關(guān)于高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的思考與探討

鄒麗娟 萬欽河

【摘要】高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計對建筑工程整體質(zhì)量以及人們的生命財產(chǎn)安全具有直接的影響，因此必須注重高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計工作。基于高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的基本原則闡述，分析了高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計常見問題，指出了高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計要點及其加固措施，旨在提升高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能。

【關(guān)鍵詞】高層建筑;建筑結(jié)構(gòu);抗震設(shè)計;基本原則;常見問題;加固措施

近些年，城市化進程的加快不僅推動了社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，而且促使建筑業(yè)突飛猛進的發(fā)展，高層建筑項目日益增多，滿足了人們居住、辦公需求的同時，其安全性、穩(wěn)定性和抗震性問題也受到關(guān)注。抗震設(shè)計作為高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的核心，應(yīng)多方位明確建筑結(jié)構(gòu)抗震特性，掌握建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計要點，對建筑結(jié)構(gòu)中的抗震薄弱環(huán)節(jié)（剛度分布、結(jié)構(gòu)體系以及構(gòu)件延性等）進行綜合分析，并對其加以解決和優(yōu)化，從而提升高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計水平，增強建筑工程整體質(zhì)量及其抗震強度。

1、高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計基本原則

1.1輕度地震不可發(fā)生損壞。要求建筑結(jié)構(gòu)在地震作用下發(fā)生的彈性形變不超過設(shè)計要求的限定值，能夠有效確保人們的生產(chǎn)生活不受輕微地震的影響。該水準主要適用于絕大部分規(guī)則的結(jié)構(gòu)以及一般不規(guī)則結(jié)構(gòu)。

1.2中度地震損壞可以修復。要求高層建筑結(jié)構(gòu)的彈性、韌性較強，對地震作用導致的脆性損壞可以依靠自身變形能力實施一定程度上的修復，使高層建筑物的構(gòu)件塑性變形能力與目前國內(nèi)抗震構(gòu)造相關(guān)設(shè)計要求一致，進而最大限度降低地震作用導致的經(jīng)濟損失。該水準主要應(yīng)用于高層建筑結(jié)構(gòu)薄弱易塌的情況。

1.3重度地震建筑物不可倒塌。要求高層建筑結(jié)構(gòu)具有極強的變形能力，建筑物在重度地震作用下的變形值不超過規(guī)定的范圍，能夠確保建筑物不倒塌。該水準主要適用于不規(guī)則的建筑結(jié)構(gòu)或應(yīng)用于相對特殊的情況下。此外，建筑物構(gòu)建材料的強度、韌性和荷載能力在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中具有嚴格要求，針對關(guān)鍵部位必須恪守設(shè)計原則，保證結(jié)構(gòu)框架的延性。

2、高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計常見問題分析

一方面，建筑地基選擇不合理，建筑高度超出規(guī)定建設(shè)標準。國內(nèi)建筑用地日趨緊張，開發(fā)單位在某一項目開發(fā)過程中往往側(cè)重于該項目的商業(yè)價值，缺乏對施工現(xiàn)場水文地質(zhì)和地基結(jié)構(gòu)等方面的重視與分析，一定程度上加大了高層建筑地基勘查與處理等工作的難度。同時，建筑物高度要求在不同地區(qū)有著明確的限制與規(guī)定，建筑施工必須嚴格恪守。然而，部分建筑單位過度追求經(jīng)濟利益，導致建筑物超出規(guī)定和限制高度，使建筑抗震水平受到影響，超標建筑在強烈地震作用下極易發(fā)生形變并損壞，嚴重威脅建筑安全性能。另一方面，高層建筑設(shè)計施工選材問題應(yīng)引起重視。當前，混凝土、鋼筋作為國內(nèi)建筑業(yè)主要施工材料，其設(shè)計存在問題極易造成建筑結(jié)構(gòu)變形，使建筑整體質(zhì)量及其抗震水平受到影響。特別是地震災(zāi)害頻發(fā)區(qū)域，必須謹慎選擇建筑施工材料。此外，建筑抗震設(shè)防烈度強度較低，影響高層建筑抗震性能。伴隨建筑業(yè)的迅猛發(fā)展，以往的結(jié)構(gòu)設(shè)計已不能有效地滿足人們對建筑的自身需求，特別是建筑抗震層面有待提升，相關(guān)標準有待進一步規(guī)范。

3、高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計要點

3.1在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中保證建筑平面布置的合理性。建筑結(jié)構(gòu)的平面布置相對簡單、質(zhì)量與剛度分布相對均勻、對稱規(guī)則，地震作用下不易發(fā)生損壞;對稱且規(guī)則的結(jié)構(gòu)，其地震時的反應(yīng)及其作用效應(yīng)是可以較為準確估計的。為此，高層建筑結(jié)構(gòu)以采用規(guī)則結(jié)構(gòu)為宜。

