高層建筑結(jié)構(gòu)抗震性能處理措施分析與設(shè)計

來寶文

（中鐵二十一局集團(tuán)有限公司勘察設(shè)計院，甘肅 蘭州 730000）

為了更好地滿足社會發(fā)展實際需求，現(xiàn)如今人們生活中出現(xiàn)了大量的高層和超高層建筑，不僅有效提高了土地資源利用率，同時還增加了城市的美感。但高層建筑結(jié)構(gòu)需要對其抗震性能引起重點關(guān)注，否則一旦地震來臨會造成不可預(yù)估的損失。

1 高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計要求和基本原則

首先，想要有效提升高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能，在工程最初設(shè)計階段工作人員就需要保證設(shè)計圖紙計算內(nèi)容的精準(zhǔn)性，確?？拐鹪O(shè)計可以很好地滿足高層建筑結(jié)構(gòu)實際建設(shè)要求。在此過程中需要充分結(jié)合高層建筑所處的地理位置合理確定每一個結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，同時還要對建筑工程和施工現(xiàn)場具體環(huán)境進(jìn)行綜合考慮，保證工程結(jié)構(gòu)的抗震性能滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求。在高層建筑結(jié)構(gòu)抗震剛度和強度都滿足要求基礎(chǔ)之上，還需要進(jìn)一步確定建筑工程施工材料，為建筑工程施工質(zhì)量的不斷提升奠定堅實的前提基礎(chǔ)和保障。

其次，對于高層建筑結(jié)構(gòu)來看，其最基本的抗震目標(biāo)就是當(dāng)工程結(jié)構(gòu)遭受到低于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度地震的時候，建筑主體結(jié)構(gòu)不會受到嚴(yán)重的破壞，也無需進(jìn)行修復(fù)處理；當(dāng)遭受到和本地區(qū)抗震設(shè)防烈度相當(dāng)?shù)牡卣饛姸鹊臅r候，可能會對建筑主體結(jié)構(gòu)造成一定程度的損壞，但經(jīng)過簡單修復(fù)處理之后便可以繼續(xù)使用，這就對工程結(jié)構(gòu)的韌性和彈性都提出了更高的要求；當(dāng)遭受到強度大于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的大地震時，工程結(jié)構(gòu)雖然會受到較為嚴(yán)重的損壞，但不至于出現(xiàn)倒塌事故，也不會危機居住著的生命安全［1］，此時就對建筑結(jié)構(gòu)的抗變形能力提出了更高的要求。

2 高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的重要性

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候往往會出現(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候難免會造成一定的損壞，我們只能是通過對建筑結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計盡可能減低損失，保證人員的生命安全［2］。設(shè)計師在進(jìn)行施工圖紙設(shè)計的時候，一定要做好抗震設(shè)計，進(jìn)一步保證高層建筑結(jié)構(gòu)抗震性能達(dá)到設(shè)計要求。

3 高層建筑結(jié)構(gòu)抗震性能水準(zhǔn)

3.1 小震作用下性能水準(zhǔn)

這項性能水準(zhǔn)對建筑結(jié)構(gòu)的各項指標(biāo)均提出了較高的要求，使周期比和位移比均滿足了建設(shè)規(guī)范，尤其是對于高層建筑結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)產(chǎn)生了良好的控制。每個樓層的側(cè)向剛度都達(dá)到了一定的標(biāo)準(zhǔn)，與相鄰上部樓層的側(cè)向剛度相比可以達(dá)到其標(biāo)準(zhǔn)的70%，而與相鄰三層樓層的側(cè)向剛度相比則可以達(dá)到其平均值的80%左右。建筑結(jié)構(gòu)的各方向布置均符合規(guī)范規(guī)則，不存在薄弱層都有質(zhì)量缺陷的樓層；同時各樓層之間的位移角的大小達(dá)到了建筑工程標(biāo)準(zhǔn)，而高層結(jié)構(gòu)頂點的最大加速度限值也滿足了標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，此外從整體上來看無論是樓層結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度還是舒適度都在合適的范圍內(nèi)。當(dāng)剛重比大于1.4時高層建筑結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性可以得到有效的保障；而當(dāng)剛重比大于2.7時［3］，則不考慮重力二階效應(yīng)。對建筑結(jié)構(gòu)在該性能水準(zhǔn)下的計算結(jié)果都滿足《高規(guī)》的相關(guān)要求，同時振型分解反應(yīng)譜法和時程分析的結(jié)果具有相同的統(tǒng)計意義。在對高層建筑結(jié)構(gòu)緩解地震作用時產(chǎn)生的效應(yīng)進(jìn)行計算時，按照工程要求已將結(jié)果取平均值，而對震型分解反應(yīng)譜法計算結(jié)果則取的是較大值。

3.2 中震作用下性能水準(zhǔn)

高層建筑物在該性能水準(zhǔn)要求下具有較高的抗地震作用能力，在設(shè)防烈度的地震作用下建筑結(jié)構(gòu)會進(jìn)入非彈性工作階段。同時，地震對高層建筑結(jié)構(gòu)體系的損壞程度不會進(jìn)入不可修復(fù)的范圍，對于重要的結(jié)構(gòu)構(gòu)件例如支柱，剪力墻底部加強部位等建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)該始終保持不屈服的狀態(tài)，這樣在地震作用結(jié)束之后便可以通過對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡單的修復(fù)即可以繼續(xù)使用。一般情況下，中震的烈度比通常遇到的地震烈度約大1.55°，在進(jìn)行計算分析時要將建筑結(jié)構(gòu)的水平地震影響系數(shù)調(diào)整到0.23，相較于小震下的0.08有所升高［4］。此外，對于建筑材料的強度也會有所提高，例如抗震承載力調(diào)整系數(shù)取1.0等。

