淺談高層建筑抗震設(shè)計與抗震結(jié)構(gòu)

摘要：近年來，隨著工程建設(shè)的發(fā)展和進步，施工質(zhì)量有了更高的要求。汶川地震給我們造成的災(zāi)難為我們敲響了警鐘，在未來發(fā)展應(yīng)注重抗震結(jié)構(gòu)的設(shè)計和施工，提高工程建設(shè)的抗震設(shè)計的穩(wěn)定性，保證用戶的生命財產(chǎn)安全。本文筆者針對高層建筑的抗震設(shè)計與抗震結(jié)構(gòu)作深入討論，僅作參考。

關(guān)鍵詞：建筑；抗震設(shè)計；抗震性能；安全性能

1、建筑結(jié)構(gòu)抗震等級的規(guī)定和標準

震級地震和地震烈度是根據(jù)國家相關(guān)標準劃分為六個不同層次，即3級是小地震；3～4.5級是有感地震；4.5～6 級是中強地震；6～7級是強烈地震；7～8級是大地震；超過8級是巨大地震。根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)、國家數(shù)據(jù)庫和地質(zhì)歷史調(diào)查核實，經(jīng)過勘查和驗證，這是一個地理概念的經(jīng)驗值。根據(jù)《建筑工程抗震設(shè)防分類標準》的規(guī)定，建筑工程抗震設(shè)防類別主要分為特殊設(shè)防類、重點設(shè)防類、標準設(shè)防類、適度設(shè)防類四個不同級別。根據(jù)相關(guān)部門的規(guī)定，按建筑的類別確定其抗震設(shè)防等級，主要參考其建筑物高度、建筑物結(jié)構(gòu)類型作相應(yīng)的要求。例如，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的建筑物，它的抗震的等級主要分為四級，用此來表示其一般、較嚴重、嚴重和非常嚴重四個級別。高層或超高層建筑物的抗震的設(shè)計需要按照其不同的設(shè)防類別來規(guī)定，同時進行復(fù)核性計算和采取相應(yīng)的抗震措施。

2、影響建筑工程的抗震能力的主要因素

影響建筑工程結(jié)構(gòu)抗震能力的主要因素包括三個方面，即現(xiàn)行抗震設(shè)計標準和建筑的抗震設(shè)防是否合理和施工質(zhì)量，具體分析如下：

2.1建筑物結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計標準

建筑物結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計標準是按照地區(qū)類別和地震發(fā)生頻率來初步估計的基本結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防的損害程度并針對可能不同部位而使用的情況?？拐鹪O(shè)防烈度抗震設(shè)計標準確定為主要參考依據(jù)，只有控制對地震強度預(yù)測的精度，才能保證抗震設(shè)計標準的科學性和正確性。根據(jù)抗震設(shè)計標準和項目開發(fā)為住宅用途的性能要求施工單位，以提高抗震性能?？拐鹪O(shè)計是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計考慮的重中之重，一般情況下，它與建設(shè)工程造價成本成反比關(guān)系。

2.2建筑物結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計合理與否

建筑物結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計是否合理主要與施工所采取的抗震技術(shù)措施的形式有著直接聯(lián)系，穩(wěn)定的抗沖擊性能是在地震威脅下建筑結(jié)構(gòu)受到保護的前提條件，良好的抗沖擊性能可以確保建筑結(jié)構(gòu)不塌落。一般地，高層建筑的抗震設(shè)計標準是比正常設(shè)計要高，高層建筑物多采用現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu)、框架-核心筒或框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，它們都具有較好的強度和應(yīng)變形能力，且抗震性能相對較好。這種類型的建筑和強大的外部力量，保證良好的結(jié)構(gòu)強度和穩(wěn)定性，顯然要降低地震對建筑結(jié)構(gòu)影響到最小，也是對基本建筑物抗震性能的安全保障。

2.3施工質(zhì)量

建筑結(jié)構(gòu)抗震性能與施工的質(zhì)量息息相關(guān)。因此，要在建筑工程建設(shè)實施階段做好具有針對性的質(zhì)量監(jiān)督工作，嚴格規(guī)范既有建筑物的使用管理也是極為關(guān)鍵的一個方面。

3、選擇建筑材料合適的結(jié)構(gòu)

目前，中國主要的建筑結(jié)構(gòu)、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu)框架剪墻壁和其他結(jié)構(gòu)形式為多數(shù)，此些結(jié)構(gòu)體系已廣泛應(yīng)用于高層建筑。在地震多發(fā)地區(qū)，也廣泛使用鋼結(jié)構(gòu)體系，它可以提高結(jié)構(gòu)的抗震性能，用此替代鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的主要原因在于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的抗震性能不足。鋼結(jié)構(gòu)具有韌性和延展性好等優(yōu)點。

