高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)存在的問題及其對(duì)策

馬業(yè)強(qiáng)

摘 要：近年來，隨著建筑行業(yè)的快速發(fā)展，高層建筑在數(shù)量與規(guī)模上均有較大提升。在高層建筑中，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中抗震問題顯得尤為重要，不僅關(guān)系著建筑的質(zhì)量，也關(guān)系著人們的生命安全，鑒于此，文章對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中抗震問題進(jìn)行分析和探討。

關(guān)鍵詞：高層建筑;抗震設(shè)計(jì);問題;對(duì)策

引 言

近年來，隨著城鎮(zhèn)化速度的加快，大量人口涌入城市，城鎮(zhèn)用地緊張，普通的多層居民住宅已經(jīng)不能適應(yīng)城鎮(zhèn)化發(fā)展的要求，為了緩解居住用地的緊張，高層建筑成為首選，高層建筑的設(shè)計(jì)與建造逐漸成為熱門。為了提高高層建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)的過程中廣泛的應(yīng)用抗震設(shè)計(jì)，獲得了較好的效果，不僅保證了高層建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，更重要的是發(fā)生重大地震時(shí)可以從根本上保證人民群眾有充足的逃生時(shí)間。

一、高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)概述

高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)需要根據(jù)地區(qū)地震災(zāi)害狀況及建筑工程建設(shè)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，針對(duì)建筑整體及內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理布置，能夠有效應(yīng)對(duì)地震災(zāi)害。在高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)過程中，需要充分了解建筑的結(jié)構(gòu)性質(zhì)，選擇合理的建筑材料應(yīng)對(duì)外部變化，能夠在合理范圍內(nèi)應(yīng)對(duì)地震災(zāi)害的不確定性。要注意的是，高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)不能只考慮計(jì)算結(jié)果，要以建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)理論為基礎(chǔ)，并經(jīng)過抗震檢驗(yàn)來明確相應(yīng)的設(shè)計(jì)方法，解決高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中存在的問題。

二、高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)存在的問題

（一）結(jié)構(gòu)體系問題。即在我國高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，為了滿足居民需求，注重在150m以上的建筑設(shè)計(jì)時(shí)，采取框—筒、筒中筒、框架—支撐體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。但因這三種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法涉及到了鋼結(jié)構(gòu)的使用，而鋼結(jié)構(gòu)在超過一定高度后，質(zhì)量會(huì)隨之減小，并表現(xiàn)出柔軟的特點(diǎn)。所以，將影響高層建筑結(jié)構(gòu)抗震性能。為此，應(yīng)在高層建筑結(jié)構(gòu)體系具體設(shè)計(jì)過程中把鋼骨混凝土作為建筑結(jié)構(gòu)材料。

（二）高層建筑抗震材質(zhì)選擇不合理。以發(fā)達(dá)國家為例，地震危險(xiǎn)區(qū)域，建筑的材料主要是鋼材。但是就我國的實(shí)際情況而言，高層建筑的主要材料仍然是鋼筋混凝土，相對(duì)于鋼材，鋼筋混凝土的抗震性明顯不足，應(yīng)該在有條件的情況下，盡量選擇鋼骨混凝土作為高層建筑的主要材料。

（三）建筑抗震設(shè)防烈度相對(duì)于發(fā)達(dá)國家較低?，F(xiàn)今很多建筑學(xué)領(lǐng)域人士指出，我國當(dāng)前推行的建筑整體架構(gòu)設(shè)計(jì)安全度已經(jīng)不能滿足我國居民的居住需要。相對(duì)于其他國家而言，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全度較低，需要隨著我國城鎮(zhèn)化的推進(jìn)適當(dāng)提高標(biāo)準(zhǔn)。除抗震設(shè)防烈度較低外，具體抗震計(jì)算方法和構(gòu)造的安全度規(guī)定也不如發(fā)達(dá)國家。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)財(cái)富的增加，一旦發(fā)生地震，結(jié)構(gòu)失效帶來的損失會(huì)越來越大，結(jié)構(gòu)在當(dāng)前抗震設(shè)防烈度下應(yīng)該采用彈性設(shè)計(jì)。

