【摘要】近年來，我國高層建筑的數(shù)量日益增多，建筑需求的多樣化促使建筑設(shè)計(jì)不斷翻新，各種體型復(fù)雜、內(nèi)部空間多變的復(fù)雜高層建筑大量涌現(xiàn)。研究高層建筑抗震設(shè)計(jì)問題，是當(dāng)前面臨的一個(gè)重要問題。筆者根據(jù)多年的工作經(jīng)驗(yàn)，主要針對高層建筑樁基抗震分析以及應(yīng)用進(jìn)行討論。

【關(guān)鍵詞】高層建筑；樁基結(jié)構(gòu)；抗震分析；應(yīng)用

在高層建筑結(jié)構(gòu)中，抗震設(shè)計(jì)占據(jù)了極為重要的位置，而高層建筑結(jié)構(gòu)又在抗震方面尤為重視。高層建筑的結(jié)構(gòu)體系是隨著社會生產(chǎn)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步而不斷發(fā)展的隨著經(jīng)濟(jì)水平的增反和高層結(jié)構(gòu)的增多，結(jié)構(gòu)抗震分析和設(shè)計(jì)已經(jīng)變得越來越重要。

1、高層建筑抗震設(shè)計(jì)的重要性

地震是一種隨機(jī)振動(dòng)，有難于把握的復(fù)雜性和不確定性，要準(zhǔn)確預(yù)測建筑物所遭遇地震的特性和參數(shù)，目前尚難做到。在結(jié)構(gòu)分析方面，由于未能充分考慮結(jié)構(gòu)的空間作用、結(jié)構(gòu)材料的非彈性性質(zhì)、材料時(shí)效等多種因素，同時(shí)也存在著不準(zhǔn)確性。因此，工程抗震問題不能完全依賴“計(jì)算設(shè)計(jì)”解決，而必須立足于“概念設(shè)計(jì)”。概念設(shè)計(jì)是指設(shè)計(jì)人員從結(jié)構(gòu)的宏觀整體出發(fā)，用結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的觀點(diǎn)，著眼于結(jié)構(gòu)整體反應(yīng)，正確地解決總體方案、材料使用、分析計(jì)算、截面設(shè)計(jì)和細(xì)部構(gòu)造等問題，力求得到最為經(jīng)濟(jì)、合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案以達(dá)到合理抗震設(shè)計(jì)的目地。結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)的目標(biāo)是使整體結(jié)構(gòu)能發(fā)揮耗散地震能量的作用，避免結(jié)構(gòu)出現(xiàn)敏感的薄弱部位。地震能量的聚散，如果僅集中在少數(shù)薄弱部位，必會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)過早破壞，目前各種抗震設(shè)計(jì)方法的前提之一就是假定整個(gè)結(jié)構(gòu)能發(fā)揮耗散地震能量的作用，在此前提下才能以多遇地震作用進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算、構(gòu)件截面設(shè)計(jì)并輔以相應(yīng)的構(gòu)造措施，必要時(shí)采用彈性時(shí)程分析法進(jìn)行補(bǔ)充計(jì)算，試圖達(dá)到罕遇地震作用下結(jié)構(gòu)不倒塌的目標(biāo)。

2、高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)特點(diǎn)

樁基礎(chǔ)是人類在軟弱地基上建造建筑物的一種創(chuàng)造，是最古老、最基本的基礎(chǔ)類型。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，城市中各類高層建筑拔地而起，作為高層的基礎(chǔ)部分往往在整個(gè)建筑物投資中占據(jù)了很大的比例。

2.1水平荷載和側(cè)移因素

高層建筑從本質(zhì)上講是一個(gè)豎向懸臂結(jié)構(gòu)，樓面使用和樓面自重等垂直荷載主要使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生軸向力，并且與建筑物高度大致為線性關(guān)系，水平荷載使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生彎矩，并且水平荷載可以來自任何方向，當(dāng)為均布荷載時(shí)，彎矩與建筑物高度呈二次方變化。從變形看，豎向荷載引起的側(cè)移很小，而水平荷載當(dāng)為均布荷載時(shí)，側(cè)移與高度成四次方變化。由此可以看出，在高層結(jié)構(gòu)中，水平荷載的影響要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于垂直荷載的影響，因此水平荷載是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的控制因素。

