高層建筑抗震設(shè)計現(xiàn)狀及策略

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摘要：高層建筑數(shù)量及質(zhì)量是城市化發(fā)展的重要標(biāo)志。高層建筑垂直高度較高且內(nèi)部建筑結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，因此需要格外注意抗震問題。高層建筑抗震設(shè)計時應(yīng)當(dāng)注意建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)則性，注意多道設(shè)防、并且注意建筑結(jié)構(gòu)的剛度和柔度相互協(xié)調(diào)。在高層建筑抗震設(shè)計時要注意采用位移結(jié)構(gòu)、高延性結(jié)構(gòu)、多層地震防線進(jìn)行抗震，并不斷提高結(jié)合結(jié)構(gòu)的性能，以此滿足防震和抗震的實際需求。

關(guān)鍵詞：高層建筑；地震；抗震

前言

近年來，隨著城市化進(jìn)程的不斷加快，高層建筑在數(shù)量和規(guī)模上開始不斷擴(kuò)大，已經(jīng)成為我國城市發(fā)展的新名片，成為地區(qū)城市化水平的重要衡量標(biāo)志。高層建筑在滿足城市人口居住、辦公、娛樂等需求的同時，也暴露出諸多的安全隱患，其中地震是威脅較大且造成財產(chǎn)安全損失最大的危險因素。因此，加強(qiáng)高層建筑加強(qiáng)抗震設(shè)計顯得尤為必要。本研究在結(jié)合現(xiàn)代建筑抗震相關(guān)理論基礎(chǔ)上，就現(xiàn)代高層建筑抗震現(xiàn)狀進(jìn)行分析，總結(jié)高層建筑抗震設(shè)計的原則和要點，現(xiàn)總結(jié)如下：

1高層建筑抗震設(shè)計原則

高層建筑抗震設(shè)計應(yīng)當(dāng)遵循建筑結(jié)構(gòu)剛度和柔度相協(xié)調(diào)重視建筑結(jié)構(gòu)規(guī)則、重視多道設(shè)防的基本原則。

1.1關(guān)注建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)則性

高層建筑在設(shè)計施工過程中應(yīng)當(dāng)滿足國家有關(guān)建筑抗震的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。一些建筑結(jié)構(gòu)如果不具有規(guī)則性且位于城市中心規(guī)劃區(qū)域之中，則這樣的建筑將是抗震防護(hù)的重要對象。由于地震發(fā)生突然且烈度強(qiáng)，因此要求高層建筑必須具有規(guī)則性，即立面符合對稱性且必須短平，這樣高層建筑在遭遇地震后可方便監(jiān)測建筑的破壞程度和抗震能力，而不規(guī)則建筑在地震后的破壞程度難以被準(zhǔn)確測量，需要深入內(nèi)部了解更多的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)才能綜合判斷。

1.2建筑結(jié)構(gòu)剛度和柔度相協(xié)調(diào)

在高層建筑設(shè)計和施工過程中，除了要考慮建筑抗震的實際要求外，還需根據(jù)建筑設(shè)計的尺寸以及所使用的施工材料判斷地震發(fā)生時對高層建筑所形成的破壞程度，進(jìn)而確定所需的建筑結(jié)構(gòu)剛度，以此提高防震抗震能力。但是在提高建筑結(jié)構(gòu)剛度的同時，還需要注意進(jìn)一步提高主體和地基之間的隔震效果，注意建筑結(jié)構(gòu)的柔度，保持剛度和柔度相協(xié)調(diào)。

1.3多道設(shè)防

地震作為突發(fā)的自然災(zāi)害，在主震結(jié)束后還會伴有不同程度和多次余震。一些建筑在遭遇主震之后雖然并未垮塌或傾斜，但在多次余震之后由于建筑結(jié)構(gòu)剛度被破壞，則極易垮塌堆積。因此，高層建筑在設(shè)計時要注意多道設(shè)防，建立多個抗震延伸系統(tǒng)，設(shè)計多個保護(hù)體系，這樣可提高高層建筑的抗震能力，進(jìn)而保證更多的人能在地震中存活。

2高層建筑抗震設(shè)計現(xiàn)狀及存在的問題

2.1缺乏專業(yè)的抗震設(shè)計人才

在西方發(fā)達(dá)國家普遍重視高層建筑設(shè)計問題，在高校和研究機(jī)構(gòu)中有眾多的抗震設(shè)計專業(yè)人才，這為提高西方國家高層建筑抗震能力提供了重要的人才支撐。然而我國目前高校還較少開設(shè)建筑設(shè)計抗震的相關(guān)專業(yè)，即便有抗震設(shè)計專業(yè)，但所學(xué)的課程也不夠系統(tǒng)，人才較為匱乏。很多城市的高層建筑往往依靠國外建筑設(shè)計公司完成抗震設(shè)計。

2.2高層建筑材料選擇較為隨意

現(xiàn)階段超過150m高度的高層建筑往往會使用建筑結(jié)構(gòu)鋼制成三層支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震。但是如果國內(nèi)高層建筑往往大量使用剛混凝土結(jié)構(gòu)，這與鋼結(jié)構(gòu)材料相比，抗震能力較差。

