高層建筑抗震結構及材料應用

高層建筑抗震結構及材料應用隨著城市化進程的加快，城市規(guī)模進一步擴大，高層建筑逐漸在城市中興起和發(fā)展。我國大部分地區(qū)處于環(huán)太平洋地震帶上，屬于地震頻發(fā)區(qū)，從住房安全的角度來說，高層建筑的抗震能力得到了政府以及人民群眾的廣泛關注。本文分析了高層建筑的抗震結構，運用的抗震材料，以及抗震措施。

汶川地震和玉樹地震發(fā)生后，我國的經濟遭受了巨大的損失，但這也給我們未來的發(fā)展帶來了許多啟示?；仡櫘敃r的情景，所有的建筑物幾乎全部倒塌，與低層建筑相比較，高層建筑的倒塌和破壞程度更為嚴重。近年來，世界范圍內的高層建筑、超高層建筑都在不斷的刷新其高度?，F今世界第一高樓是2010年竣工位于阿拉伯聯(lián)合酋長國迪拜的哈利法塔，共有162層，總高828米。而且建筑結構也愈加復雜，對于建筑的抗震安全都存在不利影響。為了提升高層建筑的抗震安全性，達到安全與經濟的統(tǒng)一，我們對高層建筑的抗震結構與設計，以及抗震材料的運用等進行了深入探討。

一、地震如何破壞建筑

根據全球地震分析，能夠在地震發(fā)生時對建筑產生直接破壞的可分為三種情況：

（一）地震時引起地陷、山崩、地面錯位或裂縫等地面變形的產生，在城市修建時，直接在其上部建設。

（二）地震致使軟土震陷、沙土液化等地基失效現象，造成上層建筑的破壞。

（三）地面運動激發(fā)產生的劇烈震動使得建筑物結構遭受到過大的破壞，進而出現倒塌或傾覆現象。

二、分析建筑的抗震性能

建筑抗震性能取決于：抗震設計、抗震設防標準以及施工質量等三方面。

（一）建筑的抗震設計需要滿足“小震無礙、中震小礙、大震不倒”的標準，確立合理可行的抗震實施方案，選擇合適的抗震結構形式，進而確保此結構的抗震性能符合建筑的整體功效。大多城市高層建筑都采用具有良好的變形能力、變形強度，且相對抗震性能較強的建筑結構。如：框架—核心筒（剪力墻）結構、現行剪力墻澆筑結構。對于多層結構的住宅大樓而言，建筑結構較多的采用磚混結構類型，建筑樓板大都進行現場的澆筑，并且設置圈梁，建設構造柱等抗震措施，亦或是進行框架結構建設進而確保和增加建筑的抗震能力。

（二）抗震設防標準即根據抗震要求等級和烈度標準進行規(guī)劃和設計，也即是對于具體建筑物的抗震設計標準需結合建筑的具體使用功能。對于一般的建筑物而言，烈度設計是根據本地區(qū)實際情況進行防震烈度設計。烈度設計越高，抗震的性能就越高，說明建筑物的安全性能就越強，但這樣相應的增加了建筑的造價成本。

（三）施工質量是建筑工程的關鍵部分，確保施工質量，并加強施工質量的監(jiān)管，這也是確保此建筑是否具有較強抗震性能的外在關鍵因素。

三、從建筑結構與抗震材料的使用方面分析建筑抗震性能

（一）地震多發(fā)區(qū)對于抗震結構體系的特殊建設

我國建筑結構中對于抗震結構的設計通常有：房屋框架結構、剪力墻結構以及剪力支撐體系建設，這些是我國建筑抗震結構中比較常用的幾個方面，尤其適用于城市高層建筑的設計中。當前時期，國內外對于地震多發(fā)地區(qū)的抗震情況多以鋼結構建筑為主，尤其是在框架結構建筑方面，鋼結構建筑的使用占有很大比例。另一方面，由于我國建筑水平有限，在近年來才對新型建筑結構進行研究和應用，因此大多數建筑物還是屬于磚混結構，磚混結構建筑在地震多發(fā)區(qū)與鋼結構建筑相比，韌性方面表現出明顯的不足，并且混凝土的配比與性質特點等在抗震方面都體現出局限性，需要就新型建筑方式進行全面的改進。

