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篇1

中圖分類號：TU208文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A

近幾年來，隨著中國經(jīng)濟(jì)的快速高效發(fā)展，高層建筑不斷地涌現(xiàn)，地震災(zāi)害對這類建筑的威脅越來越嚴(yán)重，對高層建筑的抗震分析也越來越成為目前國內(nèi)外的科研熱點(diǎn)問題。因此，設(shè)計(jì)人員不僅在思想上要重視抗震設(shè)防，而且要熟悉有關(guān)的規(guī)范規(guī)定，并且在項(xiàng)目設(shè)計(jì)中認(rèn)真執(zhí)行和貫徹。

一 建筑結(jié)構(gòu)抗震能力的主要影響因素

（一）建筑結(jié)構(gòu)所用的材料及施工質(zhì)量

地震對結(jié)構(gòu)作用的大小幾乎與結(jié)構(gòu)的質(zhì)量成正比,一般說在相同條件下,質(zhì)量大,地震作用就大,震害程度就大,質(zhì)量小,地震作用就小,震害就小所以,在建筑物的樓板、墻體、框架、隔斷、圍護(hù)墻以及屋面構(gòu)件中,廣泛采用多孔磚、硅酸鹽砌塊、陶?；炷?、加氣混凝土板、空心塑料板材、瓦楞鐵等輕質(zhì)材料,將能顯著改善建筑物的抗震性能施工質(zhì)量的影響是深遠(yuǎn)的, 在整個(gè)施工過程中,任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題,都可能影響建筑結(jié)構(gòu)本身的抗震能力。

（二）抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)

抗震不僅是取決于建筑的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)，還要嚴(yán)格的遵循建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范。國家根據(jù)地震發(fā)生的可能性和震害的嚴(yán)重性確定各地區(qū)基本設(shè)防烈度，這是各地區(qū)抗震設(shè)計(jì)的基本參數(shù)，主要代表地面加速度的大小。對具體房屋中，需要結(jié)合建筑使用功能的重要性確定建筑的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)，即確定設(shè)計(jì)烈度和抗震等級。對一般建筑，設(shè)計(jì)烈度就是本地區(qū)設(shè)防烈度。設(shè)計(jì)烈度愈高，抗震能力愈強(qiáng)，但建筑造價(jià)也愈高。

（三）建筑場地

地震造成建筑物的破壞,情況是各種各樣的,由于地震時(shí)的地面強(qiáng)烈運(yùn)動,使建筑物在振動過程中,因喪失整體性或強(qiáng)度不足或變形過大而破壞；由于水壩倒塌、海嘯、火災(zāi)、爆炸等次生災(zāi)害所造成；由于斷層錯(cuò)動、山崖崩塌、河岸滑坡地層陷落等地面嚴(yán)重變形直接造成前兩種可以通過工程措施加以防治,而后一種情況,單靠工程措施很難達(dá)到預(yù)防目的,或者代價(jià)昂貴。因此,應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)勘察,搞清地形地質(zhì)情況,挑選對建筑抗震有利的施工場地。盡可能避開對建筑抗震不利的地段, 任何情況下均不得在抗震危險(xiǎn)地段上建造可能引起人員傷亡或較大經(jīng)濟(jì)損失的建筑物。

（四）合理的抗震設(shè)計(jì)

抗震設(shè)計(jì)就是要選擇合適的結(jié)構(gòu)形式，確定合理的抗震措施，保證結(jié)構(gòu)的抗震性能，確保建筑物滿足“小震不壞、中震可修、大震不倒”的抗震目標(biāo)。高層住宅主要采用現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu)、框架一核心筒或框架一剪力墻結(jié)構(gòu)，具有較好的強(qiáng)度和變形能力，抗震性能相對較好。無論板式住宅還是點(diǎn)式住宅，只要設(shè)計(jì)合理，都可滿足抗震要求。多層住宅大部分采用磚混結(jié)構(gòu)，目前多采用現(xiàn)澆樓板，并采取設(shè)構(gòu)造柱和圈粱等抗震措施，或者采用框架結(jié)構(gòu)，大大增強(qiáng)了抗震能力。

