凌小萍（江西省商業(yè)建筑設(shè)計(jì)院）

高層抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)探究

凌小萍（江西省商業(yè)建筑設(shè)計(jì)院）

當(dāng)前，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度的不斷加快，建筑行業(yè)得到了較為快速的發(fā)展。由于人們生活水平的顯著提升，也使得人們對(duì)于建筑有了全新的認(rèn)識(shí)和要求。在此新形勢(shì)下，高層建筑、甚至高層建筑不斷增多，這也使得對(duì)于此類建筑的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，成為了社會(huì)各界普遍關(guān)注的問(wèn)題。本文簡(jiǎn)要闡述了高層結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的總體需求，從高層結(jié)構(gòu)抗震剛度方面進(jìn)行必要的設(shè)計(jì)控制，并進(jìn)一步探討了高層建筑超限設(shè)計(jì)方法，旨在為高層建筑具備良好的抗震效果，以及具備更加完善的質(zhì)量體系，做出自己應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

高層建筑；抗震結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)要點(diǎn)

前言

新時(shí)代背景下，社會(huì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，以及城市化進(jìn)程的不斷深入，使得高層建筑和高層建筑如雨后春筍般拔地而起。這使得高層建筑或高層建筑的質(zhì)量問(wèn)題越來(lái)越受到建筑行業(yè)的重視。作為高層建筑設(shè)計(jì)中重要的組成部分，抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在整體高層建筑設(shè)計(jì)中占據(jù)極其重要的位置。一方面，由于經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，建筑工程的增多，對(duì)于地質(zhì)破壞程度較為嚴(yán)重；另一方面，我國(guó)眾多省市地區(qū)處于地震多發(fā)地帶，這些因素都導(dǎo)致地震災(zāi)害頻發(fā)。不僅造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，更威脅到人們的生命安全。是以，在高層建筑設(shè)計(jì)中融入并加強(qiáng)抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是極其必要的。從高層建筑的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)出發(fā)，從結(jié)構(gòu)選擇以及剛度設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行深入探討，并總結(jié)出高層建筑的超限設(shè)計(jì)方法，以此來(lái)不斷設(shè)計(jì)和完善高層抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，這樣不僅會(huì)加強(qiáng)高層建筑在地震災(zāi)害中的抗震能力，還能夠有效減少由地震災(zāi)害所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。因此，對(duì)于“高層抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)”的探究，就具有極大的現(xiàn)實(shí)意義。

1　高層建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

建筑行業(yè)內(nèi)，對(duì)于高層或高層建筑的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要秉承“三準(zhǔn)兩階”原則。三準(zhǔn)是針對(duì)地震程度而言，即“小震不倒，中震不修，大震不壞?！逼渲?，“小震不倒”為第一水準(zhǔn)，是指受到地震災(zāi)害的程度低于所在地區(qū)的設(shè)防烈度或地震強(qiáng)度，此時(shí)高層建筑不易因地震而受到損壞，且即使出現(xiàn)損壞，其程度也較小，未經(jīng)過(guò)修理便可正常使用和居住；“中震不修”為第二水準(zhǔn)，是指受到地震災(zāi)害的程度接近所在地區(qū)的設(shè)防烈度或地震強(qiáng)度，此時(shí)高層建筑會(huì)發(fā)生相應(yīng)的損壞，但損壞程度不會(huì)對(duì)人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成影響和威脅，可通過(guò)簡(jiǎn)單修理或不采取任何修理便可繼續(xù)使用和居住[1]?！按笳鸩粔摹睘榈谌疁?zhǔn)，是指受到地震災(zāi)害的程度高于所在地區(qū)的設(shè)防烈度或地震強(qiáng)度，此時(shí)高層建筑會(huì)因地震而受到相應(yīng)的損壞，但不會(huì)出現(xiàn)建筑倒塌現(xiàn)象，更不會(huì)使人們的生命安全受到威脅。但對(duì)于高層建筑而言，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)成本較高、建筑面積大、涉及人員多，在地震中也會(huì)受到次生影響[2]。因此，在對(duì)高層建筑進(jìn)行抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，不僅設(shè)計(jì)師要具備專業(yè)的知識(shí)能力、良好的自然災(zāi)害預(yù)防意識(shí)，更要結(jié)合相關(guān)專業(yè)部門或?qū)＜业囊庖姾徒ㄗh，并要將業(yè)主的意見考慮到其中，以此在確保高層建筑安全、質(zhì)量、以及符合經(jīng)濟(jì)標(biāo)準(zhǔn)的前提下，對(duì)高層建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。此外，在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，還應(yīng)當(dāng)對(duì)受力方式進(jìn)行重點(diǎn)分析和研究。如高層建筑中的邊緣豎向構(gòu)件，在對(duì)建筑進(jìn)行支撐的同時(shí)，能夠以軸向受力的方式，承擔(dān)高層建筑的傾覆彎矩力。在處于第一水準(zhǔn)時(shí)，邊緣豎向構(gòu)件會(huì)產(chǎn)生彎曲；在處于第三水準(zhǔn)時(shí)，邊緣豎向構(gòu)件則會(huì)出現(xiàn)拉彎現(xiàn)象，若此種現(xiàn)象持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，則會(huì)對(duì)混凝土的承載力和剛度產(chǎn)生嚴(yán)重影響，進(jìn)而使高層建筑處于穩(wěn)定性失衡狀態(tài)，也將造成極大的安全隱患[3]。因此，在高層建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，要注意構(gòu)件承載力的程度。

