程鵬迎

摘要：隨著現(xiàn)代社會越來越商業(yè)化、工業(yè)化和城市化，高層建筑也隨著城市的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步而逐步發(fā)展著，高層建筑的結(jié)構(gòu)抗震性能也越來越受到人們的關(guān)注，結(jié)構(gòu)的抗震性能關(guān)系重大，

本文重點介紹了建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計理念，分析了結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計常見的問題，列舉了一些在高層建筑結(jié)構(gòu)方面比較實用的抗震措施和方法。

關(guān)鍵詞：高層建筑 結(jié)構(gòu)抗震 問題分析

1 高層建筑的抗震設(shè)計理念

現(xiàn)代高層建筑是隨著城市的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步而發(fā)展起來的，是商業(yè)化、工業(yè)化和城市化的結(jié)果?，F(xiàn)代高層建筑的發(fā)展有利于節(jié)約用地、解決住房緊張，減少市政基礎(chǔ)設(shè)施和美化城市空間環(huán)境。從某種意義上說，現(xiàn)代高層建筑是現(xiàn)代化城市的標(biāo)志。因此對高層結(jié)構(gòu)抗震的要求越發(fā)嚴(yán)格。

現(xiàn)代高層建筑是現(xiàn)代化城市的標(biāo)志，我國《建筑抗震規(guī)范》（GB50011-2001）要求高層建筑的抗震設(shè)防能做到“三水準(zhǔn)、兩階段”?！叭疁?zhǔn)”就是“小震不壞，中震可修，大震不倒”。當(dāng)受到第一設(shè)防烈度的地震，也就是人們常說的低于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的地震時，這也是最常見的地震，高層建筑結(jié)構(gòu)仍然處于正常的彈性變形階段，此時建筑物處于正常的使用狀態(tài)。建筑物一般情況下沒有損壞或不需要修理就可以繼續(xù)正常使用。這就是俗話說的“小震不壞”。所以，就要求建筑結(jié)構(gòu)滿足多遇地震作用下的承載力極限狀態(tài)驗算，要求高層建筑的彈性變形不能超過規(guī)定的彈性變形限值。當(dāng)遭遇第二設(shè)防烈度的地震，也就是相當(dāng)于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的基本烈度地震時，高層建筑結(jié)構(gòu)不堪重壓進(jìn)入非彈性變形階段，建筑物也許會出現(xiàn)一定程度的破壞。但經(jīng)過一些簡單的修理或者根本就不需要修理就可以繼續(xù)正常使用。所以，就要求結(jié)構(gòu)具有非常高的延性能力，也就是人們常說的變形能力不發(fā)生不能修復(fù)的脆性破壞。當(dāng)遭遇第三設(shè)防烈度的地震，也就是高于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的地震時，這種地震發(fā)生的概率比較低，高層建筑結(jié)構(gòu)也許會被破壞的比較嚴(yán)重，但是結(jié)構(gòu)的非彈性變形仍然在可控制的范圍內(nèi)，還沒有到結(jié)構(gòu)的倒塌的程度，兩者還有一段距離。如果是這樣的話，雖然建筑結(jié)構(gòu)可能已經(jīng)變形，但沒有倒塌的話就不會有大的人身傷亡或者發(fā)生危及生命的嚴(yán)重破壞，從而在一定程度上保障了人員的安全。因此，必須要求高層建筑具有足夠的變形能力，其彈塑性變形一定不超過規(guī)定的彈塑性變形限值。