2.2結(jié)構(gòu)變形不容忽視

建筑整體結(jié)構(gòu)變形程度對于整個(gè)建筑的抗震能力具有直接的影響。在發(fā)生地震的過程當(dāng)中，建筑在水平地震力的作用下出現(xiàn)側(cè)移，從而導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)發(fā)生變形，導(dǎo)致破壞的產(chǎn)生。因此應(yīng)該充分的考察高層建筑的結(jié)構(gòu)類型，然后有針對性的采取相應(yīng)的措施來減少建筑機(jī)構(gòu)在地震力作用下出現(xiàn)的變形。在對高層建筑結(jié)構(gòu)的損壞程度進(jìn)行評估的過程當(dāng)中，間層側(cè)移角度是一個(gè)十分重要的指標(biāo)，而國家對此也進(jìn)行了相應(yīng)的規(guī)定。因此應(yīng)該采取相關(guān)的措施來對結(jié)構(gòu)側(cè)移情況進(jìn)行控制，比較常見的方法有：減小框架的柱距和梁距，采用彎-剪雙重抗側(cè)力體系，設(shè)置剛臂，豎向支撐的交錯(cuò)布置，變平面構(gòu)件為立體構(gòu)件，圍護(hù)結(jié)構(gòu)參與抗震，傾斜立面的利用，扭轉(zhuǎn)體型的應(yīng)用，雙曲線圓筒的應(yīng)用，加大房屋等有效寬度。

2.3抗側(cè)力體系的優(yōu)化

對一般性構(gòu)造的高樓，剛比柔好，采用剛性結(jié)構(gòu)方案的高樓，不僅主體結(jié)構(gòu)破壞輕，而且由于地震時(shí)的結(jié)構(gòu)變形小，隔墻，圍護(hù)墻等非結(jié)構(gòu)部件將得到保護(hù)，破壞也會減輕。提高結(jié)構(gòu)的超靜定次數(shù)，在地震時(shí)能夠出現(xiàn)的塑性鉸就多，能耗散的地震能量也就越多，結(jié)構(gòu)就愈能經(jīng)受住較強(qiáng)地震而不倒塌。設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)時(shí)遵循強(qiáng)節(jié)弱桿、強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎，強(qiáng)壓弱拉的原則。

3、高層建筑樁基抗震技術(shù)所存在的問題

在預(yù)報(bào)地震相對無法實(shí)現(xiàn)的情況下，高層建筑采取必要的抗震設(shè)防措施，保證建筑物可以做到“小震不壞、中震可修、大震不倒”，便可以有效地減少地震造成的損失。

3.1高層建筑設(shè)計(jì)高度過高

隨著社會經(jīng)濟(jì)建設(shè)水平的不斷發(fā)展，對于修建的施工技能水平也有所推動(dòng)，而對于有關(guān)的修建構(gòu)造中科學(xué)技能而言，可以依照當(dāng)時(shí)國內(nèi)對于高層修建中的構(gòu)造技能有關(guān)規(guī)定而進(jìn)行，針對必定的修建構(gòu)造形式，在高層修建中構(gòu)成一個(gè)對比適宜的高度水平?？墒蔷彤?dāng)時(shí)在修建高度方面所構(gòu)成的問題都是由于修建高度方面所構(gòu)成的，實(shí)際施工進(jìn)程之中，有一些比較高的修建并沒有契合修建高度需求，他們的高度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了合適的高度數(shù)值，一旦發(fā)作在修建物高度上的有關(guān)問題，就可能會有其他方面中的許多問題發(fā)作，超出許多相應(yīng)規(guī)范需求， 而資料的延伸功能方面也就徹底發(fā)作變化了。

3.2高層建筑樁基抗震材料選擇不當(dāng)

