高層住宅建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)

蘇州華造建筑設(shè)計(jì)有限公司 215000

摘要：隨著建筑高度的不斷增高，建筑結(jié)構(gòu)的抗震穩(wěn)定性成為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要控制點(diǎn)之一。良好的建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)可以有效地減少地震災(zāi)害對于建筑的破壞，最大限度地保障人們的生命安全。文章主要針對高層建筑結(jié)構(gòu)中抗震設(shè)計(jì)的要點(diǎn)進(jìn)行分析，為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員合理開展建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)提供參考。

關(guān)鍵詞：高層住宅；建筑；抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.高層住宅建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法

1.1以結(jié)構(gòu)中的基本構(gòu)造為依據(jù)

通常我們?nèi)绻凿摻罨炷量蚣茏鳛榻ㄖ饕慕Y(jié)構(gòu)，那么對工民建結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，就需要充分的考慮影響鋼筋混凝土的構(gòu)建因素，如鋼筋截面尺寸大小、最小配筋率等，通過對這些進(jìn)行充分的計(jì)算，從而對抗震性能進(jìn)行有效的設(shè)計(jì)。大多數(shù)情況下，如果我們選擇對房屋高度、樓層以及整個(gè)建筑的高度進(jìn)行限制的構(gòu)造方法，這種方法一般用于對工民建筑的磚混結(jié)構(gòu)構(gòu)造的設(shè)計(jì)。另外，設(shè)計(jì)工民建筑的橫縱墻結(jié)構(gòu)時(shí)，通常情況下主要針對鋼筋混凝土的構(gòu)造柱以及防震縫進(jìn)行設(shè)置。隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，建筑行業(yè)的發(fā)展也日益迅速，建筑行業(yè)中建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范得到不斷的完善，例如建筑屋頂?shù)碾娞荨菢?gòu)造的設(shè)計(jì)等。

1.2以建筑規(guī)劃和場地為依據(jù)

穩(wěn)定性較強(qiáng)的建筑場地，是在進(jìn)行工民建筑結(jié)構(gòu)良好的抗震性能設(shè)計(jì)時(shí)需要充分考慮的問題。抗震層的設(shè)置是建筑物抗震性能設(shè)計(jì)優(yōu)劣的重要因素之一。建筑結(jié)構(gòu) 的外部空間進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要對與相鄰樓棟間的距離、建筑物外觀、樓棟之間的舒適度以及建筑物的安全性能進(jìn)行充分的考慮。建筑結(jié)構(gòu)場地進(jìn)行規(guī)劃時(shí)，主要需要考慮的因素有建筑物結(jié)構(gòu)上部位移特點(diǎn)、位移性能、結(jié)構(gòu)整體移動(dòng)范圍內(nèi)無障礙物等。因?yàn)榻ㄖ锏氖褂媚晗掭^長，因此如果出現(xiàn)障礙物，可以在建筑物可移動(dòng)范圍內(nèi)設(shè)置出入口。但是出入口的設(shè)置也存在一定的問題，如有時(shí)會(huì)對人們的生命安全造成威脅，因此，我們可以采取設(shè)置門墻或是標(biāo)志的方式，提高過往人群和車輛的安全

1.3以建筑結(jié)構(gòu)性能目標(biāo)為依據(jù)

工民結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)主要的目的就是在遇到地震時(shí)，能夠有效的保證建筑物的安全。因此，建筑物結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)需要考慮的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)是遵循建筑區(qū)域內(nèi)可能出現(xiàn)的大地震烈度機(jī)構(gòu)性。抗震性能指標(biāo)是以建筑物受到地震影響時(shí)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部結(jié)構(gòu)不會(huì)受到破壞。同時(shí)，還要保證建筑結(jié)構(gòu)中沒有抗震性能的結(jié)構(gòu)以及建筑物結(jié)構(gòu)的重要基礎(chǔ)部位也具有較強(qiáng)的抗震能力。除了對建筑物抗震性能的考慮之外，我們還要充分考慮建筑物的抗風(fēng)性能。在大風(fēng)或者臺(tái)風(fēng)的影響下，建筑物的結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生水平振動(dòng)從而導(dǎo)致建筑物安全性能的降低，同時(shí)還會(huì)影響建筑物本身的抗震構(gòu)造的耐久性。因此，建筑物抗震設(shè)計(jì)的要求得到滿足就需要將建筑結(jié)構(gòu)的性能指標(biāo)達(dá)到制定的標(biāo)準(zhǔn)。