二 建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)常見的問題分析

（一）缺乏巖土工程勘察資料或資料不全

有的在擴(kuò)初設(shè)計(jì)階段還缺建筑場地巖土工程的勘察資料，有的在擴(kuò)初設(shè)計(jì)會審之后就直接進(jìn)入了施工圖設(shè)計(jì)，有的在規(guī)劃設(shè)計(jì)或方案設(shè)計(jì)會審后就直接進(jìn)入了施工圖設(shè)計(jì)。無巖土工程勘察資料，設(shè)計(jì)缺少了必要的依據(jù)。

（二）抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)掌握不當(dāng)

有一些項(xiàng)目擅自提高了設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)，按照稚棗筑抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)(GB 50223-95)》劃分應(yīng)屬六度設(shè)防的，但設(shè)計(jì)中提高了一度按七度設(shè)防，提高了建筑抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)，將會增加工程投資；有的項(xiàng)目嚴(yán)格應(yīng)按七度采取抗震措施的，但設(shè)計(jì)中又按六度設(shè)防，減低了抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)，不利抗震。

（三）抗震構(gòu)造柱布置不當(dāng)

如外墻轉(zhuǎn)角處，大廳四角未設(shè)構(gòu)造柱或構(gòu)造柱不成對設(shè)置；以構(gòu)造柱代替磚墻承重；山墻與縱墻交接處不設(shè)抗震構(gòu)造柱；過多設(shè)置抗震構(gòu)造柱等。

（四）平面布局的剛度不均

抗震設(shè)計(jì)要求建筑的平、立面布置宜規(guī)正、對稱，建筑的質(zhì)量分布和剛度變化宜均勻，否則應(yīng)考慮其不利影響。但有的平面設(shè)計(jì)存在嚴(yán)重的不對稱，造成了縱向剛度不均，而底層作為汽車庫的住宅，―側(cè)為進(jìn)出車需要，取消全部外縱墻，另―側(cè)不需進(jìn)出車輛，因而墻直接落地，造成橫向剛度不均，對抗震極為不利。

（五）結(jié)構(gòu)其他問題

有的底層無橫向落地抗震墻，全部為框支或落地墻間距超長；有的僅北側(cè)縱墻落地，南側(cè)全為柱子，造成南北剛度不均；有的底層作汽車庫，設(shè)計(jì)時(shí)橫墻都落地，但縱墻不落地，變成了縱向框支；還有的底框和內(nèi)框砌體住宅采用大空間靈活隔斷設(shè)計(jì)，其中幾乎很少有縱墻。不少地方都采用鋼筋混凝土內(nèi)柱來承重以代替磚墻承重，實(shí)際上將磚混結(jié)構(gòu)演變?yōu)閮?nèi)框架結(jié)構(gòu)，這比底框磚房還不利，因內(nèi)框磚房的層數(shù)、總高度控制比底框磚房更嚴(yán)，因此存在著嚴(yán)重抗震隱患。更為嚴(yán)重的是這種情況并未引起目前大多數(shù)結(jié)構(gòu)工程師的重視。

三 我國建筑結(jié)構(gòu)抗震能力的提高措施

（一） 對舊有建筑進(jìn)行加固行動

很多舊房屋現(xiàn)在已經(jīng)開始出現(xiàn)基礎(chǔ)沉降、墻體裂縫、傾斜、面層剝落等現(xiàn)象或隱患，其中部分建筑已影響使用，甚至出現(xiàn)危房鑒于拆舊建新投資費(fèi)用較大，為了確保人民生命財(cái)產(chǎn)的安全，充分利用原有舊房，對不符合抗震要求的進(jìn)行加固，對部分部位及構(gòu)件進(jìn)行修繕，以滿足抗震設(shè)防目標(biāo)，是十分必要的通常的方法是將結(jié)構(gòu)隔震。消能減震技術(shù)應(yīng)用到建筑物的抗震加固中，這種方法在某些方面具有獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，它擺脫了常規(guī)加固中以構(gòu)件承載力為主的加固模式，尋求通過減小建筑物上地震作用的途徑，從而使結(jié)構(gòu)及構(gòu)件滿足承載力要求，從而達(dá)到加固目的。我國人口眾多，地震災(zāi)害頻繁，因此多途徑研究探索既有建筑物的抗震改造加固方法，以滿足不同的改造加固要求，對工程結(jié)構(gòu)抗震具有積極的意義。

