高層建筑工程的抗震設(shè)計分析

劉志強

摘要：高層建筑除了要受重力荷載影響外，還會受到水平方向荷載作用，這樣如果其受到地震影響，就更容易出現(xiàn)結(jié)構(gòu)損壞問題。為保證高層建筑工程施工質(zhì)量，必須要結(jié)合其結(jié)構(gòu)特點，對抗震設(shè)計要點進行綜合分析，確定技術(shù)要點，從根本出發(fā)選擇合適措施進行優(yōu)化，降低各項因素的影響。本文結(jié)合實例對高層建筑抗震設(shè)計要點進行了簡要分析。

Abstract： In addition to the impact of gravity load， the high-rise building will be subjected to horizontal load， so if it is affected by the earthquake， it is more likely to appear structural damage. In order to ensure the construction quality of the high-rise building project， it is necessary to combine with the characteristics of the structure， to carry on the comprehensive analysis on the main points of seismic design， to determine the technical points， to select the appropriate measures to optimize and reduce the impact of the factors from the fundamental point of departure. This paper gives a brief analysis on the anti-seismic design of high-rise building.

關(guān)鍵詞：高層建筑；抗震設(shè)計；施工技術(shù)

Key words： high-rise building；anti-seismic design；construction technology

中圖分類號：TU97 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2016）30-0089-02

0 引言

對高層建筑工程建設(shè)特點進行分析，其底部結(jié)構(gòu)受力大、上部結(jié)構(gòu)受力小，為降低地震作用影響，對其進行抗震設(shè)計時，需要基于工程結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與安全性分析。結(jié)合目前高層建筑抗震設(shè)計所存不足，有的放矢的采取措施進行優(yōu)化，以不影響工程基礎(chǔ)功能為基本要求，提高工程抗震性能。

1 高層建筑抗震設(shè)計效果影響因素

1.1 工程結(jié)構(gòu)設(shè)計

為提高工程抗震性能，必須要提高對結(jié)構(gòu)設(shè)計方面的重視，保證可以達到小震不壞、大震不倒要求。對于很多高層建筑工程來說，平面布置復雜度過高，質(zhì)心與剛心存在偏差，受到地震作用時，產(chǎn)生的破壞更為嚴重。因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計時，盡量要保證工程質(zhì)心與剛心重合[1]。另外，還要控制出屋面建筑部分高度，降低地震過程中的辮梢影響，提高工程抗震效果。

1.2 施工材料選擇

面對相同地震影響，所選材料質(zhì)量性能越好，結(jié)構(gòu)損傷程度越輕，相反則越為嚴重。為提高工程建設(shè)效果，應選擇應用隔斷、維護墻、樓板等構(gòu)件來提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，將傳統(tǒng)施工材料替換為質(zhì)量更輕的塑料板、空心磚、加氣混凝土板等，來提高工程結(jié)構(gòu)抗震性能[2]。同時，還需要將材料管理貫徹到每個施工環(huán)節(jié)，嚴禁出現(xiàn)偷工減料行為，提高施工作業(yè)規(guī)范性，保證工程建設(shè)效果達到專業(yè)標準。

1.3 工程建設(shè)環(huán)境

地震發(fā)生后對工程產(chǎn)生的影響是多方面的，如山體崩塌、巖石斷層、代表滑坡等地表運動，以及水災、海嘯等次生災害。基于各項因素對建筑工程產(chǎn)生的影響，想要進行預防需要提前采取措施，并保證工程建設(shè)效果達到專業(yè)要求。其中，更為重要的是，想要降低地震災害的影響，需要合理選擇工程施工位置，提前對現(xiàn)場環(huán)境進行詳細勘察，掌握地質(zhì)地形特征，盡量避開不利地段，選擇有利于抗震的地段。

2 高層建筑抗震設(shè)計現(xiàn)存不足與解決方案

2.1 前期準備不足

主要體現(xiàn)在施工現(xiàn)場與周邊區(qū)域地質(zhì)地形材料掌握不全面，不能為施工設(shè)計提供依據(jù)。就我國建筑行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀來看，存在部分參建單位為降低成本，以縮短工期為目的，降低對前期準備工作的管理要求，導致各項資料準備不充分[3]。施工人員不了解現(xiàn)場地質(zhì)地形特點，完全按照設(shè)計方案施工，與實際情況存在較大差異，出現(xiàn)問題的概率較大，是影響工程抗震效果的重要因素。

