對于高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計探討

李彬

（河北冶金建設(shè)集團(tuán)勘察設(shè)計有限公司，河北 邯鄲 056003）

隨著現(xiàn)代城市的不斷發(fā)展，高層建筑逐漸成為城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展的象征。當(dāng)前我國高層建筑數(shù)量不斷的增加，一方面提高了有限的土地的使用效率，促進(jìn)了我國建筑行業(yè)的發(fā)展，另一方面給建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計工作帶來極大的挑戰(zhàn)。我國是一個地震多發(fā)國家，很多城市都位于地震帶上，因此在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程當(dāng)中一定要做好相應(yīng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計工作，從而減少地震帶來的破壞和損失。

1 抗震設(shè)計目標(biāo)

國家為了規(guī)范建筑的抗震設(shè)計，出臺了一系列的標(biāo)準(zhǔn)，其中的抗震設(shè)防烈度就是一個十分重要的標(biāo)準(zhǔn)，對于規(guī)范我國的建筑抗震設(shè)計具有十分重要的意義。在實際的抗震設(shè)計當(dāng)中主要包括以下幾個方面的工作：第一，根據(jù)建筑所在地區(qū)的小震效應(yīng)對建筑的各個構(gòu)建的承載能力進(jìn)行科學(xué)的計算，從而了解高層建筑在小震情況下的結(jié)構(gòu)彈性形變的情況。第二，計算大震情況下的建筑彈性形變，從而確保設(shè)計能夠達(dá)到第三水準(zhǔn)的抗震要求?？拐鹪O(shè)計目標(biāo)是整個高層建筑抗震設(shè)計的大方向，所有的抗震設(shè)計工作都圍繞著抗震設(shè)計目標(biāo)而進(jìn)行，因此對于建筑的抗震設(shè)計具有重大的意義。

2 高層建筑抗震設(shè)計分析方法

2.1 場地和地基的選擇

建筑的場地以及地基的選擇對于高層建筑的抗震能力具有直接的影響，是建筑抗震設(shè)計的基礎(chǔ)。在進(jìn)行建筑場地以及地基的選擇時，應(yīng)該充分的了解當(dāng)?shù)氐牡卣鸹顒忧闆r，對當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)情況進(jìn)行科學(xué)的勘察，在收集豐富資料的基礎(chǔ)之上對場地進(jìn)行綜合的分析和評價，評估當(dāng)?shù)氐目拐鹪O(shè)計等級。對于一些不利于抗震設(shè)計的場地應(yīng)該盡可能的進(jìn)行規(guī)避，而實在無法規(guī)避的應(yīng)該有針對性的做好相應(yīng)的處理措施。在高層建筑地基選擇過程當(dāng)中應(yīng)該盡可能的選擇巖石或者是其它具有較高密實度的基土，從而提高建筑地基的抗震能力，盡可能的避開不利于抗震的軟性地基土。對于一些達(dá)不到抗震要求的地基應(yīng)該采取相應(yīng)的措施進(jìn)行加固和改造，使其能夠符合相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)則性

在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程當(dāng)中，應(yīng)該盡可能的做到規(guī)則，尤其是抗側(cè)力結(jié)構(gòu)應(yīng)該盡可能的簡單化，從而保證可靠性和承載力分布的均勻性。建筑結(jié)構(gòu)的平面布置應(yīng)該選擇形狀比較規(guī)則的圖形，這樣在發(fā)生地震的時候能夠確保建筑整體的承載力均勻分布。應(yīng)該盡可能的避免不規(guī)則的結(jié)構(gòu)平面，造成建筑結(jié)構(gòu)質(zhì)心和剛心出現(xiàn)交錯，這樣一旦出現(xiàn)地震，一些和剛心距離比較大，剛度不足的構(gòu)件就會發(fā)生側(cè)移，受到較大的地震力的影響，有可能因為承受不住而發(fā)生損壞，最終導(dǎo)致建筑由于某個構(gòu)件的損壞而發(fā)生傾斜和倒塌。為了防止抗側(cè)力結(jié)構(gòu)橫向剛度突然出現(xiàn)變化，應(yīng)該使垂直方向的抗側(cè)力的截面積從上到下逐漸的遞減。

