江彬

摘 要：如今，我國(guó)高層建筑越發(fā)普遍，業(yè)內(nèi)也越來(lái)越重視其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。高層建筑的高度高、樓層多，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，而近年來(lái)又頻繁的發(fā)生地震等自然災(zāi)害，一旦有地震發(fā)生就可能對(duì)高層建筑造成不可挽回的損失?；诖耍邔咏ㄖY(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)便受到了廣泛的關(guān)注。本文分析了高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)內(nèi)容以及地震作用下高層建筑結(jié)構(gòu)的破壞特點(diǎn)，并探討我國(guó)高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的方法。

關(guān)鍵詞：高層建筑;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);抗震設(shè)計(jì)

一、引言

隨著時(shí)代的發(fā)展，我國(guó)高層建筑項(xiàng)目也在不斷的增多，高層建筑的結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)也趨于復(fù)雜，但是其抗震性能并未得到很好的改善。我國(guó)作為一個(gè)地震災(zāi)害頻發(fā)的國(guó)家，一旦遭遇地震，高層建筑所遭受的損失將是巨大的。因此，對(duì)我國(guó)高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)也提出了更高的要求。在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，既要考慮建筑物的實(shí)用性、美觀性，還要確保高層建筑結(jié)構(gòu)的安全，將抗震設(shè)計(jì)作為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要內(nèi)容，做好抗震分析工作，這對(duì)保證高層建筑安全來(lái)說(shuō)具有重要意義的。

二、高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)內(nèi)容

一般情況下，強(qiáng)大的地震作用會(huì)使高層建筑物的抗震結(jié)構(gòu)進(jìn)入到塑性狀態(tài)，為確保地震作用下結(jié)構(gòu)性能可以達(dá)到實(shí)際要求，就要將結(jié)構(gòu)彈塑性變形能力納入到高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中去考慮。從當(dāng)前國(guó)內(nèi)外對(duì)抗震設(shè)計(jì)研究的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，主要圍繞著不同超越概率水平地震作用下對(duì)結(jié)構(gòu)的變形要求和性能要求做出合理的設(shè)計(jì)。其中，結(jié)構(gòu)的彈塑性分析是抗震設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容，因其具有一定的難度及復(fù)雜性，所以對(duì)如何設(shè)定與計(jì)算等一些問(wèn)題也各有不同的要求。目前，我國(guó)的現(xiàn)行抗震規(guī)范對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)要求主要是按照反應(yīng)譜理論計(jì)算的，采取彈性方法來(lái)計(jì)算位移及內(nèi)力，通過(guò)極限狀態(tài)來(lái)設(shè)計(jì)構(gòu)件。建筑物如果有特殊要求或是個(gè)別的重要建筑則可以利用時(shí)程分析法對(duì)其補(bǔ)充計(jì)算，對(duì)地震作用下的變形狀態(tài)做出計(jì)算，分析建筑結(jié)構(gòu)的彈塑性變形。

三、地震作用下高層建筑結(jié)構(gòu)的破壞特點(diǎn)

1、地基方面

一是高層建筑在具有較厚軟弱沖積土層場(chǎng)地會(huì)明顯增高破壞率;二是在不利或危險(xiǎn)地段所建筑的高層建筑，由于地基被破壞而受到損壞;三是由地基土液化而引起地基沉降不均勻的現(xiàn)象，致使上部結(jié)構(gòu)開(kāi)始整體傾斜或損壞的較為嚴(yán)重;四是當(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)的破壞程度將加重。

2、結(jié)構(gòu)體系方面

一是采用的房屋結(jié)構(gòu)為“填墻框架”，而鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)平面內(nèi)柱上端容易有剪切破壞發(fā)生，因窗下墻的約束使得外墻框架柱有短柱型剪切型破壞發(fā)生;二是房屋如果采用的是“底框結(jié)構(gòu)”體系，底層剛度柔弱，會(huì)被嚴(yán)重的破壞。如果房屋采用的是“填墻框架”體系，底層為敞開(kāi)式框架間未砌磚墻，那么底層同樣被破壞的非常嚴(yán)重;三是房屋結(jié)構(gòu)采用抗震墻體系，其破壞程度不大;四是對(duì)于采用鋼筋混凝土板、柱體系結(jié)構(gòu)的建筑來(lái)說(shuō)，由于樓層出現(xiàn)了較大的側(cè)移或是樓板沖切方面的原因，導(dǎo)致柱腳破壞，各層樓板墜落重疊于地面上。

3、房屋體形方面

一是不規(guī)則的平面房屋建筑（包括L形、Y形、T形），它們的破壞率在明顯提高;二是有的高層建筑有大底盤，對(duì)于突然減小裙房頂面與主樓相接處面積的樓層，也就是指相鄰樓層發(fā)生較大的質(zhì)量突變情況時(shí)，會(huì)加重破壞程度;三是樓層平面形心偏移重心越大，震害的嚴(yán)重性就越大;四是由于設(shè)置的防震縫寬度太小，所以導(dǎo)致建筑物間發(fā)生碰撞破壞。

4、構(gòu)件形式方面

一是在整個(gè)框架結(jié)構(gòu)中，柱的破壞程度通常比梁、板的破壞程度要高;二是混凝土柱上配置螺旋箍筋，當(dāng)層間位移角的數(shù)值較大時(shí)，仍保持核心混凝土完好， 柱的抵抗能力仍然較大;三是鋼筋混凝土多肢剪力墻的窗下墻一般有斜向或交叉裂縫產(chǎn)生;四是如果鋼筋混凝土框架在同一樓層同時(shí)使用了長(zhǎng)、短柱，則破壞較嚴(yán)重的是短柱。

