論高層建筑抗震設(shè)計(jì)

論高層建筑抗震設(shè)計(jì)【摘要】：這篇文章首先說明了為什么要進(jìn)行高層建筑的抗震設(shè)計(jì)，然后就針對我國當(dāng)前高層建筑在抗震設(shè)計(jì)方面的問題進(jìn)行了探討，并講述了一些解決我國當(dāng)當(dāng)前高層建筑抗震設(shè)計(jì)的方法及措施?！娟P(guān)鍵詞】：高層建筑；高層抗震設(shè)計(jì)問題；方法策略0引言隨著我國現(xiàn)代城市建設(shè)的日漸發(fā)展，人們也越來越朝著城市發(fā)展，隨著城市人口數(shù)量不斷加劇，普通建筑也越來越滿足不了現(xiàn)代城市發(fā)展的需求，出于節(jié)約土地資源的原則，為了更進(jìn)一步為人類提供較大的建筑空間，樓層也越建越高，高層建筑甚至超高層建筑由此而生。但也因此出現(xiàn)了不少擔(dān)憂，大多數(shù)人居于以前的傳統(tǒng)觀念，并不認(rèn)為高層建筑的安全系數(shù)可以保障，尤其是在處于地震斷裂帶即地震高發(fā)期的城市，人們對此更為擔(dān)憂，因此就為高層建筑提出了更高的要求和巨大的挑戰(zhàn)。所以穩(wěn)定性和抗震設(shè)計(jì)對于高層建筑是至關(guān)重要的。1高層建筑抗震設(shè)計(jì)的必要性高層建筑抗震的設(shè)計(jì)首先為了貫徹執(zhí)行國家頒布的有關(guān)建筑工程的法律法規(guī)，在建筑中主要實(shí)行以預(yù)防為主的策略，讓我們的建筑物經(jīng)過抗震設(shè)防后，可以有效地減輕建筑物在地震作用下破壞，從而可以達(dá)到“小震不壞、中震可修、大震不倒”的設(shè)防目標(biāo)。其次高層建筑抗震設(shè)計(jì)還可以避免造成人員傷亡、減少經(jīng)濟(jì)損失以及降低社會影響。一般來說，高層建筑一旦設(shè)防不佳，那么其影響力不像普通建筑物那樣低，其一旦倒塌，那么對于人口密集的城市的說可以說是致命的，一個(gè)好的高層建筑對城市的發(fā)展提升還是很大的，其保證了城市的正常發(fā)展。所以高層建筑的抗震設(shè)計(jì)是十分有必要的。2高層建筑抗震設(shè)計(jì)中存在的問題2.1工程建筑抗震材料選擇問題首先我國大部分地區(qū)是處在地震斷裂帶上，屬于地震災(zāi)害頻發(fā)的國家。我國雖然在高層建筑中對抗震材料的選擇的規(guī)定有明確的規(guī)定，然而即使這樣，我國高層建筑的材料的質(zhì)量與其他發(fā)達(dá)國家所選用的高層建筑抗震材料相比還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，要求仍然達(dá)不到外國的標(biāo)準(zhǔn)。不僅如此,然而在我國的地震常發(fā)的地區(qū),當(dāng)?shù)剡x取的建筑材料及結(jié)構(gòu)體系大多是不合理的。比如：在國內(nèi)，150m以下的高層建筑采用的結(jié)構(gòu)體系與國外一樣，主要是筒中筒體系、框架-支撐體系、框-筒體系。其體系雖然一樣，但是由于材料問題，在國外仍然是這三種體系，但是他們的對這三種體系的材料選擇則是鋼結(jié)構(gòu)甚至還的有可能為輕鋼結(jié)構(gòu)，而同樣的體系放在我們國內(nèi)就變成了鋼筋加混凝土或者是混合陣容體系。而恰恰相反的是，我國對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的掌握還不是很完善，就把這個(gè)應(yīng)用到高層建筑結(jié)構(gòu)中了，但是我國對于高層建筑的研究起步較晚，對此方面的經(jīng)驗(yàn)又不足，所以在材料選擇的研究還是要重視[1]。不單單如此，在我國有些地震多發(fā)城市，這個(gè)地區(qū)相應(yīng)的國標(biāo)和地標(biāo)都明確規(guī)定了一些內(nèi)容，但是地方建設(shè)人員卻往往不配合，往往出現(xiàn)偷工減料甚至偷梁換柱的情況，導(dǎo)致高層建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性差和高層建筑的防震、抗震能力大大減弱，給高層建筑抗震帶來了巨大的隱患。