高層結(jié)構(gòu)抗震設計的方法研究

【摘要】在建筑結(jié)構(gòu)中，杭震設計占據(jù)了極為重要的位置，而高層結(jié)構(gòu)又在抗震方面尤為重視.本文就高層結(jié)構(gòu)的杭震設計方法進行了探討，提出了抗震設計中的一些問題和抗震的方法。

【關鍵詞】抗震；結(jié)構(gòu)；方法

高層結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)體系是隨著社會生產(chǎn)的發(fā)展和科學技術的進步而不斷發(fā)展的隨著經(jīng)濟水平的增反和高層結(jié)構(gòu)的增多，結(jié)構(gòu)抗震分析和設計已經(jīng)變得越來越重要特別是我國處于地震多發(fā)國，高層結(jié)構(gòu)抗震設防是工程設計面臨的迫切任務，高層結(jié)構(gòu)的抗震仍然是結(jié)構(gòu)物安全考慮的重要問題。

1. 高層結(jié)構(gòu)抗震設計基本原則

1.1場地設計。地震對結(jié)構(gòu)物的破壞程度，首先取決于地震釋放能量的大不，同時還和震源深淺程度、結(jié)構(gòu)物與震中距離以及結(jié)構(gòu)物所處場地土性質(zhì)有關。因此，在大范圍上說，對不同抗震烈度地區(qū)要采取不同的結(jié)構(gòu)選型和高度控制，在越高級抗震的地區(qū)建設高層結(jié)構(gòu)應該更為注意。

1.2材料和結(jié)構(gòu)體系的選擇。 我國高層結(jié)構(gòu)中常采用的結(jié)構(gòu)體系有：框架、框架一剪力墻、剪力墻和筒體等幾種體系，這也是其他國家高層結(jié)構(gòu)采用的主要體系。但國外，特別地震區(qū)，是以剛結(jié)構(gòu)為主，而在我國鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和混合結(jié)構(gòu)卻占了90%。高層結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力體系是高層結(jié)構(gòu)是否合理、經(jīng)濟的關鍵，隨著結(jié)構(gòu)高度及功能的發(fā)展需要而不斷發(fā)展變化。

1.3選擇有利的結(jié)構(gòu)體型。平面布置。在滿足結(jié)構(gòu)功能的前提下，結(jié)構(gòu)平面布置應該簡單、規(guī)則、對齊、對稱，力求使平面剛度中心和質(zhì)量中心重合，盡量減少偏心，以減小地震作用下的扭轉(zhuǎn)。

2. 高層結(jié)構(gòu)抗震設計中的問題

2.1有些結(jié)構(gòu)物高度超過極限。按我國現(xiàn)行高層結(jié)構(gòu)混凝土結(jié)構(gòu)技術規(guī)程規(guī)定，在一定設防烈度和一定結(jié)構(gòu)型式下，鋼筋混凝土高層結(jié)構(gòu)都有一個適宜的高度。在這個高度，抗震能力還是比較穩(wěn)妥的，但是目前不少高層結(jié)構(gòu)超過了高度限制。在震力作用下，超高限建筑物的變形破壞性態(tài)會發(fā)生很大的變化，建筑物的抗震能力會下降，很多影響因索也發(fā)生變化，結(jié)構(gòu)設計和工程預算的相應參數(shù)需要重新選取。

2.2地基的選取不合理。由于城市人口的增多和相對空間的縮不，不少建筑商忽略了這問題，哪里商業(yè)空間大就在哪里建高層結(jié)構(gòu)應選擇位于開闊平坦地帶的堅硬土場地或密實均勻中硬土場地，遠離河岸，不應垮在兩類土壤上，避開不利地形、避免在斷層、山崖、滑坡、地裂等抗震危險地段建造房屋。高層結(jié)構(gòu)的地基選取不恰當可能導致抗震能力差，材料的選用不科學，結(jié)構(gòu)體系不合理在地震多發(fā)生，采用何種建筑材料或結(jié)構(gòu)體系較為合理應該得到人們的重視。由于我國建筑結(jié)構(gòu)主要以鋼筋混凝土核心筒為主，變形控制要以鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的位移限值為基準。但因其彎曲變形的側(cè)移較大，靠剛度很不的鋼框架協(xié)同工作減小側(cè)移，不僅增大了鋼結(jié)構(gòu)的負擔，而且效果不大，有時不得不加大混凝土筒的剛度或設置伸臂結(jié)構(gòu)，形成加強層才能滿足規(guī)范側(cè)移限值 較低的抗震設防烈度現(xiàn)在許多專家提出，現(xiàn)行的建筑結(jié)構(gòu)設計安全度已不能適應國情的需要，建筑結(jié)構(gòu)設計的安全度水平應該大幅度提高我國現(xiàn)行抗震設防標準是比較低的，中震相當于在規(guī)定的設計基準期內(nèi)超越概率為10%的地震烈度，較低的抗震設防烈度放松了高層結(jié)構(gòu)的抗震要求。

