關于高層結(jié)構(gòu)抗震設計的探討

何鵬芳 黃嘉俊

佛山市嶺南建筑設計咨詢有限公司 528200

關于高層結(jié)構(gòu)抗震設計的探討

何鵬芳 黃嘉俊

佛山市嶺南建筑設計咨詢有限公司 528200

目前我國經(jīng)濟正處在高速發(fā)展的時期，建筑結(jié)構(gòu)抗震理論的研究也在與時俱進。本文具體分析和探討了高層建筑抗震設計的相關內(nèi)容。

高層建筑；抗震設計

1、引言

我國建筑結(jié)構(gòu)抗震相關理論的經(jīng)歷了研究、發(fā)展階段。在這一過程中，結(jié)構(gòu)抗震的思路變化是十分曲折的。前期，高層建筑的抗震結(jié)構(gòu)設計僅僅是經(jīng)驗性的對結(jié)構(gòu)進行抗震設計。中期，研究人員加大了對結(jié)構(gòu)非線性性能的研究，結(jié)構(gòu)是依據(jù)其非彈性形變的能力來抵抗地震的作用。后期，依據(jù)中期研究人員的先關統(tǒng)計進行了完善，使結(jié)構(gòu)抗震更加完善。

2、當前我國高層建筑在抗震設計方面存在的問題

（1）建筑高度方面的問題

伴隨著社會的科學技術平以及經(jīng)濟發(fā)展水平的日益提高，科研水平在建筑結(jié)構(gòu)方面也逐漸提高，在我國，就目前的高層建筑結(jié)構(gòu)而言，按照相關結(jié)構(gòu)的技術規(guī)定，高層建筑結(jié)構(gòu)在一定的模式下，一定會有合適的高度，但是，在實際的建筑施工過程中，對于這個合適的高度，較多的高層建筑都超出它的范圍，隨著建筑物高度的不斷增加，會導致許多因素均都超出規(guī)范的相關范圍。

（2）建筑結(jié)構(gòu)的體系問題

對于發(fā)生地震的次數(shù)較多的地區(qū)，選擇建筑結(jié)構(gòu)的體系是一個極其重要的問題。在我國，高層建筑結(jié)構(gòu)的體系主要由以下幾個方面：

1）框架結(jié)構(gòu)

所謂的框架結(jié)構(gòu)主要指的就是，在節(jié)點處，通過柱、梁等構(gòu)件的連接，進而形成的一種承載的結(jié)構(gòu)。在建筑平面的布局方面，這種承載結(jié)構(gòu)具有較大的靈活性，但隨著建筑結(jié)構(gòu)的樓層日益增高，在水平荷載的作用下，框架結(jié)構(gòu)底部的柱、梁等構(gòu)件在彎矩以及剪力等方面均都大幅的增加，使其截面越來越大，配筋量也越來越多，這就會給建筑施工以及建筑平面的布局帶來相對較大的影響，因此建筑結(jié)構(gòu)的層數(shù)限制框架結(jié)構(gòu)。

2）剪力墻結(jié)構(gòu)

一般在高層建筑中通常都會采用剪力墻的承重結(jié)構(gòu)，所謂的剪力墻承重就是指框架結(jié)構(gòu)中的柱、梁等承重的構(gòu)件由鋼筋混凝土墻板所替代，剪力墻結(jié)構(gòu)所承載所有的豎向的荷載以及水平的荷載，就在此時，在豎向荷載以及水平荷載的作用下，水平位移由所產(chǎn)生的剪切以及其所發(fā)生的彎曲變形所構(gòu)成，就剪力墻結(jié)構(gòu)而言，其水平位移以及空間變形較小，所以其抗震性能較好，但由于混凝土的需要的量相對較多，進而導致其自重較大，而且不能隨隨便便的把房間的格局改變。

3）框剪結(jié)構(gòu)

框剪結(jié)構(gòu)將剪力墻和框架結(jié)構(gòu)的優(yōu)點合并在一起，使其獲得較為靈活的使用和布置的空間，與此同時，框剪結(jié)構(gòu)具有有較高的抗震性能以及較大的剛度，因此其在建筑領域的應用相當廣泛。

（3）軸壓比問題

現(xiàn)在實際的高層建筑之中，在鋼筋在還沒有達到所要求的屈服極限的時候，，需要控制軸壓比，進而讓柱在大偏壓的情況之下，這樣做的目的就是為了避免混凝土遭到破壞。高層建筑結(jié)構(gòu)的延展性伴隨著柱的塑性的變形能力的增大而越好，假如突然發(fā)生不可預見的地震，建筑結(jié)構(gòu)具有較強的耗散和吸收的地震能力，那么高層建筑結(jié)構(gòu)就不易遭到地震的破壞。在軸壓比問題方面梁和柱成正比關系，如果梁的延性比較好就會降低柱達到屈服極限的可能性，還能放松對軸壓比的限制。而軸壓比的限制也可以相應的放松。

