高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計存在的問題及其對策

文/陳茂輝 山東聯(lián)創(chuàng)設(shè)計集團(tuán)有限公司 山東濟(jì)南 250101

1、抗震設(shè)計理念概述

高層建筑設(shè)計過程中，需要對抗震結(jié)構(gòu)投入更多的時間和精力，使建筑的安全性更符合人們的需要。抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計要考慮多個方面的內(nèi)容，建筑設(shè)計人員要基于對抗震結(jié)構(gòu)與建筑材料性能的掌握的基礎(chǔ)上，采取針對性的措施對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行綜合設(shè)計，確保抗震性能良好。

在建筑抗震設(shè)計中，需要遵循以下原則：（1）整體性原則。建筑物抗震性能設(shè)計，需要考慮建筑物整體可以承受的震級，所以，建筑結(jié)構(gòu)的整體性是抗震設(shè)計中需要考慮的重點方向，最大限度地保證建筑物的整體抗震效果，從整體出發(fā)，確保建筑物在地震來臨時有良好的抗震性能。（2）確保建筑結(jié)構(gòu)的剛度滿足抗震要求。基于對建筑物剛性需求的考慮，如果建筑物剛度不符合要求，抗震性能將大大減弱，發(fā)生地震時，建筑會受到嚴(yán)重的損壞。所以，設(shè)計人員在設(shè)計中需要考慮建筑物的剛度，控制建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的變形。

2、高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計現(xiàn)狀分析

2.1 建筑高度超標(biāo)

我國各地對建筑高度要求不同，對建筑物有著明確限高，工程建設(shè)時需要嚴(yán)格遵守這一點，但實際中部分企業(yè)盲目追求經(jīng)濟(jì)利益，造成建筑物高度超過當(dāng)?shù)匾?guī)定，建筑物高度過高影響到建筑物抗震水平，當(dāng)出現(xiàn)強(qiáng)烈地震后容易發(fā)生變形或破壞。

2.2 地基選址位置失誤

隨著城市現(xiàn)代化建設(shè)速度加快，城市人口數(shù)量不斷增加，使得內(nèi)部土地資源持續(xù)緊張，開發(fā)商只關(guān)注經(jīng)濟(jì)效益，并未對地質(zhì)條件進(jìn)行全面考慮，不重視施工場地地質(zhì)構(gòu)造分析，影響到建筑地基勘察、處理等工作的順利開展，勉強(qiáng)建成后存在安全隱患。

2.3 材料選擇問題

材料質(zhì)量直接影響到建筑物整體質(zhì)量，也影響到建筑結(jié)構(gòu)的抗震能力，需要得到施工單位的重視。特殊區(qū)域施工時要選擇合適的材料，如果不能在保證材料質(zhì)量，容易出現(xiàn)建筑物變形的情況，或是建成后直接坍塌，也就是我們常說的“豆腐渣”工程。

3、高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計問題的解決措施

3.1 針對不同階段采取有效措施

在高層建筑可行性方案研究期間，提出有效的勘察要求及標(biāo)準(zhǔn)，通過相應(yīng)的比選分析，勘察單位提出選址建議。結(jié)合擬建區(qū)域的地形、地貌、地質(zhì)等條件對場地地層等工程地質(zhì)條件進(jìn)行掌握，重點關(guān)注不良地質(zhì)作用下可能造成的災(zāi)害問題。在高層建筑初步設(shè)計時，要對工程項目進(jìn)行相對細(xì)致的勘察，了解擬建場地的地質(zhì)構(gòu)造、地層結(jié)構(gòu)、巖土工程特性、地下水埋藏條件；明確不良地質(zhì)作用的成因、分布、規(guī)模、發(fā)展趨勢，結(jié)合相關(guān)資料評價場地的穩(wěn)定性，了解高層建筑地基基礎(chǔ)類型，分析評價水土對建筑材料的腐蝕性等。在施工圖設(shè)計階段，應(yīng)對工程項目提出最為詳細(xì)的勘察要求，對建筑地基的巖土工程進(jìn)行評價，了解包括巖土性質(zhì)、均勻性、地基類型、基礎(chǔ)形式、地基處理、基坑支護(hù)、工程降水和不良地質(zhì)作用的防治狀況，著重查看不良地質(zhì)作用趨勢和危害程度，據(jù)此提出完善的整治方案或建議。

