高層建筑結(jié)構(gòu)工程抗震設(shè)計要點分析

竇勝男

摘要：建筑物的抗震性能易受到復(fù)雜因素的影響，存在諸多的問題，給建筑物的安全帶來了隱患。造成這些問題的原因是多方面的，包括認(rèn)識不足、設(shè)計人員對抗震概念設(shè)計的忽視（未能全面把握全局）、法制建設(shè)（抗震設(shè)防管理尤其是處罰管理缺乏國家法律依據(jù)）。因此，堅決貫徹落實相關(guān)建筑法規(guī)，貫徹高層建筑抗震設(shè)計的基本原則，是保證高層建筑抗震性能的基本保證。本文介紹了地震作用下高層建筑結(jié)構(gòu)的破壞特點，分析了我國高層建筑抗震設(shè)計中存在的問題，探討了高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的對策。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu);抗震設(shè)計;問題;要點

前言

現(xiàn)代城市的發(fā)展促使高層建筑的不斷增多，抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計也顯得越來越重要。而新型結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，分析難度大，全面細(xì)致的考慮結(jié)構(gòu)各個構(gòu)件和每個組成部分，成為今后新型結(jié)構(gòu)體系設(shè)計和考慮的重點。關(guān)鍵詞：高層建筑抗震設(shè)計特點問題對策

一、我國高層建筑抗震設(shè)計中存在的問題

1.部分建筑物高度過高

根據(jù)我國現(xiàn)行的高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程規(guī)定，在標(biāo)準(zhǔn)的防裂度和科學(xué)的結(jié)構(gòu)形式下，高層建筑需要有合理的建設(shè)高度，只有在這種高度下，抗震設(shè)計才會穩(wěn)定安全，但是，我國有不少建筑已經(jīng)超過的高度限制，當(dāng)遇到震力時，這些超高的建筑物的變形破壞性會發(fā)生很大的變化，因而會降低建筑物的抗震性能，同時，其它的不良的因素也會被誘發(fā)出來，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)設(shè)計和工程預(yù)算參數(shù)的改變。

2.地基的選取不合理

現(xiàn)代城市不斷的發(fā)展，而人口也在不斷增多，城市的人均占有面積已經(jīng)在逐漸減少，但很多建筑商忽略了這一個問題，他們發(fā)現(xiàn)哪里的利潤空間大，就會在哪里施工，但高層建筑應(yīng)該選擇地域?qū)掗煹耐恋?，同時要保證土地的堅硬或密實均勻中，遠離河岸，不應(yīng)垮在兩類土壤上，避開不利的地形或異性地形，例如：斷層、山崖、滑坡、地陷等，在這些地段開展建設(shè)也會遭遇很多危險。因此，地基選擇的錯誤還可能導(dǎo)致抗震能力差。

3.材料的選用不科學(xué)，結(jié)構(gòu)體系不合理

特別是在地震多發(fā)地區(qū)，建筑材料的選擇和結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計受到人們廣泛的關(guān)注和重視。目前，我國建筑物主要是由鋼筋混凝土組成的。因此，變形的控制與設(shè)計必須以鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的位移限值為準(zhǔn)。但是，鋼筋混凝土的彎曲變形側(cè)移較大，如果利用鋼框架來減少位移，不僅會增加鋼筋的負(fù)荷，且無明顯的輔助效果，為此，有時還必須加大混凝土的剛度或設(shè)置伸臂結(jié)構(gòu)，這樣才能勉強滿足其位移控制標(biāo)準(zhǔn)。

4.較低的抗震設(shè)防烈度

很多專業(yè)人士認(rèn)為，現(xiàn)有的建筑安全設(shè)計之都已經(jīng)無法在滿足國家的發(fā)展了，建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計水平還需要不斷的提高。因為我國現(xiàn)有的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)還是較低的，中震相當(dāng)于在規(guī)定的設(shè)計基準(zhǔn)期內(nèi)超越概率為10%的地震烈度，較低抗震防裂的標(biāo)準(zhǔn)也阻礙了抗震設(shè)計的發(fā)展。

