分析抗震概念設(shè)計在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的運(yùn)用

吳海濤

【摘要】高層建筑抗震能力的強(qiáng)弱直接關(guān)系著人們的生命財產(chǎn)安全。在建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計時應(yīng)重視結(jié)構(gòu)的選型和平立面布置的規(guī)則性，加強(qiáng)構(gòu)造措施，優(yōu)先選用抗震和抗風(fēng)性能好且經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu)體系。使整體結(jié)構(gòu)具有必要的承載能力、剛度和延性。只有這樣才能保證高層建筑具有良好的抗震性能，才能使人們的生命財產(chǎn)安全得到有效保護(hù)。本文根據(jù)筆者多年的結(jié)構(gòu)設(shè)計經(jīng)驗，對高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)提出一些加強(qiáng)其抗震性能的對策。

【關(guān)鍵詞】高層建筑結(jié)構(gòu)；抗震設(shè)計；運(yùn)用

1、抗震概念設(shè)計的概述

概念設(shè)計本身應(yīng)基于“小震不壞，中震可修，大震不倒”的結(jié)構(gòu)三原則展開。概念設(shè)計主要指的是設(shè)計思維和理念，地震是不可預(yù)估的，進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的計算方法是通過眾值烈度的概率計算，并不能準(zhǔn)確的對每一次地震力的大小進(jìn)行準(zhǔn)確的計算，需要注意的是，在抗震概念設(shè)計時要注意高層建筑本身的實際情況，根據(jù)建筑物的高度、設(shè)防烈度的大小以及結(jié)構(gòu)自身的體系來明確它們之間的力學(xué)關(guān)系，再根據(jù)力學(xué)關(guān)系來對建筑物實際受到地震作用帶來的損壞進(jìn)行估算。由于地震破壞力的不確定性，也就導(dǎo)致了上述的損壞程度很難能夠準(zhǔn)確計算。因此，從抗震的角度來看，在進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)用到抗震概念設(shè)計是很有現(xiàn)實意義的。概念設(shè)計本身包含了很多方面，內(nèi)容較為廣泛。在高層建筑中選擇對建筑物抗震有利的結(jié)構(gòu)方案和設(shè)計，加強(qiáng)對薄弱部位的分析，并且制定相應(yīng)的保障措施，使高層建筑具有足夠的安全性，也讓人們的生活更安全、更有保障。

2、抗震概念在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用

2.1 對建筑結(jié)構(gòu)合理的選擇和布置

在建筑結(jié)構(gòu)的選型上要根據(jù)許多綜合因素考慮，這些因素包括建筑的高度、建筑用途、設(shè)防烈度、基礎(chǔ)、地基、材料、施工、場地等，還要在經(jīng)濟(jì)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)條件進(jìn)行比較以后確定建筑選型。對于建筑結(jié)構(gòu)的布置方面，應(yīng)該遵循“平面對稱、豎向均勻”的原則。盡量避免框架柱和樓梯斜梁或平臺梁直接連接而形成的短柱，這類構(gòu)件在地震下容易產(chǎn)生剪切破壞。

2.2 選擇有利的地基和場地

根據(jù)我國以往發(fā)生的多次地震造成的建筑損害情況分析，表明了地震對建筑物的破壞程度受建筑物所在場地地形以及地基的影響較大。一般情況下，建筑場地條件包括局部地形、斷層、地基土層、沙土液化等。在場地和地基的選擇方面，表層覆蓋層的厚度越小、土質(zhì)硬，所以其承載力就高，穩(wěn)定性也越好，在發(fā)生地震時地基不易失效；但是表層覆蓋層的厚度越大，土質(zhì)越軟，那么對地震的效果作用也就會越大倍數(shù)的放大。另外，場地周圍如果有突出的山梁或者是孤立的山包，那么也會對地震效果放大。地震中，在斷層處常會出現(xiàn)地基失效、地層錯位、滑坡、土體變形等現(xiàn)象。因此，在高層建筑抗震設(shè)計時，要選擇硬質(zhì)場地，盡可能避免不利因素的場地選擇，當(dāng)實在無法避免時，就要采取必要的措施，較少地震效果的輸出。

