高層建筑工程抗震設(shè)計(jì)中的若干問題

張樹勝

（山東省　德州市　建筑規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院　253020）

高層建筑工程抗震設(shè)計(jì)中的若干問題

張樹勝

（山東省德州市建筑規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院253020）

隨著我國城市化進(jìn)程的加快，越來越多的摩天大廈出現(xiàn)在了城市之中。然而，歷史告訴我們，處于地震多發(fā)地段的中國曾經(jīng)發(fā)生了諸多的地震，這些地震都造成了嚴(yán)重的人員傷亡以及財(cái)產(chǎn)損失。因此，抗震設(shè)計(jì)在高層建筑工程中的重要性不言而喻。本文基于高層建筑抗震設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，對優(yōu)化高層建筑抗震的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析與探討，旨在提升高層建筑的抗震能力。

高層建筑；抗震設(shè)計(jì)；問題；對策

近年來，若干次大地震發(fā)生在世界各地，很多高層建筑因此遭受到了嚴(yán)重的破壞甚至倒塌。眾所周知，大多數(shù)高層建筑都有著良好的設(shè)計(jì)與施工，其抗震性能是相對可靠的，因此在大地震中，高層建筑的破壞往往不是最嚴(yán)重的。但是，高層建筑一旦遭到破壞，其在生命與經(jīng)濟(jì)上所造成的損失必然會比一般建筑更大。因此，抗震優(yōu)化分析與結(jié)構(gòu)布置必然是高層建筑工程設(shè)計(jì)過程中最為重要的環(huán)節(jié)之一。

1　高層建筑抗震設(shè)計(jì)的特點(diǎn)

①多道設(shè)防。我們都知道，強(qiáng)震發(fā)生之后往往都會出現(xiàn)多次余震，如果高層建筑的抗震設(shè)計(jì)僅僅存在一道設(shè)防，那么就算建筑本身能夠抵抗住首次強(qiáng)震，但之后的余震很有可能就會對高層建筑的結(jié)構(gòu)帶來嚴(yán)重?fù)p傷，甚至發(fā)生倒塌。因此，高層建筑的結(jié)構(gòu)抗震體系需要設(shè)置多道抗震防線，在第一道防線（如：框-剪結(jié)構(gòu)中的連梁或剪力墻）破壞后，剩余的其他結(jié)構(gòu)（如：框-剪結(jié)構(gòu)中的框架）仍然能夠承擔(dān)余震產(chǎn)生的地震力，同時，合理布置水平構(gòu)件聯(lián)系各個豎向構(gòu)件，保證結(jié)構(gòu)構(gòu)件的協(xié)同工作，才能夠使整體結(jié)構(gòu)有效抵擋住地震所帶來的巨大作用。②剛?cè)嵯酀?jì)。在抗震設(shè)計(jì)過程，如果我們一味的增加結(jié)構(gòu)剛度，以此來提高結(jié)構(gòu)抗力。在發(fā)生地震時，地震的作用往往是隨結(jié)構(gòu)剛度的提高而增大，提高結(jié)構(gòu)剛度的同時也就在無形之中增大了地震作用，產(chǎn)生的地震破壞力也上升[1]，甚至出現(xiàn)建筑物的整體傾覆。反之，如果結(jié)構(gòu)的整體剛度過柔，雖然能夠有效地消減地震力，但這容易造成建筑物變形過大而不能正常使用，或者在地震過程中出現(xiàn)局部構(gòu)件或整層破壞，造成人員損傷甚至造成建筑物整體被壓垮。對于高層建筑的設(shè)計(jì)來說，應(yīng)該堅(jiān)持剛?cè)嵯酀?jì)的原則，在合理布置豎向承重構(gòu)件的同時，也要兼顧水平構(gòu)件的剛度與豎向構(gòu)件相適應(yīng)，從而不僅達(dá)到減小地震力的作用，同時也要保證地震發(fā)生后建筑物的變形也要滿足規(guī)范的要求。

