李銀軍

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【摘 要】抗震設(shè)計是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計重要環(huán)節(jié)，高層建筑結(jié)構(gòu)對抗震性能有更高要求，其抗震設(shè)計成為結(jié)構(gòu)工程設(shè)計的難點與重點。面對如此形勢，高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計探索應(yīng)放在首位加以研究。本文簡要分析建筑抗震設(shè)計存在的問題，以此對高層混凝土抗震設(shè)計進行分析研究。

【關(guān)鍵詞】高層建筑；混凝土結(jié)構(gòu)；抗震設(shè)計

引言：地震作用影響因素的復雜性使精確的抗震計算有一定的困難，因此建筑抗震問題必須引起足夠重視。高層建筑層數(shù)多、高度高，結(jié)構(gòu)也比一般建筑復雜，隨著高層建筑的增多，一旦遭遇地震，將會造成巨大損失，高層結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計越來越重要。所以，采取有效措施，做好高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計，防患于未然，對提升高層建筑抗震能力有重要意義。

1.抗震設(shè)計思路

我國《建筑抗震規(guī)范》對建筑的抗震設(shè)防提出小震不壞，中震可修，大震不倒三個水準的設(shè)防要求。地震的隨機性、不確定性和復雜性意味著建筑物會遭遇的地震特性和參數(shù)難以預測。高層建筑物龐大復雜的特點，使遭受地震作用后表現(xiàn)也十分復雜。結(jié)構(gòu)分析方面也存在著不確定性。因此，結(jié)構(gòu)工程抗震問題應(yīng)立足于工程抗震理論及長期工程抗震經(jīng)驗總結(jié)，從概念設(shè)計的角度著眼于結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)，靈活運用抗震設(shè)計準則，全面合理地解決結(jié)構(gòu)設(shè)計中的基本問題，從根本上提高結(jié)構(gòu)的抗震能力。

2.建筑抗震設(shè)計存在的問題分析

要研究高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計，必須先分析高層建筑抗震設(shè)計存在的問題及影響因素。

2.1地基選取問題

高層建筑不應(yīng)跨在兩類土壤上建造，應(yīng)避免在斷層、山崖、滑坡、地陷等抗震危險地段建造房屋，不用震陷土作天然地基，遠離河岸，宜選擇開闊平坦地帶的堅硬土場地或密實均勻中硬土場地。高層建筑地基選取不當會影響高層建筑抗震能力。

2.2結(jié)構(gòu)體系與材料問題

建筑物所用材料和結(jié)構(gòu)體系逐漸被重視，其選擇對于抗震有重要意義。鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)在變形控制過程中要考慮混凝土的位移限制，鋼筋混凝土的彎曲變形側(cè)移較大，如利用鋼框架減少位移又會增加鋼筋負荷，輔助效果也不明顯，所以結(jié)構(gòu)模式要避免負面作用產(chǎn)生，慎重選擇。

2.3建筑物高度問題

高層建筑需要有合理的建設(shè)高度，在這種高度下抗震設(shè)計才會穩(wěn)定安全，但是在高層建筑越來越多的今天，超過國家高度要求的高層建筑日益增多，相對應(yīng)的，符合國家標準的抗震設(shè)計規(guī)范很可能不再適用，超高層建筑理論經(jīng)驗總結(jié)的不足使建筑結(jié)構(gòu)在地震中的表現(xiàn)具備更多不確定性，當遇到震力時，地震的破壞力可能會被放大，造成生命財產(chǎn)損失。

表1.房屋適用的最大高度（m）

3高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計探討

針對以上問題，通過對問題和影響因素進行分析，探討高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計。

3.1場地與地基選擇

場地與地基的選擇對高層建筑抗震能力有直接影響，要保證建筑地基基礎(chǔ)選擇的科學性，在選擇場地時，應(yīng)充分了解當?shù)厍闆r，對地質(zhì)進行勘察，資料收集與綜合評價，評估抗震設(shè)計等級，規(guī)避不利場地，軟性地基。在高層建筑地基選擇應(yīng)盡可能選擇具有較高密實度的基土，提高地基抗震能力，抗震要求不達標的地基應(yīng)采取加固或改造措施，應(yīng)盡量使建筑物場地建在基巖或薄土層或具有較大平均剪切波速的堅硬場地土上，以減少地震能量輸入建筑物，減輕地震對建筑物的破壞作用。場地土剛度大小與覆蓋層厚度影響建筑物震害，土質(zhì)越軟，覆蓋層越厚建筑物震害越嚴重。

