淺談高層建筑抗震設(shè)計(jì)必要性

張永飛

摘要：為了提高建筑整體結(jié)構(gòu)的抗震能力，提升建筑抗震等級(jí)，降低由于地震災(zāi)害造成的人身安全損失與財(cái)產(chǎn)經(jīng)濟(jì)損失，開(kāi)展高層建筑抗震設(shè)計(jì)必要性的研究。將震感整理劃分成6個(gè)常見(jiàn)等級(jí)，結(jié)合抗震設(shè)計(jì)等級(jí)與標(biāo)準(zhǔn)，從整體結(jié)構(gòu)與外部布局、建筑構(gòu)成材料與施工行為等方面，分析建筑抗震設(shè)計(jì)的影響因素。并提出建筑現(xiàn)有抗震結(jié)構(gòu)存在空間布局不合理、安全設(shè)計(jì)等級(jí)不足等問(wèn)題，因此，加大抗震設(shè)計(jì)投入、優(yōu)化建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)，對(duì)高層建筑的安全性能具有重要的意義。

關(guān)鍵詞：抗震設(shè)計(jì);影響因素;必要性;等級(jí);高層建筑;標(biāo)準(zhǔn);

引言

對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)是保證建筑穩(wěn)定性與安全性的必要手段與措施，在開(kāi)展此項(xiàng)工作時(shí)，不僅要考慮地區(qū)發(fā)生小型地震的概率，同時(shí)也要明確地區(qū)發(fā)生大型地震的次數(shù)與可能性，只有掌握地區(qū)地震的發(fā)生次數(shù)、覆蓋規(guī)模，并結(jié)合相關(guān)信息進(jìn)行地震的有效預(yù)測(cè)，才能確保設(shè)計(jì)的建筑防震結(jié)構(gòu)在集成與使用中具有一定有效性。為了確保市場(chǎng)內(nèi)所有建筑結(jié)構(gòu)均滿(mǎn)足抗震需求，我國(guó)在最新發(fā)布的指導(dǎo)文件中提出了相關(guān)建筑抗震設(shè)計(jì)的指南，并根據(jù)現(xiàn)有的高層結(jié)構(gòu)建筑進(jìn)行了明確的抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)制定[1]。例如，針對(duì)高層建筑的此部分設(shè)計(jì)，需要基于小震與多遇地震的聯(lián)合分析條件下，結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)，進(jìn)行抗震構(gòu)件的開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)。對(duì)于此方面設(shè)計(jì)要求較高的高層工程，需要結(jié)合工程在開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)中的實(shí)際需求，進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)最大允許屈服度的計(jì)算，并根據(jù)多方機(jī)構(gòu)綜合確定成果對(duì)建筑進(jìn)行開(kāi)發(fā)。盡管我國(guó)現(xiàn)如今的建筑產(chǎn)業(yè)發(fā)展正呈現(xiàn)一種逐步完善的趨勢(shì)，但仍不可在設(shè)計(jì)中忽視整體結(jié)構(gòu)的抗震功能開(kāi)發(fā)，為了進(jìn)一步落實(shí)此項(xiàng)工作，本文將結(jié)合市場(chǎng)內(nèi)現(xiàn)有文件的要求，對(duì)抗震設(shè)計(jì)工作實(shí)施的必要性展開(kāi)詳細(xì)研究。

1抗震設(shè)計(jì)等級(jí)與標(biāo)準(zhǔn)

通常情況下，地震等級(jí)是根據(jù)地震后感應(yīng)到的有效強(qiáng)度劃分的[2]。目前，技術(shù)單位將震感整理劃分成6個(gè)常見(jiàn)等級(jí)，具體內(nèi)容如下表1。

