超高層建筑抗震性能設(shè)計(jì)分析

鄭小偉

摘要：隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高，高層以及各種超高層建筑在城市建設(shè)中的應(yīng)用越來越多。為有效保障人們生命財(cái)產(chǎn)安全，必須重視對高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)，尤其是進(jìn)行抗震概念設(shè)計(jì)能有效降低地震對建筑物的損害，提升社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。城市規(guī)模的擴(kuò)大，建筑數(shù)量的增加使城市用地變得更加緊張，而超高層建筑的出現(xiàn)為緩解用地緊張?zhí)峁┝怂悸贰＿@一種思路不僅可以促進(jìn)城市土地利用效率的提升，同時(shí)能滿足人們對生活舒適度與生活環(huán)境提出的更高要求。超高層剪力墻結(jié)構(gòu)住宅可以滿足人們對住宅的消費(fèi)需求，而其抗震設(shè)計(jì)也成為人們重點(diǎn)關(guān)注的焦點(diǎn)問題。

關(guān)鍵詞：超高層建筑;抗震設(shè)計(jì);性能分析

近些年來，超高層建筑在我國發(fā)展日益迅速，就建筑行業(yè)的研究而言， 目前普通結(jié)構(gòu)抗震已難以滿足超高層建筑設(shè)計(jì)。隨著時(shí)代的不斷發(fā)展，在 超高層住宅設(shè)計(jì)中剪力墻結(jié)構(gòu)得到廣泛的應(yīng)用，設(shè)計(jì)人員要重點(diǎn)關(guān)注高層 剪力墻結(jié)構(gòu)抗震性能的應(yīng)用分析，在實(shí)際的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)通過多方的論證，與建筑實(shí)際情況和對應(yīng)的設(shè)計(jì)要求相互結(jié)合，進(jìn)行科學(xué)合理的分析，以推動(dòng)剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展，同時(shí)讓建筑事業(yè)獲取更大的成就。

1超高層建筑抗震性能設(shè)計(jì)的必要性

在高層建筑工程建設(shè)過程中，抗震性能至關(guān)重要，只有保證高層建筑 結(jié)構(gòu)的抗震性能嚴(yán)格滿足設(shè)計(jì)基本原則和要求，才能保證工程整體結(jié)構(gòu)抗震性處于良好的狀態(tài)，而且這一問題和建筑物乃至人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全都息息相關(guān)，可見做好高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)工作的重要性和必要性。我國大多數(shù)高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震能力相對還是比較強(qiáng)的，甚至很多地層建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能都遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及高層建筑工程。所以很多地震中更多倒塌的建筑物為低層建筑結(jié)構(gòu)，而非高層建筑。但由于高層建筑的層數(shù)比較多， 高度大，所以在遇到地震的時(shí)候往往會(huì)出現(xiàn)較為嚴(yán)重的搖晃現(xiàn)象，所以對 其整體結(jié)構(gòu)的抗震性要求也非常嚴(yán)格。通常情況下我國高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能要達(dá)到7度以上，由于地震的不可預(yù)測性，在真正遭受到地震的時(shí)候難免會(huì)造成一定的損壞，我們只能是通過對建筑結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)盡可能減低損失，保證人員的生命安全。

針對超高層建筑設(shè)計(jì)，需要重點(diǎn)關(guān)注其抗震設(shè)計(jì)，并且這對于具體的 超高層建筑項(xiàng)目具有重要的指導(dǎo)意義。隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，針對超高層剪力墻抗震性能做好對應(yīng)的分析具有重要的意義與價(jià)值。此外，隨著社會(huì)的高速發(fā)展，人類社會(huì)需要更多的超高層建筑，超高層建筑的增多不僅預(yù) 示著生產(chǎn)力的進(jìn)步，也會(huì)充分利用土地資源，進(jìn)而提升社會(huì)的經(jīng)濟(jì)效益。 當(dāng)然，施工企業(yè)在追求超高層建筑外觀與施工效率的同時(shí)，要確保超高層 建筑的整體質(zhì)量，而剪力墻的結(jié)構(gòu)抗震性能會(huì)直接影響建筑的整體質(zhì)量， 做好其抗震設(shè)計(jì)分析是非常有必要的。

2超高層建筑抗震性能設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1合理選擇和布置建筑方案

結(jié)構(gòu)工程師的作用是配合建筑設(shè)計(jì)師的工作，通過力學(xué)計(jì)算分析、概念設(shè)計(jì)等方式盡可能實(shí)現(xiàn)其設(shè)計(jì)意圖。然而在方案設(shè)計(jì)時(shí)，結(jié)構(gòu)工程師往往參與較少，待建筑方案確定后往往出現(xiàn)結(jié)構(gòu)布置不合理、不滿足抗震設(shè)計(jì)要求的情況。因此，為確保后期結(jié)構(gòu)抗震方案的可實(shí)施性，結(jié)構(gòu)工程師 應(yīng)盡可能早地參與到建筑方案的確定過程中來，并要求建筑方案遵循"平 面對稱、立面均勻"的布置原則。

2.2加強(qiáng)抗震防線設(shè)計(jì)

隨著人們對高層建筑抗震效果的重視程度的提高，相關(guān)設(shè)計(jì)人員除了要確保建筑基本的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)以及安全建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，還需要提高現(xiàn)代混凝土結(jié)構(gòu)的抗震性能。在設(shè)計(jì)高層混凝土建筑的過程中，需要加強(qiáng)抗震防線的設(shè)計(jì)。如果發(fā)生地震，那么建筑物可以處于多條防線的保護(hù)下，盡可能地防 止出現(xiàn)混凝土結(jié)構(gòu)坍塌的情況，從而增強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)的平衡性。因此，設(shè)計(jì) 人員需要根據(jù)國家所制定的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，科學(xué)設(shè)計(jì)混凝土結(jié)構(gòu)的抗震級別， 不斷提高混凝土結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性。

