高層住宅建筑結(jié)構(gòu)抗震結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)探索

盛承財(cái)（廣東鴻宇建筑與工程設(shè)計(jì)顧問(wèn)有限公司，廣東　東莞　523000）

高層住宅建筑結(jié)構(gòu)抗震結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)探索

盛承財(cái)
（廣東鴻宇建筑與工程設(shè)計(jì)顧問(wèn)有限公司，廣東東莞523000）

摘要：我國(guó)位于太平洋地震帶和喜馬拉雅山地震帶的交匯處，是地震較多的國(guó)家，隨著近幾年來(lái)多處地震的發(fā)生，給人們帶來(lái)了較大的生命威脅和財(cái)產(chǎn)損失，也使更多的人意識(shí)到房屋抗震的重要性和必要性。因此，為了減少災(zāi)難帶來(lái)的損失，維護(hù)人們的生命安全，就必須優(yōu)化高層住宅結(jié)構(gòu)的抗震結(jié)構(gòu)。本文從優(yōu)化抗震結(jié)構(gòu)的原則出發(fā)，提出了影響抗震能力的因素，并提出了相應(yīng)的解決措施，希望能對(duì)高層住宅結(jié)構(gòu)的抗震優(yōu)化設(shè)計(jì)提供幫助。

關(guān)鍵詞：高層住宅；抗震結(jié)構(gòu)；優(yōu)化設(shè)計(jì)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們的生活水平不斷提高，越來(lái)越多的人開(kāi)始追求更高品質(zhì)的生活條件，由此，建筑行業(yè)高層住宅的建筑結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，由原來(lái)的多層混磚結(jié)構(gòu)變?yōu)楝F(xiàn)在的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。城市化進(jìn)程的不斷加快，城市的規(guī)模不斷擴(kuò)大，土地資源日漸緊張，住宅建筑逐漸以高層為主，高層建筑聚集了更多的人民群眾，一旦發(fā)生地震災(zāi)害，由于人員的密集和住宅的高度等因素，會(huì)在很大程度上加大地震災(zāi)害，因此，為減少災(zāi)害損失，就必須做好建筑抗震結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高高層住宅建筑的抗震能力。

1　高層住宅建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的重要性

（1）地理位置原因。我國(guó)處于太平洋地震帶和喜馬拉雅山地震帶的交界處，受到太平洋板塊和印度板塊的相互擠壓，致使我國(guó)的地震頻發(fā)，遭受了較大的地震災(zāi)害，我國(guó)的地震活動(dòng)頻率高、強(qiáng)度大、震源淺、分布廣，據(jù)資料顯示，20世紀(jì)里，全球共發(fā)生三次7.6級(jí)以上的地震，中國(guó)占兩次，并在1920年的寧夏海原地震和1976年的河北唐山地震中分別造成23萬(wàn)和24萬(wàn)多人死亡。20世紀(jì)以來(lái)，地震也是所有自然災(zāi)害中最頻繁、傷害性最大的災(zāi)害，因此，地震災(zāi)害的嚴(yán)重性是我國(guó)的基本國(guó)情之一，為減少地震災(zāi)害，就必須進(jìn)行抗震優(yōu)化設(shè)計(jì)。

（2）測(cè)量科技水平的限制。由于現(xiàn)今科技水平方面的局限性，抗震計(jì)算的依據(jù)還很難確認(rèn)，當(dāng)?shù)卣馂?zāi)害發(fā)生時(shí)，震波由震源傳到地面的過(guò)程中，要通過(guò)巖石或不同土層的折射或者濾波，整個(gè)傳播過(guò)程是復(fù)雜多變的非線性傳播，所以，地震的強(qiáng)度和傳播加速度很難確認(rèn)。另外，由地震引起的地面運(yùn)動(dòng)有六個(gè)自由度，而依靠當(dāng)今科技能記錄到的只有三個(gè)簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)記錄，其他的扭轉(zhuǎn)分量還未被掌握。

