關(guān)于高層建筑結(jié)構(gòu)抗震技術(shù)的探討

趙曉杰　高云亮

摘 要：隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國建筑工程事業(yè)得到了極大的發(fā)展空間，在建筑工程施工中大量新技術(shù)、新工藝的應(yīng)用，推動了我國建筑事業(yè)的高速發(fā)展。提高高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能，是確保建筑施工質(zhì)量的有效保障，在抗震設(shè)計環(huán)節(jié)，必須充分考慮高層建筑抗震的特點及現(xiàn)場施工條件。本文主要對高層建筑抗震設(shè)計的要點、保證結(jié)構(gòu)延性能力的抗震措施進(jìn)行了分析與探究，以期為提高高層建筑結(jié)構(gòu)抗震能力提供一個可靠的保障。

關(guān)鍵詞：高層建筑；抗震設(shè)計；要點；抗震措施

1 建筑抗震的理論分析

擬靜力理論。擬靜力理論是20世紀(jì)10～40年代發(fā)展起來的一種理論，它在估計地震對結(jié)構(gòu)的作用時，僅假定結(jié)構(gòu)為剛性，地震力水平作用在結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的質(zhì)量中心上。地震力的大小當(dāng)于結(jié)構(gòu)的重量乘以一個比例常數(shù)（地震系數(shù)）。

反應(yīng)譜理論。反應(yīng)譜理論是在加世紀(jì)40～60年代發(fā)展起來的，它以強地震動加速度觀測記錄的增多和對地震地面運動特性的進(jìn)一步了解，以及結(jié)構(gòu)動力反應(yīng)特性的研究為基礎(chǔ)，是加理工學(xué)院的一些研究學(xué)者對地震動加速度記錄的特性進(jìn)行分析后取得的一個重要成果。

動力理論。動力理論是20世紀(jì)70-80年廣為應(yīng)用的地震動力理論。它的發(fā)展除了基于60年代以來電子計算機技術(shù)和試驗技術(shù)的發(fā)展外，人們對各類結(jié)構(gòu)在地震作用下的線性與非線性反應(yīng)過程有了較多的了解，同時隨著強震觀測臺站的不斷增多，各種受損結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)記錄也不斷增多。進(jìn)一步動力理論也稱地震時程分析理論，它把地震作為一個時間過程，選擇有代表性的地震動加速度時程作為地震動輸入，建筑物簡化為多自由度體系，計算得到每一時刻建筑物的地震反應(yīng)，從而完成抗震設(shè)計工作。

2 高層建筑結(jié)構(gòu)抗震能力的分析

鋼結(jié)構(gòu)：鋼結(jié)構(gòu)是以鋼材為主要結(jié)構(gòu)材料。鋼材的特點是強度高、重量輕，同時由于鋼材料的勻質(zhì)性和強韌性，可有較大變形，能很好地承受動力荷載，具有很好的抗震能力。 不過，由于鋼結(jié)構(gòu)建筑的造價相對較高，目前應(yīng)用不是非常普遍。一般的超高層建筑（100米以上）或者跨度較大的建筑通常應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu)。

剪力墻結(jié)構(gòu)：剪力墻是用鋼筋混凝土墻板來承擔(dān)各類荷載引起的內(nèi)力，并能有效控制結(jié)構(gòu)的水平力，這種用剪力墻來承受豎向和水平力的結(jié)構(gòu)稱為剪力墻結(jié)構(gòu)。剪力墻結(jié)構(gòu)在高層（10層及10層以上的居住建筑或高度超過24米的建筑）房屋中被大量運用。

框架結(jié)構(gòu)：由鋼筋混凝土澆灌成的承重梁柱組成骨架，再用空心磚或預(yù)制的加氣混凝土、陶粒等輕質(zhì)板材作隔墻分戶裝配而成。墻主要是起圍護(hù)和隔離的作用，由于墻體不承重，所以可由各種輕質(zhì)材料制成?？蚣芙Y(jié)構(gòu)中，還有一種框剪結(jié)構(gòu)，又名框架—剪力墻結(jié)構(gòu)，它是框架結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)兩種體系的結(jié)合，吸取了各自的長處，既能為建筑平面布置提供較大的使用空間，又具有良好的抗力性能。這種結(jié)構(gòu)的住房有很好的抗震性?？蚣芙Y(jié)構(gòu)在現(xiàn)代建筑設(shè)計中應(yīng)用較為普遍，我們所見的大多數(shù)建筑都是框架結(jié)構(gòu)。

