高層建筑抗震設(shè)計中存在的問題分析

池碧波

城市化建設(shè)不斷深入的過程中，出現(xiàn)了大量高層建筑群，甚至部分高層建筑已經(jīng)成為了城市的標(biāo)志，具有象征性意義。高層建筑設(shè)計過程中，抗震設(shè)計是十分關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，它直接關(guān)系到高層建筑的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與安全性?；诖?，本文對高層建筑抗震設(shè)計過程中存在的問題進(jìn)行了綜合性分析，并提出了相關(guān)策略，以供參考。

高層建筑抗震設(shè)計的重要性分析

抗震設(shè)計在高層建筑設(shè)計中具有十分重要的意義。與普通房屋建筑工程相比，高層建筑的構(gòu)造與之明顯不同，無論是規(guī)模還是構(gòu)件都存在著較大差異。一旦高層建筑質(zhì)量出現(xiàn)問題，所帶來的后果不堪設(shè)想。因此，在設(shè)計階段就要充分落實好質(zhì)量控制。其中抗震設(shè)計與高層建筑工程整體質(zhì)量存在著密切關(guān)聯(lián)。通過有效的抗震設(shè)計，可讓建筑結(jié)構(gòu)的剛度、延性、整體性達(dá)到相關(guān)要求，使高層建筑整體穩(wěn)定性得以提升。換句話說，抗震設(shè)計是否合理直接關(guān)系到高層建筑物的質(zhì)量，應(yīng)給予重視。

高層建筑抗震設(shè)計關(guān)鍵問題分析

高層建筑抗震設(shè)計過程中，以下問題是關(guān)鍵點：（1）高度。根據(jù)JGJ3-2002規(guī)定所述，要求高層建筑在一定設(shè)防烈度和一定結(jié)構(gòu)形式下，需保持“適宜高度”。這個“適宜高度”與推薦規(guī)范體系要求是相匹配的，但很多高層建筑實際高度卻超出了“適宜高度”的限制。在地震力作用下，超高限建筑產(chǎn)生的破壞形變會存在較大變化，導(dǎo)致相關(guān)參數(shù)延性、剛度、荷載都會超出規(guī)范適宜范圍，會給建筑物結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性帶來嚴(yán)重影響。（2）結(jié)構(gòu)形式篩選。建筑結(jié)構(gòu)形式篩選是否合理，直接關(guān)系到結(jié)構(gòu)的性能。通常情況下，高度超過150m的高層建筑結(jié)構(gòu)主要包括三種結(jié)構(gòu)體系即框筒支撐體系、框架支撐體系及筒中筒支撐體系。我國大多數(shù)高層建筑都會采取核心筒體系進(jìn)行構(gòu)建。該結(jié)構(gòu)中，由鋼筋混凝土構(gòu)成的核心筒需承受80%至90%的震層剪力，給鋼結(jié)構(gòu)帶來了較大負(fù)擔(dān)。在這種情況下就需要合理設(shè)置裝換層及加強層，以控制其本身剛度。（3）材料選擇。我國大多數(shù)高層建筑都是以鋼結(jié)構(gòu)為主。當(dāng)建筑物高度過高時，由于鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量較小，且較為輕柔，必然會受到風(fēng)振影響。因此，需要采用混凝土材料進(jìn)行加固，其中鋼骨混凝土為首選材料。（4）抗震設(shè)防烈度。從客觀角度來看，我國建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計設(shè)防烈度與歐美等發(fā)達(dá)國家相比，還是有所不足。構(gòu)造規(guī)定安全度及也存在一定差距。另外，在配筋率、軸壓比等方面也不如發(fā)達(dá)國家嚴(yán)格。在這方面還需要進(jìn)一步提升標(biāo)準(zhǔn)，并逐步完善。