為提高建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計效果，需要重視前期準備工作，安排專業(yè)團隊對施工現(xiàn)場進行地質(zhì)勘察，掌握環(huán)境特征，將其作為影響因素進行分析，為抗震設(shè)計提供依據(jù)。建設(shè)與施工單位均要擺正態(tài)度，避免過分重視成本而取消前期準備作業(yè)，減少設(shè)計與實際差異，提高設(shè)計方案的可行性。

2.2 受力體系不當

高層建筑工程因設(shè)計導致負重結(jié)構(gòu)不同，便會形成不同的受力體系。部分企業(yè)為降低施工難度，從工程受力體系角度出發(fā)，考慮負重結(jié)構(gòu)要求，就會導致工程結(jié)構(gòu)受力體系與抗震性能產(chǎn)生沖突。尤其是現(xiàn)在高層建筑工程結(jié)構(gòu)日益復雜，會在很大程度上影響建筑工程抗震性能，削弱結(jié)構(gòu)安全性與穩(wěn)定性。

應用結(jié)構(gòu)構(gòu)件模型設(shè)計方法，對工程各類構(gòu)件均建立一個三維有限元模型，表征結(jié)構(gòu)平動與扭轉(zhuǎn)效應，提高受力體系設(shè)計合理性。盡量提高建筑數(shù)值模型細化度，并分析建筑反應結(jié)構(gòu)性構(gòu)件與非結(jié)構(gòu)性構(gòu)件交互作用，做好各個要素控制。對于只承擔重力荷載的結(jié)構(gòu)體系，要重點分析其對高層建筑抗震性態(tài)的影響。

2.3 平面布置缺陷

很多高層建筑工程建設(shè)時，為實現(xiàn)特點要求，導致其外型設(shè)計并不符合專業(yè)要求，經(jīng)常會出現(xiàn)平面不均衡、實際超設(shè)計長度等問題，不僅會增大施工難度，同時還會影響結(jié)構(gòu)性能[4]。

在對高層建筑工程進行抗震設(shè)計時，要針對平面結(jié)構(gòu)布置進行重點分析，避免因此方面缺陷而虛弱結(jié)構(gòu)抗震性能。高層建筑抗震設(shè)計中，不規(guī)則結(jié)構(gòu)往往使抗震設(shè)計與施工不能準確確定均衡點，忽視薄弱環(huán)節(jié)施工要求，進而會影響整體施工效果。

3 高層建筑抗震設(shè)計要點

3.1 選擇科學結(jié)構(gòu)形式

建筑工程高度不斷增加，受地震作用影響也越來越嚴重，如果結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性比較低，很容易出現(xiàn)水平位移問題，增加了結(jié)構(gòu)安全隱患，同時在上下剛度不均勻變化的結(jié)構(gòu)中，各層的剛度中心未能在同一軸線上，甚至會產(chǎn)生較大差距，因此，在選擇結(jié)構(gòu)形式時，需要結(jié)合工程建設(shè)環(huán)境特點，重點考慮結(jié)構(gòu)側(cè)移度，爭取提高結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性。并且要總結(jié)以往經(jīng)驗，分析不同結(jié)構(gòu)形式所具有的特點，掌握其受力要求，保證所選結(jié)構(gòu)形式可以達到抗震設(shè)計要求。

3.2 加強施工現(xiàn)場管理

處于軟弱地基的工程，如果不采取措施處理，會因為地基穩(wěn)定性比較低，而造成結(jié)構(gòu)出現(xiàn)沉降、倒塌等情況。這樣基于抗震要求，在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，需要重視現(xiàn)場管理，結(jié)合實際情況確定設(shè)計要點，且保證所選地點具有較高抗震優(yōu)勢，通過采取相應措施對地基進行處理，提高其穩(wěn)定性，從根本上來提高工程整體抗震性能[5]。

3.3 多層次結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計

保證高層建筑主要耗能構(gòu)件具有符合規(guī)范要求的延伸性與剛?cè)嵝裕瑢Φ卣甬a(chǎn)生的作用力起到有效的延緩作用，降低對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響，同時還可以提高工程整體設(shè)計效果。另外，還要做好對高層建筑內(nèi)部構(gòu)件關(guān)系的分析，無論是哪一層耗能構(gòu)件出現(xiàn)屈服情況，均需要對其進行彈性檢測，確定其具有較長時間的抗倒塌與傾斜能力，提高工程抗震性能。