（二）材料的選用和結(jié)構(gòu)體系問題的解決

在高層建筑中，還應(yīng)注意結(jié)構(gòu)體系及材料的優(yōu)選，現(xiàn)在我國鋼材產(chǎn)量已居世界前列，建筑鋼材的類型及品種也在逐漸增多，鋼結(jié)構(gòu)的加工制造能力也已有了很大的提高，因此在有條件的地方，建議盡可能采用型鋼混凝土結(jié)構(gòu)(SRC)鋼管混凝土結(jié)構(gòu)(CFS)或鋼結(jié)構(gòu)(S 或SS)，以減小柱斷面尺寸，并改善結(jié)構(gòu)的抗震性能在超過一定高度后，由于鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量較輕而且較柔，為減小風(fēng)振而需要采用混凝土材料時(shí)，鋼骨(鋼管)混凝土，通常作為首選工程經(jīng)驗(yàn)表明:利用鋼管混凝土承重，柱自重可減輕 65%左右，由于柱截面減小而相應(yīng)增加了使用面積，鋼材消耗指標(biāo)與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相近，而工程造價(jià)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比可降低 15%左右，工程施工工期能縮短約 1/2 此外鋼管混凝土結(jié)構(gòu)顯示出良好的延性和韌性。因此，在高層建筑結(jié)構(gòu)中，在采用與否鋼骨混凝土構(gòu)件時(shí)，建議考慮使用。

（三）研究開發(fā)更為合理的結(jié)構(gòu)形式

隨著科技的高速發(fā)展，自重輕、跨度大、功能多樣、施工周期短成為現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)的發(fā)展方向。因而，研制出輕質(zhì)高強(qiáng)的新型建筑材料，研究開發(fā)合理的結(jié)構(gòu)形式成為各種新型結(jié)構(gòu)體系應(yīng)運(yùn)而生的前提和基礎(chǔ)譬如開合屋蓋結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)是一種在很短時(shí)間內(nèi)部分或全部屋蓋結(jié)構(gòu)可以移動或開合的結(jié)構(gòu)形式，它使建筑物在屋頂開啟和關(guān)閉兩個(gè)狀態(tài)下使用。開合屋蓋是將一個(gè)完整的屋蓋結(jié)構(gòu)劃分成幾個(gè)可動和固定單元，使可動單元能夠按照一定軌跡移動達(dá)到屋蓋開合運(yùn)轉(zhuǎn)的目的。根據(jù)開合機(jī)理，屋蓋體系的開合移動方式可分為:水平移動和水平旋轉(zhuǎn)移動方式；空間移動方式；繞樞軸轉(zhuǎn)動方式；折疊移動方式和組合移動方式等。

四 結(jié)束語

結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的重要技術(shù)對建筑安全起到非常重要的作用。因此，要從我國高層建筑抗震設(shè)計(jì)現(xiàn)狀及國際高層抗震設(shè)計(jì)發(fā)展的趨勢出發(fā)，不僅要重視抗震設(shè)防，而且要熟悉有關(guān)的規(guī)范規(guī)定，并且在項(xiàng)目結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中認(rèn)真執(zhí)行和貫徹。努力探求新型的結(jié)構(gòu)與材料，也成為地震區(qū)高層建筑發(fā)展的新方向。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫軍.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的問題分析[J].山西建筑 2008(19).