5.軸壓比與短柱問題

在混凝土機構(gòu)的建筑中，設(shè)計人員為了控制柱的軸壓比，促使柱的斷面更大，而柱的縱向鋼筋卻為構(gòu)造配筋，即使使用高強度的混凝土，其柱面的尺寸也沒有明顯的減小?？刂浦拥妮S比，是為了讓柱子處于大偏壓狀態(tài)，避免IE 受拉鋼筋而導(dǎo)致的混凝土被碾碎，使柱子的抗變形能力降低，縮短的建筑結(jié)構(gòu)的使用質(zhì)量，如果建筑物遭遇到地震，耗散和吸收地震能量少，結(jié)構(gòu)就容易被損壞。因此，如果在框結(jié)構(gòu)中可以保持強柱弱梁設(shè)計，同時梁的穩(wěn)定性良好，柱子變形的可能就會大大減少，設(shè)計人員便可放松軸壓的比限值。此外，有不少高層建筑底部幾層柱的長細(xì)比小于4，但并不代表這是短柱，當(dāng)剪跨比≤ 2 的時候才能算是短柱。專家認(rèn)為，目前要開展抗震設(shè)計，其高軸壓比應(yīng)需提高?？墒?，在實踐中，即使能調(diào)整軸壓比限值，柱斷面并不能由于略微增大軸壓比限值而顯著減小。可見，在有抗震設(shè)計的高層建筑中使用鋼筋混凝土還需要進一步的研究。

二、高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的對策

1.推廣使用隔震和消能減震設(shè)計。

目前我國和世界各國普遍采用的傳統(tǒng)抗震結(jié)構(gòu)體系是“延性結(jié)構(gòu)體系”，即適當(dāng)控制結(jié)構(gòu)物的剛度，但容許結(jié)構(gòu)構(gòu)件在地震時進入非彈性狀態(tài)，并具有較大的延性，以消耗地震能量，減輕地震反應(yīng)，使結(jié)構(gòu)物“裂而不倒”。采取軟墊隔震、滑移隔震、擺動隔震、懸吊隔震等措施，改變結(jié)構(gòu)的動力特性，減少地震能量輸入，減輕結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)，是一種很有前途的防震措施。提高結(jié)構(gòu)阻尼，采用高延性構(gòu)件，能夠提高結(jié)構(gòu)的耗能能力，減輕地震作用，減小樓層地震剪力。

2.減少地震能量輸入

積極采用基于位移的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計，要求進行定量分析，使結(jié)構(gòu)的變形能力滿足在預(yù)期的地震作用下的變形要求。除了驗算構(gòu)件的承載力外，要控制結(jié)構(gòu)在大震作用下的層間位移角限值或位移延性比;根據(jù)構(gòu)件變形與結(jié)構(gòu)位移關(guān)系，確定構(gòu)件的變形值;并根據(jù)截面達到的應(yīng)變大小及應(yīng)變分布，確定構(gòu)件的構(gòu)造要求。對于高層建筑，選擇堅硬的場地土建造高層建筑，可以明顯減少地震能量輸入減輕破壞程度。錯開地震動卓越周期，可防止共振破壞。

3.在高層建筑的方案設(shè)計階段

結(jié)構(gòu)材料選用也很重要?？梢詫Σ牧蠀?shù)隨機性的抗震模糊可靠度進行分析，改變過去對結(jié)構(gòu)抗震可靠度的研究只考慮荷載的不確定性而忽略了其他多種不確定因素，綜合考慮了材料參數(shù)的變異性，地震烈度的隨機性及烈度等級界限的隨機性與模糊性對結(jié)構(gòu)抗震可靠度的影響。

4.高層建筑減輕結(jié)構(gòu)自重

從地基承載力來看，如果是同樣的地基條件，減輕結(jié)構(gòu)自重意味著在不增加基礎(chǔ)或地基處理造價的情況下，可以多建層數(shù)，特別是對于軟土更為明顯。地震效應(yīng)與建筑質(zhì)量成正比，結(jié)構(gòu)質(zhì)量的增加必然引起地震力的增大。高層建筑由于高度較大，重心較高，地震作用傾覆力矩也隨質(zhì)量的增加而增大。設(shè)計時要求高層建筑物的填充墻及隔墻應(yīng)采用輕質(zhì)材料。

5.高層建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)設(shè)置多道抗震防線

建筑物應(yīng)設(shè)置多道抗震防線，當(dāng)?shù)谝坏婪谰€的構(gòu)件在強烈地震作用下遭到破壞后，后備的第二道乃至第三道防線能抵擋后續(xù)的地震動的沖擊，使建筑物免于倒塌。高層結(jié)構(gòu)形式應(yīng)采用具有及壁式框架的框架剪力墻，剪力墻框架簡體，筒中筒等多道抗震防線結(jié)構(gòu)體系。

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（作者單位：遼寧北方建筑設(shè)計院有限責(zé)任公司）