高層建筑結(jié)構(gòu)抗震性能處理措施分析與設(shè)計(jì)

李騰　王巖輝

摘? ? 要：地震災(zāi)害對(duì)建筑安全以及人們的生命、財(cái)產(chǎn)安全造成巨大的威脅，在進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中必須充分的認(rèn)識(shí)到抗震設(shè)計(jì)的重要性，并嚴(yán)格的控制抗震設(shè)計(jì)的各個(gè)要點(diǎn)，以便于更好的提高建筑結(jié)構(gòu)的整體抗震性能，為建筑安全以及人們的生命、財(cái)產(chǎn)安全保駕護(hù)航。本文對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)抗震性能處理措施分析與設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：高層建筑結(jié)構(gòu);抗震性能設(shè)計(jì);處理措施

1? 前言

隨著城市化進(jìn)程的不斷加快，高層建筑的數(shù)量不斷增多，人們對(duì)其抗震設(shè)計(jì)也越來(lái)越重視。在進(jìn)行高層建筑的抗震設(shè)計(jì)時(shí)，要基于宏觀整體的角度來(lái)進(jìn)行，從工程建筑的各個(gè)方面加以控制。當(dāng)然，建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)必然會(huì)不斷出現(xiàn)新技術(shù)與新措施，相信在不遠(yuǎn)的將來(lái)，會(huì)出現(xiàn)更加先進(jìn)、更加有效的預(yù)防措施來(lái)提高高層建筑的穩(wěn)定性與抗震性能，最大程度減少地震帶來(lái)的災(zāi)害。

2? 高層建筑抗震設(shè)計(jì)的重要性

抗震設(shè)計(jì)在高層建筑設(shè)計(jì)中具有十分重要的意義。與普通房屋建筑工程相比，高層建筑的構(gòu)造與之明顯不同，無(wú)論是規(guī)模還是構(gòu)件都存在著較大差異。一旦高層建筑質(zhì)量出現(xiàn)問(wèn)題，所帶來(lái)的后果不堪設(shè)想。因此，在設(shè)計(jì)階段就要充分落實(shí)好質(zhì)量控制。其中抗震設(shè)計(jì)與高層建筑工程整體質(zhì)量存在著密切關(guān)聯(lián)。通過(guò)有效的抗震設(shè)計(jì)，可讓建筑結(jié)構(gòu)的剛度、延性、整體性達(dá)到相關(guān)要求，使高層建筑整體穩(wěn)定性得以提升。換句話說(shuō)，抗震設(shè)計(jì)是否合理直接關(guān)系到高層建筑物的質(zhì)量，應(yīng)給予重視。

3? 高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震性分析

3.1? 高層建筑物的鋼結(jié)構(gòu)分析研究

在大型的高層建筑中，鋼結(jié)構(gòu)是使用最多的一種結(jié)構(gòu)。鋼結(jié)構(gòu)具有非常顯著的特點(diǎn)，即具有較高的強(qiáng)度，但是同時(shí)質(zhì)量又非常輕，同時(shí)，鋼結(jié)構(gòu)具有較高的柔韌性，因此，即使需要承受的載荷很大時(shí)，也能通過(guò)大變形來(lái)釋放能量。

3.2? 框架結(jié)構(gòu)的抗震性能分析

框架結(jié)構(gòu)是很多高層建筑結(jié)構(gòu)普遍使用的一種結(jié)構(gòu)，空間分隔靈活，自重輕，有利于抗震，節(jié)省材料;具有可以較靈活地配合建筑平面布置的優(yōu)點(diǎn)，利于安排需要較大空間的高層建筑結(jié)構(gòu);在原材料的用量上也很節(jié)省，在較大空間結(jié)構(gòu)的建筑物的施工中應(yīng)用很廣泛?？蚣芙Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有良好的抗震效果，而且可以根據(jù)不同的需要，把梁或柱澆筑成成各種需要的截面形狀?？蚣芙Y(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)具有一些相同的特點(diǎn)，因此，在具體的施工過(guò)程中，二者常常結(jié)合在一起使用，形成了獨(dú)特的框架—剪力墻結(jié)構(gòu)，在保證抗震性能的同時(shí)，也能保證一定的使用空間。

