雷超智

北海市祥泰建設(shè)工程質(zhì)量檢測(cè)有限公司 廣西 北海 536000

引言

我國(guó)在地理位置上來(lái)說(shuō)也是一個(gè)多地震的國(guó)家，地震區(qū)域主要位于中國(guó)東部、西部及西南部，也就是地圖上的環(huán)太平洋及歐亞兩處的地震帶區(qū)域。我國(guó)歷史上發(fā)生過(guò)上千次破壞性地震，其中破壞性強(qiáng)的地震有幾十次。面對(duì)日益增長(zhǎng)的高層建筑和超高層建筑，為保障人們的生命財(cái)產(chǎn)安全，加強(qiáng)抗震設(shè)計(jì)具有重要意義。

1 高層建筑的震害

1.1 不同烈度地震作用下建筑的震害

表1統(tǒng)計(jì)的是1976年的唐山大地震時(shí)期該地區(qū)的房屋損害程度，并且此時(shí)的建筑大部分是高層建筑結(jié)構(gòu)的砌體建筑。由該地區(qū)所處的地理位置可知，此地的建筑在設(shè)計(jì)時(shí)能夠承受的地震級(jí)別在7級(jí)，但實(shí)際發(fā)生的地震達(dá)到了8.5級(jí)；表2表示的就是該地區(qū)在七級(jí)以上地震上面房屋出現(xiàn)的毀壞程度。

表1 建筑的震害統(tǒng)計(jì)（%）

表2 7度抗震設(shè)防的74年通用住宅震害統(tǒng)計(jì)（%）

1.2 不同用途、不同層數(shù)建筑的震害

表3為8度地震后不同用途高層建筑震害統(tǒng)計(jì)表。由表3可以看出，三種建筑的水平墻間距都比較大，住宅、醫(yī)院以及中小學(xué)教學(xué)樓等建筑遭受損傷的比例遠(yuǎn)高于水平墻間距密集的建筑。

表3 住宅、醫(yī)院及中小學(xué)教學(xué)樓震害統(tǒng)計(jì)（%）

1.3 不同層數(shù)建筑的震害

地震后不同樓層建筑的震害統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表4。由表4可以看出，在二層、三層及四層以上的樓層建筑時(shí)所承受的抗震能力不同，其房屋損害對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)分別85.9%、91.7%和97.9%。從數(shù)據(jù)對(duì)比中可知，若是建造的房屋樓層越高，對(duì)地震的抵抗能力就越弱，房屋被損害的程度也隨著層數(shù)的增加而增加。基于此統(tǒng)計(jì)結(jié)果能夠發(fā)現(xiàn)，加強(qiáng)高層建筑的抗震設(shè)計(jì)尤為重要[1]。

表4 不同層數(shù)磚房的震害統(tǒng)計(jì)（%）

2 高層建筑結(jié)構(gòu)的主要震害特征、影響因素

2.1 高層建筑的主要震害特征

2.1.1 被破壞的墻體。地震時(shí)墻體被破壞主要因素就是強(qiáng)本身所有的抗剪承載力不強(qiáng)，所以面對(duì)震害磚墻就無(wú)法承受外力的沖撞，出現(xiàn)裂縫。若是墻體在高寬度上的比例接近1，則會(huì)使得墻體出現(xiàn)X型裂縫，若是墻體高寬對(duì)比值較小，就會(huì)在墻體中間開(kāi)始裂縫，同時(shí)在房屋的四個(gè)角處受外力出現(xiàn)的是雙向斜裂縫。并且隨著震動(dòng)越來(lái)越劇烈，就會(huì)使得建筑結(jié)構(gòu)被破壞的程度越高，最終導(dǎo)致樓房出現(xiàn)坍塌現(xiàn)象。

2.1.2 窗墻和墻垛的損壞。窗間墻因?yàn)榻ㄔ斓谋容^細(xì)高，當(dāng)承受外界的震動(dòng)及墻體之間的剪力就會(huì)出現(xiàn)水平方向的裂縫。