對(duì)照上述表1中內(nèi)容，將房屋建筑的抗震等級(jí)，劃分為甲、乙、丙、丁四類(lèi)建設(shè)類(lèi)型。根據(jù)國(guó)家建筑安全要求，通常情況下，高層建筑房屋的抗震等級(jí)為8.0度，此種抗震等級(jí)可以防御6.0級(jí)及以下等級(jí)的地震。根據(jù)國(guó)家房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)需求，在進(jìn)行房屋建筑抗震設(shè)計(jì)時(shí)，需要根據(jù)建筑的類(lèi)型、用途、高度、規(guī)模，對(duì)建筑進(jìn)行不同等級(jí)的抗震設(shè)計(jì)，以此種方式，確保設(shè)計(jì)的抗震結(jié)構(gòu)符合國(guó)家安全標(biāo)準(zhǔn)與房屋建筑設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)需求。

2高層建筑抗震設(shè)計(jì)的影響因素

為了確保設(shè)計(jì)的抗震結(jié)構(gòu)可以滿(mǎn)足房屋建筑安全居住需求，應(yīng)在開(kāi)展相關(guān)研究前，進(jìn)行建筑抗震能力影響因素的分析。

在深入對(duì)此方面的分析中發(fā)現(xiàn)，削弱高層建筑抗震綜合能力的核心因素是建筑整體結(jié)構(gòu)與外部布局不合理。當(dāng)投入使用的建筑出現(xiàn)此方面問(wèn)題時(shí)，整體結(jié)構(gòu)將出現(xiàn)偏移、重心不穩(wěn)等問(wèn)題。尤其一個(gè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)或平面布置較為復(fù)雜的高層結(jié)構(gòu)，當(dāng)此類(lèi)建筑出現(xiàn)上述提出的問(wèn)題時(shí)，會(huì)加劇地震對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的影響力與集中作用力，加劇地震對(duì)建筑整體的破壞程度。因此，在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)的開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡量保證剛心與質(zhì)心的統(tǒng)一或重合，以此種方式，提高建筑結(jié)構(gòu)抗震綜合性能。

高層建筑構(gòu)成材料與施工行為的規(guī)范性也是影響其抗震能力的關(guān)鍵影響因素之一。通常情況下，建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與建筑整體質(zhì)量是呈現(xiàn)正比例關(guān)系的，即建筑質(zhì)量越高，證明其結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定，對(duì)應(yīng)的抗震能力越強(qiáng);建筑質(zhì)量越低，證明其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性越差，對(duì)應(yīng)的抗震能力越弱。而影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的因素包括建筑構(gòu)成材料與施工行為的規(guī)范性，即材料性能越優(yōu)，施工行為與工藝水平越高，建筑抗震性能越佳;材料性能越差，施工行為與工藝水平越低，建筑抗震性能越弱。

3高層建筑抗震設(shè)計(jì)必要性

3.1建筑現(xiàn)有抗震結(jié)構(gòu)空間布局不合理

我國(guó)是一個(gè)地震災(zāi)害頻發(fā)的國(guó)家，有關(guān)文獻(xiàn)記載相關(guān)地震信息的最早記載在3000年前，同時(shí)，由于部分地區(qū)的地理位置較為特殊，當(dāng)區(qū)域位于地震帶上時(shí)，便會(huì)出現(xiàn)地震頻發(fā)的現(xiàn)象。尤其在地區(qū)地震等級(jí)≥6.0級(jí)時(shí)，建筑樓房?jī)?nèi)的居住群體會(huì)感受到強(qiáng)烈的震感，此種現(xiàn)象不僅會(huì)對(duì)建筑開(kāi)發(fā)商的財(cái)產(chǎn)安全造成影響，同時(shí)也會(huì)在一定程度上對(duì)人民群眾生命安全造成威脅。盡管建筑施工方在進(jìn)行建筑開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)施工時(shí)，已將加大建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)投入作為了首要工作，但在實(shí)際作業(yè)過(guò)程中，仍存在高層建筑安全等級(jí)有待提升的問(wèn)題亟需解決。例如，部分建筑開(kāi)發(fā)商為了美化建筑外形或開(kāi)發(fā)個(gè)性化建筑，在進(jìn)行建筑外形設(shè)計(jì)時(shí)，在建筑上設(shè)置大型凹陷或突起，在立面上追求內(nèi)收或外挑。但基于建筑結(jié)構(gòu)安全性與穩(wěn)定性層面分析，此種設(shè)計(jì)方式是十分不合理的，一旦地震災(zāi)害發(fā)生，甚至?xí)黾拥卣饘?duì)其結(jié)構(gòu)造成的影響[3]。同時(shí)，市場(chǎng)內(nèi)現(xiàn)有的大部分建筑設(shè)計(jì)師已對(duì)規(guī)整程度較高的建筑存在視覺(jué)層面的疲倦，因此，他們?cè)谶M(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，會(huì)設(shè)計(jì)一些外形獨(dú)特、外觀美化的建筑。盡管此類(lèi)建筑可以給人以視覺(jué)層面的新鮮感，但此種結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與整體安全性卻是較差的，此類(lèi)結(jié)構(gòu)沒(méi)有將提升整體抗震性能作為前提條件，也沒(méi)有將房屋建筑居住群體人身安全作為宗旨，甚至部分設(shè)計(jì)師為了追求建筑結(jié)構(gòu)的美觀度，一味地借鑒歐美地區(qū)與地方國(guó)家的建筑外形，卻沒(méi)有考慮建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)的規(guī)范性，容易產(chǎn)生影響人身財(cái)產(chǎn)安全的隱患。因此，加大抗震設(shè)計(jì)投入、優(yōu)化建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)是十分有必要的。