對于材料而言，地震對結(jié)構(gòu)作用的大小幾乎與結(jié)構(gòu)的質(zhì)量成正比。一般說在相同條件下，質(zhì)量大，地震作用就大，震害程度就大，質(zhì)量小，地震作用就小，震害就小。所以，在建筑物的樓板、墻體、框架、隔斷、圍護(hù)墻以及屋面構(gòu)件中，廣泛采用多孔磚、硅酸鹽砌塊、陶粒混凝土、加氣混凝土板、空心塑料板材等輕質(zhì)材料，將能顯著改善建筑物的抗震性能。高層建筑的樁基礎(chǔ)關(guān)系著建筑本身的質(zhì)量安全，如果不能選用合適的材料進(jìn)行樁基礎(chǔ)建造，那么高層建筑的整體抗震性能會大打折扣?，F(xiàn)如今一些建筑商在施工的過程中雖然使用了樁基礎(chǔ)作為地基，但他們在選取樁基礎(chǔ)材料的過程中并沒有選取鋼筋混凝土，而是選取了普通的鋼柱或木柱。這兩種材料與鋼筋混凝土相比缺乏足夠的強(qiáng)度，而且在實(shí)際施工的過程中操作難度也較大，如果要想使鋼柱和木柱達(dá)到相同的抗震效果，就要使用更多的材料，而一些廠商為了利益往往不會這樣做，這就導(dǎo)致了高層建筑抗震效果的減弱，危害巨大。只有有效地解決高層建筑樁基抗震材料選擇不當(dāng)?shù)膯栴}，才能把危害和隱患降低到最小。

3.3高層建筑樁基設(shè)計(jì)承載能力無法滿足實(shí)際需求

最后一個(gè)問題就是高層建筑樁基的設(shè)計(jì)承載能力無法滿足實(shí)際需求。產(chǎn)生這個(gè)問題的原因有兩點(diǎn)，第一點(diǎn)是在施工建造前的實(shí)地勘察階段沒有很好地對施工區(qū)域的地質(zhì)情況進(jìn)行調(diào)查評估，導(dǎo)致設(shè)計(jì)樁基承載能力較小，不能滿足實(shí)際需要。另外一點(diǎn)是因?yàn)槭┕^(qū)域的土壤情況比較復(fù)雜，在建造完成之后由于土壤中的水分較大而導(dǎo)致地層不牢固，使樁基的承載能力下降。那么解決這兩個(gè)問題的方法就是，在施工之前對施工區(qū)域進(jìn)行非常詳細(xì)的地質(zhì)調(diào)查，當(dāng)然要包括土壤和地層方面的調(diào)查，只有這樣才能保證高層建筑具有良好的抗震性能。

3.4高層建筑軸壓比問題

在當(dāng)前的高層建筑中，為了達(dá)到控制軸壓比的目地而使得柱的截面尺寸偏大，而控制軸壓比是為了讓柱在大偏壓的情況，避免鋼筋在沒有達(dá)到屈服極限時(shí)混凝土遭到破壞，建筑結(jié)構(gòu)的延性與柱的塑性變形能力關(guān)聯(lián)很大，柱的塑性變形能力越大，則建筑結(jié)構(gòu)的延性就越好，一旦發(fā)生地震，吸收和耗散的地震能力少，則建筑結(jié)構(gòu)就很容易遭到破壞。如果梁的延性比較好，那么柱達(dá)到屈服極限的可能性也會相應(yīng)降低，而軸壓比的限制也可以相應(yīng)的放松。當(dāng)前有一些學(xué)者認(rèn)為在現(xiàn)行抗震條件下最后采用比較高的軸壓比，實(shí)際上，在軸壓比稍微增大的情況下，柱斷面的大小變化不會很明顯。

4、高層建筑樁基抗震分析與應(yīng)用

我國是一個(gè)地震災(zāi)害比較頻繁的國家，對于高層建筑來說，一旦遭遇地震，往往會遭受巨大的損失。地震是一種隨機(jī)振動(dòng)， 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員為防止、減少地震給建筑造成的危害， 就需要分析研究建筑抗震問題不斷總結(jié)工程經(jīng)驗(yàn)，妥善處理這一工程問題。

