李 更 生

(泉州市建筑設(shè)計院有限公司，福建 泉州 362000)

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高層建筑物結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計分析

李 更 生

(泉州市建筑設(shè)計院有限公司，福建 泉州 362000)

分析了高層建筑結(jié)構(gòu)抗震性能的影響因素，針對地震災(zāi)害中高層建筑的破壞特點，論述了高層建筑抗震設(shè)計的基本內(nèi)容和具體方法，為提高建筑物結(jié)構(gòu)的抗震能力提供了參考。

高層建筑，抗震性能，結(jié)構(gòu)體系，建筑材料

0 引言

地震給人類的生命財產(chǎn)安全帶來巨大危害，建筑物非常容易受到地震的影響和破壞從而為人類的生命財產(chǎn)安全帶來巨大的威脅。隨著城市化進程的加快，城市中高層建筑逐年增加，這些高層建筑物結(jié)構(gòu)復(fù)雜，外形設(shè)計不規(guī)則，這些都對建筑結(jié)構(gòu)物的穩(wěn)定性和抗震性能提出了更多的要求。我國位于環(huán)太平洋地震帶和歐亞地震帶之間，地震發(fā)生的頻率較大，一旦發(fā)生地震災(zāi)害，將造成建筑物的嚴重損壞，從而對人們的生命和財產(chǎn)都造成巨大的威脅。因此做好高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計，提高建筑物的安全和穩(wěn)定性至關(guān)重要。

1 影響高層建筑物抗震性能的關(guān)鍵因素

影響建筑物穩(wěn)定性和安全性的關(guān)鍵因素主要包括外部環(huán)境以及建筑物自身的材料和結(jié)構(gòu)設(shè)計幾個方面。建筑物所處位置的地質(zhì)情況對于建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計提出一定的要求，建筑物材料和結(jié)構(gòu)的設(shè)計對于保證高層建筑的穩(wěn)定性，提高抗震能力具有重要意義。

1.1 地理環(huán)境對高層建筑物結(jié)構(gòu)抗震性能的影響

建筑物所處的地理環(huán)境對于建筑物的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性提出了不同的要求。我國地緣遼闊，同時處在環(huán)太平洋地震帶和印度洋地震帶之間，地震災(zāi)害頻發(fā)，在地震災(zāi)害發(fā)生時次生災(zāi)害常常伴隨發(fā)生，這些都會對建筑物結(jié)構(gòu)造成巨大的災(zāi)害和嚴重的損失。同時由于局部地區(qū)的地質(zhì)特點，例如地下巖洞、礦山開采等，如果調(diào)查不夠深入，選址不當(dāng)必將對建筑物的穩(wěn)定性造成一定的影響。因此在進行建筑物選址時要做好實地的調(diào)查工作，對當(dāng)?shù)氐牡匦?、地質(zhì)，歷史災(zāi)害情況進行統(tǒng)計分析，保證針對當(dāng)?shù)丨h(huán)境合理的進行建筑物結(jié)構(gòu)的抗震性能設(shè)計，最大程度的減小地震對高層建筑物結(jié)構(gòu)的破壞。

1.2 建筑材料對高層建筑物結(jié)構(gòu)抗震性能的影響

建筑材料的質(zhì)量與高層建筑結(jié)構(gòu)抗震性能的好壞存在直接關(guān)系，在相同的地質(zhì)條件和外部環(huán)境下，建筑物材料的選擇對于提高建筑物的抗震能力，從而增加建筑物的安全系數(shù)具有決定性作用。在實際的設(shè)計施工中，建筑物圍護墻等一般采用空心磚等質(zhì)量較輕的材料，從而提高建筑的抗震能力。對于地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)的地區(qū)，高層建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)該選擇結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定的鋼結(jié)構(gòu)建筑，從而提高建筑物的抗震性能。

