高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)問題探析

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摘要：高層建筑建設(shè)過程中，建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)是建筑企業(yè)需要高度重視的問題，如果建筑結(jié)構(gòu)缺乏良好的抗震性能，一旦發(fā)生地震災(zāi)害就無法保證建筑整體的穩(wěn)定性和安全性，嚴(yán)重威脅人們的生命安全和財(cái)產(chǎn)安全。就目前高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)情況來看，還是存在一些問題，建筑地基選取問題、建筑高度問題、建筑材料選擇問題等在一定程度上影響了高層建筑的抗震性能。因此，文章提出在進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)時(shí)，需要深入研究分析抗震設(shè)計(jì)要點(diǎn)，在全面了解建筑結(jié)構(gòu)使用功能和使用特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，制訂出科學(xué)合理的抗震設(shè)計(jì)方案，提高建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能，確保高層建筑使用安全。

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

1高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中存在的問題

1.1建筑物整體高度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于限制高度

站在建筑物安全性能和抗震性能的角度上考慮，對(duì)于不同結(jié)構(gòu)形式的高層建筑，建筑行業(yè)明確規(guī)定了它們所對(duì)應(yīng)的建筑高度。但是隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，大量的人員流入到城市建設(shè)中，城市人口越來越多，土地可用面積越來越少，為了滿足人們的居住需求，建筑行業(yè)大力建設(shè)高層建筑。為了最大限度提高高層建筑的利用率，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化，很多高層建筑的整體高度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于限制高度。一旦建筑物高度突破了地震的極限值，就會(huì)大大降低抗震性能，在地震災(zāi)害作用下就會(huì)出現(xiàn)高樓坍塌事故，進(jìn)而破壞了周圍抗震性能較好的建筑物，帶來不可預(yù)估的經(jīng)濟(jì)損失。

1.2高層建筑地基選取不合理

目前，很多房地產(chǎn)開發(fā)商在選擇高層建筑建設(shè)區(qū)域時(shí)，只考慮到了建設(shè)區(qū)域的空間面積和地段的繁華程度，一般很少關(guān)注地質(zhì)條件，幾乎不考慮地形地貌。就建筑的整體安全性能來說，進(jìn)行高層建筑地基選取時(shí)，地形地貌是非常關(guān)鍵的要素。需要選擇寬闊、平緩的地帶作為高層建筑地基，地基土壤的密實(shí)度要高，建設(shè)區(qū)域需要與河岸保持足夠遠(yuǎn)的距離；建筑物地基不能含有兩種及以上的土壤特質(zhì)；凹陷地形、懸崖邊緣、土壤斷層區(qū)域都不是理想的地基基礎(chǔ)。如果開發(fā)商沒有重視地形地貌問題，將高層建筑地基選取在不合適的地形上，那么必然會(huì)導(dǎo)致抗震性能不符合要求，建筑物整體存在較大的安全隱患，稍有不慎就會(huì)發(fā)生安全事故。

1.3高層建筑材料選擇不合理

建筑材料質(zhì)量直接關(guān)系著建筑物的整體建設(shè)質(zhì)量，影響著建筑物的安全性和穩(wěn)定性。如果建設(shè)過程中選用了廉價(jià)、不合格的建筑材料，就會(huì)嚴(yán)重降低建筑質(zhì)量，導(dǎo)致建筑物出現(xiàn)滲水、墻皮脫落、地面不牢固等不良問題，一旦遇到地震災(zāi)害，此種高層建筑的破壞嚴(yán)重程度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于質(zhì)量合格的建筑物，遭受慘重?fù)p失。由此可見，在高層建筑建設(shè)中選擇質(zhì)量合格的建筑材料是至關(guān)重要的，建筑企業(yè)千萬不要為了眼前的短期利益選擇質(zhì)量不合格的建筑材料，否則得不償失，影響企業(yè)的社會(huì)形象和市場(chǎng)口碑。

1.4高層建筑防震度較低

進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)時(shí)，很多設(shè)計(jì)師都會(huì)使用新型的施工技術(shù)和新型材料，有效結(jié)合土木工程施工規(guī)范與施工力學(xué)指標(biāo)，這樣就能提高建筑物的抗震性能，確保其滿足抗震指標(biāo)要求。但是由于部分技術(shù)還不成熟，并不能經(jīng)受住地震的威力，導(dǎo)致最終的建設(shè)效果無法符合設(shè)計(jì)要求，實(shí)際的抗震性能比較差。在高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)過程中，還需要提前做好模擬試驗(yàn)，獲取各種模擬參數(shù)和數(shù)據(jù)以便為設(shè)計(jì)工作提供有效的數(shù)據(jù)支持，從而提高建筑設(shè)計(jì)方案的可行性和合理性。如果設(shè)計(jì)人員沒有根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，很可能設(shè)計(jì)方案中存在一些不足和缺陷，這樣在后期施工中就會(huì)出現(xiàn)施工質(zhì)量問題，帶來明顯的房屋結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，大大降低了高層建筑物的承載力，給高層建筑整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性帶來不利影響。

