高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中抗震概念設(shè)計的運用分析

陶金

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進步和新型建材的不斷涌現(xiàn)，現(xiàn)代建筑對于這種微小級別的地震應(yīng)該是有足夠的防范和安全保障，而且隨著新建材新技術(shù)的出現(xiàn)和應(yīng)用，建筑的抗震性能也會越來越強?？v觀歷史，地震給人類造成了無數(shù)次的傷害，而人類亦在不斷的探索和研究建筑的抗震技術(shù)。針對此，本文重點分析高層建筑抗震技術(shù)，并依據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計提出合理的抗震設(shè)計對策，以供參考。

關(guān)鍵詞：高層建筑;結(jié)構(gòu)設(shè)計;抗震概念;概念設(shè)計

目前在針對高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中抗震概念進行設(shè)計時，應(yīng)從地基、材料、加固等工序進行，并重點解決面積不符、結(jié)構(gòu)類型、抗震設(shè)施錯誤等設(shè)計問題，其設(shè)計各單位應(yīng)對存在的問題進行整改，并繼續(xù)加強技術(shù)保障，落實專業(yè)技術(shù)力量，在加快調(diào)查進度的同時保證調(diào)查質(zhì)量，堅持進度質(zhì)量雙把控，堅決防止整體返工的情況發(fā)生。

1、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中抗震概念設(shè)計的意義概述

1.1高層建筑結(jié)構(gòu)地震波的輸入方式分析

首先，在高層建筑結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的地震波主要有三種輸入形式，其一是質(zhì)量加速度施加法，通過達朗貝爾原理將地震作用轉(zhuǎn)化為施加在質(zhì)點上慣性力;其二是底部位移法，在結(jié)構(gòu)底部直接輸入位移地震波，模擬地面震動反應(yīng)，計算結(jié)構(gòu)響應(yīng);其三是底部加速度法，將地震加速度從結(jié)構(gòu)模型底部輸入。其次，在利用軟件進行檢測時，一般來說在高層建筑加速度產(chǎn)生位移后，可分為質(zhì)量加速度施加法（在結(jié)構(gòu)質(zhì)量上施加加速度荷載）;底部位移法（以地面位移方式施加與結(jié)構(gòu)底部）。如，在軟件中其底部位移法的原理都是底部位移施加，不論是底部加速度還是底部位移法，在軟件分析完畢后應(yīng)基于達朗貝爾原理表明，結(jié)構(gòu)分別承受了地面加速度和外力運動，其計算方程相同。也可理解為，高層建筑由于地面加速度產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)相對位移（或變形）u（t） 將與地基不動并承受外力作用產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)位移 u（t） 相同。因此結(jié)構(gòu)分別承受兩種激勵（地面加速度和外力）的運動方程相同，該力等于質(zhì)量與地面加速度的乘積，方向與加速度方向相反。也就是說，高層建筑產(chǎn)生地震波底部位移法，是因為支座移動引起的結(jié)構(gòu)反應(yīng)，或支座移動加速度導(dǎo)致的慣性力引起的結(jié)構(gòu)反應(yīng)，以此為解決這一現(xiàn)象應(yīng)針對高層建筑結(jié)構(gòu)進行加固設(shè)計。

1.2高層建筑抗震設(shè)計意義分析

在高層建筑施工中，其抗震設(shè)計非常重要，在基于概念設(shè)計為基本原理時應(yīng)以整體布局提升結(jié)構(gòu)設(shè)計性能。首先，在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，應(yīng)明確認識到結(jié)構(gòu)設(shè)計對安全等級的關(guān)聯(lián)，在確定結(jié)構(gòu)的安全等級時，應(yīng)重點針對高層建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力進行計算，并依據(jù)結(jié)構(gòu)系數(shù)，針對安全等級為一級的構(gòu)建進行區(qū)分，其結(jié)構(gòu)承載力不應(yīng)小于1.1，進而以科學(xué)合理的結(jié)構(gòu)構(gòu)建設(shè)計，達到減震效果，提升高層建筑物安全性能。其次，在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，應(yīng)基于新建建筑使用功能，在確保滿足安全、適用、耐久、經(jīng)濟和施工可行的要求下，按照有關(guān)設(shè)計標準的規(guī)定，對建筑結(jié)構(gòu)進行總體布置、技術(shù)經(jīng)濟分析、計算、構(gòu)造和制圖工作，并尋求優(yōu)化的過程，在此過程中應(yīng)重點考慮到現(xiàn)行的抗震設(shè)防要求的建筑、或超過設(shè)計使用年限的建筑，需重新核查抗震措施、驗算抗震能力，對建筑的整體抗震性能進行鑒定，以此以科學(xué)合理的檢測辦法確保發(fā)揮抗震設(shè)計效能。

2、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中抗震概念設(shè)計的方式

在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，其空間設(shè)計是指高層建筑物結(jié)構(gòu)的平面與立面，并依據(jù)三維空間進行豎向設(shè)計。隨著我國城市化進程的了快速發(fā)展，在建筑物樓層愈來愈高的情況下，為確保土地占有面積減少，對于高層建筑空間設(shè)計也提出了更嚴格的要求。一般來說，在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，建筑物層數(shù)較低穩(wěn)定性越強，抗震能力也越強;反之建筑物層數(shù)越高，抗震能力越差。因此，應(yīng)在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，融合建筑物空間形態(tài)進行空間設(shè)計，進而確保以合理的空間設(shè)計提高高層建筑物整體抗震性能。