2.2缺少相應(yīng)的高層建筑抗震設(shè)計(jì)人才在其他國家，尤其是在西方或歐美等發(fā)達(dá)國家普遍重視高層建筑設(shè)計(jì)問題。國外的高校和研究機(jī)構(gòu)中有眾多的抗震設(shè)計(jì)專業(yè)人才，這為提高他們自己的國家高層建筑抗震能力提供了重要的人才支撐。然而現(xiàn)階段而言，我國目前高校還較少開設(shè)建筑設(shè)計(jì)抗震的相關(guān)專業(yè)，即便有抗震設(shè)計(jì)專業(yè)，但所學(xué)的課程也不夠系統(tǒng)，人才較為匱乏，因此就導(dǎo)致了我國在抗震設(shè)計(jì)等相關(guān)領(lǐng)域的的人才匱乏，而在我國大多數(shù)的高層建筑抗震設(shè)計(jì)人才資源都是前往國外深造學(xué)習(xí)，然后引進(jìn)國外的成功經(jīng)驗(yàn)，所以現(xiàn)在很多城市的高層建筑往往依靠國外建筑設(shè)計(jì)公司完成抗震設(shè)計(jì)，其中的緣由正是因?yàn)閲鴥?nèi)的抗震設(shè)計(jì)人員相應(yīng)的技術(shù)不夠精深，還不過關(guān)，在我國現(xiàn)代的教育背景下，這些技術(shù)人員大多缺乏一定的自主創(chuàng)新能力，盡管我國現(xiàn)在盡可能的去補(bǔ)救，在部分高校都紛紛開設(shè)了高層建筑抗震設(shè)計(jì)的相關(guān)專業(yè)課程，但是我們其實(shí)都知道，由于大多數(shù)學(xué)校由于教學(xué)條件以及教育設(shè)施都不齊全，很多學(xué)生都是僅僅學(xué)習(xí)理論知識，缺乏了我們工程的實(shí)踐環(huán)節(jié)，造成不能貫通理論和實(shí)踐知識，所以學(xué)出來的技術(shù)人員還是不夠相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致我們高層建筑抗震設(shè)計(jì)的人才匱乏。2.3建筑物建設(shè)高度的問題為了更進(jìn)一步維護(hù)人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全，體現(xiàn)出對于高層建筑的安全性的重視，我國對建筑物的高度已經(jīng)做出了一個(gè)明確而具體的規(guī)定，根據(jù)此規(guī)定，我們高層建筑在一定的結(jié)構(gòu)形式和設(shè)防烈度的基礎(chǔ)上必須要有一個(gè)適宜的高度，而且該高度還必須與我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、建筑的施工技術(shù)水平以及相應(yīng)的規(guī)范體系相適應(yīng)，保證建筑物的高度，實(shí)現(xiàn)高層建筑的最大利益化和最大安全化。從我國目前的實(shí)際情況上來看，仍然存在著有很多高層建筑超過了規(guī)范限定的高度標(biāo)準(zhǔn)。就比如一些我們?nèi)粘Ｉ钋闆r，我們可以常常從各地新聞了解到一些新聞報(bào)告某某地區(qū)出現(xiàn)違建工程，我相信這些建這個(gè)超限工程的單位應(yīng)該清楚的明白相應(yīng)的地方法規(guī)的規(guī)定，但是他們?nèi)匀粫榱双@取更多的利益，存著在不會被發(fā)現(xiàn)或者是不會出問題的僥幸心理，對其高層建筑的建設(shè)高度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了國家或地方規(guī)定限制的高度范圍。導(dǎo)致到最后遇這些建筑遇到一些自然災(zāi)害比如地震臺風(fēng)等，使至這些高層建筑不能夠有效的抗震，達(dá)不到相應(yīng)的設(shè)計(jì)要求，導(dǎo)致給國家和城市以及人們?nèi)罕妿聿豢赏炀鹊木薮髶p失?？