2.3抗側(cè)力體系布置

根據(jù)建筑施工圖布置方案，剪力墻布置在建筑交通核四周及角部，四周設(shè)置稀疏的框架柱。剪力墻盡量采用長墻形式，增加結(jié)構(gòu)的抗側(cè)移剛度。該工程底部因建筑功能為商業(yè)，需要大開間空間，而局部區(qū)域上部剪力墻無法落地，故可通過結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層進(jìn)行轉(zhuǎn)換，該工程采用型鋼混凝土框支柱、 框支梁進(jìn)行轉(zhuǎn)換。型鋼截面尺寸、厚度通過計(jì)算確定，并加強(qiáng)鋼柱、鋼梁 節(jié)點(diǎn)構(gòu)造，增加其在地震作用下結(jié)構(gòu)的延性。同時(shí)，對于其余上下連續(xù)貫通落地的剪力墻，在框支層以下部分進(jìn)行加厚處理，邊緣構(gòu)件內(nèi)設(shè)置型鋼， 增加落地剪力墻的剛度和延性。上部四周框架梁適當(dāng)加高加寬，以提高結(jié) 構(gòu)的整體性。

2.4運(yùn)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(dāng)前在建筑的防震設(shè)計(jì)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(diǎn)構(gòu)造進(jìn)行了科學(xué)合理的設(shè)計(jì)，以減少地震作用帶來的不利影響。必要時(shí)可采用減震、隔震設(shè)計(jì)，確保建筑結(jié)構(gòu)的安全、經(jīng)濟(jì)、用。

2.5合理規(guī)劃墻肢面積

通過機(jī)構(gòu)形式直接構(gòu)成雙肢墻或者多肢墻，嚴(yán)格控制裂縫與屈服部位出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)豎縫與洞口連梁位置，進(jìn)而構(gòu)成耗能結(jié)構(gòu)。這種模式的剪力墻會(huì)降低剛度，當(dāng)?shù)卣馂?zāi)害出現(xiàn)的時(shí)候可避免出現(xiàn)剪切破壞或者底部墻體過早屈服的現(xiàn)象，以此減少災(zāi)害帶來的影響。第二，在設(shè)計(jì)超高層剪力墻結(jié) 構(gòu)的時(shí)候，還需要添加梁柱結(jié)構(gòu)構(gòu)件，這樣就可以形成邊框剪力墻，如此也可以規(guī)避斜向裂縫擴(kuò)展到相鄰結(jié)構(gòu)的問題。另外，還可以在剪力墻被嚴(yán)重破壞之后發(fā)揮其承載作用。

2.6加強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)的整體性

只有保證建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部整體強(qiáng)度、剛度和耗能能力，在發(fā)生地震時(shí)各個(gè)部件才能夠協(xié)調(diào)工作。因此，應(yīng)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)四周梁截面尺寸，對于開大洞 四周樓板要加大樓板厚度和拉通筋的配筋率，提高樓板的平面內(nèi)剛度，確 保結(jié)構(gòu)滿足計(jì)算假設(shè)以及結(jié)構(gòu)抗震性能滿足規(guī)范要求。

2.7注意薄弱層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

建筑結(jié)構(gòu)的薄弱層一般出現(xiàn)在建筑結(jié)構(gòu)豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)，樓層的承載力出現(xiàn)突變以及結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度的突變位置。在地震的作用下，薄弱層是最容易受到影響的，因此在強(qiáng)化薄弱層的結(jié)構(gòu)計(jì)算分析的基礎(chǔ)上，要加強(qiáng)薄弱層的抗震承載能力和耗能能力，使薄弱層有足夠的強(qiáng)度和剛度來應(yīng)對地震作用。

2.8妥善落實(shí)建筑抗震性能的加固設(shè)計(jì)

通過分析目前我國的高層建筑抗震設(shè)計(jì)情況可知，很多建筑的抗震方 式比較簡單，抗震的能力也不強(qiáng)。因此，當(dāng)建筑物遇到強(qiáng)烈的地震發(fā)生時(shí)， 就會(huì)產(chǎn)生不同程度的破壞和坍塌，從而造成嚴(yán)重的人員傷亡事故。為此， 在設(shè)計(jì)高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)的過程中，需要妥善落實(shí)建筑抗震性能的 加固設(shè)計(jì)工作。在具體的施工過程中，施工人員要科學(xué)合理地分布建筑結(jié) 構(gòu)的剛度和強(qiáng)度，防止出現(xiàn)薄弱層。

3結(jié)束語

綜上所述，隨著時(shí)代的不斷發(fā)展，剪力墻結(jié)構(gòu)施工作為較為成熟的一 種施工工藝，在當(dāng)前的建筑工程之中得到廣泛的應(yīng)用，尤其是針對超高層 住宅而言，做好超高層剪力墻結(jié)構(gòu)住宅抗震設(shè)計(jì)成為現(xiàn)階段值得思考的問題。地震是對高層建筑結(jié)構(gòu)安全造成最大威脅的一種因素，對于高層建筑來說，良好的抗震設(shè)計(jì)能夠保障人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全，因此在建設(shè)高層 建筑的過程中必須加強(qiáng)抗震設(shè)計(jì)，在掌握基本設(shè)計(jì)原則的基礎(chǔ)上不斷優(yōu)化抗震結(jié)構(gòu)。

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