前面已經(jīng)提到對建筑抗震設(shè)防的要求是“三水準(zhǔn)、兩階段”。三個水準(zhǔn)的設(shè)防在上段已經(jīng)提出了要求，但三個水準(zhǔn)的設(shè)防是通過“兩階段”的設(shè)計來實現(xiàn)的，具體的實現(xiàn)方法步驟如下：第一階段：第一步采用的地震動參數(shù)一定要與第一水準(zhǔn)烈度的參數(shù)一致，先通過計算得出高層建筑結(jié)構(gòu)在自己的正常彈性狀態(tài)下的地震作用效應(yīng)，與風(fēng)、重力荷載效應(yīng)組合，并且加入承載力抗震調(diào)整系數(shù)作為參考，來進(jìn)行構(gòu)件截面設(shè)計，這樣就會在第一強(qiáng)度地震是滿足第一水準(zhǔn)的強(qiáng)度要求，不致有人員和財產(chǎn)的損失。第二步是不能讓結(jié)構(gòu)的層間位移角超過抗震規(guī)范所規(guī)定的限值，這就要求采用同一個地震參數(shù)來計算結(jié)構(gòu)的層間位移角。同時相應(yīng)的抗震構(gòu)造措施也一定要安裝到位，從而保證結(jié)構(gòu)具有足夠的延性、變形能力和塑性耗能，一定要按要求規(guī)定滿足第二水準(zhǔn)的變形要求。第二階段：計算出結(jié)構(gòu)的彈塑性層間位移角，特別是柔弱樓層和抗震薄弱環(huán)節(jié)的彈塑性層間位移角，同時采用的參數(shù)一定要與第三水準(zhǔn)的地震動參數(shù)一致，一定要讓彈塑性層間位移角小于抗震規(guī)范的限值。并且一定要采取必要的抗震構(gòu)造措施，來保證人員和財產(chǎn)的安全，以此來滿足第三水準(zhǔn)對高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)防的要求。

2 選擇合適的抗震場地

每次地震發(fā)生時高層建筑都遭到很大的破壞，這除了是因為地址破壞了高層建筑的結(jié)構(gòu)外，跟高層建筑的場地也有很大的關(guān)系。地震可能會引起的地表錯動與地裂，還可能會引起地基土的小均勻沉陷，滑坡和粉、砂土液化等。因此，我們應(yīng)該選擇對建筑抗震有利的地段，同時應(yīng)避開對抗震不利的地段，即使無法避開時，也應(yīng)采取適當(dāng)?shù)目拐鸺訌?qiáng)措施，應(yīng)根據(jù)抗震設(shè)防類別采取加強(qiáng)地基和上部結(jié)構(gòu)整體性和剛度，和根據(jù)地基液化等級部分消除或全部消除地基液化沉陷的措施；當(dāng)?shù)鼗饕芰臃秶鷥?nèi)存在軟弱粘性土層、新近填土和嚴(yán)重不均勻土層時，采用樁基、地基加固和加強(qiáng)基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)的處理措施，應(yīng)估計地震時地基不均勻沉降或其他不利影響，對于地震時可能導(dǎo)致滑移或地裂的場地，應(yīng)采取相應(yīng)的地基穩(wěn)定措施。

3 優(yōu)化的平面和立面布置

關(guān)于建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的平面與立體結(jié)構(gòu)，主要可以從結(jié)構(gòu)的簡單性來分析。結(jié)構(gòu)在地震作用下具有直接和明確的傳力途徑就是結(jié)構(gòu)簡單。只有結(jié)構(gòu)簡單了，在對結(jié)構(gòu)的計算模型、內(nèi)力與位移分析，限制薄弱部位出現(xiàn)等方面才能夠及時把握，因而對結(jié)構(gòu)抗震性能的估計也比較可靠。

4 高層建筑抗震設(shè)計常見的問題

4.1 缺乏巖土工程勘察資料或資料不全。主要表現(xiàn)在：一是建筑場地巖土工程的勘察資料在擴(kuò)建初設(shè)計階段還沒有到位。二是在擴(kuò)初設(shè)計會審之后就直接進(jìn)入了施工圖設(shè)計。三是施工圖設(shè)計只是在簡單的規(guī)劃設(shè)計或方案設(shè)計會審后就直接出來了。四是沒有巖土工程勘察資料。這樣設(shè)計就成了無源之水，無水之木，沒有依據(jù)。結(jié)構(gòu)的平面布置中外形不規(guī)則、不對稱、凹凸變化尺度大、形心質(zhì)心偏心大，同一結(jié)構(gòu)單元內(nèi)，結(jié)構(gòu)平面形狀和剛度不均勻不對稱，平面長度過長等。

