于孝軍

(新疆廣維現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司,新疆烏魯木齊 830002)

高層建筑抗震設(shè)計(jì)中存在的若干問(wèn)題及對(duì)策

于孝軍

(新疆廣維現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司,新疆烏魯木齊 830002)

高層建筑的快速普及對(duì)抗震設(shè)計(jì)提出了越來(lái)越高的要求,面對(duì)諸多問(wèn)題,要探尋解決對(duì)策達(dá)到抗震需求。本文結(jié)合高層建筑抗震設(shè)計(jì)分析了其存在的若干問(wèn)題,并探討了解決問(wèn)題的舉措,希望能為高層建筑抗震設(shè)計(jì)提供參考。

抗震設(shè)計(jì) 高層建筑 扭轉(zhuǎn)效應(yīng) 問(wèn)題 對(duì)策

隨著當(dāng)前人們生活水平不斷上升，對(duì)居住環(huán)境要求也越來(lái)越高，高層建筑普及率大幅度提升，成為建筑工程中占據(jù)比例最高的建筑種類。高層建筑在設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮到抗震因素，做好抗震設(shè)計(jì)，以此來(lái)確保建筑的安全性。高層建筑抗震設(shè)計(jì)中要確保鋼度、強(qiáng)度、延性與耗能力等達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，解決諸如結(jié)構(gòu)體系、構(gòu)件延性和剛度分布等問(wèn)題。下面我們結(jié)合高層建筑設(shè)計(jì)談下抗震設(shè)計(jì)中存在的若干問(wèn)題，探究解決對(duì)策。

1 高層建筑抗震設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題

高層建筑抗震設(shè)計(jì)中面臨著不少問(wèn)題。設(shè)計(jì)初期，施工現(xiàn)場(chǎng)工程地質(zhì)勘查資料不全是引發(fā)問(wèn)題的重要因素，現(xiàn)場(chǎng)勘查精確度較差，對(duì)巖土地質(zhì)情況把握不準(zhǔn)，給設(shè)計(jì)工作帶來(lái)難度，準(zhǔn)確資料的缺乏致使設(shè)計(jì)無(wú)法最大限度的解決安全隱患，設(shè)計(jì)好建筑地基。對(duì)高層建筑而言，地震對(duì)其結(jié)構(gòu)的影響與結(jié)構(gòu)本身的質(zhì)量成正比關(guān)系，建筑結(jié)構(gòu)質(zhì)量越大，地震帶來(lái)的損害程度就越嚴(yán)重，反之則損害較輕[1]。所以，相同條件下，建筑材料的選擇要嚴(yán)格考慮抗震需求，比如樓板、框架、墻體、隔斷、屋面構(gòu)件以及圍護(hù)墻等，都要盡量選擇一些質(zhì)量較輕鋼度與強(qiáng)度滿足需求的輕質(zhì)材料，如硅酸鹽砌塊、空心塑料板材、多孔磚、陶?；炷恋?，提升建筑物抗震性能。

在設(shè)計(jì)高層建筑結(jié)構(gòu)時(shí)，過(guò)于復(fù)雜的平面布置和設(shè)計(jì)會(huì)影響剛心與質(zhì)心的重合，面對(duì)地震時(shí)會(huì)發(fā)生扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，加劇對(duì)高層建筑的損害，在近幾年發(fā)生的汶川地震、青海玉樹(shù)地震中就有不少實(shí)際案例，高層建筑因結(jié)構(gòu)平面不規(guī)則在地震過(guò)用下發(fā)生嚴(yán)重扭轉(zhuǎn)效應(yīng)繼而倒塌，并損害周?chē)噜徑ㄖ?。在高層建筑的抗震設(shè)計(jì)中，其立面、平面布置要考慮對(duì)稱和規(guī)正，以確保建筑質(zhì)量和剛度的分布與變化成均勻狀態(tài)，否則應(yīng)該考慮其帶來(lái)的不利影響。比如有些平面設(shè)計(jì)嚴(yán)重不對(duì)稱，一邊大開(kāi)間一邊小房間，一邊為柱承重一邊為落地承重墻，造成剛度分布不均衡，在面臨地震時(shí)，抗震能力受影響。有些高層住宅平面設(shè)計(jì)為L(zhǎng)、π形等不規(guī)則平面，造成縱橫向剛度不均。

根據(jù)高層建筑情況，有些必須通過(guò)設(shè)置防震縫來(lái)達(dá)到抗震效果，在國(guó)家頒布的《鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)程》中規(guī)定了應(yīng)該設(shè)置防震縫的三種情況，比如房屋有較大錯(cuò)層、部分結(jié)構(gòu)剛度與載荷相差懸殊且缺乏有效改善措施、未進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)或設(shè)置抗震措施的高層建筑等，防震縫的設(shè)置能夠有效解決以上三種情況帶來(lái)的地震威脅[2]。高層建筑結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)的把握是設(shè)計(jì)時(shí)的重要指導(dǎo)原則，對(duì)抗震等級(jí)把握不準(zhǔn)是設(shè)計(jì)大忌，影響抗震等級(jí)的有建筑高度、場(chǎng)地巖土類型、結(jié)構(gòu)類型、設(shè)防烈度等，對(duì)這些因素評(píng)估不準(zhǔn)會(huì)影響結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)的把握和抗震設(shè)計(jì)。

面對(duì)以上這些存在的典型問(wèn)題，高層建筑在抗震設(shè)計(jì)中必須予以重視，以消減地震來(lái)臨時(shí)可能造成的損害，降低安全隱患，提升建筑抗震性能。