3、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中抗震概念設(shè)計的主要內(nèi)容

3.1以地基為基礎(chǔ)，減少地震輸入能力

在高層建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計中，應(yīng)以地基為基礎(chǔ)，在科學(xué)合理選擇適合的地基時應(yīng)做好加固處理，進而減少高層建筑地震輸入能力。首先，高層建筑土層分為巖土、砂土、粉土以及黏性土、人工土等;地基分為人工地基與天然地基，在此人工地基需要進行二次加固，常用的加固層有砂墊層、灰土回填再奪實等。其次，在合理選擇地基后，應(yīng)考慮到基礎(chǔ)底面面積壓力應(yīng)小于地基承載力，并確保地基無滑動危險，進而以實際情況出發(fā)針對地基內(nèi)土層采取合理的加固技術(shù)，并以表面奪實、土樁擠密等辦法改善其工程性質(zhì)，確保地基達到高層建筑物抗震能力對于地基設(shè)計的要求。最后，在進行地基加固時，必須要根據(jù)地基條件和周邊情況選擇適當?shù)氖┕し椒āＤ壳?，?yīng)用最廣泛的方法是在地下建造加固樁以增加周邊地基密度。

3.2科學(xué)布置高層建筑平面與立面，確保結(jié)構(gòu)互相協(xié)調(diào)

首先，在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，其建筑物平面設(shè)計是指較為重要的環(huán)境。在進行高層建筑平面設(shè)計時，設(shè)計人員應(yīng)以建筑材料堅固性為考慮基礎(chǔ)，并將抗震元素融入到平面設(shè)計中，進而在不影響高層建筑物內(nèi)部美觀效應(yīng)時，提升建筑物整體抗震性能。其次，在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，應(yīng)保障平面與立面建筑子結(jié)構(gòu)的規(guī)范性，并依據(jù)抗震概念設(shè)計發(fā)揮其子結(jié)構(gòu)的互相協(xié)調(diào)性，應(yīng)避免偏心率出現(xiàn)過大的現(xiàn)象。在針對一些結(jié)構(gòu)平面進行設(shè)計時，設(shè)計人員應(yīng)注意為避免高層建筑出現(xiàn)扭曲現(xiàn)象，應(yīng)當降低高層建筑物的重心，并使高層建筑物整體受力點可以貼近于地面，進而避免地震時產(chǎn)生的鞭梢效應(yīng)。最后，在以低重心設(shè)計原理進行設(shè)計時，應(yīng)當設(shè)置好防震縫，并依據(jù)建筑結(jié)構(gòu)中表現(xiàn)的不規(guī)則、不均勻的子結(jié)構(gòu)進行劃分，在以獨立單元確保建筑物抗震效能時，發(fā)揮建筑物平面、豎面的美觀性。

3.3做好抗震加固，提升高層建筑整體抗震性能

首先，在高層建筑抗震加固設(shè)計中，可從兩方面入手，其一是提高結(jié)構(gòu)承載力，其二是提高結(jié)構(gòu)變形能力增強結(jié)構(gòu)抗震性能，在選擇加固辦法時，會導(dǎo)致相同方法在承載力加固與抗震加固中表現(xiàn)不同，例如對混凝土墻粘貼碳纖維布，對承載力加固基本起不到效果，但能通過提高墻體的延性來提高抗震性能。其次，在分析以上兩種辦法加固效能時，應(yīng)從高層建筑結(jié)構(gòu)加固的角度來看，如用于承載力加固的各種加固方法，均可用于抗震加固中，且在加固流程上基本相似。無論是對結(jié)構(gòu)承載力加固還是抗震加固，其原結(jié)構(gòu)的鑒定都是重要的參考依據(jù)，應(yīng)按規(guī)范要求嚴格進行。與此同時，在高層建筑實際抗震結(jié)構(gòu)加固中，承載力加固與抗震加固既有相同的地方，也有不同的地方。最后，對于施工工藝的選取，要結(jié)合現(xiàn)場實際情況，選定合適方法，同時選擇專業(yè)的施工隊伍進行加固處理，對于高層建筑結(jié)構(gòu)加固，加固施工團隊的水平都直接影響著加固的效果，因此需要選擇專業(yè)的加固公司，這樣可以保證加固工程的質(zhì)量。

結(jié)束語：

綜上所述，在分析了高層建筑物地震輸入方式后，為提升高層建筑抗震能力，應(yīng)從科學(xué)合理的建筑布局開始，并以地基選取、材料使用等各個層面進行全方位的考量，在依據(jù)概念設(shè)計把控高層建筑整體抗震性能時，設(shè)計單位應(yīng)確?？拐鹪O(shè)計的科學(xué)性、穩(wěn)定性以及有效性，進而在完工后確保發(fā)揮抵抗高等級地震效果，保障人們的生命安全。

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