篇2

我國地域內(nèi)所發(fā)生的地震，絕大部份屬于這種“構(gòu)造地震”的類型。由火山爆發(fā)所產(chǎn)生的“火山地震”或因巖洞崩塌、局部地面陷落所引起的地震，在我國很少發(fā)生。

許多國家在高層建筑的抗震設(shè)計(jì)方案中，已經(jīng)出現(xiàn)了新的結(jié)構(gòu)。如美國紐約的高層建筑物，建在于基礎(chǔ)分離的98個(gè)橡膠彈簧上，日本的建在弧型鋼條上防地震建筑物，明顯的在建筑結(jié)構(gòu)體型上，改變了傳統(tǒng)的插入式剛箍捆住內(nèi)力的結(jié)構(gòu)體系。

在2010年12月1日施行的《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50011-2010）和2011年10月10日開始施行的《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)基礎(chǔ)》（JGJ 3-2010）是綜合了各國高層建筑設(shè)計(jì)的成功經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)結(jié)合我國地震災(zāi)害的特點(diǎn)，對我國高層建筑設(shè)計(jì)提出了新的標(biāo)準(zhǔn)和要求。

世界抗震設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)

1.美國抗震措施

美國是一個(gè)地震較多的國家，其西海岸重要城市洛杉磯正好處在環(huán)太平洋地震帶上，而整個(gè)加州也是全球地震高發(fā)地區(qū)之一。高層建筑的抗震問題以及如何將地震帶來的損失降到最低，一直是人們密切關(guān)注的問題。其中關(guān)于高層建筑的一些抗震措施。

（1）控制高層建筑的層高

在地震頻發(fā)的洛衫磯市，除了市中心作為地標(biāo)建筑的一些超高層建筑，其余地段均是多層低層建筑。尤其值得注意的是在土層薄弱和不利地段加州政府通過立法禁止建造高層建筑。對于高層建筑而言，地震力和風(fēng)力是控制荷載，且都是水平作用力，層高過高，對建筑抗震和抗風(fēng)都十分不利。控制在地震區(qū)域的建筑層高，是有效降低震害的手段之一。

（2）選用輕質(zhì)建材

美國大部分地區(qū)均是低層建筑，且均是木結(jié)構(gòu)，圍護(hù)材料和隔墻也多采用石膏板、刨花板等輕質(zhì)板材。采用輕質(zhì)建材的建筑，在地震力作用下，自身結(jié)構(gòu)受到更小的影響，且即使受到破壞，較輕的建材也能有效減輕造成的二次破壞。

（3）選用高強(qiáng)度高延性建材

美國另一重要的防震措施是在高層建采用鋼結(jié)構(gòu)，而低層建筑就采用木結(jié)構(gòu)。鋼材與木材都是高延性的材料，具有足夠的柔度。在地震發(fā)生時(shí)，可以通過自身變形消耗掉地震能量，在抗震要求更高的超高層建筑中，則添加上阻尼減震器，也可以大大提高建筑的延性和抗震性能。

2.日本抗震措施

日本全島都處在地震頻發(fā)區(qū)域，每年都會發(fā)生約1000余次地震，在高層建筑防震抗震方面，有豐富的經(jīng)驗(yàn)。

（1）提高建筑物的強(qiáng)度和剛度

日本的高層公寓很多，大部分的住戶在購買公寓中都會特別看重抗震設(shè)計(jì)水平。號稱日本第一高層公寓的大樓中，采用了與美國世貿(mào)大廈相同的鋼管，其抗震性能主要來源于采用高強(qiáng)度高剛度的優(yōu)質(zhì)建材，確保了建筑物的抗?fàn)幮阅?，也是公寓能得以暢銷的重要原因

（2）選用橡膠材料加強(qiáng)延性

日本東京的一些超高層建筑都進(jìn)行了嚴(yán)密的抗震設(shè)計(jì)，其中一個(gè)重要措施就是在建筑使用高強(qiáng)度的橡膠作為基底材料，同時(shí)在建筑中心也選用天然橡膠作為基層，提高了建筑物的抗震性能。

（3）“局部浮力”抗震系統(tǒng)