3、高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設計

（1）抗震設計的原則

高層的建筑結(jié)構(gòu)通常應該按照以下的原則對抗震設計進行計算：

1）對于高層建筑結(jié)構(gòu)的兩個主軸的方向而言，最后對水平方向下的地震作用分別對抗震驗算進行計算，各個方向下的抗側(cè)力構(gòu)件主要承擔來自水平方向下的地震作用。

2）在高層建筑的結(jié)構(gòu)中，如果抗側(cè)力構(gòu)件的斜交角度大于15℃的話，最好分別考慮各個抗側(cè)力構(gòu)件方向的水平地震作用。

3）若是高層建筑結(jié)構(gòu)的剛度不對稱和質(zhì)量不均勻，那么在水平地震作用的影響下，必須對雙向的水平方向下的地震作用以及扭轉(zhuǎn)作用進行考慮。

（2）根據(jù)抗震設計的計算方法，就高層建筑而言，主要由以下的抗震設計的方法：

1）底部剪力法。當建筑物的剛度、質(zhì)量分布不均勻，以及其的高度小于四十米，變形主要以剪切為主要的時候，進行抗震設計時需要采用底部剪力法進行計算。這種方法主要是是把地震作用看作成等效靜載荷，進而計算出建筑結(jié)構(gòu)的最強的地震反應。

2）振型分解反應譜法。利用的地震反應主要是反應譜理論和振型分解計算結(jié)構(gòu)的最強的地震反應。

3）時程分析法。所謂時程分析法就是指運動平衡微分方程，進行數(shù)值積分，最終得到在整個地震時程區(qū)域內(nèi)的地震反應。

（3）抗震設計時重力載荷的考慮

結(jié)構(gòu)的重力載荷包括兩種，可變載荷和自重這兩種，根據(jù)我國荷載規(guī)范的相關規(guī)定，在發(fā)生地震情況下的可變載荷會比原標準值小。

4、高層建筑的結(jié)構(gòu)布置：

（1）高層的建筑的結(jié)構(gòu)布置首先要滿足該建筑的功能方面的要求，進而做到便于施工的同時又減少成本。建筑物的使用結(jié)構(gòu)要求都需要滿足相關的規(guī)定。

（2）建筑中的主要矛盾是控制高層建筑的位移，要想提高建筑結(jié)構(gòu)的總體性的剛度，降低位移，應從結(jié)構(gòu)立面的變化和平面結(jié)構(gòu)的體型等方面著手考慮。在對結(jié)構(gòu)進行布置的時候，為確保結(jié)構(gòu)之間的共同作用，需要對結(jié)構(gòu)的剛度和整體性以及構(gòu)件之間的連接給予加強；側(cè)向位移的減少還可以通過改善結(jié)構(gòu)的強度和寬度來完成。對于建筑物來說，要在一定程度上對它的高寬比進行限制，高度太矮而寬度太寬的建筑物不宜采用，相反，應該建筑一些剛度較大的形狀的建筑物，比如高寬比較大的長方形建筑或者也可是是圓形的建筑等，保證建筑物的穩(wěn)定性，還能使建筑物具有實用性和美觀性。

（3）在地震區(qū)域內(nèi)，地震作用會對建筑結(jié)構(gòu)的整體布局造成嚴重的影響，為了減少這種影響，應力扭轉(zhuǎn)應力集中現(xiàn)象，建筑結(jié)構(gòu)的平面形狀規(guī)則就能有效地避免結(jié)構(gòu)立面體型的來回變動，每層之間的剛度還有屈服強度都要均勻的分布在結(jié)構(gòu)上，豎向構(gòu)件在抗側(cè)力方面，不管是它的哪一個方面的改變都不能在同一樓的同一層里進行，人們通常認為增加構(gòu)件的強度對于建筑結(jié)構(gòu)來說總是有理無害，現(xiàn)在應該糾正這種觀點，在施工和設計中，混凝土的強度等級、配筋量以及鋼筋等級都不能被盲目的更改。結(jié)構(gòu)剛度要具有對稱性，結(jié)構(gòu)的平面形狀具有規(guī)則性，為了保證結(jié)構(gòu)的立面體型，能夠有效地的來回變動。一般情況下會出現(xiàn)震動不同步或者是結(jié)構(gòu)的兩端距離比較遠，為了防止這種情況發(fā)生，設置相對較小的長寬比，使荷載的合力作用線符合結(jié)構(gòu)的剛度，有效避免扭轉(zhuǎn)。在布置電梯間的時候要注意不能設置在端部角區(qū)，或者是平面凹角的部位，在一定程度上嚴重影響結(jié)構(gòu)的對稱性。

5、結(jié)束語

綜上所述，隨著我國科技的不斷進步，高層建筑的抗震設計逐漸的在向合理化、科學化的方向進行轉(zhuǎn)變。因此，高層建筑的設計者必須在工程施工之前，嚴格的依據(jù)國家相應的規(guī)章制度，在保證質(zhì)量關的前提下，努力提高高層建筑的抗震性能。

[1]趙西安.高層建筑結(jié)構(gòu)實用設計方法（第三版）上海同濟大學出版社,2010

[2]田志瑩.曾茂.解析混凝土結(jié)構(gòu)高層建筑的抗震性能[j].中國東盟博覽,2013