3.3? 磚混結(jié)構(gòu)的抗震性能分析研究

磚混結(jié)構(gòu)多常見(jiàn)于農(nóng)村的房屋建造，在現(xiàn)代城市中，除樓梯、陽(yáng)臺(tái)等一些附屬設(shè)施的建造中，其它的高層建筑結(jié)構(gòu)已經(jīng)很少使用磚混結(jié)構(gòu)。和框架結(jié)構(gòu)有所不同，磚混結(jié)構(gòu)的承重結(jié)構(gòu)不是梁、板、柱，而是樓板和墻體。磚混結(jié)構(gòu)是以小部分鋼筋混凝土及大部分磚墻承重的結(jié)構(gòu)，承重墻體不能有改動(dòng)，房屋格局的布置沒(méi)有靈活性，因此，磚混結(jié)構(gòu)在現(xiàn)代建筑中的應(yīng)用遠(yuǎn)不如前述三種結(jié)構(gòu)廣泛。并且，磚混結(jié)構(gòu)的基本材料是粘土磚，所以，磚混結(jié)構(gòu)的抗震性能也是最差的。

4? 高層建筑結(jié)構(gòu)抗震性能設(shè)計(jì)的處理措施

4.1? 地基的選擇分析

由于地震造成建筑物的倒塌，除去地震的直接破壞因素外，場(chǎng)地的地質(zhì)條件也是不容忽視的。在選擇場(chǎng)地時(shí)，應(yīng)先對(duì)地質(zhì)條件進(jìn)行綜合評(píng)定。選擇建筑場(chǎng)地時(shí)，首先應(yīng)選擇有利于高層建筑結(jié)構(gòu)抗震的堅(jiān)硬土質(zhì)地區(qū)，避開(kāi)土質(zhì)軟化的場(chǎng)地，如果無(wú)法避免，也應(yīng)先做好抗震措施。對(duì)于易發(fā)生地震的地區(qū)，不能建造甲、乙、丙三類建筑，并且有研究表明，在土質(zhì)越軟，覆蓋層越厚的地區(qū)，地震對(duì)建筑物的損壞也就越大，后果更加嚴(yán)重。

4.2? 落實(shí)抗震驗(yàn)算

在進(jìn)行截面抗震驗(yàn)算時(shí)，結(jié)構(gòu)應(yīng)在設(shè)防烈度下進(jìn)入彈塑性狀態(tài)?？蓪⒋蟛糠纸Y(jié)構(gòu)變形轉(zhuǎn)變?yōu)楸娭盗叶鹊卣鹱饔孟聵?gòu)件承載力驗(yàn)算的形式來(lái)表現(xiàn)。進(jìn)行構(gòu)件截面抗震驗(yàn)算時(shí)，可選用非抗震承載力設(shè)計(jì)值，將承載力抗?fàn)幷{(diào)整系數(shù)與其關(guān)聯(lián)起來(lái)。計(jì)算過(guò)程中，去地震作用效應(yīng)值乘以抗震調(diào)整系數(shù)來(lái)進(jìn)行折減。通過(guò)完善抗震驗(yàn)算，保證建筑抗震設(shè)計(jì)的有效性，使抗震設(shè)計(jì)充分發(fā)揮作用。

4.3? 承載能力設(shè)計(jì)方法

從當(dāng)前我國(guó)的抗震設(shè)計(jì)現(xiàn)狀看，這種方法是較常用的。對(duì)于經(jīng)常發(fā)生的地震，通過(guò)反應(yīng)譜將建筑的底部剪力計(jì)算出來(lái)，按照相應(yīng)的規(guī)則分配至結(jié)構(gòu)全高，并且和其他的荷載組合起來(lái)，然后進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)，使各部分的構(gòu)件都具備相應(yīng)的承載能力，最后通過(guò)變形驗(yàn)算得出結(jié)論。一般來(lái)說(shuō)，運(yùn)用承載能力設(shè)計(jì)這種方法具有設(shè)計(jì)可靠、比較清晰的性能概念以及使用方便等優(yōu)點(diǎn)，能夠很好地實(shí)現(xiàn)預(yù)期性能目標(biāo)。但這種方法也具有一定的缺點(diǎn)，比如，以彈性反應(yīng)為基礎(chǔ)，對(duì)于非彈性反應(yīng)的建筑就不能進(jìn)行全面計(jì)算。因此，新規(guī)范衍生出承載力按抗震等級(jí)調(diào)整地震效應(yīng)的設(shè)計(jì)值、不計(jì)抗震等級(jí)調(diào)整地震效應(yīng)的設(shè)計(jì)值、標(biāo)準(zhǔn)值、極限值的四種復(fù)核方法。