3.3 大震作用下性能水準(zhǔn)

通常建筑物在該性能水準(zhǔn)下具有較高的抵抗地震作用能力，在地震中結(jié)構(gòu)不會產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，同時建筑結(jié)構(gòu)的最大側(cè)向位移和水平位移限值均滿足規(guī)范要求，并且在局部樓層梁上會出現(xiàn)塑性鉸對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固。此外，在地震作用下建筑周圍的型鋼混凝土柱絕大部分都不會進(jìn)入塑性階段，因此可以有效的確保底部的剪力墻始終保持著較好的承載能力。

4 高層建筑抗震性能處理措施及設(shè)計優(yōu)化對策

4.1 加強抗震防線設(shè)計

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)計人員除了要確保建筑基本的設(shè)計標(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)計高層混凝土建筑的過程中，需要加強抗震防線的設(shè)計。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，從而增強建筑結(jié)構(gòu)的平衡性［5］。因此，設(shè)計人員需要根據(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。

4.2 合理選擇設(shè)計位置

在建設(shè)高層混凝土建筑的過程中，還應(yīng)該合理地選擇其設(shè)計的位置，設(shè)計人員要親自到施工場地了解和掌握相關(guān)布局以及場地的地質(zhì)情況，同時也要綜合考慮該地段的建筑是否存在社會價值和商業(yè)價值。針對地質(zhì)情況以及地形條件比較復(fù)雜的位置區(qū)域，強化各個不同層面的管理和控制，不能將建筑物設(shè)計得太高，需要有效確保地基的設(shè)計和安排的科學(xué)性。而具體的設(shè)計和建設(shè)情況還應(yīng)該根據(jù)實際情況進(jìn)一步有效分析，不同種類的高層建筑物之間需要進(jìn)行更加具體的對比分析。

4.3 合理選擇結(jié)構(gòu)類型

在設(shè)計高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)的過程中，相關(guān)的工作人員應(yīng)該結(jié)合該建筑的實際需要以及建筑的結(jié)構(gòu)，合理地選擇相適應(yīng)的建筑結(jié)構(gòu)類型，同時還需要結(jié)合建筑物的類型以確定設(shè)計方案。針對底層住房空間比較大的樓層，需要在建筑物的外圍設(shè)計保護(hù)結(jié)構(gòu)，這有利于提高建筑物整體的平衡性，以保證建筑的安全性。針對樓層比較高的建筑物，還需要增強抗震能力的設(shè)計，以此提高建筑的穩(wěn)定性。另外，為了確保車輛能夠正常出入，還需要為其預(yù)留一定的通行位置［6］。

4.4 提高基礎(chǔ)機構(gòu)設(shè)計的合理性

高層混凝土建筑工程的設(shè)計和施工具有一定的難度，而其整體質(zhì)量的好壞和基礎(chǔ)機構(gòu)的設(shè)計有著非常密切的聯(lián)系。建筑的底框結(jié)構(gòu)具有較強的實用性，可以適用于比較多的建筑項目，而且能帶來一定的經(jīng)濟效益。但是底框結(jié)構(gòu)也有一個比較大的問題，就是在具體的施工建設(shè)過程中，存在剛度分布不統(tǒng)一的問題，容易導(dǎo)致主體出現(xiàn)裂開的情況，這不利于保證建筑物結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性。

4.5 加強對建筑承受力的考慮

在具體設(shè)計建筑結(jié)構(gòu)的過程中，需要對建筑物的壓力承受能力進(jìn)行合理的分析和計算，這是優(yōu)化高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)的重要因素。因此，有關(guān)的設(shè)計工作人員應(yīng)該加強對建筑承受力的考慮和重視，采用一定的彈性策略，以保證高層建筑工程的平衡性以及安全性。為了提高建筑的抗震能力，在設(shè)計的過程中可以適當(dāng)減少水平方向的側(cè)移程度，同時減少建筑物本身的重量。除此之外，在具體的設(shè)計環(huán)節(jié)中，對于比較重要的數(shù)據(jù)還要進(jìn)行更加具體的分析，全面考慮其給建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計帶來的影響。

4.6 妥善落實建筑抗震性能的加固設(shè)計

通過分析目前我國的高層建筑抗震設(shè)計情況可知，很多建筑的抗震方式比較簡單，抗震的能力也不強。因此，當(dāng)建筑物遇到強烈的地震發(fā)生時，就會產(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)計高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)的過程中，需要妥善落實建筑抗震性能的加固設(shè)計工作。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)的剛度和強度，防止出現(xiàn)薄弱層。

總而言之，高層建筑是現(xiàn)代化城市發(fā)展的主要載體之一，成為諸多城市的地標(biāo)性建筑。隨著我國城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加劇，為滿足人們對建筑美觀、舒適等多樣化需求，圍繞高層建筑的理論研究、分析設(shè)計和建造實踐正在不斷發(fā)展完善。高層建筑結(jié)構(gòu)抗震性能處理和設(shè)計工作還有很多方面值得深入研究和創(chuàng)新發(fā)展。