2.3 設(shè)置多條抗震防線

多條抗震防線的設(shè)置可以保證抗震結(jié)構(gòu)體系的可靠性，增強(qiáng)建筑物的抗震能力。設(shè)計多條抗震防線簡單來說就是設(shè)置多個延性較好的分體系，在設(shè)置分體系時應(yīng)該注意選用實用性能較高的結(jié)構(gòu)構(gòu)件。需要特別注意的是，由于各個部件在建筑中的功能不同，受力條件也不盡相同，因此在選擇的過程中應(yīng)該注意有所區(qū)分。

3、抗震概念設(shè)計在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用

3.1有機(jī)結(jié)合剛度和延性

一般來說一棟建筑物的靜力荷載是相對穩(wěn)定的，變化不大，但是當(dāng)?shù)卣饋砼R時，建筑物所承受的作用力一般不是靜力荷載，與其結(jié)構(gòu)本身的動力特性密切相關(guān)。如果建筑物的抗側(cè)移的剛性大，它的自振周期短，地震給它帶來的影響就相對來說更為明顯，更容易受到影響。在建筑工程的實施前一定要對抗震概念設(shè)計有一定的研究，以達(dá)到更為理想的結(jié)果。由于地震本身是基于眾值烈度下的概率計算，所以有必要通過提高結(jié)構(gòu)的延性去耗散地震能量，一次地震釋放的能量大小與結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載能力和結(jié)構(gòu)自身的延性有關(guān)，一次地震釋放的能量大小是恒定的，當(dāng)結(jié)構(gòu)的延性變形足夠強(qiáng)，構(gòu)件的承載能力就可以降低，從而既滿足了結(jié)構(gòu)的安全性又提高了經(jīng)濟(jì)性降低總成本。延性的提高一般通過結(jié)構(gòu)的構(gòu)造措施，比如軸壓比，配筋率，體積配箍率等。

3.2降低地震時能量的輸入

根據(jù)以往的地震調(diào)查結(jié)果，增強(qiáng)高層建筑物抗震能力一個有效途徑就是減少地震能量的輸入。在進(jìn)行高層建筑物的建設(shè)過程時，除了要考慮到局部地形的因素外，也應(yīng)當(dāng)將地震時的能量輸入納入考慮范圍之內(nèi)，選擇地震輸入能量較少的地方相對來說較為安全。

3.3處理好非結(jié)構(gòu)部件

非結(jié)構(gòu)部件一般指的是在結(jié)構(gòu)分析中不參與考慮重力荷載和側(cè)向荷載的部件，這些側(cè)向荷載主要包括風(fēng)和地震。內(nèi)隔墻、建筑外圍墻等屬于非結(jié)構(gòu)部件，這些部件雖然一般不參與荷載分析，但是在地震來臨時，這些部件都會或多或少的起到一定的積極或消極作用，甚至改變整個結(jié)構(gòu)的承載力度，從而產(chǎn)生意料之外的抗震效果，或者是破壞原有的抗震效果，帶來局部危害。因此，為了建筑更好的抗震效果，有必要重新審視這些非結(jié)構(gòu)部件，以達(dá)到理想效果。

3.4遵從建筑結(jié)構(gòu)整體性

高層建筑抗震能力的前提是建筑的整體性。當(dāng)?shù)卣饋砼R時，力的作用是沿著平面不同方向同時傳遞的，此時，樓板的作用相當(dāng)于水平隔板，成為力的傳播載體。尤其是在樓板有較大的開洞時，應(yīng)該特別注意建筑結(jié)構(gòu)整體性。

總結(jié)：

綜上所述，由于地震的隨機(jī)性和高層建筑的復(fù)雜性，增加了高層建筑抗震設(shè)計的難度。如果想簡單的依靠數(shù)值計算來解決現(xiàn)實中的抗震問題是不現(xiàn)實的。因此，越來越多的人把目光投向了抗震概念設(shè)計，借助抗震概念設(shè)計，可以避免設(shè)計人員陷入盲目計算，使其明確抗震設(shè)計思想，恰當(dāng)應(yīng)用抗震設(shè)計原則，從而合理的進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計。

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