張濤

摘 要：改革開放以來我國經(jīng)濟科學(xué)都有了很大的發(fā)展，與此同時建筑物的抗震性能結(jié)構(gòu)設(shè)計也有了很大的進步，但是與國外的技術(shù)水平相比還是存在著很多不足，工作人員需要再接再厲不斷提高我國建筑物的抗震水平。為增加高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能，不僅僅要依賴于精確定位抗震計算分析，更要重視高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計方案。因此，在進行設(shè)計時，要多采用結(jié)構(gòu)相對規(guī)則的體系，綜合評定施工場地的地質(zhì)條件，做好地震設(shè)防工作，加強防震措施，保證高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能。文中論述了高層建筑結(jié)構(gòu)抗震性能處理措施分析與設(shè)計。

關(guān)鍵詞：高層建筑；結(jié)構(gòu)；抗震性；處理措施

1 高層結(jié)構(gòu)的抗震性能水準(zhǔn)

在地震水準(zhǔn)不同的情況下，對高層的建筑結(jié)構(gòu)在性能水準(zhǔn)，還有性能目標(biāo)方面的要求也不同，具體而言，它的抗震結(jié)構(gòu)性能可以分為下面幾個標(biāo)準(zhǔn)。第一，高層結(jié)構(gòu)在發(fā)生地震之后，最好是完好無損傷，同時在一般的情況下，是不需要進行修理就可以繼續(xù)使用的，而且建筑還要可以進行正常的安全出入以及使用。第二，如果地震發(fā)生后，其結(jié)構(gòu)發(fā)生了非常明顯的損壞，而且大多數(shù)的構(gòu)件都發(fā)生了中等的損壞，從而進入屈服狀態(tài)，在有比較明顯的裂縫下，大部分的構(gòu)件都有很嚴(yán)重的損壞程度，但是其整體的結(jié)構(gòu)并不會發(fā)生倒塌，同時也沒有局部倒塌的情況，建筑中的人員會有一定程度的傷害，但是對他們的生命安全卻沒有太大的威脅。

2 我國高層建筑抗震設(shè)計中的一些問題

2.1 高度問題

按我國現(xiàn)行高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程（JGJ3-2010）規(guī)定，在一定設(shè)防烈度和一定結(jié)構(gòu)型式下，鋼筋混凝土高層建筑都有一個適宜的高度。這個高度在我國目前建筑科研水平、經(jīng)濟發(fā)展水平和施工技術(shù)水平下是較為穩(wěn)妥的，也是與目前整個土建規(guī)范體系相協(xié)調(diào)的?？蓪嶋H上，已有許多混凝土結(jié)構(gòu)高層建筑的高度超過了這個限制。對于超高限建筑物，應(yīng)當(dāng)采取科學(xué)謹(jǐn)慎的態(tài)度。因為房屋愈高，所受到的地震力和傾覆力矩就愈大，破壞的可能性也就愈大，同時巨大的傾覆力矩在柱中和基礎(chǔ)中所引起的壓力和拉力均較難處理。

2.2 材料的選用和結(jié)構(gòu)體系問題

在地震多發(fā)區(qū)，采用何種建筑材料或結(jié)構(gòu)體系較為合理應(yīng)該得到人們的重視。我國150m以上的建筑，采用的三種主要結(jié)構(gòu)體系（框-筒、筒中筒和框架-支撐體系），都是其他國家高層建筑采用的主要體系。在高層建筑中，應(yīng)注意結(jié)構(gòu)體系及材料的優(yōu)選?，F(xiàn)在我國鋼材生產(chǎn)數(shù)量已較大，建筑鋼材的類型及品種也在逐步增多，鋼結(jié)構(gòu)的加工制造能力已有了很大提高，因此在有條件的地方，建議盡可能采用鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)、鋼管混凝土（柱）結(jié)構(gòu)或鋼結(jié)構(gòu)，以減小柱斷面尺寸，并改善結(jié)構(gòu)的抗震性能。在超過一定高度后，由于鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量較小而且較柔，為減小風(fēng)振需要采用混凝土材料，鋼骨（鋼管）混凝土，通常作為首選。

2.3 抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)較低

現(xiàn)在許多專家學(xué)者提出，現(xiàn)行的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計安全度已不能適應(yīng)國情的需要，認(rèn)為我國“取用了可能是世界上最低的結(jié)構(gòu)設(shè)計安全度”，并主張“建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全度水平應(yīng)該大幅度提高”。此外，對于“小震不壞，中震可修，大震不倒”這個抗震設(shè)計原則，在新形勢下也有重新審核的必要。我國現(xiàn)行抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)是比較低的，中震相當(dāng)于在規(guī)定的設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)（50a）超越概率為10%的地震烈度。我國建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計除了設(shè)防烈度較低外，具體抗震計算方法和構(gòu)造規(guī)定的安全度也不如國外，在配筋率、軸壓比、梁柱承載力匹配等一系列保證抗震延性的要求上遠(yuǎn)不如國外嚴(yán)格。隨著社會財富的增長，結(jié)構(gòu)失效帶來的損失愈來愈大，加之結(jié)構(gòu)造價在整個投資中的比例下降，抗震性能化設(shè)計日漸成為重要的設(shè)計手段。