2.1.3 縱橫墻處接連出現(xiàn)裂縫。墻體在內(nèi)外墻相連接的地方比較薄弱，若是受外力作用就會(huì)出現(xiàn)豎向的裂縫，從而導(dǎo)致縱墻墻體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)倒塌或者傾斜狀態(tài)。

2.1.4 若是樓梯間或者房屋的通道結(jié)構(gòu)受到外力時(shí)，就會(huì)因?yàn)閴Ρ旧淼某惺苣芰ο陆党霈F(xiàn)塌落現(xiàn)象。

2.1.5 也存在部分房屋結(jié)構(gòu)如窗臺(tái)或者橫墻門(mén)洞等結(jié)構(gòu)處因?yàn)橥饬Τ霈F(xiàn)整體性的受損彎曲。

2.1.6 在房屋整體結(jié)構(gòu)中的附加墻體會(huì)因震害出現(xiàn)倒塌現(xiàn)象。

2.2 高層建筑抗震性能的影響因素

高層建筑的房屋面對(duì)震害出現(xiàn)問(wèn)題的原因有很多，對(duì)各種震害進(jìn)行總結(jié)可歸納為以下兩點(diǎn)：一是在高層建筑的建筑中，其本身墻體沒(méi)有足夠的抗剪承載力，使得墻體面對(duì)震害的時(shí)候容易出現(xiàn)裂縫，從而導(dǎo)致建筑體局部出現(xiàn)塌落；二是建筑整體結(jié)構(gòu)布局不合理，使得內(nèi)外墻、樓板等等位置的墻體聯(lián)系性不高，致使整個(gè)房屋對(duì)地震沒(méi)有抵抗能力，面對(duì)震害容易出現(xiàn)墻體的倒塌。所以在后來(lái)若要建造高層建筑的房屋，就需要考慮上述兩種因素，使得建筑整體結(jié)構(gòu)得到合理布局，在改善墻體的抗震強(qiáng)度，最終達(dá)到抗震的目的。

2.2.1 平面、立面布置是否規(guī)則。從震害對(duì)高層建筑房屋的損害調(diào)查中可知房屋最好還是設(shè)計(jì)成長(zhǎng)方體，這樣受力會(huì)比較均勻，不會(huì)有太多的薄弱環(huán)節(jié)，遇到地震受到的損失較少。所以建造高層建筑的房屋時(shí)選擇平面結(jié)構(gòu)，其中以矩形結(jié)構(gòu)為最佳，其他平面多多少少會(huì)由于扭轉(zhuǎn)及應(yīng)力集中等因素導(dǎo)致受到震害的程度增加。若是復(fù)雜型的平面結(jié)構(gòu)，則會(huì)出現(xiàn)立面震害損失，就如同局部突出的結(jié)構(gòu)，就會(huì)因?yàn)橐稽c(diǎn)震害受外力影響坍塌。

2.2.2 房屋高度和高寬比。從高層建筑的震害調(diào)查中可知，若是高層建筑房屋中沒(méi)有鋼筋支撐，樓層越多導(dǎo)致高度越高，最終遭受地震時(shí)受到的損失也就越重。從上述的表格4中也能夠知道地震中各種樓層建筑的受害程度。經(jīng)過(guò)抗震規(guī)范及其高層建筑的研究分析可知，建造高層的建筑時(shí)需要對(duì)房屋的高度與寬度進(jìn)行計(jì)算，使得它們保持在一個(gè)合理的比例中，從而使得建筑整體能夠增加對(duì)震害的抵抗力。

2.2.3 房屋結(jié)構(gòu)體系是否合理。研究房屋體系對(duì)地震的抵抗能力可以從高層建筑的房屋入手，從而研究出能夠提升房屋對(duì)抗地震的能力。