2　高層建筑的抗震剛度控制要點(diǎn)

2.1高層抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的側(cè)向高度控制

（1）剪力系數(shù)設(shè)定。通過(guò)《高層建筑抗震規(guī)范》不難看出，最小地震剪力系數(shù)是高層建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中極為重要的部分?？紤]到高層建筑結(jié)構(gòu)的加速度反應(yīng)譜通常以較快的速度降低，且此系數(shù)要依靠位移和速度兩項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行操控，為確保高層建筑在穩(wěn)定性上符合設(shè)計(jì)要求和施工標(biāo)準(zhǔn)，并且為確保其安全性，將最小地震剪力系數(shù)引入其中，能夠很好的滿足高層建筑結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)中對(duì)于安全性的需求[4]。①明確阻尼和最小地震剪力系數(shù)的內(nèi)在聯(lián)系。在高層建筑施工過(guò)程中，阻尼比的大小決定著最小地震剪力系數(shù)的大小，若高層建筑阻尼比較低，建筑的最小地震剪力系數(shù)就不會(huì)符合設(shè)計(jì)建造的需要，并且在施工后期進(jìn)行減小地震效應(yīng)的消能設(shè)計(jì)，會(huì)使得最小地震剪力系數(shù)差值增大，與設(shè)計(jì)及施工的偏離值增加，從而使高層建筑的抗震能力降低。②高層建筑高度和最小地震剪力系數(shù)的聯(lián)系。當(dāng)建筑高度不大于400m時(shí)，可作為高層建筑進(jìn)行抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，且可通過(guò)提升抗側(cè)剛度或應(yīng)用強(qiáng)度高、質(zhì)量輕的材料來(lái)確保最小地震剪力系數(shù)符合高層建筑的需求；當(dāng)建筑高度在400～500m之間時(shí)，通常建筑材料的成本將加大，并可通過(guò)控制風(fēng)荷載的方式來(lái)達(dá)到抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求；當(dāng)建筑高度達(dá)到500m以上時(shí)，則要在增加建筑材料的同時(shí)，把握好抗側(cè)剛度，應(yīng)用強(qiáng)度較大的建筑材料來(lái)完成抗側(cè)結(jié)構(gòu)體系[5]。

（2）層間位移角的設(shè)定。層間位移角是高層建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中重要的設(shè)定指標(biāo)。其不僅涉及到強(qiáng)度方面，還涉及到剛度方面。應(yīng)先保證彈性狀態(tài)下的主體結(jié)構(gòu)，控制好橫、豎構(gòu)件所達(dá)成的開裂限定，同時(shí)，在確保機(jī)電管線和設(shè)備能夠有效運(yùn)行的前提下，保證非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的完整性。除此之外，對(duì)層間位移角進(jìn)行科學(xué)、合理的設(shè)計(jì)，是確保高層建筑在地震情況下依然挺立的基礎(chǔ)。

