試論我國高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計

時庚午

摘 要：高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計已受到廣泛關(guān)注。本文分析了高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計內(nèi)容和地震作用下高層建筑結(jié)構(gòu)的破壞特征，并探討了我國高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計方法。

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

1、高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的內(nèi)容

在正常情況下，強烈的地震作用會使高層建筑的抗震結(jié)構(gòu)進入可塑性狀態(tài)。為了確保地震作用下的結(jié)構(gòu)性能能夠滿足實際要求，有必要將結(jié)構(gòu)彈塑性變形能力納入高層建筑的抗震設(shè)計中。從目前國內(nèi)外抗震設(shè)計研究的發(fā)展趨勢來看，主要集中在結(jié)構(gòu)在不同程度的超越概率作用下的變形要求和結(jié)構(gòu)性能要求的合理設(shè)計。其中，結(jié)構(gòu)的彈塑性分析是抗震設(shè)計的重要組成部分。由于其難度和復(fù)雜性，它對某些問題（例如如何設(shè)置和計算）也有不同的要求。

2、地震作用下高層建筑結(jié)構(gòu)的破壞特征

2.1基礎(chǔ)

首先，高層建筑將顯著提高沖積土壤厚弱的土地的破壞率;第二、在不利或危險的地區(qū)。在建的高層建筑由于地基的破壞而損壞。第三是由于地基土液化引起的地基不均勻沉降，使整個上部結(jié)構(gòu)更加傾斜或損壞。第四是建筑結(jié)構(gòu)的基本周期為時，場地的自然振動周期相似時，由共振效應(yīng)引起的破壞會增加。

2.2就結(jié)構(gòu)體系而言

首先，所采用的房屋結(jié)構(gòu)是“填充墻框架”，并且在鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的平面中柱的上端易于發(fā)生剪切破壞。由于窗下墻的約束，外墻框架柱出現(xiàn)短柱剪力型破壞。其次，如果建筑物采用“底框結(jié)構(gòu)”系統(tǒng)，則底層的剛性較弱，將受到嚴(yán)重破壞。如果房屋采用“墻框式”系統(tǒng)，并且底層是沒有磚墻的開放式框架，則底層也會受到嚴(yán)重破壞;第三、建筑結(jié)構(gòu)采用抗震墻體系，破壞不大。第四、對于具有鋼筋混凝土板和立柱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的建筑物，由于地板的較大橫向移動或地板的沖孔，會損壞柱腳，并且每層的地板均會掉落并與地面重疊。

2.3就建筑物形狀而言

首先，不規(guī)則的扁平建筑物（包括L形，Y形，T形）的破壞率顯著提高;其次，一些高層建筑具有較大的底盤，突然減少了講臺頂面與主樓相接的區(qū)域，這意味著當(dāng)相鄰樓層的質(zhì)量發(fā)生突然的大變化時，損壞會加劇。第三、平面圖的重心偏移越大，則損害越大，嚴(yán)重性就越大;第四、由于抗震縫的寬度太小，會引起建筑物之間的碰撞損壞。

2.4就構(gòu)件形式而言

首先，在整個框架結(jié)構(gòu)中，圓柱的破壞程度通常高于梁和平板的破壞程度。二是在混凝土柱上配置了螺旋箍筋，當(dāng)層間位移角為大值時，芯混凝土仍完好無損，柱的阻力仍較大。第三是鋼筋混凝土多腿剪力墻窗戶下面的墻一般有對角或十字形裂縫。第四是鋼筋混凝土框架是否在同一樓層上如果同時使用長柱和短柱，則短柱的損壞更為嚴(yán)重。