四、我國(guó)高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的方法

1、選擇的地理位置必須具有合理性

在不同的建筑施工場(chǎng)地工程地質(zhì)條件下，地震對(duì)建筑物也會(huì)造成不同的破壞。為此，施工企業(yè)在建設(shè)高層建筑工程項(xiàng)目時(shí)，應(yīng)先選擇合適的場(chǎng)地，要求場(chǎng)地對(duì)抗震是有利的，施工建設(shè)應(yīng)該盡可能的避開(kāi)抗震不利場(chǎng)地，有利于地震災(zāi)害問(wèn)題得以減輕。在高層建筑施工前，先要勘察工程地質(zhì)問(wèn)題，利用科學(xué)的解決措施應(yīng)對(duì)地質(zhì)問(wèn)題。針對(duì)不利工程地段來(lái)說(shuō)，需要對(duì)那些因場(chǎng)地條件而破壞結(jié)構(gòu)的因素全面考慮。此外，在工程施工地區(qū)除了考慮地震因素的限制，也要進(jìn)一步排除不利場(chǎng)地和危險(xiǎn)性場(chǎng)地作為建筑施工用地。高層建筑在施工過(guò)程中，要結(jié)合場(chǎng)地、地基因素等對(duì)建筑物能夠承受的抗震破壞作用大小及其特征來(lái)分類，遵循不同場(chǎng)地的特點(diǎn)采取合理的抗震對(duì)策。結(jié)構(gòu)工程師在高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)時(shí)，首先要提出的就是避開(kāi)不利地質(zhì)環(huán)境，比如，根據(jù)抗震設(shè)防類別、地基液化等級(jí)等幾方面因素來(lái)加強(qiáng)地基結(jié)構(gòu)和上部結(jié)構(gòu)的剛度，使地基液化沉陷現(xiàn)象可以徹底消除。

2、分體柱的有效利用

短柱的抗彎承載力大于抗剪承載力，地震的作用下因剪壞而失效，所以不能完全發(fā)揮其抗彎強(qiáng)度。因此，短柱的抗彎強(qiáng)度可以通過(guò)人為地削弱，使抗彎強(qiáng)度與抗剪強(qiáng)度相對(duì)應(yīng)，或者比抗剪強(qiáng)度略低一點(diǎn)，這樣在地震的作用下，柱子可以先達(dá)到抗彎強(qiáng)度， 呈現(xiàn)延性的破壞狀態(tài)。一般來(lái)說(shuō)，通過(guò)利用人為削弱抗彎強(qiáng)度這一辦法可以在柱中沿豎向設(shè)縫，再將短柱分成各柱肢組成的分體柱，分體柱的各柱肢分開(kāi)配筋在組成分體柱的柱肢之間可以有一些必要的連接鍵設(shè)置其中，使它的初期剛度和后期耗能能力得到明顯的增強(qiáng)。一般連接鍵的形式主要有：預(yù)制分隔板、通縫、預(yù)應(yīng)力摩擦阻尼器、混凝土連接鍵等。經(jīng)過(guò)分析分體柱工作性態(tài)得知：采用分體柱的這一方法盡管能使柱子的抗剪承載力基本保持不變， 并稍微降低了抗彎承載力， 但是卻能顯著的提高柱子的變形能力和延性，其破壞形態(tài)由剪切型向彎曲型轉(zhuǎn)化，短柱變“長(zhǎng)柱”的設(shè)想由此實(shí)現(xiàn)， 促使短柱尤其超短柱的抗震性能得到有效的改善。

3、優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的過(guò)程中，應(yīng)該遵循的設(shè)計(jì)原則是對(duì)稱均勻的原則。從綜合抗震能力概念方面來(lái)看，高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)時(shí)需要衡量建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)造和承載力對(duì)于抗地震作用的大小。高層建筑物在地震時(shí)受到地震作用的大小程度與建筑物的動(dòng)力特性、剛度合理性、承載力分布、延性等有密切關(guān)系，建筑結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性及空間剛度大小決定著高層建筑結(jié)構(gòu)抗震能力的大小。為了提高高層建筑物的抗震性能，應(yīng)確保建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的所有構(gòu)件都有較高的延性，通過(guò)屋蓋、現(xiàn)澆樓等方法增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的空間剛度和整體穩(wěn)定性。另外，為了提高結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)定性，還應(yīng)該合理設(shè)置配筋圈梁，進(jìn)而增強(qiáng)高層建筑的抗震性能，結(jié)構(gòu)主要通過(guò)延性作用使得建筑物在大地震的作用下有非彈性變形發(fā)生。因此，在地震的作用下，高層建筑結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和延性有著相同的重要性。為保證鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的動(dòng)力反應(yīng)在地震的作用下具有一定的延性，需要將塑性變形集中于延性能力良好的構(gòu)件上。

結(jié)語(yǔ)

總之，高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中重點(diǎn)考慮的問(wèn)題就是安全性和經(jīng)濟(jì)性。目前，我國(guó)的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在抗震設(shè)計(jì)方面還有不足之處，由此就需要做好選材工作，分析地基承載力等參數(shù)，確保建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)能達(dá)到要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]王麗.對(duì)我國(guó)高層建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的分析[J].山西建筑，2018（3）.

[2]聶玉蘭.高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中靜力與動(dòng)力彈塑性的應(yīng)用研究[J].中國(guó)西部科技，2017（23）.

[3]陳鋒.對(duì)某高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)及彈塑性時(shí)程的探討[J].建筑科學(xué)，2016（7）.

[4]陳維東.高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的相關(guān)問(wèn)題分析[J].科技信息，2018（11）.