3.2 保證建筑結(jié)構(gòu)的整體性

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中需要采取有效措施確保建筑內(nèi)部形成塑性鉸，保證在地震災(zāi)害當(dāng)中盡可能提升建筑結(jié)構(gòu)的完整性。在高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計時，為減少由于缺乏延性剪切的破壞問題，多采用“強(qiáng)剪弱彎”的措施來處理構(gòu)件，相較于非抗震抗剪破壞構(gòu)件問題來說，地震作用下的剪切破壞是有很大變化的。延性是高層建筑極其重要的抗震性質(zhì)，要想通過有效的抗震設(shè)計來保證結(jié)構(gòu)延性，需要明確延性影響因素，對于梁柱等構(gòu)件，可以通過控制受拉鋼筋配筋率來保證，最終提升建筑結(jié)構(gòu)的整體性。

3.3 合理選擇建筑材料

高層建筑工程建設(shè)期間，所需的建筑材料總量大、種類多，其選擇需綜合考慮多方因素，以提升高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震能力。在高層建筑施工過程中，所選擇的建筑材料要滿足現(xiàn)場工程建設(shè)狀況，并針對當(dāng)時當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)、環(huán)境進(jìn)行綜合考慮，選擇滿足抗震要求的施工材料，特別是在地震災(zāi)害多發(fā)區(qū)域，要使用復(fù)合材料進(jìn)行設(shè)計，維持高層建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的同時，減少建筑整體重量，以達(dá)到抵御地震災(zāi)害的目標(biāo)。

3.4 優(yōu)化高層建筑抗震結(jié)構(gòu)形式

高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計精密性較差，需要對抗震結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行優(yōu)化。關(guān)注高層建筑地基的夯實狀況，在進(jìn)行地基穩(wěn)定前，要明確高層建筑的高度、面積，確保地基能夠承載建筑整體。通過梁柱節(jié)點加固、抗震墻設(shè)置等措施應(yīng)對水平剪應(yīng)力。在此基礎(chǔ)上合理選擇結(jié)構(gòu)方案，選擇合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，滿足高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計要求及成本經(jīng)濟(jì)性要求。保證高層建筑結(jié)構(gòu)形式、體系切實可行，相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計要具有明確的受力構(gòu)件和力學(xué)傳遞路徑，對結(jié)構(gòu)平面、空間的布置要盡量簡單，在方案設(shè)計期間要綜合考慮高層建筑工程實際情況以及現(xiàn)場的施工工藝技術(shù)等因素的影響。

3.5 設(shè)置多道抗震防線

多道抗震防線結(jié)構(gòu)體系應(yīng)由若干個延性較好的分體系組成，并由延性較好的結(jié)構(gòu)構(gòu)件連接起來協(xié)同工作。（1）第一道抗震防線應(yīng)優(yōu)先選擇不負(fù)擔(dān)或少負(fù)擔(dān)重力荷載的豎向支撐或填充墻，或選用軸壓比值較小的抗震墻與實墻筒體等構(gòu)件，不宜采用軸壓比較大的框架柱兼作第一道防線的抗側(cè)力構(gòu)件。（2）第二道抗震防線。可以采用在原本的框架位置布置鋼支撐的方式提高結(jié)構(gòu)的抗扭強(qiáng)度，并且與原本的框架結(jié)構(gòu)一起形成第二道抗震防線。鋼支撐具備很強(qiáng)的變形能力，可以在地震來臨時繼續(xù)發(fā)揮作用，耗散大量的地震能量，提升建筑工程的抗震性能。

結(jié)語：

總之，隨著我國建筑領(lǐng)域技術(shù)水平提升，高層建筑的高度與規(guī)模得到顯著增加。高層建筑抗震設(shè)計中普遍存在一些問題，需要設(shè)計者深入分析問題成因，并給出具體的設(shè)計優(yōu)化與加固措施。希望通過本文論述，推動高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計水平的提升。