試論高層建筑的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計

1、試論高層建筑的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計【摘要】隨著高層建筑的增多，結(jié)構(gòu)抗震分析和設(shè)計 已越來越重要。抗震設(shè)計高層建筑的結(jié)構(gòu)體系是隨著社會 的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進步而不斷發(fā)展的。隨著高層建筑的 增多，結(jié)構(gòu)抗震分析和設(shè)計已越來越重要。特別是我國處 于地震多發(fā)區(qū)，高層建筑抗震設(shè)防更是工程設(shè)計面臨的迫 切任務(wù)，高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震是建筑物安全考慮的重要問 題。地震是一種隨機振動，所以建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計人員為防止、 減少地震給建筑造成的危害，就需要分析研究建筑抗震問題 不斷總結(jié)工程經(jīng)驗，妥善處理這一工程問題?！娟P(guān)鍵詞】高層建筑；建筑結(jié)構(gòu)；抗震設(shè)計1. 實行建筑抗震設(shè)計規(guī)范，總結(jié)工程經(jīng)驗妥善處理工 程問題選擇有利的抗震場地地震

2、造成建筑物的破壞，除地震動直接引起的結(jié)構(gòu)破壞 外，場地條件也是一個重要的原因。地震引起的地表錯動與 地裂,地基土的小均勻沉陷，滑坡和粉、砂土液化等。因此, 應(yīng)選擇對建筑抗震有利的地段，應(yīng)避開對抗震不利地段，如 軟弱場地土，易液化土，條件突出的山嘴，高聳孤立的山丘, 非巖質(zhì)陡坡、采空區(qū)、河岸和邊坡邊緣，場地土在平面分布 上的成因、巖性、狀態(tài)明顯不均勻等地段；當無法避開時, 應(yīng)采取適當?shù)目拐鸺訌姶胧瑧?yīng)根據(jù)抗震設(shè)防類別、地基液化等級，分別采取加強地基和上部結(jié)構(gòu)整體性和剛度、部分 消除或全部消除地基液化沉陷的措施；當?shù)鼗饕芰臃?圍內(nèi)存在軟弱粘性土層、新近填土和嚴重不均勻土層時，應(yīng) 估計地震時地

3、基不均勻沉降或其他不利影響，采用樁基、地 基加固和加強基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)的處理措施；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?；A(chǔ) 設(shè)計時，同一結(jié)構(gòu)單元不宜設(shè)計在性質(zhì)截然不同的地基土 上，也不宜部分采用天然地基部分采用樁基，不宜部分采用 端承樁部分采用摩擦樁；高層建筑宜設(shè)置地下室，應(yīng)避免采 用局部地下室。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)，我們根據(jù)認為有 以下幾個方面可以參考：結(jié)構(gòu)的簡單性結(jié)構(gòu)簡單是指結(jié)構(gòu)在地震作用下具有直接和明確的傳力途徑。只有結(jié)構(gòu)簡單，才能夠?qū)Y(jié)構(gòu)的計算模型、內(nèi)力與位移分析，限制薄弱部位的出現(xiàn)易于把握，因而對結(jié)構(gòu)抗震 性能的估計也比較可靠

4、。結(jié)構(gòu)的剛度和抗震能力水平地震作用是雙向的，結(jié)構(gòu)布置應(yīng)使結(jié)構(gòu)能抵抗任意 方向的地震作用。通常,可使結(jié)構(gòu)沿平面上兩個主軸方向具 有足夠的剛度和抗震能力，結(jié)構(gòu)的抗震能力則是結(jié)構(gòu)強度及 延性的綜合反映。結(jié)構(gòu)剛度的選擇既要減少地震作用效應(yīng) 又要注意控制結(jié)構(gòu)變形的增大,過大的變形會產(chǎn)生重力二階 效應(yīng)，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞、失穩(wěn)。結(jié)構(gòu)的整體性在高層建筑結(jié)構(gòu)中，樓蓋對于結(jié)構(gòu)的整體性起到非常重 要的作用，樓蓋相當于水平隔板，它不僅聚集和傳遞慣性力 到各個豎向抗側(cè)力子結(jié)構(gòu)，而且要求這些子結(jié)構(gòu)能協(xié)同承受 地震作用，特別是當豎向抗側(cè)力子結(jié)構(gòu)布置不均勻或布置復(fù) 雜或抗側(cè)力子結(jié)構(gòu)水平變形特征不同時，整個結(jié)構(gòu)就要依靠 樓蓋使抗側(cè)

