高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計探究

1、高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計探究【摘要】高層建筑物結(jié)構(gòu)性能的好壞和人們的生活息 息相關(guān)，關(guān)系重大。為了確保我們的生命財產(chǎn)安全不受到損 害，本文主要介紹了高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的基本內(nèi)容、影 響因素，并提出了做好防震設(shè)計的具體實(shí)施方法。【關(guān)鍵詞】高層建筑；抗震；研究1、前言自世界第一座高層建筑物誕生以來，至今已有將近150 年的歷史。科技的發(fā)展促進(jìn)社會的進(jìn)步。此后，高層建筑在 全世界飛速發(fā)展起來。特別是進(jìn)入到二十一世紀(jì)之后，建筑 物的高度不斷增加，結(jié)構(gòu)變得也越來越復(fù)雜，出現(xiàn)了許多不 規(guī)則的形體。但是，一些自然災(zāi)害的頻發(fā)，比如說地震，時 刻影響著人們的生命、財產(chǎn)安全。所以說，抗震的設(shè)計是高 層建筑在設(shè)計的過

2、程中必須重點(diǎn)考慮的一個問題。2、建筑物抗震性能的影響因素分析內(nèi)部因素和外部因素是影響建筑物抗震效果的兩大主 要原因。內(nèi)部因素即是我們常說的高層建筑自身結(jié)構(gòu)和所選 用的材料，而外部因素主要包括地理環(huán)境的影響。因此，我 們將對這幾個方面進(jìn)行進(jìn)一步的分析探討。2. 1建筑物體的自身因素影響抗震性能的一個關(guān)鍵性的因素是建筑物體的本身 結(jié)構(gòu)設(shè)計形式。結(jié)構(gòu)形式越合理，表示建筑物的抗震性能越 強(qiáng)。許多專家表示，我國整體建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計水平已經(jīng)大 大落后于西方發(fā)達(dá)國家。無論是在鋼筋配置率上，還是在梁 柱的承載力配置上，都無法滿足自身發(fā)展的需要。一個建筑 體，無論層次高低，都必須有合理的設(shè)計結(jié)構(gòu)，尤其是高層 建

3、筑體，而現(xiàn)在的高層建筑又趨于復(fù)雜化、不規(guī)則化。一個 好的設(shè)計結(jié)構(gòu)應(yīng)該滿足小的地震不出現(xiàn)損害，大的地震倒塌 不了的抗震特征，從而更好提高建筑體的抗震效果，減少人 們的生命財產(chǎn)損失。例如，建筑物的平面布置繁簡度、不規(guī) 則度，出屋面部分的高低等都是需要納入重點(diǎn)考慮范圍的問 題。2. 2建筑物材料的選用建筑物選用材料的好壞直接決定了建筑物自身抗震效 果的高低，這是顯而易見的問題。這相同的環(huán)境下，一個建 筑物所使用的材料越先進(jìn)高端，那么它的抗震性能就會越 高；相反，選用的材料質(zhì)量越差，防震能力就會越低。所以, 在實(shí)際的建造過程中，多采用諸如圍護(hù)墻等復(fù)雜的構(gòu)成部 件，盡量選用諸如空心磚等質(zhì)量輕的材料，這都

4、會大大的提 高建筑的防震能力。調(diào)查顯示，在國外的地震多發(fā)地區(qū)，鋼結(jié)構(gòu)是大多數(shù)國 家的首選，鋼筋和混凝土的混合使用則是我們國家最常使用 的一種材料形式。相比較而言，后所使用材料存在的風(fēng)險要 大于前者，抗震效果也就不言自明。尤其是，我國地處環(huán)太 平洋地震多發(fā)地帶，地震災(zāi)害頻發(fā)，選擇高質(zhì)量的建筑材料 更應(yīng)該得到大家的重視。2. 3地理環(huán)境因素地理環(huán)境是影響高層建筑抗震能力的外部因素。我國土 地面積寬廣，地形條件更是多樣復(fù)雜。當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時，往往 會衍生出一系列的次生自然災(zāi)害，比如在沿海地區(qū)容易引發(fā) 海嘯，在山地容易引起山體斷層、滑坡和泥石流等等，都會 加劇對建筑物的破壞，影響人們的生命財產(chǎn)安全。在此基

5、礎(chǔ) 上，選擇一塊建筑工地，我們一定要進(jìn)行實(shí)地考察，精確掌 握當(dāng)?shù)氐牡匦?、地質(zhì)和氣候條件，趨利避害，提高建筑物的 抗震能力，減少損失。3、高層建筑抗震設(shè)計的基本內(nèi)容目前，我國實(shí)行的抗震政策主要是規(guī)范高層建筑物在發(fā) 生較小地震時，立即根據(jù)反應(yīng)譜這一理論算出地震的作用 力，并采用彈性的方法算出地震發(fā)生時釋放出的內(nèi)力和造成 建筑的位移，用極限的方式設(shè)計出建筑的結(jié)構(gòu)部件2。對 于有特殊要求的重要建筑物，通常要進(jìn)行補(bǔ)充計算，必要時 還要求做出建筑的變形驗(yàn)算。但是我國規(guī)范的要求驗(yàn)算的種 類相對來說比較少、類型單一，明確具體彈塑性的計算要求, 做出有效規(guī)定，提髙彈塑性這種計算方式的可操作性，對于 高層建筑抗震

