性能，隔震和消能減震等抗震技術(shù)應(yīng)用于設(shè)計使用功能有特殊要求的建筑，耗能元件及其體系可錯開地震動卓越周期，從而防止共振破壞，減輕地震振動及風(fēng)振。隔震即在建筑物基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)之間設(shè)置設(shè)置一層隔震層，使房屋與基礎(chǔ)隔開隔離地面運(yùn)動能量向建筑物的傳遞，以減小房屋結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)實(shí)現(xiàn)地震時建筑物只發(fā)生較輕微運(yùn)動和形變從而保證建筑物的安全。消能減震則是通過在建筑物中設(shè)置消能部件，使地震中輸入到建筑物的能量的一部分被消能部件所消耗，另一部分被結(jié)構(gòu)的動能變形承擔(dān)以達(dá)到減振抗震的目的。

三、建筑抗震要點(diǎn)

（一）規(guī)則結(jié)構(gòu)

建筑物尤其是高層建筑物設(shè)計應(yīng)符合抗震概念設(shè)計要求，對建筑物進(jìn)行合理布置。大量地震災(zāi)害表明，平立面簡單且對稱的結(jié)構(gòu)類型建筑物在地震時具有較好的抗震性能，因?yàn)樵摲N建筑結(jié)構(gòu)能夠容易估計出其地震反應(yīng)，易于采取相應(yīng)的抗震構(gòu)造措施并進(jìn)行細(xì)部處理。結(jié)構(gòu)的規(guī)則是指建筑物平立面外形尺寸、抗側(cè)力構(gòu)建布置承載力分布等多方面因素要求。要求建筑物平面對稱均勻、體型簡單、結(jié)構(gòu)剛度，質(zhì)量延建筑物豎向變化均勻，同時保證建筑物有足夠的抗扭轉(zhuǎn)剛度，以減小結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)的影響。并且應(yīng)該盡量滿足建筑物在豎向上重力荷載受力均勻，以減小結(jié)構(gòu)內(nèi)應(yīng)力和豎向構(gòu)件間差異變形對建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的不利影響。

（二）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或位移延性比，然后根據(jù)構(gòu)件變形與機(jī)構(gòu)位移的關(guān)系來確定構(gòu)件的變形值，同時根據(jù)截面達(dá)到的應(yīng)變大小及分布來確定構(gòu)件的要求，選擇堅硬的場地土來建造高層建筑等方法減小地震能量輸入。

（三）減輕結(jié)構(gòu)自重

對于同樣的地基條件下的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計，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，尤其是在軟土基礎(chǔ)上進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計這一作用更為明顯，同時由于地震效應(yīng)與建筑質(zhì)量成正比，而高層建筑物由于其高度大、重心高等特點(diǎn)，在地震作用時期傾覆力矩也隨之增加，因此，為了盡量減少其傾覆力矩應(yīng)對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。

補(bǔ)充：建筑抗震的相關(guān)理論主要包括擬靜力理論、反應(yīng)譜理論、動力理論。

四、結(jié)束語

我國對建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的研究有很多，但這些研究一致認(rèn)為高層民用建筑的抗震設(shè)計的重要技術(shù)政策就是經(jīng)濟(jì)與安全的關(guān)系。因此抗震設(shè)計就要抓好經(jīng)濟(jì)與安全的關(guān)系。

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