2.2.3.1 房屋建造采用橫向承重墻體或者縱橫向墻體。對(duì)于具有縱墻承載力的高層建筑，由于樓板側(cè)面不埋入橫墻，一小部分橫向地震作用通過(guò)樓板側(cè)面直接傳遞到橫墻，其中大部分通過(guò)縱墻和橫墻的接口通過(guò)縱墻傳遞到橫墻。震害經(jīng)驗(yàn)表明，這種結(jié)構(gòu)體系的房屋能夠在一定程度上抵御地震時(shí)刻造成的損害，這是因?yàn)榇梭w系側(cè)向上很少開(kāi)孔，使得抗震能力增加。

2.2.3.2 縱橫墻的布局。在建筑中建造縱橫墻的時(shí)候需要將墻體結(jié)構(gòu)建造的均勻一些，使得平面及豎向結(jié)構(gòu)上都保證均衡。這是因?yàn)榇u墻平面的平整減少了磚墻、樓板等位置的受力，從而使得這些位置震害時(shí)受損較少。

2.2.3.3 樓梯間結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。設(shè)置樓梯間時(shí)應(yīng)該避開(kāi)建筑的盡端或者轉(zhuǎn)角，防止出現(xiàn)水平地震時(shí)其橫向和縱向兩個(gè)方向上的墻體出現(xiàn)裂縫，從而導(dǎo)致房屋的四角也容易遭到破壞。

2.2.4 抗震橫墻間距。高層建筑中磚墻處于平面結(jié)構(gòu)時(shí)，其內(nèi)部能夠承受的抗剪承載力較強(qiáng)，外部與之相反，若是內(nèi)外墻之間的差距過(guò)大，就會(huì)使得兩墻之間的樓板受外力產(chǎn)生彎曲。因此，水平墻的最大間距應(yīng)根據(jù)該地區(qū)的地震烈度以及建筑物和屋頂?shù)念愋图右韵拗啤?/p>

2.2.5 局部尺寸是否得到適當(dāng)控制。在設(shè)計(jì)房屋的時(shí)候，若是其局部尺寸把握不好，就會(huì)對(duì)局部造成一定的破壞，但不會(huì)影響整體結(jié)構(gòu)，不能否認(rèn)的是，局部出現(xiàn)問(wèn)題就會(huì)使得整個(gè)建筑的抗震能力減弱。并且若是重要結(jié)構(gòu)體的局部出現(xiàn)問(wèn)題，則會(huì)產(chǎn)生多米諾骨牌式的連鎖反應(yīng)，比如每個(gè)按鈕都會(huì)形成沖破，然后整體坍塌。所以針對(duì)房屋的局部尺寸問(wèn)題我們需要考慮以下四個(gè)因素：對(duì)承重窗進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮窗間墻的最小寬度、承重外墻的最外端到達(dá)門(mén)窗洞邊這段距離的最小值、非承重外墻的外端到達(dá)門(mén)窗洞邊需要控制的最小距離，以及其內(nèi)墻體處的陽(yáng)角處到達(dá)門(mén)窗洞邊所能設(shè)計(jì)的最小距離[2]。

3 高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的抗震設(shè)計(jì)優(yōu)化

3.1 加固層的綜合抗震設(shè)計(jì)優(yōu)化

每層的綜合抗震能力指數(shù)不應(yīng)小于1.0，即：經(jīng)各種加固技術(shù)加固的樓層的綜合抗震能力等于或大于《建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》的要求；某一樓層的綜合抗震能力指標(biāo)不應(yīng)超過(guò)其下級(jí)指標(biāo)的20%。抗震加固應(yīng)從提高建筑物整體抗震能力入手，防止抗震加固中局部剛度突變；當(dāng)上部綜合抗震能力指標(biāo)超過(guò)下部指標(biāo)20%以上時(shí)，應(yīng)同時(shí)提高下一層的抗震能力。由于地震作用是通過(guò)各種抗震構(gòu)件層層傳遞的，上、下層墻體軟弱，形成軟弱層，不利于抗震。

3.2 非承重墻和自承重墻結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)

非承重墻和自承重墻的抗震能力不能超過(guò)同一樓層承重墻的抗震能力。由于承重墻直接承受從樓板傳來(lái)的豎向荷載，如地震中的早期破壞，會(huì)危及整個(gè)房屋的承重重力荷載，這是非常不利的。

