高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計探析

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摘要：目前，高層建筑在我國的發(fā)展越來越迅速。隨著建筑行業(yè)的興起，人們越來越注重建筑工程的設(shè)計難度及功能的實(shí)用性與結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性等方面的問題。高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計面臨的挑戰(zhàn)和問題越來越多。本文就高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的相關(guān)問題進(jìn)行了較為詳細(xì)的分析。

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

1高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計因素

1.1水平荷載力

水平荷載力對于高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計起著關(guān)鍵性的決定作用。所謂的水平荷載力主要是指風(fēng)荷載力以及抗震的作用。水平荷載力的大小對于整個高層建筑的抗震性能也是產(chǎn)生直接影響。具體原因主要分為以下幾個方面：

（1）高層建筑物本身的重量與高層的荷載力所產(chǎn)生的軸力的大小和彎矩的數(shù)值的大小正好和高層建筑物自身高度形成一次方的正比關(guān)系。

（2）由水平荷載力對其結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的傾覆力矩在構(gòu)件中引起的軸力作用與樓房高度的兩次方成正比。

1.2側(cè)向位移控制

在高層建筑的安全抗震理念中另一個至關(guān)重要的設(shè)計因素就是側(cè)向位移的控制。因為，建筑工程隊在施工過程中多多少少會由于建筑物樓層的增高而產(chǎn)生一定的難以控制的側(cè)向位移。并會隨著樓層高度的逐漸增加而不斷加大位移，通常是和建筑物高度的四次方程正比關(guān)系。如果在施工過程中側(cè)向位移控制不好，那么會大大影響到高層建筑的自身安全穩(wěn)定性。很有可能會發(fā)生房屋倒塌、墻體開裂的意外情況，從而危害居民或員工的人身安全。因此，對于高層建筑中側(cè)向位移的控制不容小覷。

1.3抗震荷載力

除了上述的水平荷載力、側(cè)向位移的因素外，還有一個就是要充分考慮到地震荷載力。一個好的抗震建筑物需要達(dá)到小震不壞、大震不倒的基本效果。

2高層建筑的結(jié)構(gòu)體系分析

2.1框架結(jié)構(gòu)體系

所謂的框架結(jié)構(gòu)體系通常指的就是由梁和柱通過連接而支撐起來的一種可以承重的結(jié)構(gòu)。一個好的框架結(jié)構(gòu)體系可以十分牢固地抵抗一定的水平荷載、側(cè)向位移、豎向荷載及地震荷載的。高層建筑設(shè)計選用良好的框架結(jié)構(gòu)體系會產(chǎn)生很多的優(yōu)勢。例如：平面設(shè)計實(shí)用快捷簡便,空間較大,能適應(yīng)較多功能的需要。正是由于框架結(jié)構(gòu)的這些優(yōu)點(diǎn),使得它成為高層建筑的主要結(jié)構(gòu)形式。當(dāng)然,框架結(jié)構(gòu)體系也有本身的局限性,例如其結(jié)構(gòu)的向剛度較小,在承受地震時將會發(fā)生變形且程度非常大。因此,樓層的高度和層數(shù)受到了框架結(jié)構(gòu)的限制。

2.2剪力墻結(jié)構(gòu)體系

目前較高的樓層也越來越多,因此,為了滿足較高樓層數(shù)的要求,剪力墻結(jié)構(gòu)體系出現(xiàn)了。剪力墻結(jié)構(gòu)(shsarwallstructure)是用鋼筋混凝土墻板來代替框架結(jié)構(gòu)中的梁柱,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。這種結(jié)構(gòu)在高層建筑中被大量運(yùn)用。

3高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中的疑難問題

3.1高度問題

出于經(jīng)濟(jì)與實(shí)用的角度而言，國家法律對高層建筑物的高度有一定的具體要求，以此來保證建筑物良好的使用性。然而，在實(shí)際操作中，一味地追求美觀與技術(shù)上的突破，往往都是盡可能地增加建筑物的最大高度限值。這樣的做法大大增加了高層建筑的安全抗震難度。

