高層建筑結構抗震性能處理措施分析與設計

文/姜亮、何萬里 山東濟南 250101

1、抗震設計在建筑結構設計中的重要性分析

隨著全球化、城市化發(fā)展進程的加快，許多國家、城市高層建筑的數(shù)量不斷的增加，城市人口密度也在不斷的增加，過多的人和財富都集中在一個區(qū)域，一旦該區(qū)域發(fā)生地震災害，其在成的人員傷亡和財產損失是不可估量的。地震是一種自然災害，現(xiàn)階段的科學技術手段并不能夠完全準確的預測地震災害的方法，并且也沒有相應有效的防止對策。針對地震這種不確定、危害性的大自然災害，世界各國的地震工程界都進行了深刻的反思——如何利用現(xiàn)有的抗震思想和技術降低地震給建筑帶來的損失。目前，全球 90%以上的國家進行建筑抗震設計堅持的原則為“小震不破壞建筑結構、中震建筑可加固、大震建筑不倒”，該抗震原則的廣泛推廣和應用，在很大程度上提高了建筑結構的抗震性能。但是，在小、中地震災害發(fā)生時，會導致出現(xiàn)建筑部分結構功能喪失的現(xiàn)象，由于建筑內的技術裝備、裝飾等費用超過建筑結構本身的費用，其造成的經濟損失是不可估量的，由此可見加強建筑結構抗震設計的重要性。

2、高層建筑結構抗震性能的影響因素

（1）高層建筑結構上的設計，建筑物在進行平面布置時，如果要想具備多樣化的特征，那么質心和剛心就無法重疊在一起，增加建筑物扭轉效應發(fā)生率，降低建筑物的抗震能力，此外，結構設計時，如果建筑物的重心偏高，那么發(fā)生地震時，建筑物倒塌的可能性非常大。（2）高層建筑建造材料，高層建筑的高度比較高，抗震能力比普通建筑差，因此，人們更為關注高層建筑的抗震能力，尤其是地震頻發(fā)地區(qū)，材料是高層建筑的關鍵性部分，材料的選擇直接關系著建筑物的抗震能力，在使用材料的過程中，如果材料的質量比較差，或者不符合標準，那么建筑物的抗震能力就會比較低，同時，材料自身的抗震能力比較差時，同樣會導致建筑物的抗震能力降低，威脅人們的生命健康。（3）高層建筑地址的選擇，在進行高層建筑選址時，如果選擇的為地震頻發(fā)地帶或者地震強烈地帶，那么建筑抗震設計要求更高，當無法滿足要求時，就會影響建筑物的抗震能力。

3、加強高層建筑結構抗震性能的有效措施

3.1 應采用合理的建筑結構體系

（1） 抗側力構件應布置合理。如在框架—剪力墻結構中，剪力墻宜均增布置在建筑物的周邊附近、樓梯間、電梯間、平面形狀變化及恒載較大的部位，剪力墻間距不宜過大；平面形狀凹凸較大時，宜在凸出部分的端部附近布置剪力墻；縱、橫剪力墻宜組成L型、T型和[型等形式；剪力墻宜貫通建筑物的全高，避免剛度突變；剪力墻開洞口宜上下對齊；抗震設計時，剪力墻的布置宜使結構各主軸方向的側向剛度接近。

（2）結構的整體性要好。高層建筑結構中，樓蓋對于結構的整體性起到非常重要的作用。樓蓋相當于水平隔板，它不僅聚集和傳遞慣性力到各個豎向抗側力的子結構，而且要使這些子結構能協(xié)同承受地震作用，特別是當豎向抗側力子結構布置不均勻或布置復雜或各抗側力子結構水平變形特征不同時，整個結構就要依靠樓蓋使各抗側力子結構能協(xié)同工作。樓蓋體系最重要的作用是提供足夠的平面內剛度和抗力，并與豎向各子結構有效連接。所以房屋的頂層、結構轉換層、平面復雜或開洞過大的樓層、作為上部結構嵌固部分的地下室樓層應采用現(xiàn)澆樓蓋結構。

3.2 合理的基礎設計

建筑的基礎是整個高層建筑質量的根本保證，建筑抗震的設計更要有好的基礎。在建筑設計中，同一個結構單元要設置在性質相同的地基上，盡量采用相同的結構形式。地基有軟弱粘性土、液化土、新近填土或嚴重不均勻土層時，要采取措施加強基礎的整體性和剛性，以保證地基的穩(wěn)定性。底層框架結構由于具有良好的實用性，目前使用比較廣泛，但這種結構上部剛度比較大，而下部剛度又比較小，上下性質截然不同，變形能力相差比較大，在地震時抗扭曲的性能較低，容易引起高層房屋的倒塌和斷裂，因此，在抗震區(qū)要盡量少采用?；蛘呤窃诶脮r采取一定的措施將上下剛度的性質進行協(xié)調，提高其抗震能力。

3.3 注重隔震與消能減震設計

有些區(qū)域對高層建筑的抗震性能要求比較嚴格，不僅要具備相關規(guī)范中所要求的普通的抗震能力，而且還要具備隔震、消能減震的功能。所以在隔震與消能減震的設計過程中要注意以下幾點：首先，在選擇建筑場地及地基時，要保證地基的密實度，保證地基的牢固性，即可最大程度減少地震對建筑體造成的破壞；其次，建筑結構不同，對其隔震系數(shù)的要求也存在差異，所以實際設計過程中要結合工程的實際情況來設計，合理選擇隔震支座，注意不能忽略風力負荷因素；最后，在選擇隔震、消能減震方面的建筑構件時，首先要考慮材料的延性，以降低地震對建筑的破壞程度。

3.4 減少地震時能量的輸入

在具體的設計中，采用基于位移的結構抗震方法，對具體的方案進行定量的分析，使結構的變形能力能夠滿足預期地震作用下的變形需求。在驗算結構的承載力之外，還要對結構在大震作用下的層間位移角限值或位移延性比進行控制；根據(jù)建筑構件的變形和建筑結構的位移之間的關系，確定構件的變形值；根據(jù)建筑截面的應變大小和應變分布，來確定建筑構件的構造需求。另外，對于高層建筑，在堅硬的場地上施工，可以明顯的減少地震時能力的輸入，降低對高層建筑的破壞。

結語：

地震災害對建筑安全以及人們的生命、財產安全造成巨大的威脅，在進行高層建筑結構設計過程中必須充分的認識到抗震設計的重要性，并嚴格的控制抗震設計的各個要點，以便于更好的提高建筑結構的整體抗震性能，為建筑安全以及人們的生命、財產安全保駕護航。

參考文獻：

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[2]王慧來.高層建筑抗震設計存在問題及短柱的處理技術[J].中國新技術新產品，2010（3）.