4.4? 采用加固設(shè)計(jì)

要結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況合理選擇加固設(shè)計(jì)方案，以提高其抗震能力。具體而言，適用加固設(shè)計(jì)方案的有以下幾種情況：首先，機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)存在缺陷。此時(shí)可以采用增加構(gòu)件提高機(jī)構(gòu)強(qiáng)度的加固方案，或者將原有構(gòu)件替換為抗震性能較好的構(gòu)件;其次，需要提高結(jié)構(gòu)整體剛度或承載力。此時(shí)可以選擇增設(shè)構(gòu)件、擴(kuò)大原截面、增設(shè)套箍的加固方案;再次，建筑結(jié)構(gòu)的整體連接與相關(guān)抗震標(biāo)準(zhǔn)要求不符。這就要對(duì)結(jié)構(gòu)作出合理調(diào)整，以起到分散地震力、減少破壞的作用;最后，要注意建筑體中有些構(gòu)件與建筑結(jié)構(gòu)并不存在直接關(guān)系，如果發(fā)生地震可能會(huì)造成更大危害，針對(duì)這種構(gòu)件要做好加固處理。

4.5? 優(yōu)化抗側(cè)力體形

如果高層建筑選擇的是剛性結(jié)構(gòu)方案，地震時(shí)對(duì)主體結(jié)構(gòu)的破壞較小，結(jié)構(gòu)不會(huì)發(fā)生太大變形，可以有效保護(hù)隔墻及圍護(hù)墻等非結(jié)構(gòu)部件，所以可以將地震的破壞降至最低。結(jié)構(gòu)超靜定次數(shù)越多，地震時(shí)出現(xiàn)的塑性鉸也就越多，相應(yīng)的就越能耗散輸入的地震能量，對(duì)于結(jié)構(gòu)而言，其強(qiáng)度就越高，穩(wěn)定性也就越好。對(duì)結(jié)構(gòu)的屈服機(jī)制進(jìn)行優(yōu)化，結(jié)構(gòu)遭破壞時(shí)不是按照樓層屈服機(jī)制進(jìn)行的，而是按照整體屈服機(jī)制進(jìn)行。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)要注意幾點(diǎn)重要原則：“強(qiáng)節(jié)弱桿、強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)壓弱拉”。即在選擇水平桿件時(shí)，首先考慮構(gòu)件中軸力比較小的作為主要耗能桿件，使其盡量發(fā)生彎曲耗能，最終提高整個(gè)構(gòu)件的延性與耗能水平。

4.6? 加強(qiáng)多重抗震防線的設(shè)置

一旦發(fā)生地震災(zāi)害，建筑物若多設(shè)置一道抗震放線，就能相對(duì)降低地震災(zāi)害造成的危害性，提高人們獲救和逃生的幾率。一般來(lái)說(shuō)，在建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)中，可以采取多重放線的辦法。第一，可以選用具備良好延展性的材料來(lái)作為第一道抗震放線。第二，適當(dāng)選取適宜用作抗震設(shè)計(jì)的部件來(lái)設(shè)置其他的抗震放線。之所以設(shè)置多重放線，主要目的在于緩解地震的沖擊力，最大限度的降低地震災(zāi)害的破壞和損失。

總而言之，在建筑結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)中，要從多角度、多層次出發(fā)，結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)的具體情況，合理設(shè)計(jì)抗震結(jié)構(gòu)，不斷強(qiáng)化建筑結(jié)構(gòu)的剛度、強(qiáng)度，提高建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能。同時(shí)，在建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中，需要從建筑結(jié)構(gòu)選型、造型和平面等入手，優(yōu)化抗震設(shè)計(jì)思路，采用適宜的設(shè)計(jì)方法。以此，不斷使我國(guó)建筑事業(yè)能夠步入更高的階段，走上健康持續(xù)發(fā)展的道路，不斷促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展。

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