高層建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題探討

馮科

（河北眾信達(dá)建筑勞務(wù)有限公司，054001）

1 地震作用下高層建筑結(jié)構(gòu)的破壞特點(diǎn)

1.1 地基方面

①在具有較厚軟弱沖積土層場(chǎng)地，高層建筑的破壞率顯著增高；②地基土液化導(dǎo)致地基不均勻沉降，從而引起上部結(jié)構(gòu)損壞或整體傾斜；③建造在不利或危險(xiǎn)地段的房屋建筑，因地基破壞導(dǎo)致房屋損壞。④當(dāng)建筑結(jié)構(gòu)的基本周期與場(chǎng)地自振周期相近時(shí)，因共振效應(yīng)破壞程度將加重。

1.2 結(jié)構(gòu)體系方面

①采用“填墻框架”的房屋結(jié)構(gòu)，鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)平面內(nèi)柱上端易發(fā)生剪切破壞，外墻框架柱在窗洞處因受窗下墻的約束而發(fā)生短柱型剪切型破壞；②采用框架一抗震墻體系的房屋結(jié)構(gòu)，破壞程度較輕；③采用“底框結(jié)構(gòu)”體系的房屋，剛度柔弱的底層破壞程度十分嚴(yán)重；采用“填墻框架”體系的房屋，當(dāng)?shù)讓訛槌ㄩ_式框架間未砌磚墻，底層同樣遭到嚴(yán)重破壞；

1.3 剛度分布方面

①矩形平面布置的建筑結(jié)構(gòu)，電梯井等抗側(cè)力構(gòu)件的布置當(dāng)存在偏心時(shí)，因發(fā)生扭轉(zhuǎn)振動(dòng)而使震害加重；②采用三角形、L 形等不對(duì)稱平面的建筑結(jié)構(gòu)，同樣在地震作用因發(fā)生扭轉(zhuǎn)振動(dòng)而使震害加重。

1.4 構(gòu)件形式方面

①在框架結(jié)構(gòu)中，通常柱的破壞程度重于梁、板；②鋼筋混凝土多肢剪力墻的窗下墻通常會(huì)出現(xiàn)斜向或交叉裂縫；③配置螺旋箍筋的混凝土柱，當(dāng)層間位移角達(dá)到較大數(shù)值時(shí)，核心混凝土仍保持完好，柱仍具有較大的抵抗能力；

2 高層建筑抗震設(shè)計(jì)分析方法

2.1 場(chǎng)地和地基的選擇

建筑的場(chǎng)地以及地基的選擇對(duì)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(jì)的基礎(chǔ)。在進(jìn)行建筑場(chǎng)地以及地基的選擇時(shí)，應(yīng)該充分的了解當(dāng)?shù)氐牡卣鸹顒?dòng)情況，對(duì)當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)情況進(jìn)行科學(xué)的勘察，在收集豐富資料的基礎(chǔ)之上對(duì)場(chǎng)地進(jìn)行綜合的分析和評(píng)價(jià)，評(píng)估當(dāng)?shù)氐目拐鹪O(shè)計(jì)等級(jí)。對(duì)于一些不利于抗震設(shè)計(jì)的場(chǎng)地應(yīng)該盡可能的進(jìn)行規(guī)避，而實(shí)在無(wú)法規(guī)避的應(yīng)該有針對(duì)性的做好相應(yīng)的處理措施。在高層建筑地基選擇過程當(dāng)中應(yīng)該盡可能的選擇巖石或者是其它具有較高密實(shí)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(duì)于一些達(dá)不到抗震要求的地基應(yīng)該采取相應(yīng)的措施進(jìn)行加固和改造，使其能夠符合相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)

2.2 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(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jiǎn)單化。在選擇建筑結(jié)構(gòu)平面布置圖形時(shí)，應(yīng)該選擇較為規(guī)整的圖形，因?yàn)橹挥幸?guī)則的圖形，才能使建筑在面對(duì)地怎發(fā)生時(shí)所帶來的承載力的均勻分布。對(duì)于不規(guī)則的建筑結(jié)構(gòu)平面，應(yīng)該盡量避免，因?yàn)椴灰?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(cuò)，這樣的建筑在面對(duì)地震時(shí)，容易產(chǎn)生鋼心距離較大，剛性不足，最終建筑將會(huì)面臨倒塌的危險(xiǎn)。

2.3 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(shí)的安全性。事實(shí)上，高層建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的實(shí)質(zhì)就是將各個(gè)建筑構(gòu)件的延性整合起來，并對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的協(xié)調(diào)與把握，其目的就使建筑在面對(duì)地震時(shí)能夠安全穩(wěn)定。在選擇建筑鋼筋時(shí)，一定要盡量選擇那些具有較高韌性的材料。對(duì)于在垂直方向受力的鋼筋，要采用熱軋鋼筋，以 HRB400 級(jí)和 HRB335級(jí)為標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于箍筋，則是以 HRB335、HRB400 和 HPB235級(jí)熱軋鋼筋為佳。在選取建筑結(jié)構(gòu)材料過程中，一定要時(shí)時(shí)考慮材料抗震方面的性能，當(dāng)然，在建筑過程中，建筑成本、造價(jià)控制也是建筑企業(yè)必須要考慮的問題，因此，在對(duì)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(diǎn)，兼顧二者，以期實(shí)現(xiàn)以最少的材料獲取最佳的抗震效果。

2.4 隔震和消能減震設(shè)計(jì)

有些高層建筑對(duì)于抗震的要求較為嚴(yán)格，除了要實(shí)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(dá)到這些效果，首先，從場(chǎng)地與地基的角度來看，應(yīng)該選擇具有較高密實(shí)度的地基，因?yàn)楦呙軐?shí)度的地基，可以減輕地震發(fā)生時(shí)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(duì)于不同建筑，其所要求的隔振系數(shù)有所不同，因此，在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，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(fù)荷。對(duì)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。

2.5 抗側(cè)力體形的優(yōu)化

對(duì)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(shí)的結(jié)構(gòu)變形小，隔墻，圍護(hù)墻等非結(jié)構(gòu)部件將得到保護(hù)，破壞也會(huì)減輕。提高結(jié)構(gòu)的超靜定次數(shù)，在地震時(shí)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(qiáng)地震而不倒塌。改善結(jié)構(gòu)屈服機(jī)制，使結(jié)構(gòu)破壞十按照整體屈服機(jī)制進(jìn)行，而不是樓層屈服機(jī)制。設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)時(shí)遵循強(qiáng)節(jié)弱桿、強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎，強(qiáng)壓弱拉的原則。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，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(gè)構(gòu)件具備較大的延性和耗能能力

2.6 常用的加固設(shè)計(jì)

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(shí)際情況采取相應(yīng)的加固措施，在進(jìn)行加固方法選擇的時(shí)候應(yīng)該具體考慮以下幾個(gè)方面的因素：第一，對(duì)于一些機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)存在缺陷的情況，應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況增加構(gòu)件進(jìn)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(duì)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(kuò)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(dá)不到抗震的標(biāo)準(zhǔn)，可以有針對(duì)性的對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)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(shí)有可能倒塌而造成危害，應(yīng)該適當(dāng)進(jìn)行加固。

3 結(jié)束語(yǔ)

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(jì)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(xì)致的考慮結(jié)構(gòu)各個(gè)構(gòu)件和每個(gè)組成部分，成為今后新型結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)和考慮的重點(diǎn)。所以同行在以后的設(shè)計(jì)過程中應(yīng)該明了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的

重點(diǎn)在哪里。

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