試論高層建筑抗震設(shè)計

陳潔 宋振濤 康莉

【摘要】我國是個地震災(zāi)害較頻繁的國家，所以，高層建筑在設(shè)計過程中一定要考慮抗震能力。本文分析了當前我國高層建筑結(jié)構(gòu)中抗震性設(shè)計中的問題，并提出有效的抗震性措施。

【關(guān)鍵詞】高層建筑? 結(jié)構(gòu)設(shè)計? 要點分析

前言：我國是個地震災(zāi)害發(fā)生頻繁的國家，所以，高層建筑在設(shè)計和建造的時候，一定要考慮抗震能力，我國目前對高層建筑抗震能力的要求是8級，在地震來臨的時候，做到“大震不倒，中震可修，小震不壞”，只有這樣，才能在地震來臨的時候，最大限度確保廣大人民群眾的生命安全。

一、高層建筑抗震設(shè)計的作用

高層建筑設(shè)計過程中不能輕視抗震設(shè)計方面。相對于普通建筑，高層建筑的構(gòu)造、規(guī)模、具體構(gòu)件都呈現(xiàn)出明顯的不同。如果高層建筑設(shè)計、施工質(zhì)量不達標，將造成難以挽回的損失。所以，高層抗震設(shè)計首要環(huán)節(jié)必須注重抗震設(shè)計的設(shè)防烈度，抗震等級以及抗震強度，嚴格按照國家行業(yè)標準及規(guī)范來設(shè)計?？拐鹪O(shè)計的結(jié)構(gòu)延性、剛度等最終決定了高層建筑工程整體的質(zhì)量，因此必須重視高層建筑中的抗震設(shè)計。

二、高層混凝土建筑抗震設(shè)計主要問題

（一）建筑物高度設(shè)計與國家標準不符

目前，為獲得更大利益，部分施工單位不按照國家標準規(guī)范或設(shè)計院圖紙施工，其項目的建筑高度超出了建筑物原有高度設(shè)計值，一旦地震災(zāi)害發(fā)生，高層建筑物出現(xiàn)坍塌現(xiàn)象的可能性將大幅增加。建筑物設(shè)計高度不滿足國家相關(guān)標準，不僅影響建筑物內(nèi)部強度，也會增加其他施工成本，甚至威脅民眾生命安全。

（二）高層混凝土建筑地基選擇缺乏科學(xué)性

高層混凝土建筑地基選擇尤為重要。如果項目所在地區(qū)土壤情況不良，會影響高層建筑物的設(shè)計抗震效果。隨著我國城市化進程愈來愈快，城市用地更加緊張，有的開發(fā)商為了謀求更大的經(jīng)濟效益，從而忽略了不良土質(zhì)對高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)的影響，盲目立項，結(jié)果，地震一旦發(fā)生，不良地質(zhì)引發(fā)的地震災(zāi)害會遠遠超出人類的控制后果。因此，高層混凝土建筑在選擇地基時應(yīng)該對項目建設(shè)地點的土質(zhì)進行勘察檢測，為設(shè)計提供可靠有效的地質(zhì)勘察報告，已保證高層建筑基礎(chǔ)承載力與現(xiàn)場土質(zhì)強度相匹配。

（三）高層混凝土建筑選材缺乏合理性

我國高層混凝土建筑物多以鋼筋混凝土核心筒為標準設(shè)計，但在實際設(shè)計過程中，鋼筋混凝土的結(jié)構(gòu)位移及建筑選材缺乏合理性是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的又一大問題。在地震災(zāi)害中，高層建筑物頂部易受更大危害，傳統(tǒng)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)建筑物硬度較小，其建筑頂部無法承受較大的地震震動強度。因此，選擇合理的建筑材料，對提升建筑抗震效果有著積極意義。

三、高層混凝土建筑抗震設(shè)計要點分析

（一）改進結(jié)構(gòu)設(shè)計方案

反復(fù)完善、優(yōu)化高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案也是提高建筑物抗震性能的重要措施。在制定結(jié)構(gòu)方案時，要本著提升建筑延展性的原則。延展性即為建筑物在一定空間內(nèi)受到地震災(zāi)害后，其結(jié)構(gòu)還不會受到嚴重損壞，并能自動恢復(fù)到震前狀態(tài)。結(jié)構(gòu)工程師進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)該著重關(guān)注建筑的縱向受力分析，如何合理布置建筑結(jié)構(gòu)，調(diào)整建筑布局，合理分配縱向傳力路徑，是提升建筑物抗震效果的重要舉措。

