關(guān)于高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的思考與探討

鄒麗娟 萬(wàn)欽河

【摘要】高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)對(duì)建筑工程整體質(zhì)量以及人們的生命財(cái)產(chǎn)安全具有直接的影響，因此必須注重高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)工作?；诟邔咏ㄖY(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的基本原則闡述，分析了高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)常見(jiàn)問(wèn)題，指出了高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)要點(diǎn)及其加固措施，旨在提升高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能。

【關(guān)鍵詞】高層建筑;建筑結(jié)構(gòu);抗震設(shè)計(jì);基本原則;常見(jiàn)問(wèn)題;加固措施

近些年，城市化進(jìn)程的加快不僅推動(dòng)了社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，而且促使建筑業(yè)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，高層建筑項(xiàng)目日益增多，滿(mǎn)足了人們居住、辦公需求的同時(shí)，其安全性、穩(wěn)定性和抗震性問(wèn)題也受到關(guān)注?？拐鹪O(shè)計(jì)作為高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的核心，應(yīng)多方位明確建筑結(jié)構(gòu)抗震特性，掌握建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)中的抗震薄弱環(huán)節(jié)（剛度分布、結(jié)構(gòu)體系以及構(gòu)件延性等）進(jìn)行綜合分析，并對(duì)其加以解決和優(yōu)化，從而提升高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)水平，增強(qiáng)建筑工程整體質(zhì)量及其抗震強(qiáng)度。

1、高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)基本原則

1.1輕度地震不可發(fā)生損壞。要求建筑結(jié)構(gòu)在地震作用下發(fā)生的彈性形變不超過(guò)設(shè)計(jì)要求的限定值，能夠有效確保人們的生產(chǎn)生活不受輕微地震的影響。該水準(zhǔn)主要適用于絕大部分規(guī)則的結(jié)構(gòu)以及一般不規(guī)則結(jié)構(gòu)。

1.2中度地震損壞可以修復(fù)。要求高層建筑結(jié)構(gòu)的彈性、韌性較強(qiáng)，對(duì)地震作用導(dǎo)致的脆性損壞可以依靠自身變形能力實(shí)施一定程度上的修復(fù)，使高層建筑物的構(gòu)件塑性變形能力與目前國(guó)內(nèi)抗震構(gòu)造相關(guān)設(shè)計(jì)要求一致，進(jìn)而最大限度降低地震作用導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)損失。該水準(zhǔn)主要應(yīng)用于高層建筑結(jié)構(gòu)薄弱易塌的情況。

1.3重度地震建筑物不可倒塌。要求高層建筑結(jié)構(gòu)具有極強(qiáng)的變形能力，建筑物在重度地震作用下的變形值不超過(guò)規(guī)定的范圍，能夠確保建筑物不倒塌。該水準(zhǔn)主要適用于不規(guī)則的建筑結(jié)構(gòu)或應(yīng)用于相對(duì)特殊的情況下。此外，建筑物構(gòu)建材料的強(qiáng)度、韌性和荷載能力在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中具有嚴(yán)格要求，針對(duì)關(guān)鍵部位必須恪守設(shè)計(jì)原則，保證結(jié)構(gòu)框架的延性。

2、高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)常見(jiàn)問(wèn)題分析

一方面，建筑地基選擇不合理，建筑高度超出規(guī)定建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)內(nèi)建筑用地日趨緊張，開(kāi)發(fā)單位在某一項(xiàng)目開(kāi)發(fā)過(guò)程中往往側(cè)重于該項(xiàng)目的商業(yè)價(jià)值，缺乏對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)水文地質(zhì)和地基結(jié)構(gòu)等方面的重視與分析，一定程度上加大了高層建筑地基勘查與處理等工作的難度。同時(shí)，建筑物高度要求在不同地區(qū)有著明確的限制與規(guī)定，建筑施工必須嚴(yán)格恪守。然而，部分建筑單位過(guò)度追求經(jīng)濟(jì)利益，導(dǎo)致建筑物超出規(guī)定和限制高度，使建筑抗震水平受到影響，超標(biāo)建筑在強(qiáng)烈地震作用下極易發(fā)生形變并損壞，嚴(yán)重威脅建筑安全性能。另一方面，高層建筑設(shè)計(jì)施工選材問(wèn)題應(yīng)引起重視。當(dāng)前，混凝土、鋼筋作為國(guó)內(nèi)建筑業(yè)主要施工材料，其設(shè)計(jì)存在問(wèn)題極易造成建筑結(jié)構(gòu)變形，使建筑整體質(zhì)量及其抗震水平受到影響。特別是地震災(zāi)害頻發(fā)區(qū)域，必須謹(jǐn)慎選擇建筑施工材料。此外，建筑抗震設(shè)防烈度強(qiáng)度較低，影響高層建筑抗震性能。伴隨建筑業(yè)的迅猛發(fā)展，以往的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已不能有效地滿(mǎn)足人們對(duì)建筑的自身需求，特別是建筑抗震層面有待提升，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)有待進(jìn)一步規(guī)范。

