關(guān)于高層結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的探討

何鵬芳 黃嘉俊

[摘要]目前我國經(jīng)濟(jì)正處在高速發(fā)展的時(shí)期，建筑結(jié)構(gòu)抗震理論的研究也在與時(shí)俱進(jìn)。本文具體分析和探討了高層建筑抗震設(shè)計(jì)的相關(guān)內(nèi)容。

[關(guān)鍵詞]高層建筑；抗震設(shè)計(jì)

1、引言

我國建筑結(jié)構(gòu)抗震相關(guān)理論的經(jīng)歷了研究、發(fā)展階段。在這一過程中，結(jié)構(gòu)抗震的思路變化是十分曲折的。前期，高層建筑的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)僅僅是經(jīng)驗(yàn)性的對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。中期，研究人員加大了對(duì)結(jié)構(gòu)非線性性能的研究，結(jié)構(gòu)是依據(jù)其非彈性形變的能力來抵抗地震的作用。后期，依據(jù)中期研究人員的先關(guān)統(tǒng)計(jì)進(jìn)行了完善，使結(jié)構(gòu)抗震更加完善。

2、當(dāng)前我國高層建筑在抗震設(shè)計(jì)方面存在的問題

（1）建筑高度方面的問題

伴隨著社會(huì)的科學(xué)技術(shù)平以及經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的日益提高，科研水平在建筑結(jié)構(gòu)方面也逐漸提高，在我國，就目前的高層建筑結(jié)構(gòu)而言，按照相關(guān)結(jié)構(gòu)的技術(shù)規(guī)定，高層建筑結(jié)構(gòu)在一定的模式下，一定會(huì)有合適的高度，但是，在實(shí)際的建筑施工過程中，對(duì)于這個(gè)合適的高度，較多的高層建筑都超出它的范圍，隨著建筑物高度的不斷增加，會(huì)導(dǎo)致許多因素均都超出規(guī)范的相關(guān)范圍。

（2）建筑結(jié)構(gòu)的體系問題

對(duì)于發(fā)生地震的次數(shù)較多的地區(qū)，選擇建筑結(jié)構(gòu)的體系是一個(gè)極其重要的問題。在我國，高層建筑結(jié)構(gòu)的體系主要由以下幾個(gè)方面：

1）框架結(jié)構(gòu)

所謂的框架結(jié)構(gòu)主要指的就是，在節(jié)點(diǎn)處，通過柱、梁等構(gòu)件的連接，進(jìn)而形成的一種承載的結(jié)構(gòu)。在建筑平面的布局方面，這種承載結(jié)構(gòu)具有較大的靈活性，但隨著建筑結(jié)構(gòu)的樓層日益增高，在水平荷載的作用下，框架結(jié)構(gòu)底部的柱、梁等構(gòu)件在彎矩以及剪力等方面均都大幅的增加，使其截面越來越大，配筋量也越來越多，這就會(huì)給建筑施工以及建筑平面的布局帶來相對(duì)較大的影響，因此建筑結(jié)構(gòu)的層數(shù)限制框架結(jié)構(gòu)。

2）剪力墻結(jié)構(gòu)

一般在高層建筑中通常都會(huì)采用剪力墻的承重結(jié)構(gòu)，所謂的剪力墻承重就是指框架結(jié)構(gòu)中的柱、梁等承重的構(gòu)件由鋼筋混凝土墻板所替代，剪力墻結(jié)構(gòu)所承載所有的豎向的荷載以及水平的荷載，就在此時(shí)，在豎向荷載以及水平荷載的作用下，水平位移由所產(chǎn)生的剪切以及其所發(fā)生的彎曲變形所構(gòu)成，就剪力墻結(jié)構(gòu)而言，其水平位移以及空間變形較小，所以其抗震性能較好，但由于混凝土的需要的量相對(duì)較多，進(jìn)而導(dǎo)致其自重較大，而且不能隨隨便便的把房間的格局改變。

3）框剪結(jié)構(gòu)

框剪結(jié)構(gòu)將剪力墻和框架結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)合并在一起，使其獲得較為靈活的使用和布置的空間，與此同時(shí)，框剪結(jié)構(gòu)具有有較高的抗震性能以及較大的剛度，因此其在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用相當(dāng)廣泛。

（3）軸壓比問題

現(xiàn)在實(shí)際的高層建筑之中，在鋼筋在還沒有達(dá)到所要求的屈服極限的時(shí)候，，需要控制軸壓比，進(jìn)而讓柱在大偏壓的情況之下，這樣做的目的就是為了避免混凝土遭到破壞。高層建筑結(jié)構(gòu)的延展性伴隨著柱的塑性的變形能力的增大而越好，假如突然發(fā)生不可預(yù)見的地震，建筑結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的耗散和吸收的地震能力，那么高層建筑結(jié)構(gòu)就不易遭到地震的破壞。在軸壓比問題方面梁和柱成正比關(guān)系，如果梁的延性比較好就會(huì)降低柱達(dá)到屈服極限的可能性，還能放松對(duì)軸壓比的限制。而軸壓比的限制也可以相應(yīng)的放松。

3、高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)

（1）抗震設(shè)計(jì)的原則

高層的建筑結(jié)構(gòu)通常應(yīng)該按照以下的原則對(duì)抗震設(shè)計(jì)進(jìn)行計(jì)算：

1）對(duì)于高層建筑結(jié)構(gòu)的兩個(gè)主軸的方向而言，最后對(duì)水平方向下的地震作用分別對(duì)抗震驗(yàn)算進(jìn)行計(jì)算，各個(gè)方向下的抗側(cè)力構(gòu)件主要承擔(dān)來自水平方向下的地震作用。

