基于高層建筑結(jié)構(gòu)抗震的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

【摘要】隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與科技的進(jìn)步，以及人民對(duì)居住環(huán)境的要求越來越高，現(xiàn)在的建筑高度也在不斷地刷新紀(jì)錄。在此背景下，對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)提出了更高的要求。因此，提高建筑的抗震性，增強(qiáng)建筑的安全性、穩(wěn)定性，為我國(guó)人民的生命安全、經(jīng)濟(jì)安全提供必要的保障尤為重要。本文將簡(jiǎn)要介紹高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的準(zhǔn)則，列舉高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的要點(diǎn)，并從建筑的場(chǎng)地選擇、建筑的平立面布置和結(jié)構(gòu)體系角度探討了設(shè)計(jì)當(dāng)中應(yīng)該注意的要點(diǎn)。

【關(guān)鍵詞】高層建筑；結(jié)構(gòu)；抗震；設(shè)計(jì)

一、建筑抗震的三水準(zhǔn)

我國(guó)在89規(guī)范修訂中明確提出了建筑的三級(jí)性能標(biāo)準(zhǔn)：允許建筑能抵抗較低水準(zhǔn)的地震動(dòng)而不破壞；在中等水平地震動(dòng)作用下主體結(jié)構(gòu)不被破壞；在強(qiáng)烈地震作用下，建筑不會(huì)倒塌，確保生命安全。同時(shí)還有如下一些規(guī)定：在遭受本地區(qū)規(guī)定的基本烈度地震影響時(shí)，建筑（包括結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)部分）可能有損壞，但不致危及人民生命財(cái)產(chǎn)安全，不需修理或稍加修理即可恢復(fù)使用；在遭受較常遇到的、低于本地區(qū)規(guī)定的基本烈度的地震影響時(shí)，建筑不損壞；在遭受預(yù)估的、高于基本烈度的地震影響時(shí)，建筑不致倒塌或發(fā)生危及人民生命財(cái)產(chǎn)的嚴(yán)重破壞。上述三點(diǎn)規(guī)定可概述為“小震不壞、中震可修、大震不倒”這樣一句話，這成為了我國(guó)建筑抗震設(shè)計(jì)中的抗震預(yù)防理念。

二、建筑體型設(shè)計(jì)

建筑的不同體型會(huì)對(duì)建筑的抗震性、穩(wěn)定性產(chǎn)生不同的影響。因此在高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)中同樣需要關(guān)注建筑的體型設(shè)計(jì)[1]。建筑的體型設(shè)計(jì)不當(dāng)也會(huì)削弱建筑的抗震性能。平面復(fù)雜的房屋，比如L型、Y型形狀的建筑在地震中破壞率比較高；建筑屋頂?shù)娜狗宽斆媾c主樓相連接的地方如果面積很小也容易遭受破壞；房屋的高度與寬度比值過大、重心過高、剛度過大的高層建筑，容易在地震中傾倒，在巨大的壓力下發(fā)生剪壓破壞、攔腰倒下；高層建筑相互之間的距離太小、寬度不夠也會(huì)在地震中發(fā)生碰撞破壞。因此，在高層建筑的抗震性能設(shè)計(jì)中要注意建筑的體型設(shè)計(jì)，增強(qiáng)建筑的抗震性能與穩(wěn)定性。

三、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在高層建筑中由于建筑樓層較高、重心較高，如果建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理的話極容易帶來很大的安全隱患[2]。所以，在高層建筑中對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的科學(xué)合理設(shè)計(jì)尤其重要。在高層建筑中應(yīng)該采用抗震性能好的建筑平面及立面設(shè)計(jì)，采用結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定規(guī)則的設(shè)計(jì)，避免嚴(yán)重不規(guī)則的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，平面的布局也應(yīng)該追求簡(jiǎn)單簡(jiǎn)潔、規(guī)則對(duì)稱，避免某一個(gè)點(diǎn)的力度集中，樓梯與電梯的布局也應(yīng)該盡量放在建筑正中，減少建筑壓力力度的偏位，增強(qiáng)建筑受力的均勻，提升高層建筑的穩(wěn)定性與抗震性。節(jié)點(diǎn)是梁柱鋼筋的錨固區(qū)，對(duì)結(jié)構(gòu)性能影響很大，為保證建筑在地震中與豎向的壓力承載下能夠有較強(qiáng)的抗剪能力，要將節(jié)點(diǎn)的核心區(qū)剪壓設(shè)計(jì)稍微低一點(diǎn)。

