高層建筑結(jié)構(gòu)抗震技術(shù)研究與探討

韓海利

摘 要：建筑結(jié)構(gòu)的抗震問題對人類財產(chǎn)及生命安全至關(guān)重要。文章在前期建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的基礎(chǔ)上，闡述了目前高層建筑結(jié)構(gòu)抗震性能所存在的主要問題，并提出了幾種常用的增強高層建筑結(jié)構(gòu)抗震能力的設(shè)計方法，從而為增強高層建筑抗震效果起到極其重要的作用。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)；抗震；設(shè)計方法

隨著我國國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，建筑技術(shù)水平日益提高，不同種類、不同風(fēng)格的高層建筑物拔地而起。然而，在高層建筑物日益發(fā)展的同時，建筑安全問題也顯得越發(fā)嚴重，給人民的財產(chǎn)和安全帶來了極大的安全隱患危害，其中近幾年來由地震帶來的危害顯得尤為突出。如果高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能較低，一旦有強烈等級的地震發(fā)生，不僅將造成重大的財產(chǎn)損失，而且還將將會產(chǎn)生無法挽回的人員傷亡。基于此，本文在前期設(shè)計的基礎(chǔ)上，介紹了目前高層建筑結(jié)構(gòu)抗震性能所存在的問題，并提出了幾種增強高層建筑結(jié)構(gòu)抗震能力的設(shè)計方法。

1 高層建筑結(jié)構(gòu)抗震性能存在的問題

目前，在工民建抗震結(jié)構(gòu)中，等效斜撐模型的應(yīng)用最為普遍，但是其精度不高，且等效寬度較難確定，在不同受力情況下等效寬度也不相同，從而導(dǎo)致施工過程較為復(fù)雜。雖然國內(nèi)外一些學(xué)者采用非線性有限元模型來填充墻框架結(jié)構(gòu)，但由于施工工藝太過于復(fù)雜，不能應(yīng)用到實際工程當(dāng)中。同時，由于存在填充墻剛度效應(yīng)，加速了高層建筑結(jié)構(gòu)物振動頻率，從而使其整個高層建筑上的水平地震作用力增大。而在采用非線性元模型模擬地震中框架的過程中，規(guī)范只規(guī)定了在一個變化范圍內(nèi)的周期修正系數(shù)，但由于范圍太大，從而造成結(jié)構(gòu)的計算精確不夠。此外，在高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計分析方面，雖然目前我國要求在建設(shè)前期需對建設(shè)工程進行地震安全性評價，并根據(jù)抗震設(shè)防的要求進行抗震設(shè)防，設(shè)防分類如表1所示。然而由于地震時間、地點及強度等級等存在較大的隨機性，導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)物存在建筑結(jié)構(gòu)的性質(zhì)、建筑材料以及環(huán)境引起變化等多種不確定因素，由于這種復(fù)雜性的存在致使設(shè)計人員在抗震設(shè)計過程中不能夠進行充分的考慮。所以建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計不能夠全部的取決于計算結(jié)果，應(yīng)根據(jù)實際需求，以前期總結(jié)出的高層建筑結(jié)構(gòu)抗震性能所存在的問題為基本出發(fā)點，采用整體設(shè)計的思想，從而更好的提高高層建筑結(jié)構(gòu)物的抗震性能。

2 增強結(jié)構(gòu)抗震能力的設(shè)計方法

在高層建筑物鋼結(jié)構(gòu)以及鋼筋混凝土的設(shè)計過程中，采用一些基本的原則不僅能夠改善結(jié)構(gòu)物的受力性能，而且還能夠提高結(jié)構(gòu)物的抗震能力。

2.1 調(diào)整結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度。增大彎拉體系的有效寬度是一種最直接也是一種最有效的方式。通過增加有效寬度能夠直接增大其抵抗力臂，以此來減小抗傾覆力。從材料力學(xué)中我們可以發(fā)現(xiàn)，同樣面積的抗傾覆力與結(jié)構(gòu)寬度密切關(guān)系，可以得到不同的幾何特征。

2.2 選擇合理的倒塌機制。高層建筑同其他多層建筑一樣，當(dāng)建筑結(jié)構(gòu)物出現(xiàn)一定的塑性變形以后，整個結(jié)構(gòu)將喪失承載能力。而結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生破壞的最佳機制應(yīng)該是在結(jié)構(gòu)構(gòu)件出現(xiàn)塑性鉸之后，此時其承載能力不發(fā)生變化，基本保持穩(wěn)定，能夠出現(xiàn)持續(xù)變形但卻不至于發(fā)生倒塌現(xiàn)象，從而最大限度地消耗地震時所產(chǎn)生的能量。

2.3 定制多道設(shè)防體系。目前，世界各國工程的抗震思想都較為統(tǒng)一，基本上為大震不倒，中震可修，小震不壞。由于地震災(zāi)害具有隨機性和不確定性，防止高層建筑物發(fā)生倒塌，設(shè)置多道抗震防線的理念對于實現(xiàn)這一目標極為重要，從而有效的保障了人民和財產(chǎn)安全。在豎向支撐構(gòu)件的選取上，理論上應(yīng)優(yōu)先選擇不負擔(dān)或者負擔(dān)重力荷載很少的構(gòu)件，或者選取軸壓較小的實腹筒體、抗震墻之類的構(gòu)件（如圖1所示）以此來作為防震的第一道防線，不能夠選用軸壓比很大的框架柱，但可以利用其他桿件來增強多抗震體系。

2.4 在結(jié)構(gòu)體系設(shè)計時，使不同構(gòu)件相互作用。例如，可以采用具有有效受力狀態(tài)的斜桿和弦桿的衍架體系（如圖2所示）；也可在設(shè)計中對鋼筋混凝土抗震墻內(nèi)部配置交叉鋼筋，以此來增強其抗剪能力，或調(diào)整構(gòu)件的剛度，使框架的剛度比達到最優(yōu)從而來取得良好的受力效果。

2.5 增大最有效承受荷載構(gòu)件的面積。例如，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，通過增大較低樓層框架梁和框架柱的受壓面積或截面高度，就能夠直接增大建筑結(jié)構(gòu)物的抗側(cè)剛度，從而有效減小結(jié)構(gòu)側(cè)向位移，以此改善結(jié)構(gòu)的抗震性能。

2.6 加大整體性及延性在抗震設(shè)計中的作用。當(dāng)建筑結(jié)構(gòu)在地震過程中不能夠承受荷載和變形，將產(chǎn)生嚴重的破壞甚至倒塌，其最主要原因是其整體性不足及延性較差所造成的。對于不同的高層建筑結(jié)構(gòu)均可以根據(jù)其構(gòu)造上的特點及組成材料的性質(zhì)來增加延性與提高整體性能。

3 結(jié)論與展望

由于建筑物的抗震問題不僅關(guān)系到財產(chǎn)安全，而且與人類的生命安全息息相關(guān)。因此，在今后對高層建筑物進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，必須把建筑物的抗震問題放到非常重要的位置，并通過采取適當(dāng)?shù)拇胧?，盡量避免地震對建筑物的損壞。目前國內(nèi)外的技術(shù)水平均不能準確的對未來發(fā)生地震的時間、地點和大小進行預(yù)報，人們對地震作用的破壞機理認識還不夠，在高層建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計中加強抗震設(shè)防問題很有必要。

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