我國建筑工程在實施階段對建筑結(jié)構(gòu)的抗震等級進行設(shè)計，為盡量節(jié)約鋼材用量，比較常見的建筑結(jié)構(gòu)式框架核心筒結(jié)構(gòu)體系。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)受到外力荷載作用，很容易出現(xiàn)彎曲變形狀況，為了防止建筑結(jié)構(gòu)的側(cè)向偏移，通常要采取小鋼結(jié)構(gòu)對框架核心筒結(jié)構(gòu)體系進行輔助支撐，不僅不能達到節(jié)約鋼材用量的目的，不經(jīng)意間還會造成建筑結(jié)構(gòu)負擔增大的問題，對建筑整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性造成極大的影響。因此，我們還是需要鼓勵推動鋼結(jié)構(gòu)在我國建筑領(lǐng)域的應(yīng)用。

建筑材料的施工中藥確保質(zhì)量合格，因其對建筑物的結(jié)構(gòu)性能具有直接的影響，高層建筑物要求良好的抗震性能，就必需對建筑材料的質(zhì)量進行嚴格把關(guān)。

通常選擇強度高、安全性好和耐久性好的建筑材料。從工程實踐中發(fā)現(xiàn)，建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好主要還是依賴于高性能材料，它在工程建設(shè)領(lǐng)域扮演不可或缺的角色。

混凝土是一種主要被應(yīng)用于工程領(lǐng)域的人造石材料，它開始于1824 年，它的出現(xiàn)改變了世界的發(fā)展，在建筑領(lǐng)域中，混凝土在促進國家建筑工程發(fā)展中發(fā)揮了巨大作用。然而，混凝土材料的脆性從地震的角度講混凝土建筑結(jié)構(gòu)不利于抗震，該材料不應(yīng)該被單獨用來作為建筑結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)材料。為了解決這個問題，很多專業(yè)人士已經(jīng)建筑作品進行了廣泛的研究和討論。通過構(gòu)建科學合理的設(shè)計的主要結(jié)構(gòu)，并把混凝土和鋼筋結(jié)合起來形成鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)來解決素混凝土結(jié)構(gòu)的脆性特征，這也可以提高混凝土強度性能、改善混凝土脆性和提升混凝土結(jié)構(gòu)的抗震性能等。

在通常條件下，改善的混凝性能，提高混凝土結(jié)構(gòu)的抗震性能，主要從以下幾個方面著手：凝土攪拌過程中嚴格控制水的參量，對混凝土的和易性來講，水對混凝土性能是一個關(guān)鍵的影響因素，具體的處理、攪拌、運輸?shù)日麄€過程可以通過具體的控水來保證混凝土構(gòu)件的強度性能和耐久性能；第二，為了保證混凝土結(jié)構(gòu)具有良好的抗震性能，我們絕不能隨意增加混凝土的自身強度，由于混凝土在達到一定強度水平時，構(gòu)件受外力荷載作用下仍然容易遭到破壞，這種情況下的混凝土構(gòu)件的脆性特點表現(xiàn)的更為突出，因此比然要充分考慮到增強混凝土構(gòu)件強度的同時還需考慮混凝土的韌性特點，僅有如此才能保證混凝土結(jié)構(gòu)具有最好的抗震特性。

混凝土韌性的提升是保證建筑結(jié)構(gòu)具有良好抗震性能的又一個重要手段。提升混凝土拌合料的施工性能還可以通過聚合物改性的手段，通過聚合物改性的混凝土在抗?jié)B性能、抗腐蝕性能和漿體與粗細集料的結(jié)合性能都有顯著提高，且當聚合物摻入量達到一定比例時，具有脆性的混凝土構(gòu)件開始展現(xiàn)聚合物的延性特點，這一方面的試驗在國際上有成功案例，比如超高強水泥彈簧等。

確保混凝土擁有足夠的堿性，從而避免構(gòu)件內(nèi)鋼筋的銹蝕及碳化問題，與此同時，適量添加其他外加劑來降低混凝土構(gòu)件內(nèi)孔隙界面的氫氧化鈣含量，從而從根本上改善構(gòu)件界面質(zhì)量，提升混凝土的抗?jié)B性能。

普通水泥從材料自身也可以針對混凝土提升耐久性提出諸多要求，比如嚴格控制水泥比、控制水化反應(yīng)熱的釋放、減少水泥氯離子及堿含量等等。除此以外，還需優(yōu)化對比選用性能較好的水泥品種。把重點放在建立更好的技術(shù)途徑上。例如水泥使用低水化熱且后期強度高，特別是抗彎強度高耐腐蝕性好的熱硅酸鹽水泥-----例如高貝利特水泥，作為混凝土的膠凝材料，它的高強度，高耐久性使得用其制備的混凝土具有良好的抗裂性能，使得大體積混凝土工程具有良好的尺寸穩(wěn)定性和良好的耐久性，該類水泥在我國很多重難點工程中得到了廣泛的推廣語應(yīng)用。

4、結(jié)束語

總而言之，良好建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計對于建筑物主體結(jié)構(gòu)對地震災(zāi)害威脅具有很好的保護效果，為了能夠有效保障我國民眾的人身財產(chǎn)安全，就必需通過合理設(shè)計創(chuàng)設(shè)高安全性能的建筑結(jié)構(gòu)，從而避免我國汶川大地震悲劇的重新上演。

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作者簡介：

趙麗紅（1979-），女，漢族，江蘇南京人，碩士，工程師，主要從事結(jié)構(gòu)設(shè)計工作。