磚混結(jié)構(gòu)：磚混結(jié)構(gòu)中的“磚”，是指一種統(tǒng)一尺寸的建筑材料，也包括其他尺寸的異型黏土磚、空心磚等。 “混”是指由鋼筋、水泥、沙石、水按一定比例配制的鋼筋混凝土配料，包括樓板、過梁、樓梯、陽臺。這些配件與磚做的承重墻相結(jié)合，所以稱為磚混結(jié)構(gòu)。磚混結(jié)構(gòu)住宅一般以多層 （24米以下，住宅10層以下）住宅為主，其抗震性能比起上述三者相對弱一些。磚混結(jié)構(gòu)一般應(yīng)用在多層或者跨度不大的建筑，但由于磚混結(jié)構(gòu)的房屋格局死板，墻面不能改動，加之近些年框架結(jié)構(gòu)以及剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)用得越來越普遍，在城市建設(shè)中已經(jīng)很少應(yīng)用磚混結(jié)構(gòu)，目前我國只有城郊的一些建筑中還是磚混結(jié)構(gòu)。

3 提升高層建筑結(jié)構(gòu)抗震技術(shù)的措施

在高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中，除考慮概念設(shè)計、結(jié)構(gòu)抗震驗算外，歷次地震后人們在限制建筑高度，提高結(jié)構(gòu)延性（限制結(jié)構(gòu)類型和結(jié)構(gòu)材料使用）等方面總結(jié)的抗震經(jīng)驗一直是各國規(guī)范重視的問題。合理選擇了結(jié)構(gòu)的屈服水準(zhǔn)和延性要求后，就需要通過抗震措施來保證結(jié)構(gòu)確實具有所需的延性能力，從而保證結(jié)構(gòu)在中震、大震下實現(xiàn)抗震設(shè)防目標(biāo)。系統(tǒng)的抗震措施包括以下幾個方面內(nèi)容：

首先，“強柱弱梁”：人為增大柱相對于梁的抗彎能力，使鋼筋混凝土框架在大震下，梁端塑性鉸出現(xiàn)較早，在達(dá)到最大非線性位移時塑性轉(zhuǎn)動較大；而柱端塑性鉸出現(xiàn)較晚，在達(dá)到最大非線性位移時塑性轉(zhuǎn)動較小，甚至根本不出現(xiàn)塑性鉸。從而保證框架具有一個較為穩(wěn)定的塑性耗能機構(gòu)和較大的塑性耗能能力。

其次，“強剪弱彎”：剪切破壞基本上沒有延性，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。因此可以人為增大柱端、梁端、節(jié)點的組合剪力值，使結(jié)構(gòu)能在大震下的交替非彈性變形中其任何構(gòu)件都不會先發(fā)生剪切破壞。

最后，抗震構(gòu)造措施：通過抗震構(gòu)造措施來保證形成塑性鉸的部位具有足夠的塑性變形能力和塑性耗能能力，同時保證結(jié)構(gòu)的整體性。這一系統(tǒng)的抗震措施理念已被世界各國所接受，但是對于耗能機構(gòu)卻出現(xiàn)了以新西蘭和美國為代表的兩種不完全相同的思路。首先，這兩種思路都是以優(yōu)先引導(dǎo)梁端出塑性鉸為前提。

4 結(jié)束語

綜上所述，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的科學(xué)性、合理性已經(jīng)成為國家及人民所關(guān)注的焦點。在建筑工程施工前期嚴(yán)格按照國家相關(guān)規(guī)定對其施工設(shè)計、施工環(huán)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)控，在確保其質(zhì)量的前提下，提高其抗震性能。隨著施工技術(shù)水平的不斷提高，加大高層建筑抗震設(shè)計的研究力度，只有這樣才能提高高層建筑的抗震性能，減少對國家和人民的嚴(yán)重?fù)p失。

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