高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計分析

喬社禮 馮曉慶

摘要：近年來，經(jīng)濟快速發(fā)展，社會不斷進步，在我國城市人口不斷增多的同時，建設(shè)用地也日益緊張，對于城市規(guī)劃的需求也將會越來越大，進而促進高層建筑更加快速地發(fā)展。建筑物的抗震設(shè)計能夠有效減少人員傷亡，并能夠極大程度地保護人們的生命財產(chǎn)安全。鑒于此，文章主要針對高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計進行闡述，分析了高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的方法，最后提出了加強建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的措施。

關(guān)鍵詞：高層建筑;結(jié)構(gòu);抗震設(shè)計

引言

工程建設(shè)的過程中，不僅僅需要注意抗震理念的運用，同時也需要注意抗震設(shè)計與房屋建筑自身設(shè)計之間的關(guān)系，從而提升整體效果。合理且科學地運用不僅僅能夠提升工程質(zhì)量，同時也能夠保證人身安全，運用的過程中主要包括高度、承重量、整體布局、功能設(shè)計等等。想要強化抗震性能，就需要在諸多施工變量當中進行分析與計算，一方面優(yōu)化居住環(huán)境，一方面提升抗震性能。

1影響高層住宅建筑抗震效果的因素

①材料，材料是創(chuàng)建建筑實體必不可少的要素，現(xiàn)階段的建筑材料類別及性能各不相同，具備的抗震效果也存在差異。若選擇的是加氣混凝土板等具有高強度且質(zhì)地輕的材料，則會顯著提高建筑物的強度，明顯減輕總體自重，建筑物綜合使用性能更為優(yōu)良。對此，在設(shè)計過程中應注重對建筑材料的選擇，要求其具備強度高、質(zhì)量輕的特點。②高度，現(xiàn)代建筑工程中，高層建筑成為主流趨勢，但在高度增加的同時其重心的高度也隨之提高，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性難以得到保障。從實際情況來看，建筑超高現(xiàn)象普遍存在，在爆發(fā)高強度地震時極易發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象，嚴重時建筑將整體坍塌，造成嚴重的傷亡事故。為創(chuàng)造可觀的建筑使用價值，需要合理設(shè)定建筑高度，避免出現(xiàn)重心過高的情況。

2高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計分析

2.1恰當選擇結(jié)構(gòu)體系

區(qū)別于一般混凝土建筑，高層混凝土建筑主要承受著水平荷載與豎向荷載兩種不同方向的力，地基一般打在堅固巖石深處，這就導致高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)受力較為復雜。如果想要高層混凝土建筑擁有著良好的抗震性能，恰當選擇與工程項目相匹配與適應的建筑結(jié)構(gòu)體系，是抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵。在具體抗震結(jié)構(gòu)體系選擇過程中，要依據(jù)當?shù)乜拐鹪O(shè)防烈度的要求，結(jié)合高層建筑的具體現(xiàn)狀與需求，在確保建筑功能性與美觀性的基礎(chǔ)上，重視建筑結(jié)構(gòu)抗扭轉(zhuǎn)剛度問題，研究不同混凝土結(jié)構(gòu)體系在不同程度地震作用下變形趨勢，并運用BIM技術(shù)、VR技術(shù)等建筑技術(shù)測量與模擬不同結(jié)構(gòu)的抗震性能特點，采用相應的計算和構(gòu)造措施，挑選出適宜自身工程的結(jié)構(gòu)體系，確保建筑結(jié)構(gòu)平面布置相對規(guī)則，考量關(guān)鍵構(gòu)件與連接點受力情況，以使得高層建筑受力較為均勻，確保建筑的安全性，來達到提升抗震性能的目的。比如說，可以從抗側(cè)力構(gòu)件有效布置角度出發(fā)，將上剛下柔框支剪力墻結(jié)構(gòu)作為高層混凝土建筑的抗震結(jié)構(gòu)，并結(jié)合現(xiàn)代抗震技術(shù)對其進行個性化優(yōu)化與改造，借助混凝土結(jié)構(gòu)延性特征，提升高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)抗震性能。