2）在高層建筑的結(jié)構(gòu)中，如果抗側(cè)力構(gòu)件的斜交角度大于15℃的話，最好分別考慮各個(gè)抗側(cè)力構(gòu)件方向的水平地震作用。

3）若是高層建筑結(jié)構(gòu)的剛度不對(duì)稱和質(zhì)量不均勻，那么在水平地震作用的影響下，必須對(duì)雙向的水平方向下的地震作用以及扭轉(zhuǎn)作用進(jìn)行考慮。

（2）根據(jù)抗震設(shè)計(jì)的計(jì)算方法，就高層建筑而言，主要由以下的抗震設(shè)計(jì)的方法：

1）底部剪力法。當(dāng)建筑物的剛度、質(zhì)量分布不均勻，以及其的高度小于四十米，變形主要以剪切為主要的時(shí)候，進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)需要采用底部剪力法進(jìn)行計(jì)算。這種方法主要是是把地震作用看作成等效靜載荷，進(jìn)而計(jì)算出建筑結(jié)構(gòu)的最強(qiáng)的地震反應(yīng)。

2）振型分解反應(yīng)譜法。利用的地震反應(yīng)主要是反應(yīng)譜理論和振型分解計(jì)算結(jié)構(gòu)的最強(qiáng)的地震反應(yīng)。

3）時(shí)程分析法。所謂時(shí)程分析法就是指運(yùn)動(dòng)平衡微分方程，進(jìn)行數(shù)值積分，最終得到在整個(gè)地震時(shí)程區(qū)域內(nèi)的地震反應(yīng)。

（3）抗震設(shè)計(jì)時(shí)重力載荷的考慮

結(jié)構(gòu)的重力載荷包括兩種，可變載荷和自重這兩種，根據(jù)我國荷載規(guī)范的相關(guān)規(guī)定，在發(fā)生地震情況下的可變載荷會(huì)比原標(biāo)準(zhǔn)值小。

4、高層建筑的結(jié)構(gòu)布置：

（1）高層的建筑的結(jié)構(gòu)布置首先要滿足該建筑的功能方面的要求，進(jìn)而做到便于施工的同時(shí)又減少成本。建筑物的使用結(jié)構(gòu)要求都需要滿足相關(guān)的規(guī)定。

（2）建筑中的主要矛盾是控制高層建筑的位移，要想提高建筑結(jié)構(gòu)的總體性的剛度，降低位移，應(yīng)從結(jié)構(gòu)立面的變化和平面結(jié)構(gòu)的體型等方面著手考慮。在對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行布置的時(shí)候，為確保結(jié)構(gòu)之間的共同作用，需要對(duì)結(jié)構(gòu)的剛度和整體性以及構(gòu)件之間的連接給予加強(qiáng)；側(cè)向位移的減少還可以通過改善結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和寬度來完成。對(duì)于建筑物來說，要在一定程度上對(duì)它的高寬比進(jìn)行限制，高度太矮而寬度太寬的建筑物不宜采用，相反，應(yīng)該建筑一些剛度較大的形狀的建筑物，比如高寬比較大的長方形建筑或者也可是是圓形的建筑等，保證建筑物的穩(wěn)定性，還能使建筑物具有實(shí)用性和美觀性。

（3）在地震區(qū)域內(nèi)，地震作用會(huì)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的整體布局造成嚴(yán)重的影響，為了減少這種影響，應(yīng)力扭轉(zhuǎn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，建筑結(jié)構(gòu)的平面形狀規(guī)則就能有效地避免結(jié)構(gòu)立面體型的來回變動(dòng)，每層之間的剛度還有屈服強(qiáng)度都要均勻的分布在結(jié)構(gòu)上，豎向構(gòu)件在抗側(cè)力方面，不管是它的哪一個(gè)方面的改變都不能在同一樓的同一層里進(jìn)行，人們通常認(rèn)為增加構(gòu)件的強(qiáng)度對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)來說總是有理無害，現(xiàn)在應(yīng)該糾正這種觀點(diǎn)，在施工和設(shè)計(jì)中，混凝土的強(qiáng)度等級(jí)、配筋量以及鋼筋等級(jí)都不能被盲目的更改。結(jié)構(gòu)剛度要具有對(duì)稱性，結(jié)構(gòu)的平面形狀具有規(guī)則性，為了保證結(jié)構(gòu)的立面體型，能夠有效地的來回變動(dòng)。一般情況下會(huì)出現(xiàn)震動(dòng)不同步或者是結(jié)構(gòu)的兩端距離比較遠(yuǎn)，為了防止這種情況發(fā)生，設(shè)置相對(duì)較小的長寬比，使荷載的合力作用線符合結(jié)構(gòu)的剛度，有效避免扭轉(zhuǎn)。在布置電梯間的時(shí)候要注意不能設(shè)置在端部角區(qū)，或者是平面凹角的部位，在一定程度上嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性。

5、結(jié)束語

綜上所述，隨著我國科技的不斷進(jìn)步，高層建筑的抗震設(shè)計(jì)逐漸的在向合理化、科學(xué)化的方向進(jìn)行轉(zhuǎn)變。因此，高層建筑的設(shè)計(jì)者必須在工程施工之前，嚴(yán)格的依據(jù)國家相應(yīng)的規(guī)章制度，在保證質(zhì)量關(guān)的前提下，努力提高高層建筑的抗震性能。

參考文獻(xiàn)

[1]趙西安.高層建筑結(jié)構(gòu)實(shí)用設(shè)計(jì)方法（第三版）上海同濟(jì)大學(xué)出版社，2010

[2]田志瑩.曾茂.解析混凝土結(jié)構(gòu)高層建筑的抗震性能[j].中國東盟博覽，2013