高層建筑結(jié)構(gòu)分析與抗震設(shè)計(jì)探究

李之佩

【摘要】隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展與城市化進(jìn)程的增快，高層建筑的運(yùn)用愈發(fā)廣泛，目前國(guó)內(nèi)已經(jīng)針對(duì)高層建筑體的抗震性能開(kāi)展了深入研究，積攢下了豐富的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。據(jù)以往研究與經(jīng)驗(yàn)得知，高層建筑需要具有較大的強(qiáng)度、優(yōu)秀的延性以及較佳的整體性，在經(jīng)過(guò)合理的抗震設(shè)計(jì)下確保其整體結(jié)構(gòu)的足夠安全。

【關(guān)鍵詞】高層建筑;結(jié)構(gòu)體系;抗震設(shè)計(jì)

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.25.060

建筑工程領(lǐng)域發(fā)展日新月異，為了更好的滿足多樣化建筑功能需求，高層建筑的結(jié)構(gòu)模式也變得愈發(fā)復(fù)雜、種類(lèi)繁多。不僅有傳統(tǒng)式的框架、剪力墻、筒體結(jié)構(gòu)之外，超高層、復(fù)雜高層、鋼結(jié)構(gòu)高層建筑等也逐漸走入人們的事業(yè)，應(yīng)用得越來(lái)越普遍。而伴隨著建筑高度的提升以及不規(guī)則的結(jié)構(gòu)類(lèi)型，這給建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作帶來(lái)了更大的挑戰(zhàn)，使得設(shè)計(jì)難度變大，因此必須要展開(kāi)更為系統(tǒng)、更加深入的探究。

1、當(dāng)前高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題

1.1 主體結(jié)構(gòu)高度問(wèn)題

從抗震層面分析，結(jié)構(gòu)抗側(cè)移剛度是選取結(jié)構(gòu)形式時(shí)首要考慮的要素，且隨著高層建筑高度的提升，結(jié)構(gòu)在受到地震作用力與其他荷載作用力之下發(fā)生的水平位移急速擴(kuò)大，從而對(duì)于結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度要求也與之一同變大。在面對(duì)不同的高層結(jié)構(gòu)系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)設(shè)置合理的高度來(lái)確保高層建筑的整體質(zhì)量與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。但是，在進(jìn)行高層建筑的高度設(shè)計(jì)工作時(shí)，往往會(huì)由于設(shè)計(jì)人員未對(duì)該行業(yè)的有關(guān)準(zhǔn)則與規(guī)范加以全面了解，從而對(duì)于設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)需求無(wú)法做到準(zhǔn)確的把握，這就容易使得其對(duì)高度的設(shè)計(jì)存在不合理的情況，進(jìn)而也就不能讓建筑結(jié)構(gòu)的最優(yōu)效果充分展現(xiàn)出來(lái)[1]。

1.2 結(jié)構(gòu)體系問(wèn)題

在決定高層建筑的結(jié)構(gòu)方案之時(shí)，需要按照建筑使用功能與抗震要求適當(dāng)選取結(jié)構(gòu)體系。一般而言，高層建筑在設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)類(lèi)型的選取以及結(jié)構(gòu)布置時(shí)都容易出現(xiàn)一定的問(wèn)題，且問(wèn)題的發(fā)生主要是由于結(jié)構(gòu)形式的不適宜而引起的建筑整體結(jié)構(gòu)受力形態(tài)存在問(wèn)題，最終引發(fā)了一系列問(wèn)題，嚴(yán)重威脅到高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震效果。此外，不同建筑體所處地區(qū)的地震烈度會(huì)存在一些差異，所以可按照抗震規(guī)范來(lái)選取最為合適的結(jié)構(gòu)體系，保證結(jié)構(gòu)形式的科學(xué)合理性，否則便可能因?yàn)樵O(shè)計(jì)問(wèn)題而導(dǎo)致存在安全隱患。另外，在開(kāi)展建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作時(shí)，還要盡量確保其與規(guī)則結(jié)構(gòu)要求相符，要合理布設(shè)抗震縫，不得設(shè)置成不規(guī)則的形式。

1.3 結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)不合理

對(duì)抗震結(jié)構(gòu)加以設(shè)計(jì)的關(guān)鍵目的為，當(dāng)?shù)卣馂?zāi)害發(fā)生時(shí)可以最大化減輕災(zāi)害造成的經(jīng)濟(jì)損失。在新成立的工程項(xiàng)目中，使用設(shè)計(jì)軟件實(shí)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，最為重要的一個(gè)環(huán)節(jié)便是合理選擇參數(shù)，若是參數(shù)選擇不當(dāng)，不僅可能導(dǎo)致無(wú)法滿足抗震需求，使得結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布不夠均勻，甚至還會(huì)讓建筑結(jié)構(gòu)的耗能能力下降。相關(guān)設(shè)計(jì)人員必須要在對(duì)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)充分熟悉之后，全面掌握所有涉及到的參數(shù)的含義，再對(duì)計(jì)算結(jié)構(gòu)實(shí)行可靠性分析，在通過(guò)反復(fù)調(diào)整優(yōu)化之后，確保設(shè)計(jì)方案的最優(yōu)性才能進(jìn)入到下一環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)工作。就當(dāng)前的實(shí)際狀況而言，還需要對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的薄弱層或者是薄弱構(gòu)件加以強(qiáng)化，使其形成以結(jié)構(gòu)抗震、減震作為輔助作用的結(jié)構(gòu)形式。