膳碌氖沁@種高層建筑超高現(xiàn)象是普遍存在的，這類建筑給人們帶來的危害是潛在的，對于這種超高現(xiàn)象，不能存在任何僥幸心理，要盡可能地應(yīng)做到“防患于未然”。[2]2.4建筑物的抗震場地選擇不合理對于這個(gè)問題，想必我們都知道原因了，對于建筑而言，地基的重要性不言而喻，沒有一個(gè)好的地基根本不可能建出一個(gè)好的建筑，尤其是對高層建筑而言，由于其樓層相比一般的建筑物而言，它明顯對于地基的屬性要求就更高，一些軟弱土層的地基可能滿足對沒有什么設(shè)防的建筑物的要求，但在城市中，建筑物密集，高層建筑抗震場地的選擇一定要慎重，高層建筑的抗震場地選擇不合理主要表現(xiàn)為選址在一些斷層處、軟弱土層處和一些容易震陷的土層處。2.5高層建筑抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)較為滯后由于時(shí)代發(fā)展迅速和我國對高層建筑物的研究起步較晚，所以目前我國高層建筑抗震設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)與發(fā)達(dá)國家相比較為滯后，現(xiàn)階段所使用的大多數(shù)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)難以適應(yīng)現(xiàn)階段我國高層建筑的實(shí)際發(fā)展需求，因此提高高層建筑抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)迫在眉睫[3]。3.高層建筑抗震設(shè)計(jì)可采取的相應(yīng)措施3.1選擇新型的高性能材料通常為了提高一些高層建筑的抗震性能，我們通常會通過減少其梁柱截面尺寸，但是這個(gè)方法弊端就是減少了這方面的尺寸，其他結(jié)構(gòu)就會承擔(dān)更多的荷載，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)可能會達(dá)不到相應(yīng)的設(shè)計(jì)要求。因此我們有必要進(jìn)行對高層建筑的材料的革新，選用一些高性能材料，比如在一些建筑結(jié)構(gòu)中可以使用鋼管結(jié)構(gòu)代替部分混凝土結(jié)構(gòu)形成鋼管混凝土結(jié)構(gòu)，同樣的道理，也可以采用相應(yīng)的鋼結(jié)構(gòu)代替其他類似構(gòu)件。選擇新型材料也不是盲目地去選擇或者替換，我們應(yīng)該在不同情況下對不同結(jié)構(gòu)的選擇也不同，比如：超過一定高度的建筑物，應(yīng)選擇鋼管或鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)及材料以便減小風(fēng)振，而不應(yīng)選用質(zhì)量小并且較為柔軟的鋼結(jié)構(gòu)。而且不同結(jié)構(gòu)的建筑為了提高抗震性能選用的材料也不盡相同，比如，鋼骨混凝土構(gòu)件的高層建筑，其選用的材料應(yīng)為實(shí)腹式焊接工字鋼或大型型鋼，這樣在地震中受到的震害會比較輕微[4]。就比如處在日本的一座高層抗震大廈，這個(gè)大廈地上55層高達(dá)185米，這個(gè)建筑不僅使用了和美國紐約世界貿(mào)易大廈中心相同的鋼管168根從而確保了抗震強(qiáng)度，打破之前使用鋼筋混凝土作為強(qiáng)度的中心的原則，而且還使用了剛性結(jié)構(gòu)抗震體，大大提高了該高層建筑的抗震性能，可見選擇新型的材料對于高層建筑而言是多么重要。3.2采用合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來提高高層建筑抗震能力一個(gè)合理的結(jié)構(gòu)給高層建筑帶來的好處是巨大的。一般情況下，我們都將高層建筑物的合理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)僅單單理解為是對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)化即通過減少截面尺寸來減輕高層建筑的自重，從而達(dá)到相應(yīng)的抗震設(shè)計(jì)目的。