2.高層住宅建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)

2.1選取合適的建筑場地

由于地震的影響范圍較大，其影響區(qū)域內(nèi)的建筑物均會(huì)受到不同程度的損壞。因此，在建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)時(shí)，選取合適的建筑場地對于抗震設(shè)計(jì)至關(guān)重要。首先，在建筑場地選擇時(shí)，要選取地質(zhì)結(jié)構(gòu)堅(jiān)硬、周圍地勢開闊等對抗震有利的區(qū)域，這樣可以最大限度地減緩地震災(zāi)害發(fā)生時(shí)地基土體產(chǎn)生的較大程度的沉陷，以達(dá)到很好的抗震效果；其次，建筑場地盡量避開有較大坡度的山腳以及地質(zhì)不均勻及地基軟弱的區(qū)域；最后，盡量避免地震多發(fā)地帶。

2.2建筑結(jié)構(gòu)的高度設(shè)計(jì)

依據(jù)我國現(xiàn)行《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程（JGJ3-2010）》規(guī)定，在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)綜合考慮適用性、經(jīng)濟(jì)性的原則，并給出不同結(jié)構(gòu)體系的最大適用高度。但在實(shí)際工程中，出現(xiàn)許多建筑的高度超過規(guī)范規(guī)定的設(shè)計(jì)高度。在面對這些超高建筑物問題時(shí)，應(yīng)采取嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)的態(tài)度。因?yàn)樵诘卣馂?zāi)害發(fā)生時(shí)，超高層建筑的結(jié)構(gòu)變形將發(fā)生顯著的變化，同時(shí)隨著高度的增加，結(jié)構(gòu)變形的影響因素會(huì)發(fā)生很大的變化，如延性要求、安全指標(biāo)、材料性能、荷載組合系數(shù)等。

2.3材料和結(jié)構(gòu)體系選擇的問題

在地震多發(fā)地區(qū)，選用何種建筑材料和何種結(jié)構(gòu)體系的抗震性能更好這個(gè)問題應(yīng)該引起人們的關(guān)注。在我國，超過150m的高層建筑，通常采用框架筒體系、筒中筒體系、組合筒三種，同時(shí)這三種結(jié)構(gòu)體系也是其他國家的高層建筑普遍采用體系類型。但在國外地震多發(fā)地區(qū)，主要以鋼結(jié)構(gòu)為主要建筑材料，而我國90%的高層建筑結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土材料和混合類型結(jié)構(gòu)體系。研究表明，采用鋼筋混凝土混合結(jié)構(gòu)的內(nèi)筒在地震作用下，要承擔(dān)80%的地震作用力。由于此結(jié)構(gòu)體系的核心是鋼筋混凝土筒，因此其變形限度要以鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的變形限度為基礎(chǔ)，不得超越。但由彎曲變形所引起的側(cè)向位移較大，靠鋼框架共同作用減小側(cè)向位移，由于鋼框架剛度小，使得結(jié)構(gòu)的負(fù)荷受限制，因而減小側(cè)移的效果不明顯。通常采用加大鋼筋混凝土筒的剛度或設(shè)置伸臂結(jié)構(gòu)，提高結(jié)構(gòu)的剛度和強(qiáng)度。

2.4軸壓比和短柱設(shè)計(jì)