對(duì)高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要合理布局建筑的剛度與承載力的分布，使建筑的各個(gè)部分的受力比較均勻，避免受力嚴(yán)重不均的情況，否則容易使建筑在地震中產(chǎn)生變形集中[3]。在高層建筑中采用L型、三角形等不對(duì)稱平面設(shè)計(jì)，容易在地震中變形嚴(yán)重。在建筑的受力分布設(shè)計(jì)中，要避免建筑豎向的體型復(fù)雜，減少建筑豎向的凹凸設(shè)計(jì)過多，電梯的布局也盡量避免放置在建筑的偏位，這樣容易造成建筑在地震中發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形，使建筑破壞嚴(yán)重。

四、延性框架設(shè)計(jì)

結(jié)構(gòu)抗震的本質(zhì)就是延性，提高延性可以提高建筑的抗震性能，提高建筑的抗坍塌性?？蚣苁墙ㄖ撵`魂支撐，框架的設(shè)計(jì)很大程度上決定了建筑的穩(wěn)定性、牢靠性與抗震性。因此在高層建筑的抗震性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，尤其要注重建筑的框架設(shè)計(jì)。高層建筑中采用框-墻體系的應(yīng)用，能夠提升建筑的穩(wěn)定性，有利于減輕在地震中的破壞程度[4]。減少“框架結(jié)構(gòu)+填充墻”，底部純框架+上部砌體結(jié)構(gòu)”、要鋼筋混凝土框架等結(jié)構(gòu)。加強(qiáng)結(jié)構(gòu)空間的整體性，增加超靜定次數(shù)、組織多重抗震防線。要盡量減少結(jié)構(gòu)的自重，結(jié)構(gòu)中的節(jié)點(diǎn)的承載力要大于非節(jié)點(diǎn)的承載力，對(duì)建筑中的薄弱點(diǎn)要采取有效措施增強(qiáng)抗震性能。對(duì)構(gòu)件的相接縫隙處要進(jìn)行混凝土澆筑，減少構(gòu)件相接處的穩(wěn)定性不強(qiáng)的程度。

在高層建筑中要遵循“強(qiáng)柱弱梁”的設(shè)計(jì)理念，使建筑的柱相對(duì)于梁有較強(qiáng)的抗壓力、抗彎力與承載力，這樣能夠保證框架具有一個(gè)較為穩(wěn)定的塑性耗能機(jī)構(gòu)和較大的塑性耗能能力，從而保證建筑在地震中能夠有較強(qiáng)的穩(wěn)定性、牢靠性，能夠在地震中減少破壞與損失。柱為壓彎型受力構(gòu)件，軸壓比較小，建筑的延性好、耗能性低，軸壓比較大，建筑的延性較差、耗能性增大。為了增強(qiáng)建筑的抗震性，建筑的延性比耗能性相對(duì)重要些，所以在柱的設(shè)計(jì)中，要使柱的軸壓比設(shè)計(jì)稍大些[5]。剪切破壞是一種脆性的破壞，沒有延性，沒有預(yù)兆的，瞬時(shí)發(fā)生，沒有防范，一旦某部位發(fā)生剪切破壞，該部位就將徹底退出結(jié)構(gòu)抗震能力，對(duì)于柱端的剪切破壞還可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的局部或整體倒塌。因此在高層建筑的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中還要遵循“強(qiáng)剪弱彎”的原則，加強(qiáng)建筑中柱子、梁、節(jié)點(diǎn)的組合剪力值，減少建筑在地震中的剪切破壞。

結(jié)語(yǔ)：

我國(guó)地形比較復(fù)雜，地震多發(fā)，地震給我國(guó)帶來巨大的人員傷亡與財(cái)產(chǎn)損失。因此，提高我國(guó)高層建筑的結(jié)構(gòu)抗震性尤為必要且重要，增強(qiáng)高層建筑的結(jié)構(gòu)抗震性，才能為我國(guó)人民提供安全的生活環(huán)境，為我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供堅(jiān)強(qiáng)的保障。高層建筑的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)關(guān)乎人民的生命安全與經(jīng)濟(jì)安全，我國(guó)的高層建筑的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的研究仍然需要不斷的努力與探索。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐宜和，丁勇春.高層建筑結(jié)構(gòu)抗震分析和設(shè)計(jì)的探討[J].江蘇建筑.2004，（03）.

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[3]馮麗娟，尚曉江，徐自國(guó).基于ABAQUS程序的結(jié)構(gòu)靜力和動(dòng)力彈塑性分析[J].工程抗震與加固改造.2008，（05）.

[4]閻紅霞，楊慶山，張麗英.ABAQUS在超高層結(jié)構(gòu)動(dòng)力彈塑性分析中的應(yīng)用[J].震災(zāi)防御技術(shù).2010，（01）.

[5]柳國(guó)環(huán)，練繼建，孫雪艷，國(guó)巍.結(jié)構(gòu)動(dòng)力彈塑性和倒塌分析（Ⅲ）——地震差動(dòng)作用下輸電塔—線體系的彈塑性與倒塌分析[J].地震研究.2014，（01）.