下面我來說明一些通過其他合理的設(shè)計(jì)來提高結(jié)構(gòu)的抗震能力。3.2.1通過位移的結(jié)構(gòu)抗震方法進(jìn)行設(shè)計(jì)一般情況下，一般的建筑物面對地震所產(chǎn)生的強(qiáng)烈作用會出現(xiàn)先相應(yīng)的變形。而隨著高度的增加，這種變形效果就越來越明顯，高層建筑對于一般建筑而言，不僅僅是高度的增加，其影響也遠(yuǎn)遠(yuǎn)不是普通建筑各種地震負(fù)面效果的那么簡單，我們對高層建筑的標(biāo)準(zhǔn)也遠(yuǎn)遠(yuǎn)比一般建筑要求要高得多。其最為典型的設(shè)計(jì)就是通過對層間位移的限制來進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。[5]我國大部分建筑物對抗震結(jié)構(gòu)的驗(yàn)算一般情況下都是先以建筑承載力作為研究的，然后在以承載力為基礎(chǔ)的基礎(chǔ)上再根據(jù)變形的結(jié)構(gòu)來進(jìn)行結(jié)構(gòu)的位移設(shè)計(jì)。我們可以通過這方面的驗(yàn)算可以有效的提高建筑物的抗震性能。3.2.2運(yùn)用高延性結(jié)構(gòu)來進(jìn)行消震和隔震高延性結(jié)構(gòu)顧名思義，是指截面或者構(gòu)件達(dá)到其彈性極限狀態(tài)后還可以保持原來的承載力的變形能力。一般而言高延性結(jié)構(gòu)對高層建筑有良好的隔震效果，可以有效地減少地震對高層建筑的傷害。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(jì)技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多的設(shè)計(jì)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[6]。在地震破壞高層建筑結(jié)構(gòu)的在這個(gè)過程中，如果可以充分利用好高延性結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工，就會達(dá)到相應(yīng)的消震和隔震的目的，有效減少地震帶來的危害和災(zāi)難。所以，在高層建筑中利用好這個(gè)方向也不失為一種抗震設(shè)計(jì)的方法。3.2.3高層建筑短柱問題改進(jìn)技術(shù)一般來說短柱問題存在于高層建筑結(jié)構(gòu)中，在這是因?yàn)槲覀冊谠O(shè)計(jì)時(shí)為了滿足軸壓比限制時(shí)，往往會給柱子的截面做的比較大，然后柱身就會比較短從而形成短柱和超短柱。對此，我們只要去提高短柱的承載力或者減少短柱的截面尺寸，比如可以使用復(fù)合螺旋箍筋或者采用鋼骨砼栓來提高柱的承載力，或者可以分柱體來減少短柱的截面尺寸[7]。3.2.4重視抗震扭轉(zhuǎn)效力在地震過程中會出現(xiàn)較多的扭轉(zhuǎn)作用、豎向作用與水平作用，在一定程度上，會對建筑物造成破壞性影響，導(dǎo)致出現(xiàn)破裂甚至是倒塌的現(xiàn)象。因此，高層建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員要對結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效力加以重視，保證能夠提高其位移結(jié)構(gòu)剛度，進(jìn)而達(dá)到相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，確保高層建筑混抗震結(jié)構(gòu)每一個(gè)部分都能達(dá)到相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問題，并且采取有效措施對其進(jìn)行調(diào)整，最大程度上提高高層建筑抗震結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)效率，使其設(shè)計(jì)質(zhì)量得以提升，促進(jìn)建筑行業(yè)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，使其向著更好的方向發(fā)展[8]。