淺談我國(guó)高層建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

摘要：隨著地震的多發(fā)，房屋抗震的設(shè)計(jì)顯得至關(guān)的重要。房屋的建筑要按照抗震的要求來(lái)進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，我國(guó)建筑的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范在保證房屋的安全方面起到了決定性作用的。本文通過(guò)對(duì)建筑抗震進(jìn)行理論和高層結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的分析，進(jìn)而探索了高層建筑抗震設(shè)計(jì)分析方法，旨在為解決高層建筑抗震相關(guān)問(wèn)題提供理論參考。

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

20世紀(jì)80年代，是我國(guó)高層建筑在設(shè)計(jì)計(jì)算及施工技術(shù)各方面迅速發(fā)展的階段。各大中城市普遍興建高層或超高層以鋼筋為主的建筑，建筑層數(shù)和高度不斷增加，功能和類(lèi)型越來(lái)越復(fù)雜，結(jié)構(gòu)體系日趨多樣化。進(jìn)入90年代我國(guó)高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與施工技術(shù)進(jìn)入了新的階段，不僅結(jié)構(gòu)體系及建筑材料出現(xiàn)多樣化，而且在高度上長(zhǎng)幅很大有一個(gè)飛躍。

1 建筑抗震的理論分析

建筑結(jié)構(gòu)抗震規(guī)范實(shí)際上是各國(guó)建筑抗震經(jīng)驗(yàn)帶有權(quán)威性的總結(jié)，是指導(dǎo)建筑抗震設(shè)計(jì)的法定性文件。它既反映了各個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)與建設(shè)的時(shí)代水平，又反映了各個(gè)國(guó)家的具體抗震實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。它雖然受抗震有關(guān)科學(xué)理論的引導(dǎo)，向技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理性的方向發(fā)展，但它更要有堅(jiān)定的工程實(shí)踐基礎(chǔ)，把建筑工程的安全性放在首位，容不得半點(diǎn)冒險(xiǎn)和不實(shí)。

其中動(dòng)力理論是20世紀(jì)70年代～80年代廣為應(yīng)用的地震動(dòng)力理論。它的發(fā)展除了基于60年代以來(lái)電子計(jì)算機(jī)技術(shù)和試驗(yàn)技術(shù)外，人們對(duì)各類(lèi)結(jié)構(gòu)在地震作用下的線(xiàn)性與非線(xiàn)性反應(yīng)過(guò)程有了較多的了解，同時(shí)隨著強(qiáng)震觀測(cè)臺(tái)站的不斷增多，各種受損結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)記錄也不斷增多。進(jìn)一步動(dòng)力理論也稱(chēng)地震時(shí)程分析理論，它把地震作為一個(gè)時(shí)間過(guò)程，選擇有代表性的地震動(dòng)加速度時(shí)程作為地震動(dòng)輸入，建筑物簡(jiǎn)化為多自由度體系，計(jì)算得到每一時(shí)刻建筑物的地震反應(yīng)，從而完成抗震設(shè)計(jì)工作。

2 高層結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

建筑規(guī)模大，成本高。高層建筑的質(zhì)量很大程度上決定于施工材料、施工技術(shù)和施工周期。而從建筑的結(jié)構(gòu)上來(lái)看高層的結(jié)構(gòu)，可以看到的是它所產(chǎn)生的軸向力與建筑物的高度大體是一種線(xiàn)性的關(guān)系;水平荷載使得結(jié)構(gòu)彎矩。而從受力的這個(gè)角度上來(lái)看，垂直荷載的方向如果不變，但是高度不斷增加，這些也只能使得量增加。從側(cè)移的特性上來(lái)看，豎向的荷載所引起側(cè)移是很小的，水平的荷載比較均布時(shí)，側(cè)移和高度的關(guān)系是四次方的變化。由此我們可以看到，在高層的結(jié)構(gòu)當(dāng)中，水平荷載影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)的超出垂直荷載影響，水平荷載結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)上的因素，結(jié)構(gòu)的抵抗水平低而導(dǎo)致荷載產(chǎn)生彎矩、剪力和拉應(yīng)力，而且對(duì)結(jié)構(gòu)的要求是必須要有剛度，高度的增加會(huì)帶來(lái)側(cè)向的變形，并且將此限制于結(jié)構(gòu)的范圍內(nèi)。

