高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計要點(diǎn)解析

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(太原市建筑設(shè)計研究院，山西 太原 030002)

引言

為了更好地優(yōu)化高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計，作為設(shè)計師必須充分意識到做好抗震設(shè)計工作的重要性，它是高層建筑結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。在進(jìn)行設(shè)計工作之前，必須結(jié)合高層建筑工程的實際情況，把握高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的要點(diǎn)，將抗震技術(shù)更好地運(yùn)用到高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，在提高高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計水平的同時，確保建筑物的質(zhì)量。

1 高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的要素分析

為了使抗震技術(shù)能夠更好地在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中運(yùn)用，作為高層結(jié)構(gòu)設(shè)計人員，就必須充分掌握抗震技術(shù)設(shè)計的要素，才能達(dá)到抗震設(shè)計的技術(shù)要求。從筆者以往的設(shè)計實踐來看，高層建筑結(jié)構(gòu)抗震技術(shù)的設(shè)計要素包括以下幾點(diǎn)：

1.1 高層建筑結(jié)構(gòu)平面和豎向布局的抗震設(shè)計重點(diǎn)

墻體和柱子之間的平面位置與高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能有著直接的關(guān)系，因此，要科學(xué)合理地分布高層平面和豎向的位置，這是高層建筑抗震技術(shù)的首要設(shè)計方向。為了科學(xué)地分布平面和豎向的位置，需要在抗震設(shè)計過程中遵循以下兩個原則：一是要使豎向和平面結(jié)構(gòu)構(gòu)件保持整潔；二是將剛度的重心與質(zhì)量的中心相結(jié)合。

但在對豎向進(jìn)行設(shè)計時，為了達(dá)到豎向位置的平衡，需適度降低高層建筑的剛度重心，減少高層建筑豎向結(jié)構(gòu)的錯向頻率，做好對高層建筑結(jié)構(gòu)的豎向高度、剛度和強(qiáng)度的控制，確保其分配均勻，嚴(yán)格控制高出屋面的高度，才能有效地預(yù)防“鞭梢效應(yīng)”的出現(xiàn)。因此，在進(jìn)行高層建筑抗震設(shè)計工作之前，要制定科學(xué)、合理的設(shè)計方案，以避免后期設(shè)計過程中出現(xiàn)問題。可通過設(shè)置抗震縫對建筑進(jìn)行劃分，用抗震縫把建筑分割開來，這樣既可以確保建筑物整體形狀的美觀，還能使其他功能得到發(fā)揮。

1.2 高層建筑結(jié)構(gòu)整體抗震性能的技術(shù)要點(diǎn)分析

為了提升高層建筑結(jié)構(gòu)整體的抗震性能，必須全面、充分地考慮影響抗震效果的多方面因素。如地基的選擇、抗防線的設(shè)置、各種原材料的質(zhì)量等因素，都會對高層建筑的整體抗震性能帶來影響。因此，需要掌握以下幾個要點(diǎn)：

(1)地基是高層建筑抗震設(shè)計的基礎(chǔ)，在對地基進(jìn)行設(shè)計時，要確保地基的穩(wěn)定性，要選用穩(wěn)定性能較強(qiáng)的地基，以防地基出現(xiàn)變形、下陷的情況，對一些相同結(jié)構(gòu)的單元，必須確保地基的統(tǒng)一性，才能充分發(fā)揮地基的抗震性能。

(2)在設(shè)計過程中，要確保建筑結(jié)構(gòu)分布的對稱性和均勻性，平均分布建筑的承受力，利用對稱性來降低地震帶來的影響，從而避免由于應(yīng)力集中而產(chǎn)生的建筑坍塌或扭曲情況。在對高層建筑整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計時，應(yīng)采用多元化的設(shè)計方法來提升抗震性能，例如對容易發(fā)生坍塌的地方，應(yīng)采取相應(yīng)的加固措施，以降低出現(xiàn)危險的幾率。

(3)必須確保高層建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計的牢固性，最大限度的減輕建筑物自重，從而降低對地基的壓力。如果發(fā)生地震，也能緩解地震對高層建筑造成的沖擊力，為人員的迅速撤離提供時間，這對于一般震級的地震抵抗效果非常明顯。

(4)高層建筑往往不在同一個平面上，在進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)設(shè)計時，要把整個設(shè)計放到同一個平面上，對空間結(jié)構(gòu)進(jìn)行統(tǒng)一設(shè)計。需要注意的是，豎向結(jié)構(gòu)的剛度必須要能支撐高層建筑的最大質(zhì)量。

1.3 隔震層在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的要點(diǎn)