2提高高層建筑結(jié)構(gòu)抗震性能的有效對(duì)策

2.1科學(xué)合理地選擇建筑物的地理位置

由于建筑物的地理位置、地形地貌、水文條件等都會(huì)嚴(yán)重影響著建筑物的抗震性能，因此，進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需要科學(xué)合理選擇建筑物的地理位置。設(shè)計(jì)人員需要充分調(diào)研和實(shí)地考察建筑區(qū)域的地質(zhì)條件和環(huán)境狀況，詳細(xì)記錄地形、水文、地質(zhì)數(shù)據(jù)，為建筑物結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)提供可靠的數(shù)據(jù)支持。如果建設(shè)場(chǎng)地中存在斷層錯(cuò)動(dòng)、陷落等問題，就需要及時(shí)向上級(jí)領(lǐng)導(dǎo)說明場(chǎng)地情況的危險(xiǎn)性，此種場(chǎng)地是不能建設(shè)高層建筑的，需要重新選擇更換新的選址地。選擇施工場(chǎng)地時(shí)，還需要詳細(xì)分類地震作用下建筑物的破壞特征和破壞程度，根據(jù)場(chǎng)地性質(zhì)的不同特點(diǎn)，制訂有針對(duì)性的抗震措施消除不利因素。進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)時(shí)，結(jié)構(gòu)工程師還需要對(duì)地基的液化程度、地基的抗震設(shè)防類別進(jìn)行有效分析，在此基礎(chǔ)上制定提高上部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)剛度的優(yōu)化措施，有效解決地基液化沉降問題，避免不良地質(zhì)環(huán)境影響了建筑物的整體強(qiáng)度和穩(wěn)定性，

2.2根據(jù)實(shí)際情況確定合適的建筑結(jié)構(gòu)形式

隨著建筑行業(yè)的繁榮發(fā)展，也延伸了多樣化的建筑結(jié)構(gòu)形式，磚混結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、框架剪力墻結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)等都是常見的建筑結(jié)構(gòu)形式，這些建筑結(jié)構(gòu)形式有著各自的優(yōu)勢(shì)和不足，抗震性能也有很大的不同。因此，在設(shè)計(jì)高層建筑結(jié)構(gòu)時(shí)，需要根據(jù)實(shí)際情況，將建設(shè)區(qū)域地震的發(fā)生頻率和抗震等級(jí)考慮進(jìn)去，確定合適的建筑結(jié)構(gòu)形式，提高建筑結(jié)構(gòu)的安全性能和抗震性能，確保人們的居住安全。同時(shí)在設(shè)計(jì)過程中，需要建立科學(xué)合理的地震受力模型，合理分析、準(zhǔn)確計(jì)算結(jié)構(gòu)受力情況，確保建筑結(jié)構(gòu)的所有承重構(gòu)件符合抗震設(shè)計(jì)要求，這樣才能提高抗震設(shè)計(jì)效果。外界條件相同的情況下，如果高層建筑采用的是磚混結(jié)構(gòu)形式，那么它的抗震性能要比混凝土結(jié)構(gòu)形式差一些。具體原因?yàn)?，磚混結(jié)構(gòu)的主體承重材料是磚砌體，這種材料結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和硬度不夠，容易破損，而且磚體結(jié)構(gòu)重量過大，在地震作用下，高層建筑的破壞程度大大增加?；炷两Y(jié)構(gòu)的主體承重材料主要是混凝土，使用的是輕質(zhì)材料填充墻體，整體的重量是遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于磚體結(jié)構(gòu)的，這樣一旦發(fā)生地震，它的穩(wěn)定性、抗震性就要高于磚混結(jié)構(gòu)。目前，國外常用的建筑結(jié)構(gòu)形式是鋼結(jié)構(gòu)，這主要是因?yàn)殇摻Y(jié)構(gòu)生產(chǎn)、施工便捷高效，而且鋼結(jié)構(gòu)的抗剪性能、抗壓性能優(yōu)異，同時(shí)具有較好的強(qiáng)度和延展性。此外，鋼結(jié)構(gòu)材料能夠?qū)崿F(xiàn)循環(huán)再利用，綠色環(huán)保，抗震性能、防火性能優(yōu)良?？蚣芗袅Y(jié)構(gòu)也是不錯(cuò)的選擇，能承擔(dān)各類荷載引起的內(nèi)力，并能有效控制結(jié)構(gòu)的水平力，擁有較大的剛度，即便是在水平地震力作用下，整體結(jié)構(gòu)也能保持較強(qiáng)的抵抗變形能力。