4 高層建筑抗震設(shè)計實例分析

4.1 工程概述

以某高層建筑工程為例，為一座綜合型辦公樓，總建筑面積62325.12m2，主體結(jié)構(gòu)為矩形平面，長×寬為32.500m×21.500m。其中，主樓地下1層為人防地下車庫，底面標高-6.300m；地上16層，屋頂標高57.300m，其中1層層高3.900m，2層層高4.500m，3～6層層高3.900m，7～15層典型層高3.600m，16層層高4.600m。另外，東西側(cè)裙房共4層，裙房頂標高15.900m，地上與主樓設(shè)縫分開。主樓2～3層中間25.4m×24.3m范圍設(shè)置中庭上空，且1～4層中間不設(shè)置結(jié)構(gòu)柱。工程施工地標準雪壓取值0.40kN/m2（n=50），標準風壓取值0.45kN/m2（n=50），抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計地震分組為第二組。

4.2 抗震設(shè)計要點

①工程樓板局部不連續(xù)為樓板平面開大洞情況，需要在洞口周圍設(shè)置鋼筋混凝土梁，并適當提高周圍樓板厚度與配筋。其在進行結(jié)構(gòu)計算時，洞口周邊一跨范圍樓板定義為彈性板，其余則按照剛性樓板設(shè)計。樓板開洞設(shè)計后共用結(jié)構(gòu)長、短柱，要重點做好跨層柱長度的計算與復核。提高短柱箍筋對直徑對應抗震規(guī)范，且全部進行加高加密處理。而長柱則應該選擇用型鋼混凝土柱，延伸到5層層頂，其中型鋼材料為HN800×400×20×40，同樣對所有箍筋進行加高加密處理。對于軸力設(shè)計值較大的墻肢選擇用承載力高的型鋼混凝土剪力墻，提高分布筋最小配筋率為0.35%～0.40%。

②主樓1～4層中間抽柱造成豎向抗側(cè)力構(gòu)件連續(xù)性降低，為將4層設(shè)計成結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層，需要重點做好其剛度的控制，尤其是加強下部結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度，使轉(zhuǎn)換層上下主體結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度平穩(wěn)過渡。同時，還可以提高剪力墻底部加強部位的抗震等級，而對于已經(jīng)為特一級的不需要提高。且為彌補結(jié)構(gòu)因布置樓梯與電梯井造成的板平面剛度減小，將板厚度提高到150mm，并選擇用雙層雙向通長配筋。

③對于4層層頂結(jié)構(gòu)，豎向收進會對結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度產(chǎn)生影響，為提高剪力墻整體剛度，設(shè)計時可以提高關(guān)鍵部位樓板厚度，或者是增加配筋數(shù)量。同時，還應將收進部位樓板定義為彈性板計算，通過彈性時程分析法，對多遇地震進行補充計算。將框架部分承擔地震剪力進行調(diào)整，即調(diào)整值=MIN（0.2×底部總震剪力，1.5×樓層地震剪力標準值中最大值）。

5 結(jié)束語

在進行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時應根據(jù)建筑物的實際情況以及所處的地理位置進行設(shè)計，既要滿足其具有足夠的剛度又要避免結(jié)構(gòu)在水平荷載的作用下產(chǎn)生過大的位移而影響結(jié)構(gòu)的承載力、穩(wěn)定性以及正常使用功能等?；趯I(yè)技術(shù)，對施工現(xiàn)場特征進行分析，確定結(jié)構(gòu)設(shè)計要點，保證結(jié)構(gòu)具有較高安全性與穩(wěn)定性。

參考文獻：

[1]蔡靜敏.某超限高層建筑結(jié)構(gòu)抗震超限設(shè)計與分析[D].華南理工大學，2013.

[2]劉建鑫.高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計分析的主要內(nèi)容[J].呼倫貝爾學院學報，2014（02）：111-116，110.

[3]張罡睿.高層建筑工程抗震設(shè)計中的相關(guān)問題分析[J].門窗，2014（04）：258-259.

[4]郭霞飛.高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計思想與工程實例分析[J].四川建材，2009（03）：120-121.