3.2建筑物結(jié)構(gòu)、外形與尺寸選擇

建筑物結(jié)構(gòu)、外形及尺寸影響建筑抗震性能。在高層建筑平面設(shè)計中要注意提高建筑防震性能，高層建筑是一個豎向懸臂結(jié)構(gòu)，在高層結(jié)構(gòu)中，水平荷載的影響遠大于垂直荷載，是結(jié)構(gòu)設(shè)計的控制因素，結(jié)構(gòu)要有足夠的剛度以使隨高度增加引起的側(cè)向變形在結(jié)構(gòu)允許范圍內(nèi)。現(xiàn)澆鋼筋砼結(jié)構(gòu)剛度大，空間整體性好，造價低廉，材料來源豐富，適應(yīng)各類建筑要求，但是結(jié)構(gòu)自重大，抗塑性變形差，當場地土特征周期較短時易發(fā)生共振。因此，高層建筑采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)形式應(yīng)盡量避免場地土和建筑物發(fā)生共振，而使震害更加嚴重。不規(guī)則建筑物比普通建筑抗震性低，所以在具有不規(guī)則外形的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)采取一定的防護措施。高層建筑高度，自重與地震危害程度成正比，要對當?shù)氐刂非闆r合理評估，合理設(shè)計建筑高度，以應(yīng)對可能發(fā)生的地震災害。

3.3建筑結(jié)構(gòu)材料的選取

建筑抗震性能在很大程度上取決于抗震材料，高層結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計就是對建筑構(gòu)件延性進行整體協(xié)調(diào)與把握，力求在地震中的能夠保持穩(wěn)定。要對材料質(zhì)量進行嚴格把關(guān)，選擇優(yōu)質(zhì)合格的抗震材料，確?？拐鹗┕べ|(zhì)量。在鋼筋的使用上應(yīng)盡可能選擇韌性高的產(chǎn)品。建筑的質(zhì)量會影響地震的效應(yīng)，如果建筑層數(shù)過多，在地震的作用下坍塌的危險就會增加。為緩解這一現(xiàn)象，可以采用輕質(zhì)材料減輕結(jié)構(gòu)自重。輕型材料的應(yīng)用還可以合理增加建筑層數(shù)，進一步的控制成本。最后，要兼顧建筑成本與造價控制，用較少的材料達到最佳的抗震效果。

3.4平面布置

平面布置是在建筑設(shè)計平面圖上將柱和墻的位置及對樓蓋具有的傳力作用進行合理的設(shè)置。從建筑的抗震性能來看，關(guān)鍵在于盡量將建筑結(jié)構(gòu)平面剛度中心與質(zhì)量中心相靠近或重合，以此降低地震力對建筑的破壞力。為了減輕建筑自重，在設(shè)計時應(yīng)盡量避免平面不規(guī)則結(jié)構(gòu)出現(xiàn)，以結(jié)構(gòu)的平面規(guī)則、對稱為宜。結(jié)構(gòu)的剛度在豎向上要保持均勻，盡量選用較為規(guī)則的豎向結(jié)構(gòu)設(shè)計，平面上的變化少做。在安全規(guī)定內(nèi)設(shè)計結(jié)構(gòu)的高度和寬度，并且需限制兩者的比值，以使結(jié)構(gòu)有較好的整體剛度和穩(wěn)定性。

