淺談我國高層建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計

摘要：隨著地震的多發(fā)，房屋抗震的設(shè)計顯得至關(guān)的重要。房屋的建筑要按照抗震的要求來進行合理的設(shè)計，我國建筑的標準規(guī)范在保證房屋的安全方面起到了決定性作用的。本文通過對建筑抗震進行理論和高層結(jié)構(gòu)特點的分析，進而探索了高層建筑抗震設(shè)計分析方法，旨在為解決高層建筑抗震相關(guān)問題提供理論參考。

關(guān)鍵詞：高層建筑;抗震;結(jié)構(gòu);設(shè)計

20世紀80年代，是我國高層建筑在設(shè)計計算及施工技術(shù)各方面迅速發(fā)展的階段。各大中城市普遍興建高層或超高層以鋼筋為主的建筑，建筑層數(shù)和高度不斷增加，功能和類型越來越復(fù)雜，結(jié)構(gòu)體系日趨多樣化。進入90年代我國高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計與施工技術(shù)進入了新的階段，不僅結(jié)構(gòu)體系及建筑材料出現(xiàn)多樣化，而且在高度上長幅很大有一個飛躍。

1 建筑抗震的理論分析

建筑結(jié)構(gòu)抗震規(guī)范實際上是各國建筑抗震經(jīng)驗帶有權(quán)威性的總結(jié)，是指導(dǎo)建筑抗震設(shè)計的法定性文件。它既反映了各個國家經(jīng)濟與建設(shè)的時代水平，又反映了各個國家的具體抗震實踐經(jīng)驗。它雖然受抗震有關(guān)科學(xué)理論的引導(dǎo)，向技術(shù)經(jīng)濟合理性的方向發(fā)展，但它更要有堅定的工程實踐基礎(chǔ)，把建筑工程的安全性放在首位，容不得半點冒險和不實。

其中動力理論是20世紀70年代～80年代廣為應(yīng)用的地震動力理論。它的發(fā)展除了基于60年代以來電子計算機技術(shù)和試驗技術(shù)外，人們對各類結(jié)構(gòu)在地震作用下的線性與非線性反應(yīng)過程有了較多的了解，同時隨著強震觀測臺站的不斷增多，各種受損結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)記錄也不斷增多。進一步動力理論也稱地震時程分析理論，它把地震作為一個時間過程，選擇有代表性的地震動加速度時程作為地震動輸入，建筑物簡化為多自由度體系，計算得到每一時刻建筑物的地震反應(yīng)，從而完成抗震設(shè)計工作。

2 高層結(jié)構(gòu)的特點

建筑規(guī)模大，成本高。高層建筑的質(zhì)量很大程度上決定于施工材料、施工技術(shù)和施工周期。而從建筑的結(jié)構(gòu)上來看高層的結(jié)構(gòu)，可以看到的是它所產(chǎn)生的軸向力與建筑物的高度大體是一種線性的關(guān)系;水平荷載使得結(jié)構(gòu)彎矩。而從受力的這個角度上來看，垂直荷載的方向如果不變，但是高度不斷增加，這些也只能使得量增加。從側(cè)移的特性上來看，豎向的荷載所引起側(cè)移是很小的，水平的荷載比較均布時，側(cè)移和高度的關(guān)系是四次方的變化。由此我們可以看到，在高層的結(jié)構(gòu)當中，水平荷載影響遠遠的超出垂直荷載影響，水平荷載結(jié)構(gòu)在設(shè)計上的因素，結(jié)構(gòu)的抵抗水平低而導(dǎo)致荷載產(chǎn)生彎矩、剪力和拉應(yīng)力，而且對結(jié)構(gòu)的要求是必須要有剛度，高度的增加會帶來側(cè)向的變形，并且將此限制于結(jié)構(gòu)的范圍內(nèi)。

3 高層建筑抗震設(shè)計分析方法

3.1 建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)則性

為了保證建筑的可靠性以及其所承載的力量的分布均勻，在進行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，一定要盡量保證建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)則性，并且也要使抗側(cè)力結(jié)構(gòu)盡量保證簡單化。在選擇建筑結(jié)構(gòu)平面布置圖形時，應(yīng)該選擇較為規(guī)整的圖形，因為只有規(guī)則的圖形，才能使建筑在面對地怎發(fā)生時所帶來的承載力的均勻分布。對于不規(guī)則的建筑結(jié)構(gòu)平面，應(yīng)該盡量避免，因為不規(guī)則的建筑平面容易造成建筑結(jié)構(gòu)質(zhì)心與鋼心間的交錯，這樣的建筑在面對地震時，容易產(chǎn)生鋼心距離較大，剛性不足，最終建筑將會面臨倒塌的危險。

