【摘 要】 宏偉的高層建筑是經(jīng)濟(jì)實(shí)力的象征，具有重要的宣傳效應(yīng)，在日益激烈的商業(yè)競爭中，更扮演了重要的角色。因此高層建筑抗震工作一直作為建筑設(shè)計(jì)和施工的重點(diǎn)。本文主要對高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析探討。

【關(guān)鍵詞】 高層建筑；抗震結(jié)構(gòu)；各種弊端；具體策略

引言：

建筑結(jié)構(gòu)抗震分析與設(shè)計(jì)的重要技術(shù)政策是經(jīng)濟(jì)與安全關(guān)系。以發(fā)展的眼光來看，以我國高層建筑抗震設(shè)計(jì)的現(xiàn)有狀況為基礎(chǔ)，結(jié)合國際高層建筑抗震設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢，分析與研究我國現(xiàn)行的具有較高可行性的高層建筑抗震設(shè)計(jì)方法，在一定程度上為我國高層建筑機(jī)構(gòu)抗震的發(fā)展提供了新途徑。

一、抗震概念設(shè)計(jì)

1、抗震概念設(shè)計(jì)的含義

抗震概念設(shè)計(jì)時(shí)抗震設(shè)計(jì)的前提和保障，一切抗震實(shí)際都必須以抗震概念設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)。所謂的抗震概念設(shè)計(jì)就是并不進(jìn)行實(shí)際數(shù)據(jù)計(jì)算，而是通過分析建筑結(jié)構(gòu)力學(xué)原理和建筑結(jié)構(gòu)相關(guān)模式，利用以往的工作經(jīng)驗(yàn)來從整體上確定基本的方案和操作流程。這一設(shè)計(jì)理念主要應(yīng)用在沒有明確操作規(guī)范的流程中，對于專業(yè)技術(shù)的要求也比較高，需要選用具備專業(yè)能力和一定設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)人員來擔(dān)當(dāng)。

2、抗震概念設(shè)計(jì)的重要性

之所以強(qiáng)調(diào)抗震概念設(shè)計(jì)，是因?yàn)樗哂歇?dú)特的優(yōu)勢，對建筑結(jié)構(gòu)整體起著至關(guān)重要的作用；首先，地震災(zāi)害具有極大的不可預(yù)測性，雖然目前地震監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)Φ卣馂?zāi)害進(jìn)行預(yù)測，但這僅用于人們的逃生，對于建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)時(shí)沒有幫助的，因此，這種不可預(yù)測性就導(dǎo)致任何數(shù)據(jù)上的分析在現(xiàn)實(shí)面前都是無用的，因此，進(jìn)行抗震概念設(shè)計(jì)就十分有必要；其次，設(shè)計(jì)人員的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)都是在假設(shè)的基礎(chǔ)上完成的，并不能夠在地震發(fā)生時(shí)完全符合，所以提高抗震概念設(shè)計(jì)也是從另外一個(gè)角度來保障人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。

二、高層建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則

1、結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)具有必要的承載力、剛度、穩(wěn)定性、延性等方面的性能

一是結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)遵守“強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件、強(qiáng)底層柱（墻）”的原則。二是對可能造成結(jié)構(gòu)的相對薄弱部位，應(yīng)采取措施提高抗震能力。三是承受豎向荷載的主要構(gòu)件不宜作為主要耗能構(gòu)件。

2、盡可能設(shè)置多道抗震防線

抗震結(jié)構(gòu)體系應(yīng)有最大可能數(shù)量的內(nèi)部、外部冗余度，有意識地建立一系列分布的屈服區(qū)，主要耗能構(gòu)件應(yīng)有較高的延性和適當(dāng)剛度，以使結(jié)構(gòu)能吸收和耗散大量的地震能量，提高結(jié)構(gòu)抗震性能，避免大震時(shí)倒塌。適當(dāng)處理結(jié)構(gòu)構(gòu)件的強(qiáng)弱關(guān)系，同一樓層內(nèi)宜使主要耗能構(gòu)件屈服后，其他抗側(cè)力構(gòu)件仍處于彈性階段，使“有效屈服”保持較長階段，保證結(jié)構(gòu)的延性和抗倒塌能力。在抗震設(shè)計(jì)中某一部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)超強(qiáng)，可能造成結(jié)構(gòu)的其他部位相對薄弱，因此在設(shè)計(jì)中不合理的加強(qiáng)以及在施工中以大帶小，改變抗側(cè)力構(gòu)件配筋的做法，都需要慎重考慮。