3.3 非剛性材料結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)優(yōu)化

對(duì)于非剛性材料結(jié)構(gòu)的建筑，若是進(jìn)行抗震建設(shè)時(shí)只是運(yùn)用磚柱、縱墻及其墻垛等等建筑結(jié)構(gòu)來(lái)抗擊地震，就需要對(duì)這些結(jié)構(gòu)進(jìn)行豎向或者其他結(jié)構(gòu)的支撐構(gòu)件體系，從而使得各抗震部位得以加固并提升變形抗壓能力；若是非剛性材質(zhì)的木屋就需要添加大間距的抗震墻，從而增加物體結(jié)構(gòu)的抗震性能，或者最好將木屋蓋換成澆筑的混凝土結(jié)構(gòu)。

3.4 高層建筑結(jié)構(gòu)抗震加固設(shè)計(jì)優(yōu)化

3.4.1 針對(duì)高層建筑，若是加強(qiáng)抗震能力就需要對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的不符合要求的墻體進(jìn)行拆除，或者對(duì)出現(xiàn)問(wèn)題的結(jié)構(gòu)進(jìn)行修補(bǔ)維護(hù)，從而達(dá)到增加抗震能力的目的。

3.4.2 若是建筑本身不符合抗震加固的操作，就需要在平面的結(jié)構(gòu)中增加墻體使得建筑結(jié)構(gòu)成為封閉墻體；若是縱橫墻出現(xiàn)連接不暢問(wèn)題，就需要添加鋼拉桿、長(zhǎng)錨桿或者附加柱體積圈梁等結(jié)構(gòu)，達(dá)到此墻的抗震目的；若是建筑物中的構(gòu)件不符合抗震要求，就需要對(duì)構(gòu)件進(jìn)行修改，或者增加托梁等等來(lái)達(dá)到對(duì)屋面結(jié)構(gòu)的修整；建筑若是出現(xiàn)銹蝕或者構(gòu)件變樣，就需要對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行圈梁添加操作[3]。

3.4.3 建筑中易倒塌部位的加固方法：承重窗間墻體寬度過(guò)小或抗震能力不滿足要求時(shí)，可加設(shè)鋼筋混凝土窗框或采用面層、板墻加固；隔墻無(wú)拉結(jié)或拉結(jié)不牢時(shí)，加鑲邊、預(yù)埋鐵套，可采用錨桿或鋼拉桿加固；當(dāng)支撐梁的墻截面抗震能力不滿足要求時(shí)，砌體柱、鋼筋混凝土柱或面層、板墻可加筋：當(dāng)樓梯間，電梯間和水箱間出屋面不符合鑒定要求的，可采用面層或附加柱加固。樓梯間、電梯間、水箱間上部應(yīng)與屋面構(gòu)件可靠連接，下部應(yīng)與主體結(jié)構(gòu)的加固措施連接；當(dāng)煙囪、無(wú)系桿女兒墻出屋面超過(guò)規(guī)定高度時(shí)，拆除或用型鋼、鋼拉桿加固；滿足要求時(shí)，懸臂構(gòu)件的錨固長(zhǎng)度不得超過(guò)規(guī)定高度，可增加拉桿或減少懸臂長(zhǎng)度。

4 結(jié)束語(yǔ)

抗震概念設(shè)計(jì)在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用有著十分積極的意義，不僅提高了高層建筑的抗震性能，而且建筑質(zhì)量也邁上了一個(gè)新的臺(tái)階，符合新時(shí)期人們對(duì)高層建筑的使用要求，為建筑行業(yè)的發(fā)展注入了新的生機(jī)和活力。設(shè)計(jì)人員應(yīng)明確抗震概念設(shè)計(jì)原則，在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中大力推廣應(yīng)用抗震概念設(shè)計(jì)，以打造高水平的建筑工程，為人們創(chuàng)建舒適安全的居住環(huán)境。