2.2注意建筑豎向布置

建筑在豎向布置的過程中，需要注意剛度以及質(zhì)量的問題，這一問題將會對抗震性能產(chǎn)生較大的影響。豎向布置一般都應用在單層或者多層的建筑當中，這是由于每層使用過程中發(fā)揮的功能都各不相同，如果不進行處理，很容易導致上下樓層之間的質(zhì)量不同。例如一棟中低層建筑，底層或者下三層設(shè)計的過程中準備用于商業(yè)用途，那么為了盡量展現(xiàn)出良好的商業(yè)效果，就需要使用大柱距，從而展示出更大的空間。這樣的設(shè)計并無問題，但是如果除了底層或者三層以上的空間用于居住，那么往往設(shè)計的過程中就會有比下幾層多幾倍的墻體，也會導致質(zhì)量不均勻。不僅如此，在使用的過程中有些樓層還會設(shè)置大空間的會議廳、展廳、報告廳，這就導致建筑在使用的過程中質(zhì)量參差不齊，甚至每一層之間的質(zhì)量有著極大的差距。而這種設(shè)計直接展現(xiàn)出來的后果就是建筑豎向剛度質(zhì)量分布不均勻，容易出現(xiàn)剛度突變，形成扭轉(zhuǎn)效應。尤其是有些樓層在建設(shè)的過程中沒有進行剛度加強，導致剛度差距過大，成為了整個建筑的薄弱層，一旦地震發(fā)生，往往這一層就會瞬間坍塌、扭轉(zhuǎn)、形變，進而對整體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生致命的影響。在實際使用的過程中需要注意，很多建筑都存在著這種上下墻體不一的現(xiàn)象，尤其是支撐柱，有些樓層有支撐柱，但是下一層往往就沒有，這種墻體不連續(xù)的現(xiàn)象都將會影響樓體對地震力的處理。除此之外，在設(shè)計的過程中還需要關(guān)注剪力墻的作用，剪力墻在實際使用的過程中最好能夠應用到底，如果中斷就會導致剪力墻的受力出現(xiàn)問題，不利于抗震工作的開展。在1995年，日本阪神大地震中很多鋼筋混凝土高層建筑發(fā)生了整體塌陷，這就是由于在建設(shè)的過程中不同樓層之間的受力不均勻。未來在豎向設(shè)計的過程中，需要盡量將剪力墻應用到底，不要中斷，并且要均勻分布，從而避免出現(xiàn)地震扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象。

2.3運用高延性結(jié)構(gòu)消震和隔震

高延性結(jié)構(gòu)可以有效提高抗震能力，并且有著良好的吸收地震能量的作用，我國當前在建筑的防震設(shè)計及后期施工過程中，為增加建筑結(jié)構(gòu)的延性、整體剛度，對結(jié)構(gòu)節(jié)點構(gòu)造進行了科學合理的設(shè)計，以減少地震作用帶來的不利影響。必要時可采用減震、隔震設(shè)計，確保建筑結(jié)構(gòu)的安全、經(jīng)濟、適用。

2.4優(yōu)選抗震裝置

抗震裝置是高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)的重要組成，充當著建筑抗震防線的角色，在高層混凝土建筑墻體內(nèi)嵌入消能鍵等減隔震產(chǎn)品，能夠增強高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)的延性和抗側(cè)移性能，讓結(jié)構(gòu)產(chǎn)生抗傾覆的力，提高基礎(chǔ)機構(gòu)設(shè)計的合理性，對于高層混凝土建筑的消能減震結(jié)構(gòu)創(chuàng)新至關(guān)重要。因此，在高層混凝土建筑的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計中，應當分析高層建筑抗震結(jié)構(gòu)受力情況，加強對建筑承受力的考慮，找出高層混凝土建筑中受力較為集中、較為脆弱的建筑結(jié)構(gòu)部位，運用一些合理隔震消能減震裝置，來降低支撐面處的相對變形，改善框架梁柱節(jié)點的受力性能，減小結(jié)構(gòu)的地震響應，提升高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)保護力度。比如調(diào)諧質(zhì)量阻尼器（TMD），將其融入高層混凝土建筑的抗震結(jié)構(gòu)中，能夠有效提高結(jié)構(gòu)的抗震性能，使其達到預期防震減震要求。

2.5層間位移限制

高層建筑的結(jié)構(gòu)特點在于高寬比較大的，位移限值則受到材料、結(jié)構(gòu)體系等多方面因素的共同影響，所以，在高層結(jié)構(gòu)的設(shè)計工作中，應做到統(tǒng)籌兼顧。必須合理設(shè)計鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的位移限值，以便提高穩(wěn)定性，確保其功能可正常使用。高層建筑更容易受到地震的影響，此情況下將伴隨更明顯的層間位移現(xiàn)象，因此，抗震體系設(shè)計時，需加強對層間位移的限制，避免在地震時出現(xiàn)大幅度位移的問題。

結(jié)語

建筑行業(yè)的未來發(fā)展影響了我國經(jīng)濟的整體發(fā)展水平，未來提高建筑物的抗震性能決定了整體抗震設(shè)計的水平。在地震發(fā)生之后，建筑物的抗震設(shè)計水平能夠在最大的程度上維護受災群眾的人身傷害和經(jīng)濟損失。因此在未來建筑設(shè)計的過程中，需要注意使用合適的方法來控制建筑設(shè)計和抗震設(shè)計之間的關(guān)聯(lián)性，建筑設(shè)計是抗震設(shè)計的實施前提。在開展抗震設(shè)計的過程中，需要將建筑設(shè)計與結(jié)構(gòu)設(shè)計進行綜合考量，保證這兩者能夠處于穩(wěn)定的發(fā)展狀態(tài)。只有兩者進行整合，才能夠抗震性能得到發(fā)揮，將抗震水平進行提升。

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