3.2競爭性大

目前，我國正出于穩(wěn)步的發(fā)展中，但是就科技水平、國家財力等而言，還是與發(fā)達(dá)國家之間存在著一定的差距。因此，對于建筑行業(yè)的發(fā)展也存在著一定的問題。例如：高層建筑中的安全抗震問題就十分棘手。在能穩(wěn)定確?？拐鹦阅艿囊恍┘夹g(shù)因素上（配筋率、軸壓比、梁柱承載力匹配）遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如發(fā)達(dá)國家?？v觀整個的市場經(jīng)濟(jì)和行業(yè)形勢，我國高層建筑的安全抗震性能的設(shè)計防護(hù)存在著相當(dāng)大的競爭力。

3.3高層建筑的結(jié)構(gòu)體系設(shè)計問題

由于施工中主要針對高層建筑的安全抗震性能設(shè)計建筑結(jié)構(gòu)，因此，如何有效地結(jié)合地震頻發(fā)區(qū)的地理位置來選取建筑材料，設(shè)計合理的建筑結(jié)構(gòu)體系，成為了設(shè)計師們最難把握的問題。通常，施工中都是采用鋼筋混凝土來做內(nèi)部支撐，因為據(jù)實(shí)驗數(shù)據(jù)顯示，鋼筋混凝土的地震作用剪力能高達(dá)百分之八十至九十以上。但與此同時，又有一個新的問題出現(xiàn)了。在施工中，側(cè)向位移似乎如影隨行，工人們總是在不斷地檢查位移的范圍大小。而鋼筋混凝土材料的使用剛硬度還是不足以支撐較大的側(cè)向位移力。

4關(guān)于提升高層建筑抗震結(jié)構(gòu)的建議

4.1高層建筑結(jié)構(gòu)體系分類及側(cè)移運(yùn)用

設(shè)計中講究對癥下藥，具體問題具體解決。首先要對高層建筑的結(jié)構(gòu)體系做一個詳細(xì)的分類。主要分為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、鋼-混凝土混合結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)和鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)等。再按照結(jié)構(gòu)形式來分類，又可以分為框架結(jié)構(gòu)體系、剪力墻結(jié)構(gòu)體系及框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系等。其次，著重考慮這些結(jié)構(gòu)體系的形式在高層建筑施工中的側(cè)向位移的運(yùn)用。一般情況下，超過五十米的建筑物主要采用剪力墻結(jié)構(gòu)體系。因為此結(jié)構(gòu)體系剛硬度大，不易受外界力而發(fā)生變形。而至于五十米以下的建筑物，通常采用的就是簡單的梁和柱結(jié)構(gòu)體系。

4.2增加建筑物的橫截面積使承重力分散

一旦達(dá)到那么大的高度，想要保證百分百的垂直上升幾乎是不可能的。而建筑物產(chǎn)生意外的傾斜或者側(cè)歪，極有可能導(dǎo)致后期的坍塌。至于抗震性能更是不值一提。想要解決這一問題可以嘗試從以下角度入手：增加建筑物本身的橫截面積，使其承重力分散到橫截面上，而不只是單獨(dú)地依賴于垂直面，這在一定高度時能夠大大減少高層建筑物的側(cè)向位移，從而相對保證其安全抗震的性能。當(dāng)建筑物樓層高度達(dá)到五十米以上時，我們通常使用的是剪力墻結(jié)構(gòu)體系。但是往往會出現(xiàn)剪力墻超筋的不良情況。毋庸置疑，剪力墻的超筋會使整個建筑物的整體承載力不夠，從而大大影響到高層建筑物的抗震性能。

4.3設(shè)置抗震縫是夯實(shí)地基的關(guān)鍵

大多數(shù)的建筑物如果出現(xiàn)抗震性能不佳或者樓房易震動說明此建筑物的地基沒有做好。一個好的地基是建筑物安全抗震的必要條件。而縫隙的設(shè)置將會在一定程度上大大增加地基的牢固性。應(yīng)該檢查建筑物的各個部位是否有高度上的差異，因為高度差異會導(dǎo)致受力不均，從而影響整體的牢固。需在有高度差異的地方設(shè)置沉降縫，在平面有縫隙的地方設(shè)置伸縮縫。

5結(jié)束語

目前，我國在建筑行業(yè)發(fā)展地越來越快，因而對于建筑設(shè)計的要求也是越來越高。不但注重建筑物的外觀造型的新穎獨(dú)特，更加注重其方方面面的安全實(shí)用性能。在一定程度上帶給了人們生活品質(zhì)的提高與安全居住的保障。

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作者：鐘盛濤