高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)淺析

馮軍

摘?要： 近年來(lái)，隨著我國(guó)城市經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，高層建筑的建設(shè)數(shù)量不斷增多，結(jié)構(gòu)形式越來(lái)越復(fù)雜，很多新型的設(shè)計(jì)方案以迅猛的速度呈現(xiàn)在城市的建設(shè)之中，在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中既要適應(yīng)市場(chǎng)需求，又要滿足規(guī)范要求，還要進(jìn)行必要的抗震設(shè)計(jì)，高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也越來(lái)越成為設(shè)計(jì)研究的重點(diǎn)工作，在這種形式下，高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)變得極其重要。

關(guān)鍵詞： 高層建筑;結(jié)構(gòu);抗震設(shè)計(jì)

【中圖分類號(hào)】TU2?????【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A?????【文章編號(hào)】1674-3733（2020）23-0066-01

1?抗震設(shè)計(jì)的目標(biāo)

建筑所在地區(qū)基本烈度數(shù)值是指該地區(qū)在以后50年的時(shí)間內(nèi)，一般場(chǎng)所條件下可能遭受的超過(guò)概率為10%的地震烈度值。一個(gè)地區(qū)經(jīng)過(guò)國(guó)家規(guī)定的相關(guān)權(quán)限批準(zhǔn)之后所具有的抗震設(shè)防依據(jù)的地震烈度稱之為抗震設(shè)防烈度，我國(guó)現(xiàn)行的《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》當(dāng)中所提出的三水準(zhǔn)的抗震設(shè)防要求主要是“小震可修，中震不壞，大震不倒”。上述抗震目標(biāo)主要是通過(guò)二階段設(shè)計(jì)法得以實(shí)現(xiàn)，分別為（1）第一階段為按照小震的作用效應(yīng)以及其他荷載效應(yīng)的基本組合對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載能力進(jìn)行計(jì)算分析，同時(shí)在小震作用的情況下對(duì)結(jié)構(gòu)的彈性形變進(jìn)行驗(yàn)算。（2）第二階段為在大震作用時(shí)對(duì)結(jié)構(gòu)的彈塑性變形進(jìn)行驗(yàn)算，確保其可以滿足第三水準(zhǔn)的抗震設(shè)防要求。而第二水準(zhǔn)的抗震設(shè)防要求主要通過(guò)抗震的構(gòu)造措施得以實(shí)現(xiàn)。

2?高層建筑結(jié)構(gòu)抗震現(xiàn)狀分析

我國(guó)的很多現(xiàn)有以及在建的高層建筑或多或少都考慮到了抗震這一環(huán)節(jié)，但是很多時(shí)候設(shè)計(jì)方以及建筑方都未能將防震這一環(huán)節(jié)落實(shí)到位，我們通過(guò)調(diào)查發(fā)現(xiàn)了我國(guó)目前高層建筑結(jié)構(gòu)存在的一些普遍問(wèn)題，主要集中體現(xiàn)在高層建筑高度超標(biāo)，很多開發(fā)商為了謀取更多的利益，選擇了將高層建筑建的超過(guò)安全高度，而一旦建筑物高度超過(guò)了安全設(shè)計(jì)高度以后，其結(jié)構(gòu)就會(huì)遭到破壞，穩(wěn)定性自然而然也會(huì)隨著下降，在遭遇地震以后就會(huì)導(dǎo)致建筑物更容易損壞或者倒塌;其次一個(gè)比較普遍的問(wèn)題就是高層建筑的建筑地址選擇也存在一些問(wèn)題，隨著城市人口越來(lái)越多，對(duì)于住宅的需求也隨著增大，開發(fā)商為了取得更多的利益，盡可能的開發(fā)可利用的土地資源進(jìn)行高層建筑的建設(shè)，但是由于為了加快開發(fā)速度，很多的高層建筑在選擇建筑地址前沒有充分的考慮到地質(zhì)問(wèn)題，沒有對(duì)建筑地的地質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行嚴(yán)格的勘探，這對(duì)于房屋建成以后的抗震性也是很大的考驗(yàn)，很大程度上也影響了高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震性;最后還有一個(gè)問(wèn)題在于高層建筑材料的選擇，大家都知道材料的質(zhì)量直接決定了建筑物的整體質(zhì)量，如果高層建筑在材料選擇方面沒有做好的話，最后很有可能將整體建筑的防震性降低，在遇到地震時(shí)一些非抗震材料很難經(jīng)受住猛烈的震感，所以說(shuō)目前我國(guó)的高層建筑還是存在著非常多的問(wèn)題的，需要后續(xù)不斷地進(jìn)行改進(jìn)。

3?高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)思路

3.1?屋面活荷載取值

框架荷載的相關(guān)參數(shù)經(jīng)多年實(shí)踐驗(yàn)證科學(xué)且合理，已在工程建設(shè)中應(yīng)用多年，所以仍取0.3kN/m2，在設(shè)計(jì)思路中不予以修改。但對(duì)于屋面的結(jié)構(gòu)類型，有檀條與屋面板，本文欲將其的活荷載參數(shù)設(shè)為0.5kN/m2。參照《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》的設(shè)計(jì)要求在無(wú)人登上的屋面荷載設(shè)計(jì)為0.5kN/m2，不過(guò)構(gòu)件的荷載面積需要大于60m2的可乘折減系數(shù)0.6。