3 高層建筑抗震設(shè)計(jì)分析方法

3.1 建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)則性

為了保證建筑的可靠性以及其所承載的力量的分布均勻，在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，一定要盡量保證建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)則性，并且也要使抗側(cè)力結(jié)構(gòu)盡量保證簡(jiǎn)單化。在選擇建筑結(jié)構(gòu)平面布置圖形時(shí)，應(yīng)該選擇較為規(guī)整的圖形，因?yàn)橹挥幸?guī)則的圖形，才能使建筑在面對(duì)地怎發(fā)生時(shí)所帶來(lái)的承載力的均勻分布。對(duì)于不規(guī)則的建筑結(jié)構(gòu)平面，應(yīng)該盡量避免，因?yàn)椴灰?guī)則的建筑平面容易造成建筑結(jié)構(gòu)質(zhì)心與鋼心間的交錯(cuò)，這樣的建筑在面對(duì)地震時(shí)，容易產(chǎn)生鋼心距離較大，剛性不足，最終建筑將會(huì)面臨倒塌的危險(xiǎn)。

3.2 抗側(cè)力體形的優(yōu)化

對(duì)一般性構(gòu)造的高樓，剛比柔好，采用剛性結(jié)構(gòu)方案的高樓，不僅主體結(jié)構(gòu)破壞輕，而且由于地震時(shí)的結(jié)構(gòu)變形小，隔墻，圍護(hù)墻等非結(jié)構(gòu)部件將得到保護(hù)，破壞也會(huì)減輕。提高結(jié)構(gòu)的超靜定次數(shù)，在地震時(shí)能夠出現(xiàn)的塑性鉸就多，能耗散的地震能量也就越多，結(jié)構(gòu)就愈能經(jīng)受住較強(qiáng)地震而不倒塌。改善結(jié)構(gòu)屈服機(jī)制，使結(jié)構(gòu)破壞十按照整體屈服機(jī)制進(jìn)行，而不是樓層屈服機(jī)制。設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)時(shí)遵循強(qiáng)節(jié)弱桿、強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎，強(qiáng)壓弱拉的原則。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該選定構(gòu)件中軸力小的水平桿件，作為主要耗能桿件，并盡可能使其發(fā)生彎曲耗能。從而使整個(gè)構(gòu)件具備較大的延性和耗能能力

3.3 隔震和消能減震設(shè)計(jì)

有些高層建筑對(duì)于抗震的要求較為嚴(yán)格，除了要實(shí)現(xiàn)一般的抗震效果外，還有保證隔振、消能等方面的需求。因此，為了達(dá)到這些效果，首先，從場(chǎng)地與地基的角度來(lái)看，應(yīng)該選擇具有較高密實(shí)度的地基，因?yàn)楦呙軐?shí)度的地基，可以減輕地震發(fā)生時(shí)所產(chǎn)生的能量給建筑造成的破壞，降低共振發(fā)生幾率。對(duì)于不同建筑，其所要求的隔振系數(shù)有所不同，因此，在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，一定要具體問(wèn)題具體分析，選擇相應(yīng)的隔震支座，并且，也要考慮因風(fēng)力所給建筑帶來(lái)的負(fù)荷。對(duì)于隔振、消能方面的建筑構(gòu)件的選擇上，盡量采用延性好的材料，使建筑受地震能力帶來(lái)的破壞降低。