完善抗震設(shè)計的有效措施

1.落實抗震驗算

在進(jìn)行截面抗震驗算時，結(jié)構(gòu)應(yīng)在設(shè)防烈度下進(jìn)入彈塑性狀態(tài)?？蓪⒋蟛糠纸Y(jié)構(gòu)變形轉(zhuǎn)變?yōu)楸娭盗叶鹊卣鹱饔孟聵?gòu)件承載力驗算的形式來表現(xiàn)。進(jìn)行構(gòu)件截面抗震驗算時，可選用非抗震承載力設(shè)計值，將承載力抗?fàn)幷{(diào)整系數(shù)與其關(guān)聯(lián)起來。計算過程中，去地震作用效應(yīng)值乘以抗震調(diào)整系數(shù)來進(jìn)行折減。通過完善抗震驗算，保證建筑抗震設(shè)計的有效性，使抗震設(shè)計充分發(fā)揮作用。

2.設(shè)置多道抗震防線

在構(gòu)建抗震結(jié)構(gòu)體系時，應(yīng)設(shè)置多道防線，將一些延性較好的分體系進(jìn)行組合，并將這些構(gòu)件相互連接，充分發(fā)揮其協(xié)同作用?？拐饓w系便可由抗震墻與延性框架構(gòu)成，兩者共同作用，可進(jìn)一步提升抗震結(jié)構(gòu)的性能?？拐鸾Y(jié)構(gòu)體系當(dāng)中還需要設(shè)定充足的贅余度，包括內(nèi)、外兩個部分。并按照相關(guān)規(guī)則構(gòu)建規(guī)律分布的屈服區(qū)，讓建筑結(jié)構(gòu)可充分吸收或消耗地震能量。體系當(dāng)中還需要增加冗余設(shè)計，以增加抗震結(jié)構(gòu)的可靠性。當(dāng)建筑基本周期與地震卓越周期接近時，冗余設(shè)計便可充分發(fā)揮作用。即便是第一道抗側(cè)力防線受到破壞，第二道、第三道防線可接替第一道防線，發(fā)揮保護作用，以緩解共振，并降低地震的破壞作用。

3.完善隔震及消能減震設(shè)計

隔震系統(tǒng)具有足夠的豎向強度和剛度以支撐上部結(jié)構(gòu)的重量，并且具有足夠的水平初始剛度。即便在風(fēng)載與小震作用下，整個體系依然可處于彈性范圍內(nèi)，滿足正常需求。而中強地震時，其水平剛度較小，結(jié)構(gòu)為柔性隔震結(jié)構(gòu)體系。同時，隔震系統(tǒng)本身具有較大的阻尼，地震時能耗散足夠的能量，可降低上部結(jié)構(gòu)所吸收的地震能量。消能減震是在結(jié)構(gòu)物某些部位設(shè)置耗能元件，通過元件產(chǎn)生摩擦，彎曲彈塑性滯回變形來消耗或吸收地震輸入結(jié)構(gòu)的能量，以降低主體結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)，使結(jié)構(gòu)破壞程度降低。例如，可在建筑結(jié)構(gòu)適當(dāng)位置添加金屬阻尼器，它可通過金屬的屈服滯回將地震能量消耗掉，以降低結(jié)構(gòu)反應(yīng)程度；又如，可通過調(diào)諧減震控制體系來加強結(jié)構(gòu)的減震能力，該體系利用調(diào)整結(jié)構(gòu)的動力特性來消減結(jié)構(gòu)的振動反應(yīng)，以達(dá)到減震效果。

結(jié)語

高層建筑抗震設(shè)計是一個較為復(fù)雜的過程，涉及因素較多，需要從各方面進(jìn)行綜合性研判，才能得到獲取最佳的設(shè)計效果。通過落實抗震驗算、設(shè)置多道抗震防線、完善隔震及消能減震設(shè)計，可進(jìn)一步強化整體抗震設(shè)計效果，讓建筑物的抗震性能得到提升。

（作者單位：中南建筑設(shè)計院股份有限公司）