4.1底部剪力分析

底部剪力法是高層樓宇抗震設(shè)計(jì)中常用的抗震計(jì)算簡化方法，是針對規(guī)則的建筑結(jié)構(gòu)體水平方向地震作用效果進(jìn)行分析的簡化方法。底部剪力法在進(jìn)行抗震分析時(shí)是按照彈性地震反應(yīng)譜理論為基礎(chǔ)，即建筑結(jié)構(gòu)底部在地震過程中所承受的總地震剪力與等效單質(zhì)點(diǎn)水平地震作用力是相等的。因此，在進(jìn)行建筑鋼結(jié)構(gòu)體抗震性能計(jì)算分析時(shí)，可以利用等效單質(zhì)點(diǎn)分析模型，確定整個(gè)高層樓宇建筑抗震結(jié)構(gòu)體的總水平地震作用力及其沿建筑高度的分布和變化性。利用底部剪力法進(jìn)行高層樓宇建筑抗震計(jì)算分析時(shí)，將各層的重力荷載代表值集中于該層樓蓋處，并在簡化計(jì)算時(shí)樓蓋處每個(gè)主軸方向可以僅考慮一個(gè)自由度進(jìn)行抗震計(jì)算。

4.2晃動(dòng)應(yīng)力與樁頂設(shè)計(jì)

晃動(dòng)應(yīng)力是當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí)，地層運(yùn)動(dòng)造成了樁頂運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的晃動(dòng)應(yīng)力，晃動(dòng)應(yīng)力會對樁頂結(jié)構(gòu)造成巨大的載荷，很容易破壞樁頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)，使得的高層建筑失去樁基的支撐而發(fā)生災(zāi)害。針對晃動(dòng)應(yīng)力的破壞性，在設(shè)計(jì)樁基的過程中，可以在柔性樁基的基礎(chǔ)上，對樁頂采取加強(qiáng)型樁頂設(shè)計(jì)，使得的樁頂能夠承受較大的彎矩與剪力，不至于晃動(dòng)應(yīng)力直接破壞樁頂。加強(qiáng)樁基的頂部結(jié)構(gòu)，首先要分析樁基頂部受到的晃動(dòng)應(yīng)力，當(dāng)發(fā)生地震時(shí)，地層運(yùn)動(dòng)會使得的樁基受到縱向的約束力，如果把樁基本身看作剛體的話，受到一個(gè)較大的縱向約束力，會使得樁基的產(chǎn)生徑向形變，從而造成樁基的頂部增高，對樁頂造成破壞。因此，對于樁基頂部的加強(qiáng)，可以使用的振動(dòng)器抽管對樁基頂部灌注混凝土，然后按照樁基的大小，采用4cm管壁厚度的鋼管再次加固，從而使得整個(gè)結(jié)構(gòu)材料具有較強(qiáng)的材料，能夠充分應(yīng)對晃動(dòng)應(yīng)力所造成的破壞?；蝿?dòng)應(yīng)力是對搞成建筑樁基抗震能力威脅較大的因素，在建筑高層建筑時(shí)必須考慮到晃動(dòng)應(yīng)力的破壞性，對樁基頂部采取必要的抗震材料進(jìn)行加固。

4.3彈性分析及非線性分析

振型分解反應(yīng)譜法和時(shí)程分析法是高層建筑常用的兩種彈性分析方法。彈性分析適用于每個(gè)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的需求都小于它的名義強(qiáng)度。彈性分析通常用于\"正常使用水準(zhǔn)評價(jià)\"。 使用反應(yīng)譜法分析時(shí)，必須有足夠多的振型參與，以便至少讓地震動(dòng)沿每個(gè)主軸輸入建筑物的總質(zhì)量的90%參與進(jìn)來。反應(yīng)時(shí)程分析時(shí)，構(gòu)件應(yīng)驗(yàn)算保證在分析的每個(gè)時(shí)間步長內(nèi)，從未乘系數(shù)的重力荷載和地震荷載效應(yīng)獲得的需求都小于名義抗力。在一個(gè)時(shí)間步長內(nèi)對于一個(gè)給定的作用計(jì)算名義抗力時(shí)應(yīng)考慮同時(shí)存在的其它作用。