在建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中，為了提高結(jié)構(gòu)的抗震性，需要減小柱的軸壓比，增大柱的截面尺寸。減小柱軸壓比的主要目的是為了使柱子處于大偏心受壓狀態(tài)，避免縱向受力鋼筋未達(dá)到受拉屈服而混凝土卻被壓碎的情況發(fā)生。由于柱的剛性強(qiáng)度比較高，使得整體結(jié)構(gòu)的延性就差，當(dāng)發(fā)生地震災(zāi)害時(shí)，結(jié)構(gòu)吸收地震能量和耗散能量就少，使得結(jié)構(gòu)很容易發(fā)生破壞。所以在高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，通常采用強(qiáng)柱弱梁設(shè)計(jì)方法，且梁具有很好的延性，可以發(fā)生適量的變形，就會(huì)減少柱子進(jìn)入屈服強(qiáng)度的可能性，且在設(shè)計(jì)時(shí)可以適當(dāng)增大軸壓比。此外，許多高層建筑底層的柱子長細(xì)比小于4，但不能依據(jù)長細(xì)比小于4則判斷是短柱。因?yàn)槎讨拇_定因素是柱的剪跨比，只有柱的剪跨比小于等于2才是短柱。

2.5提高抗震設(shè)計(jì)等級

由于近幾年，一些特大地震災(zāi)害頻頻出現(xiàn)，給我國造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。研究表明，以地震災(zāi)害分析50年為一個(gè)分析周期，而小震的重現(xiàn)世間為50年，小震災(zāi)害已經(jīng)超過抗震設(shè)計(jì)安全烈度的概率為62%；中型地震的重現(xiàn)世間為475年，中震災(zāi)害已經(jīng)超過抗震設(shè)計(jì)安全烈度的概率為10%；大型地震的重現(xiàn)世間為2000年，大震災(zāi)害已經(jīng)超過抗震設(shè)計(jì)安全烈度的概率為2%。因此，一些建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)專家指出，我國地震多發(fā)地帶應(yīng)該及時(shí)提高建筑結(jié)構(gòu)的抗震等級，嚴(yán)格控制建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)，確保建筑結(jié)構(gòu)的抗震穩(wěn)定性。

2.6隔震和消能減震設(shè)計(jì)

有些高層建筑對于抗震的要求較為嚴(yán)格，除了要實(shí)現(xiàn)一般的抗震效果外，還有保證隔振、消能等方面的需求。因此，為了達(dá)到這些效果，首先，從場地與地基的角度來看，應(yīng)該選擇具有較高密實(shí)度的地基，因?yàn)楦呙軐?shí)度的地基，可以減輕地震發(fā)生時(shí)所產(chǎn)生的能量給建筑造成的破壞，降低共振發(fā)生幾率。對于不同建筑，其所要求的隔振系數(shù)有所不同，因此，在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，一定要具體問題具體分析，選擇相應(yīng)的隔震支座，并且，也要考慮因風(fēng)力所給建筑帶來的負(fù)荷。對于隔振、消能方面的建筑構(gòu)件的選擇上，盡量采用延性好的材料，使建筑受地震能力帶來的破壞降低。

結(jié)束語：

綜上所述，本文主要分析了工民建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的抗震設(shè)計(jì)方法以及提高抗震設(shè)計(jì)的有效措施，抗震設(shè)計(jì)的方法主要介紹了三種：以工民建筑結(jié)構(gòu)的基本構(gòu)造為依據(jù)、以工民建筑規(guī)劃和場地為依據(jù)以及以工民建筑結(jié)構(gòu)性能目標(biāo)為依據(jù)，并結(jié)合這三種方法總結(jié)出了三點(diǎn)提高工民建筑工程抗震設(shè)計(jì)質(zhì)量的有效措施，例如，選擇恰當(dāng)?shù)慕ㄖ龅亍⑦x擇科學(xué)合理的結(jié)構(gòu)形式等等。筆者希望更多的專業(yè)人士能投入到該課題研究中，針對文中存在的不足，提出指正建議，為提高我國工民建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的抗震設(shè)計(jì)工作做出重要的貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]高鵬，喬可義.重視概念設(shè)計(jì)，提高建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的質(zhì)量[J].黑龍江科技信息，2011（03）.

[2]婁宇，溫凌燕，徐小燕，王慶揚(yáng)，王傳甲，陳志強(qiáng)，彪仿俊.基于大震彈塑性時(shí)程分析的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)[J].建筑結(jié)構(gòu)，2011（05）.

[3]張大勇，施養(yǎng)杭.異形柱框架結(jié)構(gòu)抗震性能的概念設(shè)計(jì)[J].華僑大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2010（03）.