3、高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中保證建筑平面布置的合理性。建筑結(jié)構(gòu)的平面布置相對(duì)簡(jiǎn)單、質(zhì)量與剛度分布相對(duì)均勻、對(duì)稱(chēng)規(guī)則，地震作用下不易發(fā)生損壞;對(duì)稱(chēng)且規(guī)則的結(jié)構(gòu)，其地震時(shí)的反應(yīng)及其作用效應(yīng)是可以較為準(zhǔn)確估計(jì)的。為此，高層建筑結(jié)構(gòu)以采用規(guī)則結(jié)構(gòu)為宜。

3.2在高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中設(shè)置多道抗震防線(xiàn)。地震具有強(qiáng)破壞性且會(huì)發(fā)生多次余震，高層建筑結(jié)構(gòu)體系單一，極易造成倒塌，而在建筑抗震設(shè)計(jì)時(shí)采用多道抗震防線(xiàn)的結(jié)構(gòu)體系，能夠充分發(fā)揮多道防線(xiàn)抗擊地震沖擊力的效用，避免建筑物坍塌。同時(shí)采用延展性良好的結(jié)構(gòu)體系構(gòu)成抗震結(jié)構(gòu)，確保不同延展性結(jié)構(gòu)間可以有效協(xié)調(diào)的工作，使建筑物在強(qiáng)地震作用時(shí)能夠最大程度上釋放不同方向的能力，增強(qiáng)建筑整體抗震性能。

3.3在高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中有意識(shí)地控制結(jié)構(gòu)薄弱層。在樓層承載力突變、結(jié)構(gòu)的豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)、側(cè)向剛度不規(guī)則的情況下極易產(chǎn)生薄弱層，需采取有效抗震結(jié)構(gòu)措施，避免其在地震作用時(shí)發(fā)生損壞。有意識(shí)地控制薄弱層，使其具備較強(qiáng)的變形能力，同時(shí)防止其發(fā)生轉(zhuǎn)移，能夠增強(qiáng)高層建筑結(jié)構(gòu)抗震性能。

4、高層建筑結(jié)構(gòu)抗震加固措施

4.1優(yōu)化高層建筑抗震結(jié)構(gòu)形式，加固高層建筑結(jié)構(gòu)自身。重視高層建筑地基夯實(shí)狀況，地基穩(wěn)定前應(yīng)對(duì)建筑物面積和高度予以明確，保證地基具有足夠的承載力;依據(jù)抗震設(shè)防烈度要求加強(qiáng)建筑地基與建筑上部結(jié)構(gòu)剛度;高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中還要重視水平剪應(yīng)力和垂直剪應(yīng)力，通過(guò)強(qiáng)化梁柱節(jié)點(diǎn)和設(shè)置抗震墻等應(yīng)對(duì)水平剪應(yīng)力;確保高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案科學(xué)、合理，保證建筑結(jié)構(gòu)的整體性，采取壓力灌注環(huán)氧樹(shù)脂漿加固、壓力灌水泥加固以及鐵把鋸加固等方法對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)自身進(jìn)行加固。

4.2注重高層建筑結(jié)構(gòu)延性的優(yōu)化設(shè)計(jì)。在高層建筑結(jié)構(gòu)延性?xún)?yōu)化設(shè)計(jì)中，如果選用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形式，則需要在施工過(guò)程中嚴(yán)格按照抗震性能設(shè)計(jì)要求，堅(jiān)持“強(qiáng)柱弱梁”的設(shè)計(jì)原則，對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)延性予以?xún)?yōu)化，防止建筑結(jié)構(gòu)在地震作用下遭受損壞，提升高層建筑的抗震性能。此外，根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境、地質(zhì)等條件，選用符合抗震要求的優(yōu)質(zhì)建筑材料，能夠加固高層建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

4.3在高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)時(shí)強(qiáng)化外包加固。外包加固法指的是在結(jié)構(gòu)構(gòu)件外面增設(shè)加強(qiáng)層，從而增強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)的變形性能和抗震能力。譬如外包鋼筋混凝土面層加固法、鋼構(gòu)套加固法、鋼筋網(wǎng)水泥砂漿面層加固法、粘鋼加固法等。

4.4采用增設(shè)構(gòu)件加固法提升高層建筑結(jié)構(gòu)抗震承載力。增設(shè)構(gòu)件加固法指的是在原有結(jié)構(gòu)構(gòu)件以外增設(shè)構(gòu)件，該方法能夠最大限度增強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)抗震能力，有效補(bǔ)償變性能力和承載力不足的構(gòu)建。譬如增設(shè)墻體加固法、增設(shè)拉桿加固法、增設(shè)構(gòu)造柱和圈梁加固法、增設(shè)柱子加固法等。采取增設(shè)構(gòu)件進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)抗震加固設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮增設(shè)構(gòu)件對(duì)結(jié)構(gòu)整體計(jì)算及其抗震性能的影響。

結(jié)語(yǔ)：

綜上所述，高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)對(duì)于提升建筑工程整體質(zhì)量和抗震強(qiáng)度具有極其重要的現(xiàn)實(shí)意義。在進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)嚴(yán)格恪守相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，明確高層建筑結(jié)構(gòu)特性，把握好高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)要點(diǎn)，注重高層建筑結(jié)構(gòu)抗震加固措施的應(yīng)用，從而提升高層建筑物的安全性、穩(wěn)定性和可靠性，增強(qiáng)高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能。

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