2.3增強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)薄弱層的抗震性能

進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)師需要格外重視建筑結(jié)構(gòu)薄弱層的設(shè)計(jì)，只有強(qiáng)化建筑結(jié)構(gòu)薄弱層的抗震性能，才能確保高層建筑整體結(jié)構(gòu)的抗震性能得到顯著提升。通過構(gòu)建高層建筑結(jié)構(gòu)受力模型，分析受力情況和數(shù)據(jù)參數(shù)，發(fā)現(xiàn)抗震性能最薄弱、極其容易達(dá)到極限狀態(tài)的結(jié)構(gòu)部位是高層建筑結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換層位置，因此，在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，需要采取有效的措施加固處理建筑結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層部位。嚴(yán)格按照相關(guān)的規(guī)范要求有針對(duì)性地進(jìn)行結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層的抗震設(shè)計(jì)，可以對(duì)轉(zhuǎn)換層的配筋率進(jìn)行適當(dāng)提高，從而使建筑構(gòu)件的荷載力、承受力得到有效提升。同時(shí)也需要加固處理薄弱結(jié)構(gòu)層的樓板處，為了提高樓板強(qiáng)度可以采用雙層雙向鋼筋，也可以適當(dāng)增加樓板厚度，這樣發(fā)生地震時(shí)，高層建筑薄弱層就不會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力破壞現(xiàn)象，整體建筑結(jié)構(gòu)也能始終保持良好的穩(wěn)定性。建筑結(jié)構(gòu)薄弱層的抗震設(shè)計(jì)方案完成后，設(shè)計(jì)人員也需要做好方案的審查論證工作，根據(jù)設(shè)計(jì)方案構(gòu)建簡(jiǎn)易的受力模型，再次核算結(jié)構(gòu)的受力情況，提高薄弱層的抗震能力，確保薄弱層的抗震性能符合抗震標(biāo)準(zhǔn)。

2.4科學(xué)合理地進(jìn)行隔震、消能減震設(shè)計(jì)

在高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中，可以將一些效能部件添加到建筑結(jié)構(gòu)中，這樣在多震作用下，建筑結(jié)構(gòu)也能達(dá)到預(yù)期的減震效果，并且仍能確保建筑結(jié)構(gòu)保持在彈性范圍內(nèi)正常工作。同時(shí)地震發(fā)生時(shí)，也能大大降低建筑結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)中的加速度、位移速度帶來的不良反應(yīng)，有效削弱建筑結(jié)構(gòu)部件的損壞程度，確保土木工程結(jié)構(gòu)和整體建筑物的完整性。進(jìn)行隔震、消能減震設(shè)計(jì)時(shí)，需要注意以下問題。第一，選擇建筑場(chǎng)地和建筑地基時(shí)，需要確保地基具有較高的密實(shí)性和穩(wěn)定性，這樣才能大大降低地震對(duì)建筑物的不良作用。第二，建筑結(jié)構(gòu)間存在不同的差異，這些差異會(huì)導(dǎo)致不同的隔振系數(shù)，在設(shè)計(jì)過程中需要根據(jù)實(shí)際情況合理選擇隔震支座。第三，選擇抗震的相應(yīng)構(gòu)件時(shí)，需要重點(diǎn)考慮構(gòu)件材料的延展性，降低地震給高層建筑物結(jié)構(gòu)帶來的破壞性和損壞程度。

3結(jié)束語

綜上所述，抗震性能是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要性能，只有確保高層建筑結(jié)構(gòu)具有優(yōu)異的抗震性，才能確保建筑物的穩(wěn)定性和安全性。因此，設(shè)計(jì)人員需要提高高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的重視度，在設(shè)計(jì)過程中科學(xué)合理選擇建筑物的地理位置，確定合適的建筑結(jié)構(gòu)形式，注重建筑結(jié)構(gòu)薄弱層的抗震性能設(shè)計(jì)，做好建筑結(jié)構(gòu)的隔震、消能減震設(shè)計(jì)，提高高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震效果，保障人們的生命安全和財(cái)產(chǎn)安全。

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作者:胡忠臣 單位:山東鉅旺建筑工程有限公司