3.2高層建筑安全設(shè)計(jì)等級(jí)不足

除上文提出的內(nèi)容，高層建筑在市場(chǎng)中還包括由于剛度不足、受力體系不完善等現(xiàn)象造成的建筑安全設(shè)計(jì)等級(jí)不足。當(dāng)建筑內(nèi)同一結(jié)構(gòu)單元同時(shí)采用兩種不同結(jié)構(gòu)進(jìn)行承力時(shí)，建筑空間中的橫向剛度與豎向剛度將發(fā)生沖突，一旦結(jié)構(gòu)受力出現(xiàn)沖突問(wèn)題，建筑將發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象，此種現(xiàn)象對(duì)于建筑抗震而言是十分不利的。同時(shí)，建筑在進(jìn)行安全設(shè)計(jì)時(shí)，一些構(gòu)造柱的位置不當(dāng)也會(huì)造成其安全性不足。例如，部分開(kāi)發(fā)商在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)中構(gòu)造柱的設(shè)計(jì)時(shí)，沒(méi)有在建筑外墻轉(zhuǎn)角位置、大廳對(duì)角位置設(shè)置構(gòu)造柱，或設(shè)置的構(gòu)造柱在建筑內(nèi)部不成對(duì)角，這些問(wèn)題均會(huì)導(dǎo)致建筑安全設(shè)計(jì)等級(jí)不足。此外，一些建筑會(huì)直接使用構(gòu)造柱代替建筑整體的承重結(jié)構(gòu)，無(wú)論上述提出的任意一種問(wèn)題，均對(duì)建筑結(jié)構(gòu)安全性造成負(fù)面影響。而要進(jìn)一步改善或優(yōu)化建筑現(xiàn)有安全性，有關(guān)單位應(yīng)重視起此方面工作，并加大對(duì)抗震設(shè)計(jì)的投入，確保建筑結(jié)構(gòu)合理。綜上所述，開(kāi)展并落實(shí)此項(xiàng)工作是有必要的。

4結(jié)束語(yǔ)

本文從建筑現(xiàn)有抗震結(jié)構(gòu)空間布局不合理、高層建筑安全設(shè)計(jì)等級(jí)不足兩個(gè)方面，對(duì)高層建筑抗震設(shè)計(jì)必要性展開(kāi)了全面分析，希望通過(guò)此次研究，能夠引起有關(guān)單位與相關(guān)部門(mén)對(duì)高層建筑設(shè)計(jì)的關(guān)注，以此種方式，提升高層建筑整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、安全性，實(shí)現(xiàn)對(duì)高層建筑整體結(jié)構(gòu)布局的優(yōu)化，解決由于建筑內(nèi)部布局不合理造成的安全風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題，進(jìn)一步強(qiáng)化建筑抗震性能，從而給予用戶(hù)更高的居住安全保障。

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