高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)分析

傅振芳

摘 要：近年來，我國城市建筑開始向高層和超高層方向發(fā)展。在高層建筑中，由于其層數(shù)較多，自身垂直高度較大，這就對(duì)高層建筑物結(jié)構(gòu)和性能提出了更高的要求。高層建筑物結(jié)構(gòu)需要具有較好的穩(wěn)固性和抗震性能，從而確保高層建筑具有較好的安全性。文章從建筑物抗震性能的影響因素入手，對(duì)高層建筑抗震設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容進(jìn)行了分析，并進(jìn)一步對(duì)高層建筑抗震設(shè)計(jì)的研究方法進(jìn)行了具體的闡述。

關(guān)鍵詞：高層建筑；抗震性能；影響因素

前言

當(dāng)前高層建筑已成為城市的主要建筑形式，在建筑物高度不斷增加的情況下，建筑物的結(jié)構(gòu)也越來越復(fù)雜，而且一些不規(guī)則形體建筑也開始出現(xiàn)。在這種情況下，就對(duì)建筑物的抗震性能提出了較高的要求，特別是近年來地震發(fā)生頻率較高，一旦地震發(fā)生，針對(duì)建筑物帶來不同程度的損壞，從而危及人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全。因此，在當(dāng)前高層建筑中，需要對(duì)抗震設(shè)計(jì)進(jìn)行重點(diǎn)考慮，從而有效的提高高層建筑的安全性和穩(wěn)固性。

1 建筑物抗震性能的影響因素

1.1 建筑物體的自身因素

建筑物本身的結(jié)構(gòu)形式會(huì)對(duì)其抗震性能帶來關(guān)鍵性的影響。合理的結(jié)構(gòu)形式其抗震性能也較強(qiáng)，特別是當(dāng)前我國整體建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于發(fā)達(dá)國家，在鋼筋配置率和梁柱承載力配置上都無法與建筑行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)相適應(yīng)，這就需要確保設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的合理性。由于高層建筑發(fā)展越來越趨向于復(fù)雜化和不規(guī)劃化，合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠有效地降低地震作用下建筑的損害，確保建筑物抗震效果的提高，使地震發(fā)生時(shí)人們的生命財(cái)產(chǎn)損失能夠減少。

1.2 建筑物材料的選用

建筑物自身抗震性能的好壞還與建筑物選用的材料好壞具有直接的關(guān)系，特別是在相同環(huán)境下，材料的質(zhì)量越好，建筑物的抗震性能也會(huì)越高，否則其抗震能力則會(huì)有所降低，為建筑物的安全埋下較大的隱患。在當(dāng)前建筑物實(shí)際建設(shè)過程中，對(duì)于圍護(hù)墻等構(gòu)成部件為了提高抗震性能，往往會(huì)選用空心磚等質(zhì)量較輕的材料，從而提高建筑物的抗震能力。

在地震高發(fā)地區(qū)，在其建筑物建設(shè)過程中使用最多的當(dāng)屬鋼結(jié)構(gòu)， 但在當(dāng)前我國建筑行業(yè)施工過程中，鋼筋和混凝土是最常使用的材料，這就導(dǎo)致材料會(huì)對(duì)抗震效果帶來較大的影響，特別是我國還處于地震災(zāi)害頻發(fā)區(qū)，因此，需要在選擇建筑材料時(shí)以高質(zhì)量的材料為主，有效地提高建筑物的抗震性能。

1.3 地理環(huán)境因素

高層建筑抗震能力還會(huì)受到來自于外部因素地理環(huán)境的影響，特別是我國地域遼闊，地形條件較為復(fù)雜，在地震發(fā)生時(shí)往往會(huì)有次生自然災(zāi)害發(fā)生，這都會(huì)對(duì)建筑物帶來再次的破壞，嚴(yán)重危及人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全。因此，在建筑物位置選擇時(shí)需要做好實(shí)地考察工作，對(duì)當(dāng)?shù)氐牡匦巍⒌刭|(zhì)及氣候條件等進(jìn)行精確掌握，努力提高建筑物的抗震能力，確保地震發(fā)生時(shí)所帶來的損害能夠達(dá)到最小化。

2 高層建筑抗震設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容

在當(dāng)前我國高層建筑抗震設(shè)計(jì)過程中，對(duì)于發(fā)生較小地震時(shí)，可以根據(jù)反應(yīng)譜理論來對(duì)地震的作用力進(jìn)行計(jì)算，通過對(duì)地震發(fā)生時(shí)釋放的內(nèi)力和造成的建筑位移采用彈性的方法進(jìn)行計(jì)算，然后利用極限的方式來對(duì)建筑的結(jié)構(gòu)部件進(jìn)行設(shè)計(jì)。而對(duì)于一些具有特殊要求的建筑物，不僅需要對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)充計(jì)算，在情況許可時(shí)還需要進(jìn)行變形驗(yàn)算。當(dāng)前我國在進(jìn)行變形驗(yàn)算時(shí)不僅驗(yàn)算的種類較少，而且類型較為單一，因此，需要努力提高彈塑性計(jì)算要求，確保彈塑性計(jì)算方式具有較好的操作性，確保高層建筑抗震性能的提升。