三、高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)優(yōu)化策略

（一）結(jié)構(gòu)體系優(yōu)化設(shè)計(jì)。在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，為了進(jìn)一步提高高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)水平，注重優(yōu)化結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)是非常必要的。首先，在結(jié)構(gòu)體系優(yōu)化設(shè)計(jì)中，應(yīng)合理布局樓層蓋梁系，即把其與構(gòu)件墻、柱之間的垂直間距縮到最短，繼而在建筑結(jié)構(gòu)中，可更好的傳遞垂直重力荷載，并保持豎向構(gòu)件重力荷載應(yīng)力水平均勻性，避免應(yīng)力的二次轉(zhuǎn)移行為，影響高層建筑結(jié)構(gòu)抗震性能。同時(shí)，為了滿足抗震要求，在高層建筑結(jié)構(gòu)體系優(yōu)化中，應(yīng)以“連貫性”為指導(dǎo)思想，科學(xué)部署剪力墻、筒體、支撐、框架等各個(gè)結(jié)構(gòu)，讓它們豎向重力荷載的傳遞更加均勻，起到最佳的抗震效果。其次，因框架—剪力墻結(jié)構(gòu)更具備抗震能力，所以，在結(jié)構(gòu)體系優(yōu)化中，應(yīng)采取框架—剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。而在框架—剪力墻結(jié)構(gòu)具體設(shè)計(jì)中，應(yīng)以雙向抗側(cè)力體系設(shè)計(jì)方式，保證兩個(gè)主軸方向側(cè)向剛度、水平承載力適宜性，且保持兩個(gè)主軸方向均部署相應(yīng)的剪力墻，避免相差懸殊所引起的結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)問題，達(dá)到最佳的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)效果。同時(shí)，基于框架—剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作開展的基礎(chǔ)上，應(yīng)嚴(yán)格按照《高規(guī)》要求，控制剛度設(shè)計(jì)問題。即當(dāng)框架部分地震傾覆力距是結(jié)構(gòu)的10%時(shí)，應(yīng)以剪力墻結(jié)構(gòu)為標(biāo)準(zhǔn)，展開框架—剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。當(dāng)框架部分地震傾覆力矩是總地震傾覆力距的10%-50%時(shí)，應(yīng)以框架—剪力墻結(jié)構(gòu)為標(biāo)準(zhǔn)，展開高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)行為，而當(dāng)數(shù)值超過80%時(shí)，應(yīng)在采取框架—剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)上，科學(xué)控制建筑高度。

（二）建筑結(jié)構(gòu)材料的選取。建筑結(jié)構(gòu)材料的好壞決定著建筑在地震發(fā)生時(shí)的安全性。事實(shí)上，高層建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的實(shí)質(zhì)就是將各個(gè)建筑構(gòu)件的延性整合起來，并對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的協(xié)調(diào)與把握，其目的就使建筑在面對(duì)地震時(shí)能夠安全穩(wěn)定。在選擇建筑鋼筋時(shí)，一定要盡量選擇那些具有較高韌性的材料。對(duì)于在垂直方向受力的鋼筋，要采用熱軋鋼筋，以HRB400級(jí)和HRB335級(jí)為標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于箍筋，則是以HRB335、HRB400和HPB235級(jí)熱軋鋼筋為佳。在選取建筑結(jié)構(gòu)材料過程中，一定要時(shí)時(shí)考慮材料抗震方面的性能，當(dāng)然，在建筑過程中，建筑成本、造價(jià)控制也是建筑企業(yè)必須要考慮的問題，因此，在對(duì)建筑結(jié)構(gòu)材料選取的過程中，一定要找到建筑成本與抗震新性能之間的點(diǎn)，兼顧二者，以期實(shí)現(xiàn)以最少的材料獲取最佳的抗震效果。

（三）設(shè)置多道抗震防線。搭建系統(tǒng)抗震結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)該布置多道抗震防線，部分延展性突出的結(jié)構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)性合并，可以使其抗震性能更佳?？拐饓ο到y(tǒng)由主體抗震墻和延展性框架組成，共同進(jìn)行作用，能發(fā)揮抗震結(jié)構(gòu)的最佳作用。抗震結(jié)構(gòu)系統(tǒng)應(yīng)留有一定的冗余度，并且依照設(shè)計(jì)原理，建造有規(guī)律的屈服區(qū)，最終目的是讓樓房可以完全吸收或者消耗地震帶給樓房的震動(dòng)能量。為了保證抗震性能的突出，體系中適當(dāng)增添部分多余結(jié)構(gòu)，建筑周期與地震頻發(fā)周期一致時(shí)，冗余設(shè)計(jì)的用處便能突出。針對(duì)抗震設(shè)計(jì)，設(shè)置多道措施，即便第1道抗側(cè)力防線被損壞，第2道、第3道防線也可以繼續(xù)對(duì)建筑進(jìn)行保護(hù)，減緩共振，減輕地震帶來的損害。

（四）隔震和消能減震設(shè)計(jì)。有些高層建筑對(duì)于抗震的要求較為嚴(yán)格，除了要實(shí)現(xiàn)一般的抗震效果外，還有保證隔振、消能等方面的需求。因此，為了達(dá)到這些效果，首先，從場地與地基的角度來看，應(yīng)該選擇具有較高密實(shí)度的地基，因?yàn)楦呙軐?shí)度的地基，可以減輕地震發(fā)生時(shí)所產(chǎn)生的能量給建筑造成的破壞，降低共振發(fā)生幾率。對(duì)于不同建筑，其所要求的隔振系數(shù)有所不同，因此，在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，一定要具體問題具體分析，選擇相應(yīng)的隔震支座，并且，也要考慮因風(fēng)力所給建筑帶來的負(fù)荷。對(duì)于隔振、消能方面的建筑構(gòu)件的選擇上，盡量采用延性好的材料，使建筑受地震能力帶來的破壞降低。

結(jié) 語

地震會(huì)給人們的生命財(cái)產(chǎn)安全帶來較為嚴(yán)重的危害，為降低地震對(duì)建筑的破壞作用，在開展建筑設(shè)計(jì)工作過程中，必須采取有效措施進(jìn)行合理的抗震設(shè)計(jì)?？紤]建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)要求，嚴(yán)格遵守標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，深入了解高層建筑結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，熟悉相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)要求，選擇合理的結(jié)構(gòu)形式，努力提高高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)質(zhì)量，確保高層建筑整體建設(shè)質(zhì)量及安全性。

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