（二）側(cè)向位移控制

高層建筑進行抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計時還應(yīng)注重側(cè)向位移控制。鑒于高層建筑的樓層逐漸增高，層間側(cè)向位移現(xiàn)象將很難得到有效合理的控制，側(cè)向位移狀況還將伴隨樓層高度的增加逐步加大，體現(xiàn)出側(cè)向位移和建筑物高度的四次方呈正比關(guān)系。一旦施工過程中沒有很好的控制側(cè)向位移幅度，層間側(cè)向位移超出規(guī)定的允許值，將對高層建筑穩(wěn)定性造成嚴重的影響。高層建筑有可能因此引發(fā)倒塌、墻面開裂等狀況，嚴重危害到人民群眾的生命、財產(chǎn)安全。所以，應(yīng)重視高層建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計以及施工過程中的側(cè)向位移控制。

（三）控制扭轉(zhuǎn)效應(yīng)

高層建筑物在地震災(zāi)害中，更容易受到縱向、橫向等方向地震力的影響。在地震過程中，對高層建筑物危害較大的作用力是扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，結(jié)構(gòu)工程師進行高層設(shè)計時要加強抗扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的關(guān)注，對建筑物的最大位移量和最小位移量進行統(tǒng)計，并依據(jù)數(shù)據(jù)設(shè)計出合理的建筑抗震強度，最終保證高層建筑物上下位移控制在允許值內(nèi)，從根本上減小扭轉(zhuǎn)效應(yīng)對建筑物的損害。

四、優(yōu)化高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計的具體策略

（一）選擇良好的抗震結(jié)構(gòu)體系

高層建筑結(jié)構(gòu)在抗震設(shè)計時，應(yīng)選擇合理的結(jié)構(gòu)類型，設(shè)計的結(jié)構(gòu)既要考慮其抗震安全性，也要盡可能的經(jīng)濟。結(jié)構(gòu)應(yīng)布置多道抗震防線，避免部分結(jié)構(gòu)或構(gòu)件失效而導(dǎo)致整個體系喪失抗震能力或喪失對重力的承載能力。此外，結(jié)構(gòu)應(yīng)擁有良好的整體性和變形能力，使結(jié)構(gòu)的強度、剛度和變形能力三者達到統(tǒng)一。

（二）建筑布置宜規(guī)則

高層建筑應(yīng)重視體形和結(jié)構(gòu)的總體布置。由于建筑體形不合理或結(jié)構(gòu)總體布置不合理而造成的地震災(zāi)害，在國內(nèi)外的大地震中都有所見?？拐鹪O(shè)計選擇的建筑平面和立面布置宜對稱、規(guī)則，避免采用嚴重不規(guī)則的結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)的剛度宜均勻變化，豎向抗側(cè)力構(gòu)件的截面尺寸和材料強度宜自下而上逐漸減小，避免有剛度和承載力突然變小的樓層，造成薄弱層的出現(xiàn)，地震時該部分容易破壞。

（三）選擇合理的結(jié)構(gòu)計算簡圖和地震作用傳遞途徑

目前大多數(shù)高層建筑都可以利用計算機進行程序運算，為保證計算結(jié)構(gòu)的可靠性，要求工程設(shè)計人員要熟練掌握結(jié)構(gòu)的簡化計算方法，得到結(jié)構(gòu)構(gòu)件在荷載作用下的計算見圖，結(jié)構(gòu)在地震作用下的傳力途徑要簡單、直接，利用合理的力學(xué)模型和數(shù)學(xué)模型獲得更為符合實際的抗震驗算結(jié)果。

（四）選擇有利于抗震的場地和地基

高層建筑設(shè)計中要選擇對建筑抗震有利的地段，避開對建筑抗震不利的地段。當無法避開時，應(yīng)當采取適當?shù)目拐鸫胧?，不?yīng)在危險地段上建造高層建筑。此外，設(shè)計前應(yīng)估算建筑結(jié)構(gòu)的自振周期，并與場地卓越周期錯開，防止地震時結(jié)構(gòu)發(fā)生類共振現(xiàn)象的破壞。

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