高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)探究

朱興永

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要充分考慮到建筑結(jié)構(gòu)的抗震性，高層建筑受到地震、振動(dòng)的影響，會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的危害。為了確保人們的居住環(huán)境，以及建筑整體的安全性，要高度重視高層建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

1.高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)重要性

城市化進(jìn)程的加快，使得城市中高層建筑不斷增加，因此人們對(duì)高層建筑抗震設(shè)計(jì)尤為重視，高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)要從多方面入手，采取更加有效的預(yù)防措施，提高高層建筑的抗震性能和穩(wěn)定性，將地震會(huì)造成的傷害降至最小。抗震設(shè)計(jì)是指在建設(shè)工作開展前，結(jié)合建筑實(shí)際情況建立建筑力學(xué)模型，并對(duì)其進(jìn)行科學(xué)計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)構(gòu)以及對(duì)建筑的要求，設(shè)計(jì)抗震構(gòu)造。針對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)，要充分考慮到建筑結(jié)構(gòu)的整體概念，充分把握高層建筑結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)，從而優(yōu)化高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)，使其符合高層建筑規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。高層建筑與普通房屋建筑相比，其在結(jié)構(gòu)上、建筑規(guī)模、建筑構(gòu)件上都有很大區(qū)別。如果高層建筑出現(xiàn)質(zhì)量問題，其所帶來的后果不堪設(shè)想。因此，在高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中，要嚴(yán)格把控建筑質(zhì)量。其中，抗震設(shè)計(jì)與高層建筑質(zhì)量密切相關(guān)，有效的高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)，能夠有效提高建筑結(jié)構(gòu)的整體性、延性和剛度，全面提高高層建筑整體的穩(wěn)定性。因此，高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)尤為重要，應(yīng)給予高度重視[1]。

2.高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)現(xiàn)狀

隨著城市的迅速發(fā)展，高層建筑如雨后春筍般拔地而起，在高層建筑建設(shè)中，對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)，很多時(shí)候建筑方、設(shè)計(jì)方并沒有將其各方性能有效落實(shí)到位，結(jié)合大量調(diào)查發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前我國(guó)高層建筑結(jié)構(gòu)仍然存在一些問題，而這些問題的存在嚴(yán)重威脅了高層建筑整體質(zhì)量和使用壽命。

2.1 建筑高度超標(biāo)問題

高層建筑的高度超出規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，開發(fā)商為了牟取利益，在高層建筑建設(shè)中使建筑高度超出安全高度，當(dāng)高層建筑高度超出規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)和安全設(shè)計(jì)高度后，其整體結(jié)構(gòu)就會(huì)受到破壞，建筑的穩(wěn)定性就會(huì)降低，在發(fā)生地震地質(zhì)災(zāi)害時(shí)，就會(huì)引發(fā)建筑整體的損壞和倒塌。

2.2 建筑選址問題

高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)問題還表現(xiàn)為建筑地址選擇的問題，城市人口的增加，對(duì)建筑的需求量也隨之增加，開發(fā)商在利益的驅(qū)使下，會(huì)盡可能地開發(fā)利用土地資源，為了加速開發(fā)，在地址的選擇上忽視了地質(zhì)問題，在沒有嚴(yán)格勘測(cè)建筑地質(zhì)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上開發(fā)，會(huì)對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能產(chǎn)生很大影響[2]。

2.3 建筑材料問題

建筑材料質(zhì)量是影響建筑整體質(zhì)量的重要因素，高層建筑在建筑材料的選擇上沒有嚴(yán)格把控，會(huì)直接導(dǎo)致建筑物整體抗震性能的降低，在遇到地震時(shí)，不具備抗震性能的材料無法經(jīng)受劇烈的震感，從而造成高層建筑結(jié)構(gòu)的損壞，嚴(yán)重的甚至?xí)斐扇松怼⒇?cái)產(chǎn)的威脅。因此，做好高層建筑的抗震設(shè)計(jì)工作尤為重要，后續(xù)的改進(jìn)和完善工作應(yīng)引起高度重視。

3.加強(qiáng)高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)措施

3.1 結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗震設(shè)計(jì)

在高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)工作中，要充分考慮到地震作用下的影響因素和阻礙因素，其中最為重要就是建筑位移，應(yīng)隨時(shí)對(duì)界面應(yīng)變，提升框架支撐結(jié)構(gòu)的框架水平。在框架中要做好強(qiáng)柱弱梁設(shè)計(jì)，提升梁的延性，這樣可以有效減少柱子屈服的可能。此外，還可以采取其他方法進(jìn)行抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，如，采用高延展性結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)多段強(qiáng)框架等方法，這樣可以實(shí)現(xiàn)隔離和消震的作用，提高高層建筑整體的穩(wěn)固性。在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，要嚴(yán)格遵循強(qiáng)柱弱梁原則，分布框架在地震中的承受力，這樣高層建筑在地震中的倒塌概率會(huì)降低，同時(shí)，建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件、非構(gòu)件、內(nèi)力設(shè)計(jì)值、抗震作用等都要進(jìn)行嚴(yán)格規(guī)范，這樣才能提高輔助框架結(jié)構(gòu)的抗震性能和穩(wěn)定性。此外，采取框架中心調(diào)節(jié)方法落實(shí)強(qiáng)柱弱梁原則，其注意點(diǎn)要在彎矩上，采用此種方法要提前考慮到偏離產(chǎn)生的后果，即附加的彎矩[3]。