1.3 高層建筑物自身結(jié)構(gòu)對抗震性能的影響

高層建筑物自身的結(jié)構(gòu)是決定其抗震性能好壞的關(guān)鍵性因素。合理選擇建筑結(jié)構(gòu)的形式，對于提高建筑物結(jié)構(gòu)的抗震性能具有重要的意義。目前我國的建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計有了很大的進步，但是相對于發(fā)達國家來講，我們還有很大的差距，尤其是在結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計、載荷配置方面都無法與快速發(fā)展的建筑形式相適應(yīng)。目前高層建筑物結(jié)構(gòu)正向著復(fù)雜化和高層化發(fā)展，提高建筑物結(jié)構(gòu)抗震性能的設(shè)計對于提高建筑物抗震能力，減少生命財產(chǎn)損失具有重要意義。

2 地震災(zāi)害中高層建筑的破壞特點

通過對近年來國內(nèi)外的地震資料的分析和建筑物破壞情況的調(diào)查統(tǒng)計，在靜載荷下受力分析合理的建筑物結(jié)構(gòu)在地震中，由于載荷突變，很容易失穩(wěn)，發(fā)生巨大的破壞。在地震中高層建筑物結(jié)構(gòu)的破壞一般呈現(xiàn)以下幾個方面的特點。

2.1 地基方面

地基位置和類型對于建筑的抗震性能具有重要的影響。在沖擊土層場地上，由于土層較厚并且呈現(xiàn)相對較軟的趨勢，因此發(fā)生地震時建筑物的破壞顯著增加。由于地基選擇不穩(wěn)，選址在了危險地段，因此地基不穩(wěn)導(dǎo)致在出現(xiàn)地震時建筑物地基不穩(wěn)，發(fā)生整體傾斜甚至是倒塌。同時如果地基施工不合格，造成地基沉降，很容易從結(jié)構(gòu)上導(dǎo)致房屋的損壞，從而破壞結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

2.2 結(jié)構(gòu)體系方面

高層建筑物一般采用以下幾種常用的結(jié)構(gòu)形式，“填墻框架”“底框結(jié)構(gòu)”“鋼筋混凝土板”等。當(dāng)采用“填墻框架”的房屋結(jié)構(gòu)時，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)容易發(fā)生剪切破壞而影響整體的強度，為了避免這種情況的發(fā)生，房屋結(jié)構(gòu)可以采用框架—抗震墻體系的房屋結(jié)構(gòu)；當(dāng)采用“底框結(jié)構(gòu)”體系的房屋時，底層由于剛度不足，容易發(fā)生破壞，采用“鋼筋混凝土板”時，同樣容易發(fā)生破壞。因此結(jié)構(gòu)體系方面，采用不同的結(jié)構(gòu)，當(dāng)?shù)刭|(zhì)災(zāi)害發(fā)生時，結(jié)構(gòu)的破壞形式也不同。

2.3 構(gòu)件形式方面

在常見的框架結(jié)構(gòu)中，其安全性要低于梁、板，在發(fā)生地震災(zāi)害時，框架結(jié)構(gòu)更容易遭到破壞，在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，通常會發(fā)生傾斜或者是交叉裂縫。當(dāng)鋼筋混凝土框架層間角度較大時，短柱的損壞程度更加嚴重。如圖1所示為建筑構(gòu)件形式抵抗地震能力的示意圖。對結(jié)構(gòu)體施加水平力時，若超過其支承的彈性限度，變形就會急劇地增加，達到最大強度。在設(shè)計時，對于頻度高的地震，通常都停留在支承力的彈性極限以下，大地震時則不要超過其最大強度。

3 抗震設(shè)計方法與分析

針對以上問題，在進行高層建筑物結(jié)構(gòu)的設(shè)計時要從較少地震載荷輸入和增加建筑物抵抗地震能力兩個方面入手進行深入的優(yōu)化設(shè)計。目前，在進行高層建筑物結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計時需要從以下幾個方面進行分析。

3.1 多角度設(shè)置抗震防線

當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時，采用冗余設(shè)計可以保證建筑物結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，提高建筑物的抗震能力。當(dāng)?shù)谝环N抗震措施失效時，可以有后續(xù)的結(jié)構(gòu)來保證結(jié)構(gòu)物的穩(wěn)定，阻止建筑物的進一步破壞，避免大面積的倒塌，造成巨大的生命財產(chǎn)損失。因此在進行建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，應(yīng)該采用多肢節(jié)或者是框架式結(jié)構(gòu)。同時采用剪力墻等措施，多方面保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