2.2高層抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的結(jié)構(gòu)體系選擇

高層抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)體系在選擇時(shí)要使側(cè)向剛度符合抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需求，這不僅需要結(jié)構(gòu)體系具有良好的空間性，使軸壓狀態(tài)替代受壓或受彎狀態(tài)，還應(yīng)當(dāng)在結(jié)構(gòu)體系外部結(jié)構(gòu)中設(shè)定具有實(shí)際相應(yīng)傾覆彎矩力的豎向構(gòu)件。同時(shí)，為確保豎向構(gòu)件承載力的增強(qiáng)，還應(yīng)將豎向構(gòu)件有機(jī)的組合起來(lái)，以加大其抗力能力。

3　高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究的展望

現(xiàn)階段，工程結(jié)構(gòu)逐漸呈現(xiàn)高大、復(fù)雜等發(fā)展趨勢(shì)，并且，由于人們對(duì)現(xiàn)代控制論的借鑒和對(duì)工程建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)構(gòu)想，創(chuàng)新出一種“結(jié)構(gòu)控制裝置”，并使之應(yīng)用于建筑工程結(jié)構(gòu)中。若工程結(jié)構(gòu)受到外力荷載作用，控制器能夠自動(dòng)生成反向作用力，以此來(lái)減少工程結(jié)構(gòu)由振動(dòng)所產(chǎn)生的變形、位移或動(dòng)力響應(yīng)等。進(jìn)而使工程結(jié)構(gòu)抵御外來(lái)荷載的能力有所加強(qiáng)。同時(shí)，一種全新的計(jì)算方法——有限元狀態(tài)空間法，也整被逐漸研究和應(yīng)用于高層建筑結(jié)構(gòu)分析中，通過(guò)此種算法，能夠使之與現(xiàn)代控制論、結(jié)構(gòu)力學(xué)等進(jìn)行充分的滲透和融合，以此來(lái)使高層建筑結(jié)構(gòu)分析上升到全新的水平。這也必將對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的研究和發(fā)展，起到積極的促進(jìn)作用。

4　結(jié)語(yǔ)

綜上所述，新形勢(shì)下，由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及人們生活的需要，高層建筑逐漸增多。而隨著人們對(duì)于高層建筑的質(zhì)量和安全等意識(shí)也在逐漸增強(qiáng)，并且由于我國(guó)地震災(zāi)害的多發(fā)，使得高層建筑的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)受到了社會(huì)各界，尤其是建筑行業(yè)的普遍關(guān)注和重視。為確保高層建筑在地震災(zāi)害發(fā)生時(shí)，能夠有效減少經(jīng)濟(jì)損失和人身傷害，建筑行業(yè)必須在高層建筑設(shè)計(jì)中，充分把握抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)，并將其融入到建筑設(shè)計(jì)和工程施工過(guò)程中。唯有如此，才能使高層建筑的抗震效果符合設(shè)計(jì)要求，也才能使高層建筑為應(yīng)對(duì)地震災(zāi)害而具有足夠的抗震能力，為建筑行業(yè)的發(fā)展做出積極的促進(jìn)作用。

[1]汪源浩，沈小璞，王建國(guó).高層建筑結(jié)構(gòu)的減震控制技術(shù)與抗震設(shè)計(jì)要點(diǎn)[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2006，03：334～337+345.

[2]周 鵬.高層結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)相關(guān)問(wèn)題探究[J].江西建材，2016，08：22.

[3]胡先林.試論復(fù)雜高層與高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)[J].建材與裝飾，2016，10：124～125.

[4]陳玉葵.某高層剪力墻住宅結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析[J].江西建材，2016，18：30.

[5]楊秀培.高層建筑結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)分析及抗震性能設(shè)計(jì)研究[D].河南工業(yè)大學(xué)，2013.

TU973.31

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2095-2066（2016）31-0145-02

2016-10-23