2.3 建筑結(jié)構(gòu)材料的選取

除了結(jié)構(gòu)設(shè)計之外，高層建筑的結(jié)構(gòu)材料質(zhì)量的高低以及選擇的正確與否都會對抗震效果產(chǎn)生直接的影響。高層建筑的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計在本質(zhì)上就是對建筑中各個構(gòu)件的延性進(jìn)行整體的協(xié)調(diào)和把握，最后總使建筑整體在發(fā)生地震的時候能夠保持穩(wěn)定。在鋼筋的使用上應(yīng)該盡可能的選擇韌性較高的產(chǎn)品。垂直方向受力鋼筋應(yīng)該選擇熱軋鋼筋，等級至少達(dá)到HRB400級和HRB335級，而箍筋宜選用HRB335、HRB400和HPB235級熱軋鋼筋。在進(jìn)行建筑材料的選擇過程當(dāng)中應(yīng)該充分考慮抗震的性能，但是在實際的建設(shè)過程當(dāng)中還要兼顧建筑的成本和造價控制，盡可能通過科學(xué)合理的設(shè)計在，用盡可能少的材料達(dá)到最佳的抗震效果，在二者之間尋找一個最佳的位置。

2.4 隔震和消能減震設(shè)計

對于一些有特殊要求的高層建筑，除了一般的抗震設(shè)計之外，還需要進(jìn)行隔振以及消能減震設(shè)計，從而達(dá)到最佳的抗戰(zhàn)效果。首先在場地和地基的選擇上應(yīng)該盡可能的選擇密實度較高的地基，從而在地震發(fā)生的時候能夠有效的減少地震能量對建筑的破壞，減少共振發(fā)生的可能性。根據(jù)建筑的實際需要設(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(fēng)力對建筑所產(chǎn)生的載荷。在建筑構(gòu)件的選擇上應(yīng)該使用延性較好的材料，從而減少地震能量對建筑的破壞。

2.5 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。改善結(jié)構(gòu)屈服機(jī)制，使結(jié)構(gòu)破壞十按照整體屈服機(jī)制進(jìn)行，而不是樓層屈服機(jī)制。設(shè)計結(jié)構(gòu)時遵循強(qiáng)節(jié)弱桿、強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎，強(qiáng)壓弱拉的原則。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)該選定構(gòu)件中軸力小的水平桿件，作為主要耗能桿件，并盡可能使其發(fā)生彎曲耗能。從而使整個構(gòu)件具備較大的延性和耗能能力。

2.6 常用的加固設(shè)計

為了有效的提高建筑結(jié)構(gòu)的抗震能力，應(yīng)該根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)的實際情況采取相應(yīng)的加固措施，在進(jìn)行加固方法選擇的時候應(yīng)該具體考慮以下幾個方面的因素：第一，對于一些機(jī)構(gòu)設(shè)計存在缺陷的情況，應(yīng)該根據(jù)實際情況增加構(gòu)件進(jìn)行加固，或者是采取具有較高抗震能力的構(gòu)件代替原有構(gòu)件。對于需要提高承載力或結(jié)構(gòu)整體剛度的情況，可以增設(shè)構(gòu)件，擴(kuò)大原截面，設(shè)置套箍等方法；很多建筑結(jié)構(gòu)整體性連接達(dá)不到抗震的標(biāo)準(zhǔn)，可以有針對性的對結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，這樣可以分散地震力，減少破壞。建筑中的一些與建筑結(jié)構(gòu)不相關(guān)的構(gòu)件，在地震時有可能倒塌而造成危害，應(yīng)該適當(dāng)進(jìn)行加固。

2.7 控制結(jié)構(gòu)變形

建筑整體結(jié)構(gòu)變形程度對于整個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。

相關(guān)的時間證明。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。

結(jié)論

我國是一個地震災(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。因此在進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的過程當(dāng)中應(yīng)該充分考慮當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)情況，有針對性的進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計，盡可能的降低地震造成的損壞。

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