表2.平面不規(guī)則類型

圖1.建筑平面

表3.豎向不規(guī)則類型

圖2.結(jié)構(gòu)豎向收進和外挑示意

3.5隔震和消能減震設(shè)計

場地和地基應(yīng)盡可能選擇密實度較高的地基，能夠有效減少地震能量對建筑的破壞，減少共振發(fā)生可能。根據(jù)實際需要設(shè)計建筑的隔震系數(shù)，選擇相應(yīng)的隔震支座，同時考慮風力對建筑所產(chǎn)生的載荷。我國許多高層建筑時多采用延性結(jié)構(gòu)進行抗震設(shè)計，適當控制建筑結(jié)構(gòu)剛度，從而消耗地震作用能量，減弱地震給建筑帶來的破壞。如高層建筑有較高的延性，因為延性構(gòu)件可以吸收較多的能量，即使承載能力較小，也可以經(jīng)受住很大的結(jié)構(gòu)變形，在地震中不容易倒塌，使結(jié)構(gòu)物“裂而不倒”。

圖3.隔振支座

3.6加固設(shè)計

根據(jù)實際情況采取相應(yīng)加固措施可以有效提高建筑結(jié)構(gòu)抗震能力，選擇加固方法應(yīng)考慮以下幾方面：結(jié)構(gòu)設(shè)計存在缺陷，應(yīng)根據(jù)實際情況增加構(gòu)件加固，或采取更高抗震能力構(gòu)件替代原有構(gòu)件；需要提高承載力或結(jié)構(gòu)整體剛度，可以增設(shè)構(gòu)件，擴大原有截面，設(shè)置套箍等；建筑結(jié)構(gòu)整體性連接抗震性能不達標，可以對結(jié)構(gòu)進行相應(yīng)調(diào)整，分散地震力，減少破壞；建筑中與結(jié)構(gòu)不相關(guān)的構(gòu)件有可能在地震時倒塌而造成危害的應(yīng)該適當進行加固。

3.7設(shè)置多道抗震防線

圖4.框架-剪力墻結(jié)構(gòu)

為增強高層建筑結(jié)構(gòu)對地震的抵抗力，避免因部分結(jié)構(gòu)或構(gòu)件遭到破壞而導致整個體系崩潰，可以設(shè)置多道抗震防線。第一道防線遭到破壞，有后備的更多道防線阻擋地震作用力，避免高層建筑物的倒塌?？拐鸾Y(jié)構(gòu)體系由若干個延性良好的分體系組成，由延性較好的結(jié)構(gòu)構(gòu)件連接。一般第一道抗震防線的抗側(cè)力構(gòu)件優(yōu)先選擇不負擔重力荷載的豎向支撐或填充墻，或選用軸壓比不太大、延性較好的抗震墻等?？蚣芗袅哂卸嗟婪谰€抗震結(jié)構(gòu)，剪力墻作為第一道抗震防線，也是主要抗側(cè)力構(gòu)件。為保證承受能力較高，剪力墻要足夠多。同時，為承受剪力墻開裂后剩余的地震作用，任一層框架部分地震剪力按框架和墻協(xié)同工作分配不應(yīng)小于結(jié)構(gòu)底部總剪力的兩成與框架各層剪力最大值的1.5倍中兩者的較小數(shù)值。

結(jié)束語

高層混凝土結(jié)構(gòu)建筑物的抗震設(shè)計是衡量建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要指標。高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計方法和技術(shù)的不斷變化與進步要求我們在實踐中全面考慮各項因素，選用適合的抗震結(jié)構(gòu)，注重材料選擇，減小地震作用力，增強地震抵抗力，熟練的掌握和運用抗震概念設(shè)計，從而建造出更多精品高層建筑工程，為社會造福。

參考文獻：

[1]邱聰暉.土木工程中高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計[J].建筑·建材·裝飾.2015（4）

[2]伊麗娜.高層建筑抗震設(shè)計的發(fā)展趨勢探索[J].科研.2015（46）

[3]馮東.高層建筑抗震設(shè)計中的常見問題及對策探討[J].四川建材.2015（3）

[4]謝文東，王晶.高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的要求及設(shè)計方法[J].黑龍江科學.2015（3）