3.4 建筑結(jié)構(gòu)材料的選取

建筑結(jié)構(gòu)材料的好壞決定著建筑在地震發(fā)生時(shí)的安全性。事實(shí)上，高層建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的實(shí)質(zhì)就是將各個(gè)建筑構(gòu)件的延性整合起來(lái)，并對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的協(xié)調(diào)與把握，其目的就使建筑在面對(duì)地震時(shí)能夠安全穩(wěn)定。在選擇建筑鋼筋時(shí)，一定要盡量選擇那些具有較高韌性的材料。對(duì)于在垂直方向受力的鋼筋，要采用熱軋鋼筋，以HRB400級(jí)和HRB335級(jí)為標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于箍筋，則是以HRB335、HRB400和HPB235級(jí)熱軋鋼筋為佳。在選取建筑結(jié)構(gòu)材料過(guò)程中，一定要時(shí)時(shí)考慮材料抗震方面的性能，當(dāng)然，在建筑過(guò)程中，建筑成本、造價(jià)控制也是建筑企業(yè)必須要考慮的問(wèn)題，因此，在對(duì)建筑結(jié)構(gòu)材料選取的過(guò)程中，一定要找到建筑成本與抗震新性能之間的點(diǎn)，兼顧二者，以期實(shí)現(xiàn)以最少的材料獲取最佳的抗震效果。

3.5 場(chǎng)地和地基的選擇

建筑的場(chǎng)地以及地基的選擇對(duì)于高層建筑的抗震能力具有直接的影響，是建筑抗震設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。在進(jìn)行建筑場(chǎng)地以及地基的選擇時(shí)，應(yīng)該充分的了解當(dāng)?shù)氐牡卣鸹顒?dòng)情況，對(duì)當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)情況進(jìn)行科學(xué)的勘察，在收集豐富資料的基礎(chǔ)之上對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行綜合的分析和評(píng)價(jià)，評(píng)估當(dāng)?shù)氐目拐鹪O(shè)計(jì)等級(jí)。對(duì)于一些不利于抗震設(shè)計(jì)的場(chǎng)地應(yīng)該盡可能的進(jìn)行規(guī)避，而實(shí)在無(wú)法規(guī)避的應(yīng)該有針對(duì)性的做好相應(yīng)的處理措施。在高層建筑地基選擇過(guò)程當(dāng)中應(yīng)該盡可能的選擇巖石或者是其它具有較高密實(shí)度的基土，從而提高建筑地基的抗震能力，盡可能的避開(kāi)不利于抗震的軟性地基土。對(duì)于一些達(dá)不到抗震要求的地基應(yīng)該采取相應(yīng)的措施進(jìn)行加固和改造，使其能夠符合相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。

3.6 常用的加固設(shè)計(jì)

為了有效的提高建筑結(jié)構(gòu)的抗震能力，應(yīng)該根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況采取相應(yīng)的加固措施，在進(jìn)行加固方法選擇的時(shí)候應(yīng)該具體考慮以下幾個(gè)方面的因素：對(duì)于一些機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)存在缺陷的情況，應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況增加構(gòu)件進(jìn)行加固，或者是采取具有較高抗震能力的構(gòu)件代替原有構(gòu)件。對(duì)于需要提高承載力或結(jié)構(gòu)整體剛度的情況，可以增設(shè)構(gòu)件，擴(kuò)大原截面，設(shè)置套箍等方法;很多建筑結(jié)構(gòu)整體性連接達(dá)不到抗震的標(biāo)準(zhǔn)，可以有針對(duì)性的對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，這樣可以分散地震力，減少破壞。建筑中的一些與建筑結(jié)構(gòu)不相關(guān)的構(gòu)件，在地震時(shí)有可能倒塌而造成危害，應(yīng)該適當(dāng)進(jìn)行加固。

4 結(jié)束語(yǔ)

現(xiàn)代城市的發(fā)展促使高層建筑的不斷增多，抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也顯得越來(lái)越重要。而新型結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，分析難度大，全面細(xì)致的考慮結(jié)構(gòu)各個(gè)構(gòu)件和每個(gè)組成部分，成為今后新型結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)和考慮的重點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]羅聯(lián)訓(xùn).""淺論高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J]. 中華民居，2014（06）

[2]楊玉峰.""抗震結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)及施工關(guān)鍵技術(shù)[J]. 商品混凝土，2013（06）

[3]張大權(quán).""高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中框架剪力墻應(yīng)用研究[J]. 科技資訊，2010（30）

[4]寧小東.""高層建筑方案階段的結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)[J]. 邵陽(yáng)學(xué)院學(xué)報(bào)，2006（02）