蔡成文

（西南大學(xué)，重慶 400715）

高層建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究

蔡成文

（西南大學(xué)，重慶 400715）

高樓的抗震設(shè)計(jì)已經(jīng)成了建設(shè)高樓之前必須進(jìn)行的一項(xiàng)工作。而高樓的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也變得復(fù)雜多樣，該文針對高層建筑的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了簡要分析。

高層建筑； 抗震結(jié)構(gòu)； 設(shè)計(jì)研究

我國東南沿海以及四川盆地和青藏高原正是處于地殼運(yùn)動比較強(qiáng)烈的地區(qū)，這些地區(qū)發(fā)生地震的概率也是很大的，汶川地震就是其中一個(gè)比較典型的例子。自此以后，我國對于建筑物抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的需求急劇增加，尤其是高層建筑的抗震結(jié)構(gòu)。該文對高層建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)做出了研究，希望能夠給參與高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的工作人員提供理論支持。

1 建筑物抗震結(jié)構(gòu)簡介

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是指建筑設(shè)計(jì)師經(jīng)過特定的手段或者方式將建筑師想要表達(dá)的語言以建筑的形式表達(dá)出來。在這個(gè)設(shè)計(jì)過程當(dāng)中可能會涉及到建筑設(shè)計(jì)師沒有的知識，比如：結(jié)構(gòu)師可以將自己所要表達(dá)的意思和語言通過設(shè)計(jì)圖紙結(jié)構(gòu)的形式表達(dá)出來。因此，完成一個(gè)項(xiàng)目的建筑設(shè)計(jì)，不僅僅需要建筑師來完成，還需要與建筑相關(guān)的其它專業(yè)的專業(yè)人士來輔助建筑師完成。建筑設(shè)計(jì)師或者其它相關(guān)專業(yè)人士通過在建筑設(shè)計(jì)原有基礎(chǔ)上增加部件或者器械以增加建筑物整體的抗震能力，這就是建筑物抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

2 荷載與應(yīng)力分析

2.1 荷載以及建筑物外力種類

建筑物的荷載和外力主要是指建筑物已經(jīng)完成以后，能夠使建筑物的結(jié)構(gòu)或者部分發(fā)生形變的影響因素。建筑物的荷載和外力主要分為建筑物橫向受力以及橫向荷載，建筑物縱向外力和縱向荷載等。這兩種類型是建筑物自身所產(chǎn)生的一種內(nèi)力，除此之外，建筑物還會受到外力的影響。按照受力時(shí)間的長短可以分為長期作用在建筑物上的力和臨時(shí)作用在建筑物上的力兩種。不管是建筑物自身的內(nèi)力還是建筑物所受的外力都應(yīng)該在建筑物設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，否則，建筑物就會因?yàn)殚L期承受超負(fù)荷的力而發(fā)生形變甚至倒塌，對使用者造成巨大的傷害和經(jīng)濟(jì)損失。

2.2 荷載和結(jié)構(gòu)因素

在建筑物設(shè)計(jì)當(dāng)中，為了能夠有效的降低建筑物遭遇地震以后所受到的傷害，常會在建筑物當(dāng)中用到一種結(jié)構(gòu)——剛接。剛接存在于鋼結(jié)構(gòu)的連接點(diǎn)處，在鋼結(jié)構(gòu)發(fā)生形變時(shí)，由于剛接的存在，能夠?qū)⑦@種形變的量控制在建筑物能夠承受的范圍內(nèi)。由于剛接結(jié)構(gòu)是作用在豎向承載鋼結(jié)構(gòu)之上，所以能夠有效的降低鋼結(jié)構(gòu)在縱向結(jié)構(gòu)上的材料重量，降低了建設(shè)成本和設(shè)計(jì)難度。

2.3 連接點(diǎn)的種類

對于高層建筑而言，每一個(gè)部件的支點(diǎn)或者節(jié)點(diǎn)都是整個(gè)建筑重要的組件之一，能夠?qū)⒔ㄖ锎Ａ⒂诮ㄖ鼗系狞c(diǎn)叫做建筑物的支點(diǎn)，而在一個(gè)橫向結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)兩個(gè)以上的支點(diǎn)，那這個(gè)由兩個(gè)支點(diǎn)組成的結(jié)構(gòu)就是建筑物的節(jié)點(diǎn)。當(dāng)建筑物在受到較大的外力作用時(shí)，建筑物的節(jié)點(diǎn)能夠有效的緩沖這種外力的能量，這種由支點(diǎn)產(chǎn)生用來對抗外力的力能夠和外力保持一致，使整個(gè)建筑物處于相對靜止?fàn)顟B(tài)。

2.4 應(yīng)力與變形

由于建筑物在建成以后受到的力有很多，較強(qiáng)的外力作用于建筑物之上的情況也常有發(fā)生。所以，將這些力劃分為：當(dāng)外力作用于建筑物整體軸向上時(shí)，軸材所產(chǎn)生的對抗力的應(yīng)力稱為軸方向力；建筑物在受到外力影響，基于建筑物某個(gè)點(diǎn)上的拉扯力被稱為建筑物的拉力；由于建筑物發(fā)生的形變或者扭曲，而使建筑物某些部位發(fā)生擠壓而產(chǎn)生的力被稱為建筑物內(nèi)部壓力；由于建筑物的某一個(gè)應(yīng)力點(diǎn)長期處于同一作用力之下，建筑物可能會發(fā)生的扭曲稱為屈曲等。