4.2 一個結(jié)構(gòu)單元內(nèi)采用兩種不同的結(jié)構(gòu)受力體系。如這一邊選用砌體承重，而另一邊或局部選用全框架承重或排架承重；還有一種是底框磚房中一邊為底框，而另一邊為磚墻落地承重，這種情況比較常出現(xiàn)在平面縱軸與街道軸線相交的住宅，一般設(shè)計為底層為商店，設(shè)計成一半為底框磚房（有的為二層底框），而另一半為磚墻落地自承，造成突變在平面剛度和豎向剛度二者之間，對抗震非常的有作用。

5 抗震方法

在對高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計中，不但要考慮到建筑結(jié)構(gòu)概念的設(shè)計、建筑結(jié)構(gòu)抗震的驗算，也要重視人們在每次發(fā)生地震后在關(guān)于高層建筑結(jié)構(gòu)方面而總結(jié)的一些經(jīng)驗，比如限制建筑高度，提高結(jié)構(gòu)延性、限制結(jié)構(gòu)類型和結(jié)構(gòu)材料使用等方法。而且經(jīng)驗不但在我國受到重視，在國外也一直是各國規(guī)范重視的問題。當(dāng)前，在高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中一般是從三方面入手的，分別是概念設(shè)計，抗震驗算及構(gòu)造措施，而且在高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中不能只是局限于將抗震與消震（結(jié)構(gòu)延性）結(jié)合的基礎(chǔ)上，也要設(shè)計建立雙重設(shè)計指標(biāo)和方法能讓地震力與結(jié)構(gòu)延性相互影響，當(dāng)代抗震設(shè)計規(guī)范發(fā)展的方向是減小結(jié)構(gòu)上的地震作用，可以通過采用一些結(jié)構(gòu)措施，比如隔震措施，消能減震措施等來減震，從而使高層建筑結(jié)構(gòu)在地址地震中具備良好而經(jīng)濟(jì)的抗震性能。而且，強(qiáng)剪弱彎，強(qiáng)柱弱梁，和強(qiáng)節(jié)點弱構(gòu)件在提高結(jié)構(gòu)延性方面的作用已經(jīng)在建筑界是有口皆碑的事情。

6 隔震和消能減震設(shè)計的推廣和應(yīng)用

現(xiàn)在，我國和世界的許多國家都采用適當(dāng)?shù)目刂平Y(jié)構(gòu)物的剛度，越來越受到人們的青睞，被稱為“延性結(jié)構(gòu)體系”，但這種允許高層建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件（如梁、柱、墻、節(jié)點等）在地震進(jìn)入非彈性狀態(tài)，而且會有很大的延性，減輕地震反應(yīng)是以消耗地震能量的方法，使結(jié)構(gòu)物“裂而不倒”。這在很多情況下是有效的，但也存在很多片面性。隨著社會的發(fā)展和人們生活水平的提高，人們對安全意識越來越注重，對各種建筑物和構(gòu)筑物的抗震減震要求越來越高，傳統(tǒng)的抗震結(jié)構(gòu)體系和理論越來越難以滿足人們的要求，傳統(tǒng)的抗震體系不具備隔震消能和各種減震控制體系，但是隔震消能和各種減震控制體系又越來越受到人們的重視，在未來的建筑結(jié)構(gòu)中將起到非常重要的作用。

7 結(jié)語

高層建筑的結(jié)構(gòu)體系已經(jīng)和過去有了很大的不同，它隨著社會生產(chǎn)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步而不斷發(fā)展。高層建筑在高度上大大增加的同時，在材料和結(jié)構(gòu)體系上也逐漸多樣化。各國之間都非常重視對結(jié)構(gòu)抗震的設(shè)計，均已提到各國建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的日程里，因為我國是地震多發(fā)區(qū)，高層建筑抗震設(shè)防對我國人們來說更為重要，更是工程設(shè)計面臨的迫切任務(wù)，作為工程抗震設(shè)計的依據(jù)，高層建筑抗震分析處于無可撼動的地位。

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