3.2 抗側(cè)力體形的優(yōu)化

對一般性構(gòu)造的高樓，剛比柔好，采用剛性結(jié)構(gòu)方案的高樓，不僅主體結(jié)構(gòu)破壞輕，而且由于地震時的結(jié)構(gòu)變形小，隔墻，圍護墻等非結(jié)構(gòu)部件將得到保護，破壞也會減輕。提高結(jié)構(gòu)的超靜定次數(shù)，在地震時能夠出現(xiàn)的塑性鉸就多，能耗散的地震能量也就越多，結(jié)構(gòu)就愈能經(jīng)受住較強地震而不倒塌。改善結(jié)構(gòu)屈服機制，使結(jié)構(gòu)破壞十按照整體屈服機制進行，而不是樓層屈服機制。設(shè)計結(jié)構(gòu)時遵循強節(jié)弱桿、強柱弱梁、強剪弱彎，強壓弱拉的原則。在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)該選定構(gòu)件中軸力小的水平桿件，作為主要耗能桿件，并盡可能使其發(fā)生彎曲耗能。從而使整個構(gòu)件具備較大的延性和耗能能力

3.3 隔震和消能減震設(shè)計

有些高層建筑對于抗震的要求較為嚴格，除了要實現(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度的地基，因為高密實度的地基，可以減輕地震發(fā)生時所產(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，在進行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，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。

3.4 建筑結(jié)構(gòu)材料的選取

建筑結(jié)構(gòu)材料的好壞決定著建筑在地震發(fā)生時的安全性。事實上，高層建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計的實質(zhì)就是將各個建筑構(gòu)件的延性整合起來，并對其進行相應(yīng)的協(xié)調(diào)與把握，其目的就使建筑在面對地震時能夠安全穩(wěn)定。在選擇建筑鋼筋時，一定要盡量選擇那些具有較高韌性的材料。對于在垂直方向受力的鋼筋，要采用熱軋鋼筋，以HRB400級和HRB335級為標準，對于箍筋，則是以HRB335、HRB400和HPB235級熱軋鋼筋為佳。在選取建筑結(jié)構(gòu)材料過程中，一定要時時考慮材料抗震方面的性能，當然，在建筑過程中，建筑成本、造價控制也是建筑企業(yè)必須要考慮的問題，因此，在對建筑結(jié)構(gòu)材料選取的過程中，一定要找到建筑成本與抗震新性能之間的點，兼顧二者，以期實現(xiàn)以最少的材料獲取最佳的抗震效果。

3.5 場地和地基的選擇

建筑的場地以及地基的選擇對于高層建筑的抗震能力具有直接的影響，是建筑抗震設(shè)計的基礎(chǔ)。在進行建筑場地以及地基的選擇時，應(yīng)該充分的了解當?shù)氐牡卣鸹顒忧闆r，對當?shù)氐牡刭|(zhì)情況進行科學(xué)的勘察，在收集豐富資料的基礎(chǔ)之上對場地進行綜合的分析和評價，評估當?shù)氐目拐鹪O(shè)計等級。對于一些不利于抗震設(shè)計的場地應(yīng)該盡可能的進行規(guī)避，而實在無法規(guī)避的應(yīng)該有針對性的做好相應(yīng)的處理措施。在高層建筑地基選擇過程當中應(yīng)該盡可能的選擇巖石或者是其它具有較高密實度的基土，從而提高建筑地基的抗震能力，盡可能的避開不利于抗震的軟性地基土。對于一些達不到抗震要求的地基應(yīng)該采取相應(yīng)的措施進行加固和改造，使其能夠符合相應(yīng)的標準。

3.6 常用的加固設(shè)計

為了有效的提高建筑結(jié)構(gòu)的抗震能力，應(yīng)該根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)的實際情況采取相應(yīng)的加固措施，在進行加固方法選擇的時候應(yīng)該具體考慮以下幾個方面的因素：對于一些機構(gòu)設(shè)計存在缺陷的情況，應(yīng)該根據(jù)實際情況增加構(gòu)件進行加固，或者是采取具有較高抗震能力的構(gòu)件代替原有構(gòu)件。對于需要提高承載力或結(jié)構(gòu)整體剛度的情況，可以增設(shè)構(gòu)件，擴大原截面，設(shè)置套箍等方法;很多建筑結(jié)構(gòu)整體性連接達不到抗震的標準，可以有針對性的對結(jié)構(gòu)進行相應(yīng)的調(diào)整，這樣可以分散地震力，減少破壞。建筑中的一些與建筑結(jié)構(gòu)不相關(guān)的構(gòu)件，在地震時有可能倒塌而造成危害，應(yīng)該適當進行加固。

4 結(jié)束語

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。

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