2　高層建筑結(jié)構(gòu)抗震的優(yōu)化策略

2.1高層建筑結(jié)構(gòu)抗震能力的提高

①建筑布局的合理性直接影響結(jié)構(gòu)構(gòu)件的布置，從而影響地震力的傳遞途徑。只要保證了傳力途徑的合理性，在地震發(fā)生時，墻（柱）所受到的變形就會呈現(xiàn)出一種“彎剪”型。同時連梁也會出現(xiàn)相應(yīng)的變形，呈現(xiàn)出一種塑性屈服的狀態(tài)。但是，需要注意的是，要想實(shí)現(xiàn)這樣的布局，連梁必須具有較強(qiáng)的變形能力，使墻段（柱）在地震中充分發(fā)揮自身良好的抗震能力。能夠嚴(yán)格根據(jù)強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎的原則，保證墻肢（柱）的不喪失承載力，從而最大程度地避免地震所帶來的破壞，讓整個高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震能力得到實(shí)質(zhì)性提升。②作為提升高層建筑抗震能力的關(guān)鍵之處，針對梁、墻（柱）的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)必須對其采取必要的加強(qiáng)措施，以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件，提高構(gòu)件的抗震能力、優(yōu)化其抗震性能，在地震發(fā)生時讓結(jié)構(gòu)應(yīng)具備的整體抗震性能得到充分發(fā)揮，從而保證高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震安全。另外，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是目前我國普通高層建筑中普遍使用的材料，所以提高鋼筋混凝土構(gòu)件的抗震性能也是抗震設(shè)計(jì)過程中的重要環(huán)節(jié)，其關(guān)鍵就在于充分發(fā)揮鋼筋和混凝土的承載力與延性。具體來說，在實(shí)際的設(shè)計(jì)過程中，時按照保證構(gòu)件的“適筋”原則來進(jìn)行，通過控制墻（柱）的截面尺寸以達(dá)到合理控制軸壓比和鋼筋的配置，以此來確保節(jié)點(diǎn)的施工質(zhì)量，通過提高節(jié)點(diǎn)的抗震性能，最終有效提升整個高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能。

2.2高層結(jié)構(gòu)抗震優(yōu)化設(shè)計(jì)的新方法

①選擇合理的結(jié)構(gòu)體系。具體來說，一個良好的抗震結(jié)構(gòu)體系都由多個延性較好的分體系組成，并且要保證結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間的連接與協(xié)同。比如說，“框架-剪力墻”結(jié)構(gòu)，就是由雙肢（或多肢）剪力墻、延性框架組成的剛?cè)嵯酀?jì)的結(jié)構(gòu)體系[2]。②實(shí)現(xiàn)對地震扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的控制以及對層間位移角的限制。如果高層建筑的質(zhì)量與剛度分布不對稱，那么就很容易在水平地震作用下出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)震動的現(xiàn)象，因此在結(jié)構(gòu)布置時必須保證建筑剛度變化與質(zhì)量的均勻性，避免剛度突變與質(zhì)量分布不連續(xù)的情況。③設(shè)置耗能減震構(gòu)件，進(jìn)一步減小地震能量對整體結(jié)構(gòu)的影響。針對抗震結(jié)構(gòu)體系中的冗余度，始終都應(yīng)該保證其數(shù)量的最大化。只有這樣，結(jié)構(gòu)對于地震能量的吸收與耗散作用才能夠得到充分體現(xiàn)，進(jìn)而提升高層建筑結(jié)構(gòu)的整體抗震性能。

3　結(jié)語

總之，在實(shí)際的抗震設(shè)計(jì)工作中，應(yīng)該充分結(jié)合實(shí)際工程的具體情況，把控建筑體型和平面的規(guī)則性、把控豎向和水平構(gòu)件的合理尺度，以此來保證結(jié)構(gòu)體系的科學(xué)合理性。只有這樣，才能進(jìn)一步推動高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的發(fā)展，最終為人們的生產(chǎn)生活創(chuàng)造出更加優(yōu)越的條件。

[1]王其軍.關(guān)于超高層建筑防震設(shè)計(jì)的研究[J].民營科技，2011（01）：253.

[2]楊成林.如何提升高層建筑實(shí)用抗震效果[J].科技與企業(yè)，2015（15）：168.

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