3 基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的抗震作用

基礎(chǔ)是加載在地基之上，以地基為基礎(chǔ)，用來承受整個(gè)建筑物的一種抗震結(jié)構(gòu)?；A(chǔ)結(jié)構(gòu)是針對于整個(gè)建筑物而言的，在建筑物的地基上加建基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)能夠有效的防止建筑物在遭遇地震后產(chǎn)生的位移和塌陷等現(xiàn)象。為此，基礎(chǔ)必須是在有足夠承載能力的地基之上建設(shè)，除此之外，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)被建設(shè)在地基的那個(gè)層面內(nèi)，就是最主要也是最難的問題了。由于建筑物的高度決定了整個(gè)建筑物的質(zhì)量和若是發(fā)生位移以后的位移量，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的抗震效果主要體現(xiàn)在當(dāng)建筑物遭遇地震時(shí)，建筑物塌陷能夠均勻下沉而不是局部塌陷，有效的防止了建筑物由于局部塌陷而導(dǎo)致的樓體坍塌等問題。

4 高層建筑抗震設(shè)計(jì)

依靠目前的科技水平，人類還無法預(yù)測地震的發(fā)生時(shí)間和強(qiáng)度，所以亦無法對地震災(zāi)害做出有效的防范措施。我們只能依靠增加建筑物的抗震能力最大限度的降低地震災(zāi)害發(fā)生時(shí)所造成的損失。地震災(zāi)害對建筑物造成的傷害程度隨著地震的強(qiáng)度、建筑物地基的堅(jiān)實(shí)程度而變化，要做到降低建筑物受到地震后的損壞，只能在建筑過程或者建筑設(shè)計(jì)階段增加建筑物的抗震能力。而建筑物受到地震傷害的程度也會隨著樓層的增加而增強(qiáng)。建筑物抗震設(shè)計(jì)最主要的方向就是將建筑物經(jīng)過改造以后能夠?qū)Φ卣鹱饔糜诮ㄖ锏牧Ξa(chǎn)生與之對抗的力。兩種力相互抵消，才能夠達(dá)到這個(gè)目標(biāo)。建筑物在受到地震災(zāi)害的影響時(shí)，需要將建筑物看做是一個(gè)整體來分析建筑受到地震以后建筑物對于地震產(chǎn)生力的承受分配。

5 隔震結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

以往的高層建筑抗震能力較差，在遭遇地震災(zāi)害以后，整個(gè)建筑物的主要受力結(jié)構(gòu)會受到損傷，從而影響建筑物的功能使用?，F(xiàn)代的高層建筑物為了能夠有效的降低建筑物主要受力結(jié)構(gòu)的損傷，保證建筑物的功能正常，會在建筑設(shè)計(jì)階段給建筑物設(shè)計(jì)一種有效的抗震結(jié)構(gòu)，即隔震結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)之所以被稱之為隔震結(jié)構(gòu)，主要是由于它能夠使建筑物在遭遇地震災(zāi)害時(shí)地震作用在建筑物上的力最大程度的隔離在建筑物以外，使建筑物承受的只是地震產(chǎn)生力的一小部分，極大的降低高層建筑在地震中受到的損傷。同時(shí)，在下層樓層中加入這種隔震結(jié)構(gòu)，能夠有效的阻止地震能量向建筑物高層傳遞，在一定程度上能夠?qū)Ω邔咏ㄖ鸬捷^大的保護(hù)作用。

5.1 隔震結(jié)構(gòu)在地基中的設(shè)計(jì)

地基作為承受整個(gè)建筑物的載體，在地基當(dāng)中使用隔震結(jié)構(gòu)能夠使建筑物在發(fā)生地震時(shí)，將地震所產(chǎn)生的能量在地基階段就被阻擋在地下；也可能是因?yàn)楦粽鸾Y(jié)構(gòu)的緩沖作用極大的降低了這些能量從而保護(hù)了建筑物。

5.2 隔震結(jié)構(gòu)在樓層中的設(shè)計(jì)

與5.1所述一樣，在樓層中是用隔震結(jié)構(gòu)將地震產(chǎn)生的能量阻隔在建筑物底層，或者抵消很大一部分能量，使高層不受或者很少受到這種能量的沖擊。

6 結(jié) 語

高層建筑已經(jīng)成為現(xiàn)在城市建筑的主流，對于高層建筑的抗震設(shè)計(jì)已經(jīng)是重要的工作之一。該文對高層建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究，希望能夠?qū)ο嚓P(guān)工作人員提供相應(yīng)的理論依據(jù)。

［1］黃云葉.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的抗震設(shè)計(jì)探討［J］.城市建設(shè)理論研究，2012，2（20）：56－58.

［2］王火竹.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)抗震的分析［J］.城市建設(shè)理論研究，2011，1（32）：21－24.

［3］金明彥.超長地下室側(cè)墻預(yù)應(yīng)力抗裂技術(shù)應(yīng)用研究［D］.杭州：浙江大學(xué)，2008.

［4］吳忠飛.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的抗震設(shè)計(jì)探討［J］.建筑知識：學(xué)術(shù)刊，2013，33（6）：102－102.

Design Research on High－rise Building Aseismic Structure

CAI Cheng－wen
（Southwest University，Chongqing 400715，China）

The aseismic design of tall buildings before the construction of high－rise building has become a necesarry work.And the aseismic design of tall buildings is also becoming complicated，in this paper it is analyzed briefly.

high－rise building； aseismic structure； design research

10.3963／j.issn.1674－6066.2014.02.025

2013－01－25.

蔡成文（1993－），學(xué)士.E－mail：mxhslw＠126.com