3.3盡量建立多層地震防線我們大家都知道一個(gè)常識雞蛋不要放在一個(gè)籃子里，同樣地道理，對于高層抗震設(shè)計(jì)而言，多層地震防線就是這個(gè)道理。建立了多個(gè)建筑防線之后在面對地震等災(zāi)害時(shí)，就可以有效的預(yù)防建筑物的毀害。相反，我們?nèi)绻挥幸坏降卣鸱谰€的話，這個(gè)高層建筑的防震效果會很差，很有可能難以我們相應(yīng)抗震設(shè)計(jì)要求標(biāo)準(zhǔn)。對建立多層抗震防線具體可以表現(xiàn)為：我們通?？梢圆捎每拐鹦Ч己镁C合框架結(jié)構(gòu)以及結(jié)合多種抗震手段一起實(shí)施即多層防線的有效結(jié)合，最終可以達(dá)到保證建筑物在其抗震要求下保持建筑物的正常使用。就比如可以將以上的方法綜合應(yīng)用使用到一個(gè)高層建筑里，使之各個(gè)方面有效結(jié)合，起到一加一大于二的共同抗震效果。而且我們也相信在未來肯定也會朝著這個(gè)方向發(fā)展，在抗震上會越來越好。3.4合理選擇地基和場地地基的重要性不僅對于普通建筑而言很大，而且對于高層建筑顯得更為重要。我們在高層建筑在抗震設(shè)計(jì)過程中不僅要格外注意施工地基和場地的選擇，還要去盡量避開地質(zhì)松軟和結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的場地和地基。要盡量選擇在土層厚實(shí)、不容易塌陷的土層處。在高層建筑設(shè)計(jì)前應(yīng)當(dāng)先行估算地震發(fā)生時(shí)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。不要在軟弱土層或者地表斷裂帶進(jìn)行高層建筑建造。3.4進(jìn)行抗震可靠度的分析在此之前，我們從從事高層建筑設(shè)計(jì)人員也僅僅是對高層建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行驗(yàn)算，也就是說這種形式只是在理論方面，缺少實(shí)際的一種經(jīng)歷過程。而我們引入抗震可靠度的分析處理我們在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的一些問題，也就是解決一些在理論設(shè)計(jì)過程中不存在的不確定性的問題。即我們對高層建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震評估，盡量做到“防范于未然”。4結(jié)論總而言之，高層建筑抗震設(shè)計(jì)不僅時(shí)刻關(guān)系到人民群眾的生命安全，而且也是保證城市發(fā)展的命脈。對此相關(guān)部門必須重視起高層建筑抗震設(shè)計(jì)工作，相關(guān)設(shè)計(jì)人員不僅要不斷地深入分析高層建筑的特點(diǎn)，而且還要預(yù)測高層建筑在地震中可能遭遇的風(fēng)險(xiǎn)，要不斷提高高層建筑抗震的抗震設(shè)計(jì)；要科學(xué)地運(yùn)用各種抗震設(shè)計(jì)方法，逐步增強(qiáng)高層建筑的抗震能力從而減少高層建筑下的廣大人民群眾在地震作用下生命和財(cái)產(chǎn)安全。參考文獻(xiàn)[1]張罡睿．高層建筑工程抗震設(shè)計(jì)中的相關(guān)問題分析[J]門窗，2014(4):258-259．[2]戰(zhàn)宇,李長風(fēng)等.高層建筑結(jié)構(gòu)抗震優(yōu)化設(shè)計(jì)探討[J].低溫建筑技術(shù)，2011,33(1):48-51.[3]