2、高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的有效對(duì)策

2.1以位移為基礎(chǔ)的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在國(guó)內(nèi)當(dāng)前階段的高層建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，主要是以承載力作為基礎(chǔ)?；谖灰苼?lái)對(duì)結(jié)構(gòu)抗震實(shí)行設(shè)計(jì)，這一理念最初是于上世紀(jì)九十年代左右提出的，并且其屬于一種能夠?qū)崿F(xiàn)在功能基礎(chǔ)上進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)的關(guān)鍵措施。按照抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需求需要采取定量分析法，利用此方法能夠讓結(jié)構(gòu)變形能力滿足預(yù)期地震作用力影響下的變形要求。要想實(shí)現(xiàn)此種抗震設(shè)計(jì)，就先要對(duì)簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的構(gòu)件變形與配筋關(guān)系展開(kāi)詳細(xì)探究，而且還要能夠按照變形需求來(lái)對(duì)構(gòu)件加以設(shè)計(jì)，其后當(dāng)抗震結(jié)構(gòu)均具有一定的彈塑性之后，再對(duì)構(gòu)件和其變形關(guān)系展開(kāi)一系列分析，此環(huán)節(jié)便要借助二階段抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)法來(lái)完成設(shè)計(jì)工作，此種設(shè)計(jì)方式為建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)今后的發(fā)展提供了一條重要途徑。

2.2控制地震對(duì)高層建筑物的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)

當(dāng)發(fā)生地震災(zāi)害之時(shí)，因?yàn)榈貧み\(yùn)動(dòng)會(huì)受到地震波的影響作用，從而產(chǎn)生強(qiáng)大的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，在防范此問(wèn)題帶來(lái)的危害時(shí)，不僅要強(qiáng)化規(guī)則特性，還應(yīng)確保幾何中心與剛性中心之間的重合程度，而且同時(shí)還要保證解耦股的均勻性，從而才能有效控制好結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，增強(qiáng)高層建筑體的抗震能力。目前在高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，首先便需強(qiáng)化建筑體的分體設(shè)計(jì)，基于統(tǒng)籌兼顧的思維作為輔助，在注重考慮建筑體的安全性和穩(wěn)定程度的前提下，借助分體設(shè)計(jì)來(lái)減輕地震形成的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)[2]。

2.3采取“中震”、“大震”設(shè)計(jì)

對(duì)于抗震薄弱區(qū)域要采用加強(qiáng)措施與提升結(jié)構(gòu)或是構(gòu)件的承載力性能，這兩種方法都是結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵措施。在國(guó)內(nèi)較為常用的為前種方式，至于在復(fù)雜工程項(xiàng)目或是超限建筑中，實(shí)施“中震”設(shè)計(jì)方法即為在結(jié)構(gòu)抗震薄弱區(qū)域進(jìn)行加強(qiáng)處理之后，再合理提升關(guān)鍵區(qū)域的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度或是構(gòu)件的承受力，從而使得建筑結(jié)構(gòu)與構(gòu)件延性和承載力水平獲得更大程度的提升，以此強(qiáng)化建筑結(jié)構(gòu)的抗震能力[3]。

2.4依據(jù)抗震標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范平面及豎向設(shè)計(jì)

平面規(guī)則和建筑體的穩(wěn)定性也有著潛在的關(guān)聯(lián)，這是設(shè)計(jì)工作人員在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)必須要考慮在內(nèi)的要素。一般而言，抗震建筑的平面都會(huì)有規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，例如，凹凸口的深度和寬度、平面長(zhǎng)度不得太長(zhǎng)、不可使用角部重疊或是細(xì)腰狀的平面設(shè)計(jì)方案。所以，結(jié)構(gòu)平面的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)盡可能的做到簡(jiǎn)單、規(guī)則且對(duì)稱(chēng)，防止剛度、質(zhì)量與承載作用力分布不均[4]。在進(jìn)行有許多凹凸口的、形狀十分復(fù)雜的平面的設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)實(shí)行特殊設(shè)計(jì)，或是采取有效的補(bǔ)救措施，從而最大化的確保建筑體的穩(wěn)定效果。在進(jìn)行高層建筑的抗震結(jié)構(gòu)豎向設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)防止存在太大的外挑或是收進(jìn)，應(yīng)當(dāng)盡可能的使其具有規(guī)則性、均勻性，對(duì)于結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度也需要實(shí)現(xiàn)從上到下由小均勻變大，豎向抗側(cè)力構(gòu)件要做到上下連貫通暢。

結(jié)語(yǔ)：

高層建筑是當(dāng)代城市發(fā)展的重要基礎(chǔ)構(gòu)成，也是許多城市中的標(biāo)志性建筑體。伴隨著國(guó)內(nèi)城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，為了使得人們對(duì)于建筑美觀性、舒適度等需求的充分滿足，需要對(duì)高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與建設(shè)技術(shù)進(jìn)行不斷研究與改進(jìn)。高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在理論和實(shí)踐中的研究工作是一項(xiàng)重要任務(wù)，在今后很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)仍然需要投入一定的精力進(jìn)行不斷探索。

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