2 解決高層建筑抗震設(shè)計(jì)問(wèn)題的對(duì)策

高層建筑的抗震設(shè)計(jì)要考慮結(jié)構(gòu)規(guī)則性，符合抗震概念設(shè)計(jì)要求，對(duì)建筑進(jìn)行合理布置。有研究表明，地震災(zāi)害中抗震效果最好的結(jié)構(gòu)類型為平立面簡(jiǎn)單且結(jié)構(gòu)對(duì)稱的建筑，這種設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)容易估計(jì)模擬地震反應(yīng)，在采取相對(duì)應(yīng)的抗震措施方面也較為方便，易于對(duì)細(xì)節(jié)部分加強(qiáng)處理。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中考慮規(guī)則性就需要在承載力的分布、平立面外形與尺寸、抗側(cè)力構(gòu)建布置等多個(gè)方面進(jìn)行設(shè)計(jì)研究，以達(dá)到抗震設(shè)計(jì)需求，結(jié)構(gòu)鋼度、建筑質(zhì)量分布均勻，且有足夠的扭轉(zhuǎn)鋼度消減扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，滿足豎向上重力荷載分布需求，最大限度的減少高層建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)應(yīng)力和豎向構(gòu)件間差異變形帶來(lái)的不利影響。高層建筑的高寬比一般都較大，地震與風(fēng)力作用下會(huì)產(chǎn)生較大的層間位移，有些甚至超過(guò)位移限值。目前建筑理論研究認(rèn)為這些位移限值的大小主要與建筑材料、結(jié)構(gòu)體系、側(cè)向荷載等因素密切相關(guān)，如鋼筋混凝土的位移限值就比鋼結(jié)構(gòu)要更為嚴(yán)格，風(fēng)力荷載限值比地震限值更加嚴(yán)格。因此，抗震設(shè)計(jì)時(shí)要深入分析并考慮高層建筑所處的地理位置和設(shè)計(jì)情況，確保其剛度滿足需求的情況水平荷載作用帶來(lái)位移不會(huì)超過(guò)限值以影響建筑的穩(wěn)定性、承載力和使用功能。

大量實(shí)際案例表明，扭轉(zhuǎn)效應(yīng)在地震中帶來(lái)的建筑損害十分巨大，所以抗震設(shè)計(jì)中必須控制扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，此類效應(yīng)更容易發(fā)生在平面布置不規(guī)則且鋼心與質(zhì)心不重合的高層建筑中，扭轉(zhuǎn)效應(yīng)不僅導(dǎo)致水平位移和扭轉(zhuǎn)性破壞，甚至?xí)l(fā)建筑整體倒塌，所以設(shè)計(jì)時(shí)計(jì)算扭轉(zhuǎn)系數(shù)并予以修正十分關(guān)鍵。高層建筑在扭轉(zhuǎn)作用力下各片抗側(cè)力結(jié)構(gòu)層間變形不同，位移不同，剛度變化與剛度中心的變化也會(huì)帶來(lái)巨大差異，所以，要分別針對(duì)各層的扭轉(zhuǎn)系數(shù)進(jìn)行計(jì)算并修正，以規(guī)避各層結(jié)構(gòu)的偏心距和扭矩發(fā)生改變[3]。計(jì)算中要嚴(yán)格控制位移比和周期比兩個(gè)指標(biāo)，在無(wú)法滿足結(jié)構(gòu)參數(shù)時(shí)進(jìn)行分析調(diào)整。面對(duì)周期比不能滿足要求的情況可適當(dāng)通過(guò)加大抗側(cè)力構(gòu)建界面或增加構(gòu)建數(shù)量的辦法予以解決，消減鋼心和質(zhì)心的偏差，增大建筑結(jié)構(gòu)的抗扭剛度。減少地震能量輸入的設(shè)計(jì)在高層建筑中應(yīng)用較為普遍，這種設(shè)計(jì)能夠滿足地震作用下高層建筑的變形要求，符合位移限值和位移延性比要求，滿足結(jié)構(gòu)位移和構(gòu)件變形需求，消減地震對(duì)建筑的損害作用。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，要選擇合理的結(jié)構(gòu)類型，滿足抗震需求前提下保障建筑結(jié)構(gòu)性能，盡可能的設(shè)置多道抗震放線，以最大限度的吸收和耗散地震能量，提升建筑抗震性能，減少地震帶來(lái)的損害[4]。

總之，高層建筑的抗震設(shè)計(jì)方法和技術(shù)處在不斷進(jìn)步中，要結(jié)合建筑實(shí)際情況設(shè)計(jì)抗震結(jié)構(gòu)，以消減地震作用力，增強(qiáng)建筑抗震性能。

[1]郭霞飛.高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)思想與工程實(shí)例分析[J].四川建材,2010(3).

[2]徐培福,戴國(guó)瑩.超限高層建筑結(jié)構(gòu)基于性能抗震設(shè)計(jì)的研究[J].土木工程學(xué)報(bào),2012(1).

[3]趙靜濤,鄒慕燕,趙宇鵬.超限框支高層抗震墻建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)[J]. 土木建筑工程信息技術(shù),2011(2).

[4]黃武藝,邱開(kāi)旺.超限高層建筑工程的抗震設(shè)計(jì)[J].城市建設(shè)理論研究(電子版),2013(12).

于孝軍,性別:男,民族:漢,出生年月:1987年5月30號(hào),單位:新疆廣維現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司,職稱:助理工程師:學(xué)歷:碩士。