2　高層住宅建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的原則

為保證高層住宅建筑在經(jīng)受地震等自然災(zāi)害時(shí)損失最小、安全性最高，就需要在進(jìn)行住宅結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)時(shí)結(jié)合實(shí)際的工程情況和施工地點(diǎn)，保證高層住宅建筑具有較好的抗震能力。抗震設(shè)計(jì)時(shí)要采取剛?cè)岵?jì)的原則，選擇適合的抗震結(jié)構(gòu)，制定合理的抗震設(shè)計(jì)措施，保證在遭遇較小的地震時(shí)，不影響建筑結(jié)構(gòu)，在遭遇較大地震時(shí)也要保證建筑物的變形變化不能太大，且經(jīng)修復(fù)后不影響正常使用。住宅建筑較高時(shí)，可以在保證整體結(jié)構(gòu)安全的同時(shí)，允許加入彈塑性狀態(tài)。另外，六級(jí)以上地震一般都伴有多次余震，若建筑構(gòu)件的剛度小，則會(huì)導(dǎo)致初次地震時(shí)建筑損壞，無(wú)法抵御余震的沖擊，因此，住宅建筑應(yīng)既滿足變形要求，也要減小地震作用，避免建筑的局部受損。

3　高層住宅建筑結(jié)構(gòu)中抗震設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題

（1）抗震規(guī)范問(wèn)題。在進(jìn)行抗震建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況，對(duì)使用抗震材料的延性進(jìn)行等級(jí)劃分，利用不同的地震強(qiáng)度來(lái)確定所需要的延性，用較小地震的最高強(qiáng)度來(lái)確定所需延性的最低要求，同時(shí)，在較低烈度的區(qū)域使用較低延性的材料，在較高烈度的區(qū)域使用較高延性的材料。但是，在我國(guó)，沒(méi)有對(duì)地震作用進(jìn)行細(xì)致的劃分，而是將不同地震取一個(gè)固定數(shù)字進(jìn)行分析，這樣就導(dǎo)致不同地震作用下的延性相同，在地震作用較大時(shí)，也就無(wú)法滿足抗震所需的延性，從而增加了災(zāi)害造成的損失。

（2）抗震設(shè)防目標(biāo)不明確。我國(guó)的抗震設(shè)防目標(biāo)一直是以“大震不倒、中震可修、小震不壞”為原則，來(lái)規(guī)范抗震建筑的抗震效果，但是，這樣的抗震設(shè)防目標(biāo)太過(guò)籠統(tǒng)，不適用于所有的建筑，目標(biāo)范圍太過(guò)模糊，違背了國(guó)際上“多層次、多形態(tài)”的控制目標(biāo)，因此，應(yīng)對(duì)不同地震等級(jí)中，不同的抗震建筑進(jìn)行靈活的等級(jí)劃分，比如，可以分為，一類(lèi)是經(jīng)過(guò)地震災(zāi)害后可能會(huì)出現(xiàn)次生災(zāi)害的建筑，另一類(lèi)是在遭遇地震后影響其使用而必須進(jìn)行及時(shí)的搶修的建筑等。靈活的抗震設(shè)防目標(biāo)才能使抗震工作更細(xì)致、更深入，保證抗震設(shè)計(jì)的抗震作用。

4　抗震結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

（1）地理位置選擇。不同的地理位置，發(fā)生地震時(shí)的破壞程度也是明顯不同的，因此，應(yīng)選擇抗震能力較強(qiáng)的地區(qū)避免危害性大的地區(qū)進(jìn)行建設(shè)，在住宅建筑開(kāi)始之前，進(jìn)行必要的地基勘察，根據(jù)建設(shè)場(chǎng)地的實(shí)際情況進(jìn)行不同標(biāo)準(zhǔn)的分類(lèi)和等級(jí)劃分，以便對(duì)該地區(qū)進(jìn)行合理的抗震設(shè)計(jì)。比如根據(jù)地區(qū)地基液化等級(jí)和抗震設(shè)防類(lèi)別，進(jìn)行相應(yīng)的消除地基液化或采取鞏固地基的措施，以達(dá)到更好的抗震效果。同時(shí)，避免選擇不利于住宅建設(shè)的地區(qū)，為日后的建筑安全排除隱患。