3、對可能出現(xiàn)的薄弱部位，應(yīng)采取措施提高其抗震能力

一是構(gòu)件在強(qiáng)烈地震下不存在強(qiáng)度安全儲(chǔ)備，構(gòu)件的實(shí)際承載能力分析是判斷薄弱部位的基礎(chǔ)。二是要使樓層（部位）的實(shí)際承載能力和設(shè)計(jì)計(jì)算的彈性受力的比值在總體上保持一個(gè)相對均勻的變化，一旦樓層（部位）的比值有突變時(shí)，會(huì)由于塑性內(nèi)力重分布導(dǎo)致塑性變形的集中。三是要防止在局部上加強(qiáng)而忽視了整個(gè)結(jié)構(gòu)各部位剛度、承載力的協(xié)調(diào)。四是在抗震設(shè)計(jì)中有意識、有目的地控制薄弱層（部位），使之有足夠的變形能力又不使薄弱層發(fā)生轉(zhuǎn)移，這是提高結(jié)構(gòu)總體抗震性能的有效手段。

三、分析結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)過程中存在各種弊端

1、不能對建筑的高度進(jìn)行有效的控制

在我國現(xiàn)階段實(shí)施的有關(guān)規(guī)定中，針對比較常見的各種建筑結(jié)構(gòu)體系規(guī)定了一了最大的適合高度。這個(gè)適合高度是與我國現(xiàn)階段的經(jīng)濟(jì)發(fā)展、建筑研究以及施工技術(shù)的水平相符合的，其安全性和可靠性較高。在進(jìn)行超高限建筑物的建設(shè)時(shí)，應(yīng)該以科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度為基礎(chǔ)，因?yàn)槌呦藿ㄖ镌诘卣鹆Φ挠绊懴?，可以改變其變形破壞性態(tài)，在增加建筑物高度的同時(shí)，很多影響因素都會(huì)隨之發(fā)生質(zhì)變，也就是指某些參數(shù)會(huì)超出有關(guān)規(guī)范的要求范圍。

2、無法避免建筑結(jié)構(gòu)方面的弊端

在地震多發(fā)地區(qū)，對建筑材料或結(jié)構(gòu)體系的選擇方法和方式正在逐漸走入人們的關(guān)注視線。我國超過150米的建筑均采用框一筒、筒中筒以及框架一支撐這三種建筑結(jié)構(gòu)體系。我國建筑材料大多數(shù)是由鋼筋混凝土及混合結(jié)構(gòu)構(gòu)成，其主要結(jié)構(gòu)是鋼筋混凝土核心筒，變形控制基準(zhǔn)是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的位移限制。然而，由于其彎曲變形的側(cè)移過大，僅僅依靠剛度很小的鋼框架的配合協(xié)同工作對側(cè)移進(jìn)行減小操作，在加大鋼結(jié)構(gòu)負(fù)擔(dān)的同時(shí)，所產(chǎn)生的效果也不理想，而且偶爾還會(huì)發(fā)生被迫增大混凝土筒剛度或是設(shè)置伸臂結(jié)構(gòu)的情況，只有這樣才會(huì)形成與規(guī)范側(cè)移限值相符合的加強(qiáng)層。因此，對進(jìn)行建筑材料或是結(jié)構(gòu)體系的選擇時(shí)，持嚴(yán)謹(jǐn)慎重的態(tài)度，能夠?yàn)楦邔咏ㄖ拐鸱治雠c設(shè)計(jì)提供重要的有利幫助。