根據我國對于建筑地震受害的情況進行分析，新型鋼結構建筑在抗震方面具有很強的優(yōu)勢，出現較大等級的地震情況下，鋼結構能夠對建筑框架維持較強的穩(wěn)定性。但就我國建筑的基本情況分析，由于我國建筑行業(yè)為了減小建筑成本，在進行鋼結構建筑建造的情況下，使得建筑用鋼量的明顯減少，房屋框架式結構與剪力結構對于抗震性能方面無法做到具體的提升，使得在發(fā)生高強度地震的情況下，混凝土結構發(fā)生位移，并且出現彎曲斷折的現象，使房屋結構增大承壓負荷，混凝土強度極限無法滿足抗震的基本要求。

在房屋結構設計方面，通過使用柱體漸變式間距結構，在多層或者高層建筑的建設中需要設計轉換層，由于每一層建筑物的承壓強度都會逐漸減小，底層建筑物承壓情況最為明顯，在結構功能出現剛性突變的情況下，房屋剪力結構的承重負荷突然增大，使得房屋伸展臂與交換層的梁柱結構出現松弛，因此需要在對建筑物進行轉換層設計時，需要對建筑結構剛性以及最小剛度限制進行約束，避免結構缺陷對于建筑物主體抗震性能的減弱。

（二）抗震建筑材料的探討與應用

抗震的建筑材料需具備量方面的要求。第一，建筑材料需具備足夠的強度。強度高卻不同于高抗震，對于脆弱性較明顯的建筑材料，其抗拉、抗折強度顯得尤其重要。另外，抗震材料應具備安全可靠性和耐久性，以便能夠減輕不同介質和材料以及不同的使用環(huán)境所造成的不利影響，進而提高建筑材料的使用壽命和建筑的安全性。

自1924年水泥和混凝土開始投入使用以來，便成為人類社會使用量最大的建筑材料，對于人類文明的發(fā)展和經濟的發(fā)展都起到了非常重要的作用。從抗震角度方面分析來看，水泥、混凝土屬于脆性的建筑材料，讓其作為建筑材料特別是具有高抗震性地區(qū)的結構材料是非常不利于建筑安全的。通過對建筑物的結構設計或運用鋼筋等材料進行脆性降低等方式可以得到有效解決，同時也可以通過改變水泥、混凝土的自身特性來應對。

對于水泥、混凝土自身性能自身抗震性能的改良途徑較廣，包括以下幾個方面：

首先，控制拌和混凝土過程的用水量?；炷恋膹姸?、耐久性和工作性能對水具有較強的敏感性，當水膠比降到0.3或以下時，混凝土的強度至少會提高一倍?；炷镣ㄟ^摻加具有高效的減水劑來改善混凝土的脆性特點，也可以通過減少拌和用水量使混凝土強度得到提高，進而提升混凝土的耐久性、可靠性和致密性?；炷恋臉O限壓力越小，受到破壞時其脆性特征就會越明顯，對于抗震功能是極為不利的，因此，必須同時采用增加其韌性的工程技術。

其次，采用更改聚合物特性的方法，以便明顯提高混凝土抗侵蝕能力和抗?jié)B性，改善堆料界面與混凝土漿液的結合，當聚合物摻加到一定量時，混凝土的脆性特征便呈現出良好的聚合物延性特征。并且，摻加聚合纖維能有效提高混凝土的抗裂能力，促使其延性得到提高。研究表明：摻加聚合纖維體積份數達到百分之二的PVA時，混凝土的拉應變便可提高3—7%，并且試件的強度也不會受到任何影響。

再次，集料的質量也會影響到混凝土的質量，尤其是影響其耐久性。例如：使用有害成分的集料或堿活性集料進行混凝土的制備，不但會降低混凝土的耐久性和縮短其壽命，甚至可能在突發(fā)的地質災害中增加其受到的破壞，進而導致?lián)p失增大。

最后，還應從根本上改變和增加水泥品種，如選用高后期強度、低水化放熱、