當(dāng)前高層建筑在進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)，其基本內(nèi)容主要包括推力計(jì)算和時(shí)程分析兩部分。推力計(jì)算即是靜力法，這種方法應(yīng)用時(shí)間較早，其自身具有較多的優(yōu)點(diǎn)。其主要利用空間、平面和三維空間結(jié)構(gòu)體，為了能夠保證變形關(guān)系的確定，則需要各個(gè)構(gòu)件都必然達(dá)到具體的標(biāo)準(zhǔn)。通過靜力法還可以對(duì)各個(gè)組成部件內(nèi)力、承載力大小進(jìn)行了解，從而對(duì)設(shè)計(jì)中與規(guī)范內(nèi)容不相符的內(nèi)容進(jìn)行查找，在當(dāng)前很大部分高層建筑抗震設(shè)計(jì)時(shí)都是以該方法進(jìn)行分析，而且這種設(shè)計(jì)方式廣大設(shè)計(jì)人員應(yīng)用也較為熟練。

時(shí)程分析也可以稱為動(dòng)力法，主要評(píng)判建筑物所處地理位置的烈度、類別和設(shè)計(jì)，然后對(duì)一定數(shù)量地面運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生速度的記錄進(jìn)行選擇，在分析和計(jì)算過程中得出虛擬地震過程中建筑物位移和速度，從而制定科學(xué)合理的抗震計(jì)劃。這種方法能夠從宏觀范圍上對(duì)建筑物結(jié)構(gòu)的安全性進(jìn)行檢驗(yàn)，但由于在分析過程中需要消耗大量的時(shí)間和資金，而且所顯示出來的數(shù)量不僅紛繁，而且較為復(fù)雜，因此在實(shí)際抗震設(shè)計(jì)中很少被采用。

3 抗震設(shè)計(jì)的研究方法

3.1 合理設(shè)計(jì)抗震結(jié)構(gòu)

高層建筑物的結(jié)構(gòu)是否合理，會(huì)直接影響到抗震性能的強(qiáng)弱。我國大多數(shù)的高層建筑主要采用三種結(jié)構(gòu)方式，分別是框筒體系、筒中筒與框架體系、支撐體系。我國是鋼材生產(chǎn)大國，鋼的制造能力和加工水平已經(jīng)達(dá)到世界先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)，因此，可以廣泛使用鋼結(jié)構(gòu)，提高抗震能力。在抗震設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)中，要大膽的從傳統(tǒng)的抗震模式中徹底解放出來，實(shí)現(xiàn)從硬性到軟性模式的根本轉(zhuǎn)變，有效的消減地震時(shí)釋放出來的作用力。

3.2 選擇適當(dāng)?shù)慕ㄖ牧?/p>

建筑質(zhì)量的好壞直接受建筑材料的影響，當(dāng)所使用的建筑材料質(zhì)量較好時(shí)，建筑物的抗震性能則會(huì)處于較好的水平。因此，需要對(duì)所選擇材料的抗震性能參數(shù)進(jìn)行分析，不能只對(duì)材料的承載力大小進(jìn)行考慮，而需要從整體上進(jìn)行把握，通過對(duì)建筑物延性進(jìn)行有效控制，從而全方位、多層次的對(duì)建筑材料進(jìn)行選擇，確保建筑物整體質(zhì)量的提升。

3.3 多角度設(shè)置抗震防線

提高建筑物抗震效果還可以通過增加抵御路線這種方式來提高抵抗力。當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí)，各種防線可以共同發(fā)揮作用，第一種防線潰敗時(shí)，還有后續(xù)力量給與支持增援，阻止建筑物發(fā)生大面積的倒塌破壞。在技術(shù)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，可以添加諸如多肢節(jié)、框架式的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。其中框架墻具有多層次防線的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，而剪力墻又是其主要的構(gòu)成部件，屬于抗震過程中的主力軍，設(shè)置的數(shù)量要足以應(yīng)對(duì)地震所產(chǎn)生的沖擊力。一般來說，剪力墻受到破壞之后，每層框架所具有的地震剪力應(yīng)大于結(jié)構(gòu)底部的剪力，只有這樣才能確保防線設(shè)置的成功。

3.4 綜合使用各種隔震措施

大多數(shù)的高層建筑在具體設(shè)計(jì)時(shí)，都運(yùn)用了延性這一種結(jié)構(gòu)方式。所謂的延性就是指控制住建筑物的剛硬程度，在地震過程中使建筑物的結(jié)構(gòu)部件擁有一種塑性狀態(tài)，消耗地震產(chǎn)生式釋放的作用力，減少地震的反應(yīng)度，從而有效地減少建筑物受到的破壞。這是一種高效的構(gòu)件方式，被許多人員廣泛的推行使用。近年來，各種抗震措施得以逐漸完善，大大的削弱了地震造成的破壞。

4 結(jié)束語

近年來我國發(fā)生了幾次強(qiáng)烈的地震，這給高層建筑的抗震性能帶來了嚴(yán)竣的考驗(yàn)，從震后的情況分析來看，高層建筑結(jié)構(gòu)在抗震方面表現(xiàn)并不如人意。因此，還需要努力提高高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)水平，采用科學(xué)的抗震設(shè)計(jì)方法確保設(shè)計(jì)出來的抗震結(jié)構(gòu)具有較好的先進(jìn)性，從而努力提高高層建筑的抗震效果，有效地減少地震發(fā)生時(shí)所給人們生命和財(cái)產(chǎn)帶來的損失。

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