6、的進(jìn)步是非常有幫助的。一般來說，高層建筑抗震設(shè)計內(nèi)容主要由推力計算和時 程分析兩部分構(gòu)成。推力計算又稱作靜力法，這種方法出現(xiàn)時間相對較早， 但是仍有許多優(yōu)點(diǎn)可以供我們參考使用。靜力法使用的模型 是空間和平面或者三維空間的結(jié)構(gòu)體，這就是說，各個構(gòu)件 都必須符合具體標(biāo)準(zhǔn)以保證變形關(guān)系的確定。從這種方法， 可以了解到各個組成部件的內(nèi)力、承載力大小，了解二者之 間存在的關(guān)系，檢測它們強(qiáng)剪弱彎的符合度等等，從而幫助 我們找出設(shè)計中不符合規(guī)范的內(nèi)容。這種結(jié)構(gòu)的設(shè)計方式被 大多數(shù)設(shè)計人員所熟用，大部分的高層建筑就是在這種分析 基礎(chǔ)上建立起來的。時程分析又可以稱為動力法，它是按照建筑物所處地理 位置的烈度、類

7、別和設(shè)計的評判，然后選擇一定數(shù)量的地面 運(yùn)動時產(chǎn)生速度的記錄，通過分析計算得到的建筑物在虛擬 地震過程中的位移和速度而制定的一種抗震計劃。這種方法 的優(yōu)點(diǎn)是隨著時間的變化，我們可以得到每一個樓層的準(zhǔn)確 反應(yīng)。雖然它是從宏觀范圍上檢驗(yàn)建筑物的結(jié)構(gòu)是否安全， 這一過程也十分清晰準(zhǔn)確，但是卻很少被人們采納使用。究 其根源，是因?yàn)閯恿Ψㄔ诜治鲞^程中需要消耗大量的時間和 資金，最后顯示出來的數(shù)據(jù)量紛繁復(fù)雜，分析過程難度大， 因此也就無法得到重視。4、抗震設(shè)計的研究方法4.1合理設(shè)計抗震結(jié)構(gòu)高層建筑物的結(jié)構(gòu)是否合理，會直接影響到抗震性能的 強(qiáng)弱。我國大多數(shù)的髙層建筑主要采用三種結(jié)構(gòu)方式，分別 是框筒體系、

8、筒中筒與框架體系、支撐體系。我國是鋼材生 產(chǎn)大國，鋼的制造能力和加工水平已經(jīng)達(dá)到世界先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)， 因此可以廣泛使用鋼結(jié)構(gòu)，提髙抗震能力。在抗震設(shè)計結(jié)構(gòu) 中，要大膽的從傳統(tǒng)的抗震模式中徹底解放出來，實(shí)現(xiàn)從硬 性到軟性模式的根本轉(zhuǎn)變，達(dá)到以柔克剛的目的，有效的消 減地震時釋放出來的作用力。4. 2選擇適當(dāng)?shù)慕ㄖ牧喜牧系暮脡?，對建筑的質(zhì)量起決定性作用。使用的材料 越好，抗震性能越高。針對這一環(huán)節(jié)，首先，我們要分析所 選材料的抗震性能參數(shù)，從整體上進(jìn)行把握研究，不能只單 純考慮承載力的大小而無視其他重要因素。所謂的抗震，就 是要求我們嚴(yán)格的控制住建筑的延性，從建筑的具體建設(shè)到 施工過程全方位、多層次的

9、選擇符合我們需要的建筑材料。4.3多角度設(shè)置抗震防線提高建筑物抗震效果還可以通過增加抵御路線這種方 式來提高抵抗力。當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時，各種防線可以共同發(fā)揮作 用，第一種防線潰敗時，還有后續(xù)力量給與支持增援，阻止 建筑物發(fā)生大面積的倒塌破壞。在技術(shù)人員進(jìn)行設(shè)計的過程 中，可以添加諸如多肢節(jié)、框架式的設(shè)計結(jié)構(gòu)。其中框架墻 具有多層次防線的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，而剪力墻又是其主要的構(gòu)成部 件，屬于抗震過程中的主力軍。確?？简?yàn)，設(shè)置的數(shù)量要足 以應(yīng)對地震使所產(chǎn)生的沖擊力。一般來說，剪力墻受到破壞 之后，每層框架所具有的地震剪力應(yīng)大于結(jié)構(gòu)底部的剪力， 只有這樣才能確保防線設(shè)置的成功。4. 4綜合使用各種隔震措施大多數(shù)的

10、高層建筑在具體設(shè)計時，都運(yùn)用了延性這一種 結(jié)構(gòu)方式。所謂的延性就是指控制住建筑物的剛硬程度，在 地震過程中使建筑物的結(jié)構(gòu)部件擁有一種塑性狀態(tài)，消耗地 震產(chǎn)生式釋放的作用力，減少地震的反應(yīng)度，從而有效的減 少建筑物受到的破壞3。盡管一座建筑物有較大的承載能 力，如果缺少高的延性結(jié)構(gòu)，在地震中也會不堪一擊，甚至 完全倒塌。這是因?yàn)檠有栽礁?，吸收的能量就越大，也就?加能夠承受高層建筑結(jié)構(gòu)的大的變形。這是一種高效的構(gòu)件 方式，被許多人員廣泛的推行使用。近年來，高層建筑物的 抗震能力不斷的得以提高，其中一個因素就是阻尼器的發(fā)明 和使用。在人們共同的努力下，各種抗震措施得以逐漸完善, 大大的削弱了地震造成的破壞。5、結(jié)語近年來，國內(nèi)外分別發(fā)生了幾次震感較為強(qiáng)烈的地震， 從震后這些高層建筑的狀況來看，能經(jīng)受住大震檢驗(yàn)的結(jié)構(gòu) 并不如人意。由此看來，高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計方法還有 待提高。因此，迫切的需