3.2?建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)則性

建筑的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)適于采用簡(jiǎn)單規(guī)則的平面布置方式，建筑平面的規(guī)則性可以保證建筑本身的承載力與剛度分布較為均勻。建筑平面適宜于采用矩形以及方形等平面形式，由于這類建筑平面形狀較為規(guī)整，所以在地震發(fā)生時(shí)可以保持建筑整體協(xié)調(diào)一致，使得結(jié)構(gòu)的抗震處理相對(duì)安全簡(jiǎn)單。建筑平面布置不規(guī)則時(shí)，例如，出現(xiàn)L形或者是部分凸出凹進(jìn)等形狀時(shí)會(huì)造成結(jié)構(gòu)質(zhì)剛不同心，出現(xiàn)較大的扭轉(zhuǎn)震動(dòng)，使得結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)角應(yīng)力過(guò)于集中，其中結(jié)構(gòu)內(nèi)部剛度較小的構(gòu)件會(huì)因此承擔(dān)更多的水平地震力，容易造成構(gòu)件破壞，最終造成整體結(jié)構(gòu)因一側(cè)失效從而產(chǎn)生倒塌現(xiàn)象。此外為了避免抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度以及承載力發(fā)生突變，應(yīng)該將抗側(cè)力構(gòu)件的材料強(qiáng)度以及截面尺寸從下到上逐漸減小，對(duì)于豎向不規(guī)則結(jié)構(gòu)，在結(jié)構(gòu)模型計(jì)算時(shí)應(yīng)將其薄弱層的地震剪力增大1.15倍，同時(shí)按照有關(guān)規(guī)定進(jìn)行彈塑性變形分析。

3.3?保證建筑結(jié)構(gòu)的整體性

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中需要采取有效措施確保建筑內(nèi)部形成塑性鉸，保證在地震災(zāi)害當(dāng)中盡可能提升建筑結(jié)構(gòu)的完整性。在高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)時(shí)，為減少由于缺乏延性剪切的破壞問(wèn)題，多采用“強(qiáng)剪弱彎”的措施來(lái)處理構(gòu)件，相較于非抗震抗剪破壞構(gòu)件問(wèn)題來(lái)說(shuō)，地震作用下的剪切破壞是有很大變化的。延性是高層建筑極其重要的抗震性質(zhì)，要想通過(guò)有效的抗震設(shè)計(jì)來(lái)保證結(jié)構(gòu)延性，需要明確延性影響因素，對(duì)于梁柱等構(gòu)件，可以通過(guò)控制受拉鋼筋配筋率來(lái)保證，最終提升建筑結(jié)構(gòu)的整體性。

3.4?充分利用位移結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法抗震

高層建筑在遭遇地震時(shí)結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生變形，因此可充分利用位移結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行抗震。在設(shè)計(jì)時(shí)刻根據(jù)需要界面的應(yīng)變散布大小進(jìn)行決策。在高層建筑選址過(guò)程中要選擇較為牢固的場(chǎng)地進(jìn)行位移結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)施工，這樣可有效吸收地震所輸入的能量，減輕地震對(duì)高層建筑產(chǎn)生的破壞。

3.5?減輕房屋自重

在高層建筑當(dāng)中建筑的地上部分其樓蓋自重約占40%左右，為了增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的抗震性能，減小結(jié)構(gòu)層間水平應(yīng)力值，避免豎向構(gòu)件承擔(dān)更多的水平地震力剪力和彎矩，應(yīng)該采取措施適當(dāng)減小樓蓋自重，例如采用密肋樓板或者預(yù)制多孔板等結(jié)構(gòu)形式。

對(duì)于剪力墻結(jié)構(gòu)或者框架剪力墻結(jié)構(gòu)的高層建筑而言，內(nèi)部包含有較多鋼筋混凝土墻體，為了適當(dāng)減輕墻體所造成的自重增加，在結(jié)構(gòu)計(jì)算允許的范圍內(nèi)應(yīng)當(dāng)適當(dāng)減薄墻體尺寸，同時(shí)對(duì)于其中自承重墻體可以選擇使用加氣混凝土砌塊或者是輕骨料混凝土等材料設(shè)置輕型隔墻，這同時(shí)也是減輕房屋自重的有效措施。

4?結(jié)論

經(jīng)過(guò)上文系列嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆治鑫覀兛梢园l(fā)現(xiàn)，隨著高層建筑的逐漸增多，高層建筑的抗震性得到了社會(huì)各界廣泛的關(guān)注，因?yàn)楦邔咏ㄖ陌踩耘c抗震性直接關(guān)乎著百姓的切身利益，這就要求相關(guān)部門在高層建筑的設(shè)計(jì)與建筑過(guò)程中最大化的考慮到其抗震性，需要設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)的過(guò)程中選擇安全可靠的防震建筑材料，并且嚴(yán)格按照安全保準(zhǔn)進(jìn)行高層建筑設(shè)計(jì)，杜絕出現(xiàn)一些有安全隱患的設(shè)計(jì)出現(xiàn)，提升我國(guó)高層建筑的安全性與抗震性，推動(dòng)我國(guó)建筑業(yè)高速發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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