（2）優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)。抗震優(yōu)化設(shè)計(jì)中的一個(gè)很重要的原則是力求對(duì)稱(chēng)，對(duì)整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)中的構(gòu)造和承載能力進(jìn)行綜合的考量，以此來(lái)判斷整個(gè)結(jié)構(gòu)的抗震能力。地震時(shí)高層建筑所承受的地震作用取決于它的動(dòng)力特性，與建筑所具有的剛度、承載力力度分布和延性有關(guān)。高層建筑的結(jié)構(gòu)是由縱向和橫向的承重結(jié)構(gòu)組成的，承重結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和剛度決定著建筑抗震能力的大小，因此，要提高建筑的抗震能力，就應(yīng)首先增加承重構(gòu)件的延性，可以采取增加構(gòu)造柱，并配置鋼筋構(gòu)造的方式來(lái)增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。另外也可以配置鋼筋圈梁來(lái)解決散落問(wèn)題，增強(qiáng)建筑的抗震性能。在地震作用較大時(shí)，就需要結(jié)構(gòu)的延性來(lái)避免建筑的變形，因此，建筑的延性也是增強(qiáng)抗震能力的重要因素，為了在地震作用下使鋼筋混凝土保持足夠的延性，就需要把塑性變形集中在具有良好延性的構(gòu)件上，首先是選擇合適的塑性變形構(gòu)件，然后人為地增加構(gòu)件的抗剪力，避免在地震作用下出現(xiàn)剪切破壞，影響構(gòu)件及建筑的延性，最后通過(guò)相應(yīng)的措施，保證塑性鉸的位置具有較強(qiáng)的轉(zhuǎn)動(dòng)能力和耗能能力。

（3）抗震材料的選擇。對(duì)于許多多發(fā)地震區(qū)來(lái)講，結(jié)構(gòu)上的抗震性設(shè)計(jì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法滿足抗震要求，還應(yīng)當(dāng)把高性能的資料結(jié)合使用，并且結(jié)構(gòu)體系要優(yōu)質(zhì)。目前為止，我國(guó)住宅建筑中高層建筑使用的結(jié)構(gòu)體系主要有剪力墻、框架、兩者結(jié)合及簡(jiǎn)體等。然而，外國(guó)地區(qū)抗震住宅建筑多采用鋼結(jié)構(gòu)，但我國(guó)抗震住宅仍有90%以上使用鋼筋混凝土，兩者相比較，鋼結(jié)構(gòu)的延性、韌性和強(qiáng)度都比混凝土結(jié)構(gòu)好得多，因此，鋼結(jié)構(gòu)的抗震能力更強(qiáng)。且據(jù)實(shí)踐證明，鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)破壞倒塌的情況較少，是適合做抗震建筑材料的首選，況且，我國(guó)的鋼產(chǎn)量居世界前列，鋼材的品種和類(lèi)型也在不斷增加，因此，應(yīng)在抗震建筑中多使用鋼結(jié)構(gòu)或者鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，來(lái)提高高層住宅建筑的抗震性能。

結(jié)語(yǔ)

隨著城市化進(jìn)程的不斷加快，人口居住也越來(lái)越密集，住宅建筑樓層越來(lái)越高，但我國(guó)又是處于地震帶交匯處、地震災(zāi)害頻發(fā)的國(guó)家，為避免在人口密集的地區(qū)發(fā)生較大的災(zāi)害損失，就必須加強(qiáng)住宅結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)，從地理位置的選擇、建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和建筑材料的選擇等多個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，達(dá)到增強(qiáng)建筑抗震能力、減少災(zāi)害損失的目的，保證人們的人身安全和財(cái)產(chǎn)安全。

參考文獻(xiàn)

[1]陳昌坤，潘寵平．某高層住宅抗震安全性評(píng)估[J]．工程抗震與加固改造，2014，36（03）：103-108．

中圖分類(lèi)號(hào)：TU97

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