3、我國高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計方法

3.1選擇的地理位置必須合理

在不同的建筑工地和工程地質(zhì)條件下，地震也會對建筑物造成不同的破壞。因此，在建設(shè)高層建筑項目時，建筑公司應(yīng)首先選擇合適的場地，要求該場地有利于抗震，而建筑應(yīng)盡可能避免不利的抗震場地，這將有助于減少地震災(zāi)難的問題。在建造高層建筑之前，必須首先調(diào)查工程地質(zhì)問題，并使用科學(xué)的解決方案來處理地質(zhì)問題。對于不利的工程現(xiàn)場，有必要充分考慮因現(xiàn)場條件而損壞結(jié)構(gòu)的因素。另外，除了考慮施工地區(qū)地震因素的限制外，還應(yīng)排除不利場所和危險場所作為建設(shè)用地。在高層建筑施工過程中，有必要根據(jù)場地和地基因素及其特點對建筑物可以承受的地震破壞進行分類，并根據(jù)不同場所的特點采取合理的地震對策。在高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計中，結(jié)構(gòu)工程師必須提出的第一件事是避免不利的地質(zhì)環(huán)境。例如，根據(jù)地震設(shè)防類型和基礎(chǔ)液化程度等因素，應(yīng)增強基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)和上部結(jié)構(gòu)的剛度，使基礎(chǔ)液化和下沉?？梢酝耆?/p>

3.2有效地使用剖分柱

短柱的抗彎承載力大于抗剪承載力，它們在地震作用下由于剪切破壞而失效，因此無法充分發(fā)揮抗彎強度。因此，可以人為地削弱短柱的抗彎強度，使抗彎強度等于抗剪強度，或者略低于抗剪強度，從而在地震作用下，立柱可以首先達到抗彎強度。強度，顯示出韌性破壞狀態(tài)。一般而言，通過人為地減弱彎曲強度的方法，可以沿垂直方向在接縫中排列接縫，然后可以將短柱分為由各分支肢和該分裂肢的各分支肢組成的分裂列。柱由單獨的鋼筋形成。在分流柱的兩肢之間可能有一些必要的連接鍵，因此可以顯著提高其初始剛度和以后的能耗。通常，連接鍵的主要形式為：預(yù)制隔板，通過接縫，預(yù)應(yīng)力摩擦阻尼器，混凝土連接鍵等。在分析分流柱的工作性能后，眾所周知，盡管使用分流柱的方法可以保持柱的抗剪承載力基本不變，并略微減小抗彎承載力，可以顯著提高柱的性能。變形性和延性，其破壞模式由剪切轉(zhuǎn)變?yōu)閺澢?，實現(xiàn)了將短柱變?yōu)閌`長柱''的思想，促進了短柱特別是超短柱抗震性能的有效提高。

3.3優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計

在高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計過程中，應(yīng)遵循的設(shè)計原則是對稱和均勻的原則。從綜合抗震能力的概念來看，高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計需要衡量建筑結(jié)構(gòu)和承載力對抗震性的影響。高層建筑在地震中遭受地震的程度與建筑物的動力特性，剛度的合理性，承載力分布，延性等密切相關(guān)。建筑物結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性和空間剛度決定了地震的承受能力高層建筑結(jié)構(gòu)尺寸。為了提高高層建筑的抗震性能，有必要確保建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計中的所有組件都具有較高的延展性，并通過屋頂和屋頂?shù)确椒ㄌ岣呓Y(jié)構(gòu)的空間剛性和整體穩(wěn)定性?，F(xiàn)澆建筑物。另外，為提高結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，還應(yīng)合理布置加強環(huán)梁，以提高高層建筑的抗震性能。該結(jié)構(gòu)主要利用延性使建筑物在大地震的作用下發(fā)生非彈性變形。因此，在地震作用下，高層建筑的結(jié)構(gòu)強度和延展性具有同等重要的意義。為了確保鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在地震作用下的動力響應(yīng)具有一定程度的延性，塑性變形需要集中在延性良好的構(gòu)件上。簡而言之，高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的關(guān)鍵考慮因素是安全性和經(jīng)濟性。目前，我國高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計在抗震設(shè)計方面仍存在不足。因此，有必要做好材料的選擇，分析基礎(chǔ)承載力等參數(shù)，以確保建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計能夠滿足要求。

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