3.2在高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中設(shè)置多道抗震防線。地震具有強破壞性且會發(fā)生多次余震，高層建筑結(jié)構(gòu)體系單一，極易造成倒塌，而在建筑抗震設(shè)計時采用多道抗震防線的結(jié)構(gòu)體系，能夠充分發(fā)揮多道防線抗擊地震沖擊力的效用，避免建筑物坍塌。同時采用延展性良好的結(jié)構(gòu)體系構(gòu)成抗震結(jié)構(gòu)，確保不同延展性結(jié)構(gòu)間可以有效協(xié)調(diào)的工作，使建筑物在強地震作用時能夠最大程度上釋放不同方向的能力，增強建筑整體抗震性能。

3.3在高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中有意識地控制結(jié)構(gòu)薄弱層。在樓層承載力突變、結(jié)構(gòu)的豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù)、側(cè)向剛度不規(guī)則的情況下極易產(chǎn)生薄弱層，需采取有效抗震結(jié)構(gòu)措施，避免其在地震作用時發(fā)生損壞。有意識地控制薄弱層，使其具備較強的變形能力，同時防止其發(fā)生轉(zhuǎn)移，能夠增強高層建筑結(jié)構(gòu)抗震性能。

4、高層建筑結(jié)構(gòu)抗震加固措施

4.1優(yōu)化高層建筑抗震結(jié)構(gòu)形式，加固高層建筑結(jié)構(gòu)自身。重視高層建筑地基夯實狀況，地基穩(wěn)定前應(yīng)對建筑物面積和高度予以明確，保證地基具有足夠的承載力;依據(jù)抗震設(shè)防烈度要求加強建筑地基與建筑上部結(jié)構(gòu)剛度;高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中還要重視水平剪應(yīng)力和垂直剪應(yīng)力，通過強化梁柱節(jié)點和設(shè)置抗震墻等應(yīng)對水平剪應(yīng)力;確保高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方案科學、合理，保證建筑結(jié)構(gòu)的整體性，采取壓力灌注環(huán)氧樹脂漿加固、壓力灌水泥加固以及鐵把鋸加固等方法對高層建筑結(jié)構(gòu)自身進行加固。

4.2注重高層建筑結(jié)構(gòu)延性的優(yōu)化設(shè)計。在高層建筑結(jié)構(gòu)延性優(yōu)化設(shè)計中，如果選用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)設(shè)計形式，則需要在施工過程中嚴格按照抗震性能設(shè)計要求，堅持“強柱弱梁”的設(shè)計原則，對高層建筑結(jié)構(gòu)延性予以優(yōu)化，防止建筑結(jié)構(gòu)在地震作用下遭受損壞，提升高層建筑的抗震性能。此外，根據(jù)施工現(xiàn)場環(huán)境、地質(zhì)等條件，選用符合抗震要求的優(yōu)質(zhì)建筑材料，能夠加固高層建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

4.3在高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計時強化外包加固。外包加固法指的是在結(jié)構(gòu)構(gòu)件外面增設(shè)加強層，從而增強建筑結(jié)構(gòu)的變形性能和抗震能力。譬如外包鋼筋混凝土面層加固法、鋼構(gòu)套加固法、鋼筋網(wǎng)水泥砂漿面層加固法、粘鋼加固法等。

4.4采用增設(shè)構(gòu)件加固法提升高層建筑結(jié)構(gòu)抗震承載力。增設(shè)構(gòu)件加固法指的是在原有結(jié)構(gòu)構(gòu)件以外增設(shè)構(gòu)件，該方法能夠最大限度增強建筑結(jié)構(gòu)抗震能力，有效補償變性能力和承載力不足的構(gòu)建。譬如增設(shè)墻體加固法、增設(shè)拉桿加固法、增設(shè)構(gòu)造柱和圈梁加固法、增設(shè)柱子加固法等。采取增設(shè)構(gòu)件進行高層建筑結(jié)構(gòu)抗震加固設(shè)計時，應(yīng)考慮增設(shè)構(gòu)件對結(jié)構(gòu)整體計算及其抗震性能的影響。

結(jié)語：

綜上所述，高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計對于提升建筑工程整體質(zhì)量和抗震強度具有極其重要的現(xiàn)實意義。在進行高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計時應(yīng)嚴格恪守相關(guān)標準規(guī)范，明確高層建筑結(jié)構(gòu)特性，把握好高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計要點，注重高層建筑結(jié)構(gòu)抗震加固措施的應(yīng)用，從而提升高層建筑物的安全性、穩(wěn)定性和可靠性，增強高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能。

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