3 高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的優(yōu)化措施

3.1 選擇有利的抗震場地

地震對建筑物的破壞程度，除了地震的震動直接引起的結(jié)構(gòu)破壞，場地的選取也是一個重要的因素。地震可能引發(fā)地表的錯動和地裂、地基面的沉陷、滑坡和砂土液化等，因此，高層建筑場地的選擇至關(guān)重要，應(yīng)選擇對建筑抗震有利的地段，應(yīng)避開對抗震不利地段，如軟弱土；易液化土；條件突出的山嘴；高聳孤立的山丘；非巖質(zhì)陡坡、采空區(qū)；河岸和邊坡邊緣；場地土在平面分布上的原因、巖性、狀態(tài)明顯不均勻等地段；當(dāng)無法避開時，應(yīng)采取適當(dāng)?shù)拇胧┨岣呖拐鹉芰?，?yīng)根據(jù)抗震設(shè)防類別、地基液化等級，采取加強地基和上部結(jié)構(gòu)整體性和剛度、部分消除地基液化沉陷等措施；當(dāng)?shù)鼗饕芰臃秶鷥?nèi)存在軟弱性土層、新近填土和嚴(yán)重不均勻土層時，應(yīng)預(yù)測到地震時會出現(xiàn)地基不均勻沉降或其他不利影響，所以就應(yīng)采用合理的基礎(chǔ)形式（如樁基）、地基加固和加強上部結(jié)構(gòu)等處理措施；對于地震時可能導(dǎo)致滑移或地裂的場地，應(yīng)采取加強地基穩(wěn)定的措施?；A(chǔ)設(shè)計時，同一結(jié)構(gòu)單元不宜設(shè)計在性質(zhì)截然不同的地基上，也不宜部分采用天然地部分采用樁基，不宜部分采用端承樁部分采用摩擦樁；高層建筑宜設(shè)置地室，避免采用局部地室。

3.2 優(yōu)化平面和立面設(shè)計

（1）結(jié)構(gòu)的簡學(xué)性。結(jié)構(gòu)簡單是指結(jié)構(gòu)在地震作用力下具有直接和明確的傳力途徑。只有簡單的結(jié)構(gòu)，才能夠易于把握建筑結(jié)構(gòu)的計算模型、內(nèi)力位移分析和結(jié)構(gòu)薄弱部位，從而對結(jié)構(gòu)的抗震性能也有更可靠的估計。

（2）結(jié)構(gòu)的剛度和抗震能力。水平地震的作用是雙向的，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)使高層建筑能抵抗任意方向的地震破壞。通常設(shè)計可使結(jié)構(gòu)沿平面上兩個主軸方向具有足夠的剛度和抗震能力，結(jié)構(gòu)的抗震能力則是結(jié)構(gòu)強度及延伸的綜合反映。結(jié)構(gòu)剛度的選擇不僅要能減輕地震破壞作用，還要注意控制結(jié)構(gòu)變形的增幅，過大的變形會產(chǎn)生重力二階效應(yīng)，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞、失穩(wěn)。

（3）結(jié)構(gòu)的整體性。在高層建筑結(jié)構(gòu)中，樓蓋的設(shè)計對高層建筑整體性起到至關(guān)重要的作用，樓蓋相當(dāng)于水平隔板，它不僅聚集和傳遞慣性力到各個豎向抗側(cè)力結(jié)構(gòu)，而且要求這些結(jié)構(gòu)能協(xié)同承受地震作用。特別是豎向布置復(fù)雜或抗側(cè)力構(gòu)件水平變形特征不同步的結(jié)構(gòu)，就更要依靠樓蓋使抗側(cè)力與結(jié)構(gòu)能協(xié)同工作。

3.3 抗震結(jié)構(gòu)體系完善的設(shè)置

抗震建筑結(jié)構(gòu)體系應(yīng)全面考慮到建筑物的設(shè)防烈度、房屋高度、場地、地基、基礎(chǔ)、材料和施工等因素，經(jīng)過技術(shù)、經(jīng)濟技術(shù)、經(jīng)濟條件綜合考慮來確定。首先應(yīng)設(shè)較多道抗震防線，從而避免因部分結(jié)構(gòu)或構(gòu)件破壞而導(dǎo)致整個高層建筑結(jié)構(gòu)體系喪失抗震能力或?qū)χ亓奢d的承載能力減弱。這樣的結(jié)構(gòu)體系對保證結(jié)構(gòu)的抗震安全性是非常有效的。同時底框建筑底層高度不宜太高，應(yīng)控制在4.5m以下。高度的增加，會導(dǎo)致底層剛度減小，重心就會提高，使框架柱的長細(xì)比例增大，更容易出現(xiàn)不平衡現(xiàn)象。同時由于高度較高，不少業(yè)主會自行改變建筑房間，把一層改為兩層或者更多，從而為整個樓層帶來安全隱患。所以合理的剛度和強度分布，會避免因局部消弱、突變性、過大的應(yīng)力集中或塑性變形集中這些因素所可能產(chǎn)生的薄弱部位。

4 結(jié)束語

概念設(shè)計要求工程師運用思維和判斷力，根據(jù)從大量震害經(jīng)驗得出的結(jié)構(gòu)抗震原則，從宏觀上確定結(jié)構(gòu)設(shè)計中的基本問題。因此，工程師必須從主體上了解結(jié)構(gòu)抗震特點，振動中結(jié)構(gòu)的受力特征，抓住要點，突出主要矛盾，用正確的概念來指導(dǎo)概念設(shè)計，才會獲得成功。

參考文獻(xiàn)：

[1] 趙西安.現(xiàn)代高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計[M].北京：科學(xué)出版社，2000.

[2] 郭繼武.建筑抗震設(shè)計[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2002.

[3] 徐正忠.建筑抗震設(shè)計規(guī)范[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2001.