2.3高層建筑抗震設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)較為滯后

目前我國高層建筑抗震設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)與發(fā)達(dá)國家相比較為滯后，現(xiàn)階段所使用的建筑架構(gòu)設(shè)計安全標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)難以適應(yīng)我國高層建筑的實際需求，因此提高高層建筑抗震設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)迫在眉睫。

3高層建筑抗震設(shè)計的關(guān)鍵點

3.1對高層建筑結(jié)構(gòu)彈塑性的綜合分析

為了確保高層建筑在高烈度的地震中具有相應(yīng)的抗震能力，需要全面分析建筑結(jié)構(gòu)的彈塑性。目前建筑結(jié)構(gòu)彈塑性分析方法主要有動力分析法和靜力分析法。動力分析法所引用的分析模型較為簡單，但對技術(shù)人員的業(yè)務(wù)能力有較高的要求，而且計算結(jié)果往往會受到諸多因素的影響，結(jié)果經(jīng)常有多個，還需進(jìn)一步分析，才能確定最佳的計算結(jié)果。靜力分析法要求專業(yè)人員合理運用三維結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行彈塑性分析，這樣就可以排除地震余波的干擾，但是計算結(jié)果與建筑底層的水平載荷有很大關(guān)聯(lián)，這要求相關(guān)人員必須準(zhǔn)確合理設(shè)置參數(shù)。

3.2對高層建筑抗震方法進(jìn)行可行性分析

高層建筑抗震設(shè)計的目的在于制定一系列可行的抗震措施，進(jìn)而提高高層建筑抗震能力。目前建筑抗震措施較多，如建筑主體加固、地基與主體隔震設(shè)置等。在高層建筑抗震設(shè)計時需要綜合考慮高層建筑工程施工的要點和注意事項，選擇科學(xué)合理的抗震措施，既能符合建筑抗震的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，又能盡可能減少不必要的抗震措施的使用，在節(jié)省原材料的同時又可提高高層建筑抗震能力。

3.3高層建筑抗震設(shè)計報告必須全面

高層建筑抗震設(shè)計所出具的報告必須具有全面性，涵蓋高層是否突破限高，是否有突變層、地震時高層建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化情況、建筑可能出現(xiàn)的變形等內(nèi)容?？拐饒蟾媸歉邔咏ㄖ笃谑┕さ闹匾罁?jù)，如果出錯則會影響到高層建筑抗震能力。如果高層建筑中出現(xiàn)突變層，則在地震發(fā)生時高層建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化將無法預(yù)測；如果高層建筑突破限高，則必須根據(jù)相關(guān)抗震要求對超限建筑進(jìn)行整改，確保建筑受力科學(xué)，提高高層建筑抗震水平。

4高層建筑抗震設(shè)計具體方法

4.1充分利用位移結(jié)構(gòu)設(shè)計方法抗震

高層建筑在遭遇地震時結(jié)構(gòu)會發(fā)生變形，因此可充分利用位移結(jié)構(gòu)設(shè)計方法進(jìn)行抗震。在設(shè)計時刻根據(jù)需要界面的應(yīng)變散布大小進(jìn)行決策。在高層建筑選址過程中要選擇較為牢固的場地進(jìn)行位移結(jié)構(gòu)設(shè)計施工，這樣可有效吸收地震所輸入的能量，減輕地震對高層建筑產(chǎn)生的破壞。

4.2充分運用高延性結(jié)構(gòu)抗震

高延性結(jié)構(gòu)可有效吸收地震能力，減輕地震對高層建筑的破壞。目前隨著建筑架構(gòu)設(shè)計技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多的設(shè)計工作者開始使用阻尼器等吸收地震所輸入的大量能量，以此提高高層建筑的抗震能力，確保高層建筑可接受最大限度的變形而不至于發(fā)生坍塌。

4.3合理選擇地基和場地

高層建筑在抗震設(shè)計過程中要格外注意施工地基和場地的選擇，要盡量避開地質(zhì)松軟，結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的場地和地基。不應(yīng)在風(fēng)險區(qū)域上施工建造高層建筑。在高層建筑設(shè)計前應(yīng)當(dāng)先行估算地震發(fā)生時建筑自振周期，避免與場地和地基自振周期同步，避免發(fā)生共振現(xiàn)象造成建筑物坍塌。

4.4重視抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計

在高層建筑看診設(shè)計時應(yīng)當(dāng)盡可能使用鋼混凝土等構(gòu)造，減少柱斷面尺度，提高建筑整體抗震能力。同時在提高高層建筑結(jié)構(gòu)剛度的同時，也要注意引入柔性建筑結(jié)構(gòu)，有效吸收和緩解地震所輸入的能力，避免高層建筑在地震時發(fā)生坍塌。

5結(jié)語

綜上所述，高層建筑抗震設(shè)計關(guān)系到人民群眾的生命安全，因此必須重視高層建筑抗震設(shè)計工作，深入分析高層建筑的特點及在地震中可能遭遇的風(fēng)險，加強(qiáng)高層建筑抗震設(shè)計原則的把握，著力關(guān)注高層建筑抗震設(shè)計的關(guān)鍵問題，科學(xué)運用各種抗震設(shè)計方法，逐步提高高層建筑的抗震能力，降低高層建筑遭遇地震所產(chǎn)生的損失，保障人民群眾生命和財產(chǎn)安全。

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作者：程國源 袁彬 程維宇 程子遠(yuǎn)  單位：長江大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院 北京同人嘉藝裝飾有限公司