高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)，要充分考慮到整體結(jié)構(gòu)布局，在基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)建設(shè)中充分考慮到建筑的對(duì)稱性、規(guī)則性，避免出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)失衡情況，做好核心筒豎向結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，確保高層建筑整體結(jié)構(gòu)的均衡性，當(dāng)高層建筑局部受損時(shí)，建筑的抗震性能可對(duì)其進(jìn)行穩(wěn)定和填補(bǔ)。在高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中，通常會(huì)采用多道抗震防線，抗震防線可以對(duì)建筑結(jié)構(gòu)起到內(nèi)外均衡的作用，在遭遇地震時(shí)，多道防線可以起到保護(hù)建筑結(jié)構(gòu)的作用。從高層建筑受力方面來看，多道抗震防線可以確保在地震作用下，如果第一道防線被破壞，地震能量會(huì)被消耗，這樣地震對(duì)建筑整體的影響便會(huì)減少，從而確保高層建筑實(shí)現(xiàn)中震可修、大震不倒的目標(biāo)。

3.2 地基選擇與抗震驗(yàn)算

造成高層建筑物坍塌的原因，除去地震對(duì)建筑物的直接破壞之外，建筑物的場(chǎng)地條件也尤為重要。在高層建筑施工中，選擇施工場(chǎng)地時(shí)，要先對(duì)施工場(chǎng)地的地質(zhì)條件做出綜合評(píng)定，選擇在堅(jiān)硬土質(zhì)地區(qū)建設(shè)高層建筑，這樣高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震性會(huì)更高，為了確保高層建筑的抗震性，要避開土質(zhì)軟化的場(chǎng)地，如果無法避免，則一定要做好抗震設(shè)計(jì)，采取科學(xué)抗震措施。易產(chǎn)生地震的地區(qū)，不可建造甲、乙、丙三類建筑；覆蓋層厚、土質(zhì)松軟的地區(qū)，地震會(huì)對(duì)建筑物產(chǎn)生嚴(yán)重的損壞，從而引發(fā)嚴(yán)重后果。從當(dāng)前高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)來看，采用承載能力設(shè)計(jì)方法是較為常見的，對(duì)經(jīng)常發(fā)生地震的地區(qū)，通過反應(yīng)譜計(jì)算建筑底部剪力，并按照相應(yīng)規(guī)則進(jìn)行分配，與其他荷載組合，然后進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)，這樣各部分構(gòu)件才能具備承載能力，最后通過變形驗(yàn)算得出結(jié)論。通常來講，在高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中，采用承載能力設(shè)計(jì)方法進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)，具有使用方便、設(shè)計(jì)可靠等優(yōu)勢(shì)，能夠有效實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)。采用此種方法也存在不足，如，以彈性反應(yīng)為基礎(chǔ)，針對(duì)非彈性反應(yīng)的建筑則無法對(duì)其進(jìn)行全面計(jì)算[4]。

3.3 高層建筑結(jié)構(gòu)體系和結(jié)構(gòu)布置優(yōu)化

在高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)體系的選擇尤為重要，由于高層建筑結(jié)構(gòu)受到承載力、剛度等因素的影響，使各體系的適用范圍不同，在抗震設(shè)計(jì)中要針對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用經(jīng)濟(jì)合理、便于施工、抗震性能優(yōu)越的結(jié)構(gòu)體系。隨著我國(guó)高層建筑空間、形式和功能的不斷完善，高層建筑結(jié)構(gòu)體系也在不斷優(yōu)化和創(chuàng)新。在結(jié)構(gòu)布置上要選擇對(duì)稱、均勻的結(jié)構(gòu)布置形式，通常情況下要遵循以下原則：

（1）在符合實(shí)際結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，要使用對(duì)抗震有利的建筑平面和建筑立面，選擇規(guī)則的結(jié)構(gòu)，以及對(duì)抗震有利的結(jié)構(gòu)布置。

（2）使用數(shù)學(xué)模型、力學(xué)模型進(jìn)行分析。

（3）結(jié)構(gòu)構(gòu)件要具有明確、合理的傳力路徑，這樣作用在上部結(jié)構(gòu)的豎向和水平力才可以傳遞到地基基礎(chǔ)上。

（4）結(jié)構(gòu)要具有冗余度，并具有避免連續(xù)倒塌的能力，確保建筑結(jié)構(gòu)不會(huì)因?yàn)榫植拷Y(jié)構(gòu)遭到破壞，而對(duì)整體的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生嚴(yán)重影響。

為了確保高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方案的合理性，做好抗震計(jì)算分析尤為重要，在建立結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模型時(shí)，要先從建筑工程的情況和需求出發(fā)，對(duì)程序的選用進(jìn)行分析，并確保結(jié)構(gòu)整體性和實(shí)用性，避免由于一味追求模型的獨(dú)特形式，影響到高層建筑結(jié)構(gòu)的整體抗震性能。設(shè)計(jì)人員在高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中，要具有扎實(shí)的力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)，這樣可以在設(shè)計(jì)中快速、準(zhǔn)確地找出傳力路徑，并準(zhǔn)確地比較計(jì)算出平面計(jì)算模型，這樣才能做出精確的計(jì)算，有效解決高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的復(fù)雜問題[5]。

4.結(jié)束語

總之，地震屬于不可抗力的自然災(zāi)害之一，具有不可預(yù)估的特點(diǎn)。如果發(fā)生地震災(zāi)害，會(huì)對(duì)建筑和人們的安全、財(cái)產(chǎn)造成嚴(yán)重影響。因此，為了有效降低地震對(duì)高層建筑的影響，在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，相關(guān)部門要充分考慮高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震性，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)中要選擇防震性能好的建筑材料，嚴(yán)格按照規(guī)定開展設(shè)計(jì)工作，避免安全隱患，全面提高我國(guó)高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震性和安全性。