5、力子結(jié)構(gòu)能協(xié)同工作。設(shè)置多道設(shè)防的抗震結(jié)構(gòu)體系抗震建筑結(jié)構(gòu)體系應(yīng)根據(jù)建筑物的重要性、設(shè)防烈 度、房屋高度、場地、地基、基礎(chǔ)、材料和施工等因素，經(jīng) 過技術(shù)、經(jīng)濟條件比較綜合確定。首先宜有多道抗震防線， 應(yīng)避免因部分結(jié)構(gòu)或構(gòu)件破壞而導(dǎo)致整個結(jié)構(gòu)體系喪失抗 震能力或?qū)χ亓奢d的承裁能力。所謂多道抗震防線，是指 在一個抗震結(jié)構(gòu)體系中，一部分延性好的構(gòu)件在地震作用下, 首先達到屈服，充分發(fā)揮其吸收和耗散地震能量的作用，即 擔負起第一道抗震防線的作用，其他構(gòu)件則在第一道抗震防 線屈服后才依次屈服，從而形成第二、第三或更多道抗震防 線，這樣的結(jié)構(gòu)體系對保證結(jié)構(gòu)的抗震安全性是非常有效的。 同時底框建筑底層高度

6、不宜太高，應(yīng)控制在以下。高度加 大，底層剛度減小，重心提高，使框架柱的長細比增大，更容 易產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象。而且由于高度較大,很多建筑房間被業(yè)主 一層改成了兩層，造成了較大的安全隱患。宜具有合理的剛 度和強度分布，避免因局部削弱或突變形成薄弱部位產(chǎn)生 過大的應(yīng)力集中或塑性變形集中；可能出現(xiàn)的薄弱部位，應(yīng) 米取措施提高抗震能力。保證結(jié)構(gòu)的延性抗震能力合理選擇了建筑結(jié)構(gòu)后，就需要通過抗震措施來保證結(jié) 構(gòu)確實具有所需的延性抗震能力，從而保證結(jié)構(gòu)在中震、大 震下實現(xiàn)抗震設(shè)防目標,系統(tǒng)的抗震措施包括以下幾個方面 內(nèi)容。強柱弱梁：人為增大柱相對于梁的抗彎能力，使鋼筋 混凝土框架在大震下，梁端塑性較出現(xiàn)較早,在

7、達到最大非 線性位移時塑性轉(zhuǎn)動較大;而柱端塑性較出現(xiàn)較晚,在達到 最大非線性位移時塑性轉(zhuǎn)動較小，甚至根本不出現(xiàn)塑性較。 從而保證框架具有一個較為穩(wěn)定的塑性耗能機構(gòu)和較大的 塑性耗能能力。強剪弱彎：剪切破壞基本上沒有延性，一旦 某部位發(fā)生剪切破壞，該部位就將徹底退出結(jié)構(gòu)抗震能力, 對于柱端的剪切破壞還可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的局部或整體倒塌。 因此可以人為增大柱端、梁端、節(jié)點的組合剪力值,使結(jié)構(gòu) 能在大震下的交替非彈性變形中其任何構(gòu)件都不會先發(fā)生 剪切破壞。2. 高層建筑抗震設(shè)計中經(jīng)常出現(xiàn)的問題部分建筑物高度過高按我國現(xiàn)行高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程規(guī)定，在一 定設(shè)防烈度和一定結(jié)構(gòu)型式下，鋼筋混凝土高層建筑都

8、有 一個適宜的高度。在這個高度，抗震能力還是比較穩(wěn)妥的, 但是目前不少高層建筑超過了高度限制。在震力作用下， 超高限建筑物的變形破壞性會發(fā)生很大的變化，建筑物的 抗震能力下降，很多影響因素也發(fā)生變化，結(jié)構(gòu)設(shè)計和工 程預(yù)算的相應(yīng)參數(shù)需要重新選取。地基的選取不合理由于城市人口的增多和相對空間的縮小，不少建筑商 忽略了這一問題，哪里商業(yè)空間大就在哪里建。高層建筑 應(yīng)選擇位于開闊平坦地帶的堅硬土場地或密實均勻中硬土 場地，遠離河岸，不應(yīng)垮在兩類土壤上，避開不利地形、 不采用震陷土作天然地基，避免在斷層、山崖、滑坡、地 陷等抗震危險地段建造房屋。高層建筑的地基選取不恰當 可能導(dǎo)致抗震能力差。材料的選用不

9、科學(xué)，結(jié)構(gòu)體系不合理在地震多發(fā)區(qū)，采用何種建筑材料或結(jié)構(gòu)體系較為合 理應(yīng)該得到人們的重視。由于我國建筑結(jié)構(gòu)主要以鋼筋混 凝土核心筒為主，變形控制要以鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的位移限 值為基準。但因其彎曲變形的側(cè)移較大，靠剛度很小的鋼 框架協(xié)同工作減小側(cè)移，不僅增大了鋼結(jié)構(gòu)的負擔，而且 效果不大，有時不得不加大混凝土的剛度或設(shè)置伸臂結(jié)構(gòu), 形成加強層才能滿足規(guī)范側(cè)移限值。較低的抗震設(shè)防烈度許多專家提出，現(xiàn)行的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計安全度已不能適 應(yīng)國情的需要，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全度水平應(yīng)該大幅度提 高。我國現(xiàn)行抗震設(shè)防標準是比較低的，中震相當于在規(guī) 定的設(shè)計基準期內(nèi)超越概率為10%的地震烈度，較低的抗 震設(shè)防烈度放松了高層建筑的抗震要求。3. 結(jié)語地震是一種目前難以準確預(yù)測的自然災(zāi)害，為避免它給 人類帶來大的