在高層建筑結(jié)構(gòu)中需要設(shè)置隔震層(如圖1所示)，其主要目的是降低地震對高層建筑結(jié)構(gòu)造成破壞的程度。在隔震層設(shè)計過程中，需注意高層建筑主體與基礎(chǔ)連接部位的設(shè)計要點(diǎn)。為減輕地震對建筑物的損害，可以在建筑物的頂樓設(shè)置反擺隔震層，設(shè)置反擺隔震層后即使發(fā)生了地震，反擺隔震層通過產(chǎn)生相反方向的阻力，可以降低地震方向的震級，在一定程度上可以減輕地震的沖擊力對建筑物造成的損壞。這需要設(shè)計師合理地選擇反擺隔震層的位置，才能有效地發(fā)揮其作用。

圖1 隔震層示意圖

1.4 剛度在高層建筑結(jié)構(gòu)中的設(shè)計要點(diǎn)

對剛度的設(shè)計也是高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的要點(diǎn)之一。在剛度設(shè)計過程中，需要注意兩個方面：第一，材料要選用與鋼筋混凝土緊密結(jié)合的型號，尤其是采用鋼結(jié)構(gòu)對雙層進(jìn)行加固時，必須確保鋼筋混凝土的剛度，使上下層的阻尼比與剛度比相同，以避免安全隱患。第二，對高層建筑結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度的控制，要嚴(yán)格按照國家抗震設(shè)計的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行，尤其是要做好對高層建筑剛度的控制，以有效避免地震對建筑物造成的損壞，同時還能為企業(yè)節(jié)省材料，降低成本。

2 抗震技術(shù)在高層建筑結(jié)構(gòu)整體抗震設(shè)計中的運(yùn)用

在對高層建筑結(jié)構(gòu)整體抗震性能的技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，為了保證并完善高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的效果，需要將抗震技術(shù)運(yùn)用到設(shè)計過程中。隔震技術(shù)和消能隔震技術(shù)在高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中的運(yùn)用，能夠有效降低地震對建筑物的損壞程度。

2.1 隔震技術(shù)在高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中的運(yùn)用

隔震技術(shù)在高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中的運(yùn)用(如圖2所示)，可以延長高層建筑結(jié)構(gòu)自身振動的周期，減輕地震發(fā)生時對建筑物造成的損壞。需要注意的是，在隔震技術(shù)圖紙設(shè)計階段，重點(diǎn)應(yīng)標(biāo)明架設(shè)和鋪設(shè)的設(shè)計要點(diǎn)，通過隔震裝置把下部與上部分隔開，再對隔震裝置進(jìn)行具體的鋪設(shè)，并采用儀器對鋪設(shè)過程進(jìn)行檢測，確保有效地分割上層和底部建筑。這就對隔震裝置的質(zhì)量提出了較高的要求，只有選擇具有較高承載性能的材料，才能延長隔震裝置的使用壽命。另外，還要做好對隔震裝置的保護(hù)工作，以延長隔震裝置的使用壽命，充分發(fā)揮隔震裝置的功能。

圖2 高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中隔震技術(shù)的運(yùn)用

2.2 消能隔震技術(shù)在高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中的運(yùn)用

消能隔震技術(shù)是將基礎(chǔ)與上部房屋結(jié)構(gòu)分離，有效地隔離地震對建筑物的沖擊力，實現(xiàn)地震時雖然地動但建筑物基本不動，達(dá)到保證建筑物安全的目的。同時，為了確保建筑物內(nèi)部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，還需要在每個關(guān)鍵部位安裝阻尼元件進(jìn)行加固。在阻尼元件的選型上，一般選用架構(gòu)兼顧型的，才能充分發(fā)揮其作用。

3 在高層建筑結(jié)構(gòu)整體抗震設(shè)計中的注意事項

(1)要不斷優(yōu)化和完善抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計體系，這是提升抗震設(shè)計質(zhì)量的前提和基礎(chǔ)。

(2)通過設(shè)置相應(yīng)的消能隔震結(jié)構(gòu)，來降低地震能量的沖擊力。并通過多道防震防線的設(shè)置，來減少強(qiáng)震過后余震發(fā)生時造成的破壞，從而降低地震對建筑物的損壞程度。同時還要確保剛度適當(dāng)和具有較高的延伸性，這樣才能提升抗震結(jié)構(gòu)的性能，最大程度上降低地震災(zāi)害。

(3)對于框架的抗震墻結(jié)構(gòu)，可通過在多層和高層建筑的豎向和橫向布置適當(dāng)?shù)目拐饓?，來降低地震帶來的破壞力?/p>

4 結(jié)語

高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計需要注重抗震技術(shù)的設(shè)計，將抗震技術(shù)科學(xué)合理地運(yùn)用到抗震設(shè)計中，以有效降低地震對建筑物造成的損壞。因此，設(shè)計人員必須切實掌握高層建筑的抗震設(shè)計要素，將抗震技術(shù)科學(xué)合理地運(yùn)用于高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計中，這樣才能更好地在設(shè)計中保證建筑物抗震性能的提高和優(yōu)化，同時也能促進(jìn)設(shè)計人員設(shè)計水平的提升。