3.2 合理選擇建筑材料

建筑材料的選擇直接關(guān)系著建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，當(dāng)選用的建筑材料優(yōu)質(zhì)合理時，建筑物結(jié)構(gòu)總體的抗震能力都有一個很好的提升。因此必須對構(gòu)成建筑物結(jié)構(gòu)的材料進行優(yōu)選。在材料確定之前，要進行數(shù)據(jù)調(diào)查分析和參數(shù)選擇。不能單純的從價格或者是承載能力進行考慮，而是要多方面考慮問題，從整體上對建筑物結(jié)構(gòu)的材料進行選擇，從而達到多方位、多層次對建筑材料進行選擇和確定的目的，保證建筑的經(jīng)濟性、穩(wěn)定性、抗震性都保持在一個合理的水平。鋼材具有較好的機械性能和力學(xué)性能，在正常的使用條件下可以有效的避免因為超載引起的斷裂、坍塌等突發(fā)事故。同時，因為鋼材的塑性和韌性都比較好，且鋼結(jié)構(gòu)對動載荷的適應(yīng)能力很強，使得鋼結(jié)構(gòu)能夠快速地吸收地震等引起的劇烈的動載荷沖擊，從而保證鋼結(jié)構(gòu)良好的抗震性能，有效的保護了人民群眾的生命財產(chǎn)安全，因此在抗震結(jié)構(gòu)中優(yōu)先推薦采用鋼結(jié)構(gòu)。

3.3 合理設(shè)計抗震結(jié)構(gòu)

合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計直接關(guān)系著高層建筑物結(jié)構(gòu)抗震性能的好壞優(yōu)劣。目前，我國在建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計中一般采用以下幾種結(jié)構(gòu)，主要包括框筒結(jié)構(gòu)、筒中筒和框架體系?？拐鸾Y(jié)構(gòu)的制作、安裝技術(shù)的成熟性和合理性直接關(guān)系著建筑的抗震能力和使用安全。由于抗震結(jié)構(gòu)的制作和安裝技術(shù)相對而言比較復(fù)雜，一直以來都是行業(yè)內(nèi)關(guān)注的重點。因此在高層建筑物鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計和施工過程中，要做好技術(shù)分析和控制。

4 結(jié)語

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，高層建筑物結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計技術(shù)和方法也在不斷的革新，先進的設(shè)計方法和設(shè)計理念層出不窮。為了保證抗震設(shè)計的科學(xué)性，必須深入了解影響高層建筑物結(jié)構(gòu)抗震性能的關(guān)鍵因素，分析在遭遇地震災(zāi)害時建筑物的破壞情況，從而選擇合理的建筑物結(jié)構(gòu)的設(shè)計。多角度設(shè)置抗震防線，綜合利用多種抗震措施，合理設(shè)計抗震結(jié)構(gòu)，從而增強建筑物的抗震能力，達到減少地震災(zāi)害給高層建筑物造成的破壞，保護人們的生命和財產(chǎn)安全的目的。

[1] 傅振芳.高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計分析[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2015(35):247.

[2] 石慧民.高層建筑物結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計[J].四川水泥,2015(9):155.

[3] 陳 平.高層建筑結(jié)構(gòu)抗震分析與設(shè)計[J].科技風(fēng),2014(20):168.

On seismic design analysis of high-rise buildings

Li Gengsheng

(QuanzhouArchitecturalDesignInstituteCo.,Ltd,Quanzhou362000,China)

According to the damage features of the high-rise buildings in earthquakes, the paper analyzes the affected factors for the seismic performance of high-rise buildings, and indicates the basic content and methods for the seismic design methods for the high-rise buildings, so as to improve the seismic performance of the architectural structures.

high-rise building, seismic performance, structural system, architectural materials

1009-6825(2017)06-0065-03

2016-12-18

李更生(1978- )，男，工程師

TU352

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