反應(yīng)譜法不是完全的動(dòng)力法，地震對結(jié)構(gòu)的作用是一個(gè)隨時(shí)間變化的過程，反應(yīng)譜法求出的只是變化過程中的最大值，同時(shí)只能用于線彈性結(jié)構(gòu)分析，不適用于非線性結(jié)構(gòu)分析。地震作用產(chǎn)生的強(qiáng)烈響應(yīng)，往往會使結(jié)構(gòu)進(jìn)入彈塑性狀態(tài)，需要采用非線性分析，對于倒塌水準(zhǔn)一般是非線性分析。非線性分析對于倒塌水準(zhǔn)評價(jià)是必要的。分析中應(yīng)考慮二階效應(yīng)，不需要考慮偶然性扭轉(zhuǎn)。采用非線性時(shí)程分析時(shí)，在地震地面運(yùn)動(dòng)作用前就必須先行引入建筑物承重結(jié)構(gòu)在重力荷載下的初始應(yīng)力狀態(tài)。在分析的每個(gè)時(shí)間步長內(nèi)，應(yīng)通過驗(yàn)算保證構(gòu)件從不乘系數(shù)的重力效應(yīng)和地震荷載效應(yīng)得到的需求均小于對應(yīng)的抗力。延性作用的抗力用構(gòu)件的變形表達(dá)；非延性作用的抗力用力的形式表達(dá)。不論哪一類作用，在給定時(shí)間步長內(nèi)對一個(gè)給定作用（例如彎曲）計(jì)算抗力時(shí)，都應(yīng)考慮在該時(shí)間步長內(nèi)同時(shí)存在的作用（例如軸力與剪力）。

4.4抗震設(shè)計(jì)中的應(yīng)注意的問題

對于高層建筑抗震結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，如今仍存在較多的問題以及難點(diǎn)。要最大程度上做好高層建筑抗震結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，需要做到以下幾點(diǎn)：

a.為了提高結(jié)構(gòu)的連續(xù)性以及穩(wěn)定性，在設(shè)計(jì)中應(yīng)該合理布置抗測力構(gòu)件。在設(shè)計(jì)時(shí)，通過改變抗側(cè)力構(gòu)件的位置，形成水平方向上的應(yīng)力分布系統(tǒng)，同時(shí)加強(qiáng)豎直方向上的測力結(jié)構(gòu)性能，形成一套應(yīng)力分布體系，保證能夠有效的降低建筑由于水平方向的對稱在地震中的破壞程度。

b.通常情況下，地震在同一區(qū)域造成的破壞程度具有差異性，即同一區(qū)域的建筑房屋在地震災(zāi)害的破壞下，有的建筑物破壞程度不是很嚴(yán)重，而有些建筑物破壞程度極為嚴(yán)重，造成這一問題的主要原因除了同建筑物體自己的建筑質(zhì)量有關(guān)外，還同建筑場地和建筑規(guī)劃有著必然的聯(lián)系；如建筑物體在建設(shè)過程中建筑場地剛好處于地震震中外，地震的破壞能力最強(qiáng)，使得這一區(qū)域的建筑物體受破壞程度最為嚴(yán)重。所以在建筑結(jié)構(gòu)工程抗震設(shè)計(jì)時(shí)要針對各個(gè)區(qū)域以往發(fā)生地震震級的大小及地震發(fā)生的區(qū)域進(jìn)行設(shè)計(jì)，規(guī)劃條件允許的情況下盡可能在選擇建筑場地時(shí)候避開地震頻發(fā)區(qū)域。

結(jié)語：

隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的迅猛發(fā)展，高層建筑越來越復(fù)雜化，這就要求建筑過程中必須做好高層建筑的抗震設(shè)計(jì).地震作用影響因素復(fù)雜，目前尚沒有精確的抗震計(jì)算方法，規(guī)范給出的計(jì)算方法也是半經(jīng)驗(yàn)半理論的計(jì)算，但在樓層的設(shè)計(jì)中，對于高層建筑的抗震性能設(shè)計(jì)，已經(jīng)引起人們的高度重視，采用了各種措施來提高高層建筑的抗震性能。

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