3、建筑結(jié)構(gòu)的抗震措施技術(shù)落后

現(xiàn)階段，我國的很多學(xué)者專家提出了有必要在新形勢、新時(shí)代的背景下，對建筑抗震的設(shè)計(jì)原則和措施進(jìn)行重新的審核的問題。我國建筑抗震標(biāo)準(zhǔn)低的最根本原因是國家財(cái)力物力的有限。在我國建筑結(jié)構(gòu)抗震的設(shè)計(jì)中，不僅制定的標(biāo)準(zhǔn)要低與國際標(biāo)準(zhǔn)，而且在抗震計(jì)算、規(guī)定安全性的構(gòu)造以及保證抗震延性的要求方面，都要落后于國外。建筑結(jié)構(gòu)失效帶來的損失隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的增長而不斷加大，再加上結(jié)構(gòu)造價(jià)比例在整個(gè)投資中出現(xiàn)下降現(xiàn)象，而有人因此提出了在設(shè)防烈度下彈性設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)的問題，尤其是在高烈度地區(qū)，對應(yīng)用抗震結(jié)構(gòu)和措施來促使結(jié)構(gòu)安全性的提高提出了更進(jìn)一步嚴(yán)格要求。

四、設(shè)計(jì)高層建筑抗震結(jié)構(gòu)的具體策略

1、以位移為基礎(chǔ)的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在我國現(xiàn)階段的抗震結(jié)構(gòu)建設(shè)中，其設(shè)計(jì)過程是以承載力為基礎(chǔ)的。在位移基礎(chǔ)上對結(jié)構(gòu)抗震進(jìn)行的設(shè)計(jì)，是在二十世紀(jì)九十年代中期提出的，這是一種實(shí)現(xiàn)在功能基礎(chǔ)上進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。根據(jù)抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求應(yīng)該采用定量分析方法，此方法可以使結(jié)構(gòu)變形能力符合預(yù)期地震作用下的變形要求。實(shí)現(xiàn)這一抗震設(shè)計(jì)，首先需要對簡單結(jié)構(gòu)的構(gòu)件變形和配筋的關(guān)系進(jìn)行詳細(xì)分析和研究，并能根據(jù)變形要求來完成對構(gòu)件的設(shè)計(jì)，然后在整個(gè)抗震結(jié)構(gòu)進(jìn)入彈塑性后，對構(gòu)件與其變形的關(guān)系進(jìn)行分析與研究，此時(shí)就需要運(yùn)用二階段抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法來進(jìn)行設(shè)計(jì)，此設(shè)計(jì)方法為結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的未來發(fā)展道路指明了一個(gè)新的方向。

2、在抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中運(yùn)用狀態(tài)空間迭代法

此方法是在高層建筑結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)問題中應(yīng)用了現(xiàn)代控制理論中的狀態(tài)空間理論，按照結(jié)構(gòu)動(dòng)力方程，將作為狀態(tài)變量的位移與速度引入其中，然后將狀態(tài)方程導(dǎo)出，最后經(jīng)過計(jì)算，得出非齊次狀態(tài)方程的結(jié)果，進(jìn)而將狀態(tài)空間迭代法的計(jì)算模式建立起來。

3、對抗震模糊可靠度進(jìn)行分析

從結(jié)構(gòu)的整體性能角度來看，過去在進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗震可靠度的研究時(shí)，只顧及荷載不確定性的研究而忽視了其它不確定因素，而根據(jù)材料參數(shù)隨機(jī)性的特點(diǎn)，對抗震模糊可靠度進(jìn)行分析，可以將上述研究方式改變成為全面的、綜合的研究和考慮包括材料參數(shù)變異性、地震烈度隨機(jī)性以及烈度等級界限模糊性等結(jié)構(gòu)抗震可靠度的影響因素。這種研究成果不僅可以對現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的抗震可靠度進(jìn)行評價(jià)和預(yù)估，而且還可以為按照可靠度理論基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)抗震提供指導(dǎo)和幫助。

五、結(jié)束語

綜上所述，建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)不是一蹴而就的，首先需要樹立起全局的設(shè)計(jì)理念，從建筑結(jié)構(gòu)的整體出發(fā)，提出最科學(xué)的抗震方案設(shè)計(jì)，其次，還要對建筑結(jié)構(gòu)的各個(gè)方面進(jìn)行細(xì)致的分析，以確保既提高抗震能力，又不影響建筑結(jié)構(gòu)的整體外觀審美和內(nèi)部構(gòu)造。通過利用新型建筑材料和使用新的建筑施工技藝提升的抗震性是對廣大業(yè)主的極負(fù)責(zé)任的一個(gè)表現(xiàn)，希望廣大設(shè)計(jì)人員全面轉(zhuǎn)變觀念，廣泛參與進(jìn)來，共同謀求建筑行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。

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