3. 高層結(jié)構(gòu)抗震設計的方法

3.1高層結(jié)構(gòu)減輕結(jié)構(gòu)自重一方面從地基承載力來看，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。另一方面地震效應與建筑質(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。高層結(jié)構(gòu)由于其高度較大，重心較高，地震作用傾覆力矩也隨質(zhì)量的增加而增大設計時要求高層結(jié)構(gòu)物的填充墻及隔墻應采用輕質(zhì)材料。

3.2當按剪跨比判定柱子不是短柱時，按一般框架柱的抗震要求采取構(gòu)造措施即可；確定為短柱后，就應當盡量提高短柱的承載力，減小短柱的截而尺寸，采取各種有效措施提高短柱的延性，改善短柱的抗震性能。

延性要求這要求我們應根據(jù)建設工程的各方面條件，選用符合抗震要求又經(jīng)濟實用的結(jié)構(gòu)類別。

3.4高層結(jié)構(gòu)應設置多道抗震防線。建筑物應設置多道抗震防線，當?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。減少地震能量輸入。積極采用基于位移的結(jié)構(gòu)抗震設計，要求進行定量分析，使結(jié)構(gòu)的變形能力滿足在預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)位移關系，確定構(gòu)件的變形值；并根據(jù)截面達到的應變大不及應變分布，確定構(gòu)件的構(gòu)造要求。對于高層結(jié)構(gòu)，選擇堅硬的場地土建造高層結(jié)構(gòu)，可以明顯減少地震能量輸入減輕破壞程度。錯開地震動活越周期，可防止共振破壞。

3.5調(diào)整內(nèi)力以加強薄弱部位，在高層結(jié)構(gòu)中，有一些薄弱部位，如果能有意識地使它提早屈服或提高其承載力，可以推遲它的屈服，減小它的破壞。如加強轉(zhuǎn)換層；注意防震縫的設計，必須留有足夠的寬度；高層部分和低層部分之間的連接構(gòu)造；框架柱的箍筋量和錨固長度等。這里大多數(shù)是屬于結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設計，需由專業(yè)人員進行設計計算和施工。 建筑安全是建筑設計中一個不可分割的部分，可以說是極為重要的組成部分，而抗震設計又是重中之重。但高層結(jié)構(gòu)抗震設計又是一個復雜的過程，要從主體上了解結(jié)構(gòu)抗震特點，從宏觀上確定結(jié)構(gòu)設計的基本問題，用正確的概念來引導設計。

4. 結(jié)語

可以看出現(xiàn)行抗震設計方法不能完全反應強震特征及在強震下的結(jié)構(gòu)性能，按現(xiàn)行抗震設計方法所設計的復雜高層結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)安全性還有一定的不確定性因素。當今我國已經(jīng)建成的大量復雜高層結(jié)構(gòu)，雖然有一定的試驗和理論研究作為依據(jù)，但經(jīng)過強震作用檢驗的結(jié)構(gòu)為數(shù)較少，這些復雜高層結(jié)構(gòu)在大震下的真實性能還有待地震檢驗。并且新型結(jié)構(gòu)原理的進步，高性能材料的共同發(fā)展，計算機技術水平的不斷提高，促使人類建筑精品再上一個新的臺階。新型結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu)形式復雜，受力分析難度大，全面細致的考慮結(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)體系設計和考慮的重點。新型結(jié)構(gòu)體系的發(fā)展和廣泛應用滿足了現(xiàn)代社會對建筑物的使用功能和外觀的要求，抗震的要求使得結(jié)構(gòu)的發(fā)展日益趨于成熟，人類建筑結(jié)構(gòu)抗震設計的研究成果將越來越多地被應用于實踐。

參考文獻

［1］《建筑抗震設計規(guī)范》北京：中國建筑工業(yè)出版社.

［2］《高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)概念設計》 方鄂華 機械工業(yè)出版社.

［3］《高層建筑設計技術》中國建筑工業(yè)出版社.