近年來日本新研制了“局部浮力”抗震系統(tǒng)，將建筑物的上層結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)部分分離開，采用這種“局部浮力”系統(tǒng)進(jìn)行連接，借助水的浮力來加強(qiáng)建筑整體的延性，其工作原理大體上與阻尼減震系統(tǒng)和橡膠減震系統(tǒng)類似，但據(jù)報(bào)告有更好的抗震效果。

新增條款的意義分析

《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》和《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)基礎(chǔ)》新增了若干條款，本文列出對抗震設(shè)計(jì)影響較大的條款進(jìn)行分析。

1. 新增的通用條款

（1）抗震設(shè)計(jì)的高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)，當(dāng)其房屋高度、規(guī)則性、結(jié)構(gòu)類型、場地條件或抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)等有特殊要求時(shí)，可采用結(jié)構(gòu)抗震性能設(shè)計(jì)方法進(jìn)行分析和論證。

此條款明確了在高層建筑設(shè)計(jì)中，抗震設(shè)計(jì)的核心地位，高層建筑采用抗震性能設(shè)計(jì)已形成一種發(fā)展趨勢。

（2）樓層質(zhì)量沿高度宜均勻分布，樓層質(zhì)量不宜大于相鄰下部樓層質(zhì)量的1.5倍。

此條規(guī)定限定了荷載沿豎向的不規(guī)則分布，可有效地降低震害，明確了高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)。

（3）增加了結(jié)構(gòu)抗連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)基本要求。安全等級為一、二級時(shí)，應(yīng)滿足抗連續(xù)倒塌概念設(shè)計(jì)的要求。安全等級為一級且有特殊要求時(shí)，可采用拆除構(gòu)件方法進(jìn)行抗連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)。

連續(xù)倒塌是指結(jié)構(gòu)因突發(fā)事件或嚴(yán)重超載而造成局部結(jié)構(gòu)破壞失效，繼而引發(fā)與失效破壞構(gòu)件相連的構(gòu)件連續(xù)破壞，最終導(dǎo)致相對于初始局部破壞更大范圍的倒塌破壞。在高層建筑抗震設(shè)計(jì)中，對上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行連續(xù)性倒塌分析時(shí)，其首先要保證下部基礎(chǔ)不會發(fā)生破壞，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)是整個(gè)設(shè)計(jì)工作的根本。

2.修訂條款的意義分析

（1）明確將扭轉(zhuǎn)位移比不規(guī)則判斷的計(jì)算方法，改為“在規(guī)定的水平力作用下并考慮偶然偏心”，以避免位移按振型分解反應(yīng)譜組合的結(jié)果，有時(shí)剛性樓蓋邊緣中部的位移大于角點(diǎn)位移的不合理現(xiàn)象。

（2）根據(jù)汶川地震的經(jīng)驗(yàn)，提高了框架結(jié)構(gòu)中框架柱的內(nèi)力調(diào)整系數(shù)，而其他各類結(jié)構(gòu)中框架柱的內(nèi)力調(diào)整系數(shù)保持不變。

框架結(jié)構(gòu)柱的最小截面尺寸，除不超過2層和四級外，比舊版增加100mm；柱縱向受力鋼筋的最小總配筋率比一般框架增加0.1%、最大軸壓比控制比舊版加嚴(yán)0.05。

（3）根據(jù)汶川震害調(diào)查，將防震縫的最小寬度由70mm提高到100mm。

相鄰結(jié)構(gòu)在地震過程中的碰撞是導(dǎo)致結(jié)構(gòu)損壞甚至倒塌的主要原因之一。為防止建筑物在地震中相碰撞，防震縫必須留有足夠的寬度。原則上防震縫凈寬應(yīng)大于兩側(cè)結(jié)構(gòu)允許的地震水平位移之和。

篇3

1. 提高建筑抗震的設(shè)計(jì)思想

建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)任務(wù)最根本的問題是設(shè)計(jì)者最值得關(guān)心的問題，這在抗震的設(shè)計(jì)思想中也是極為重要的。首先呀把握的基本原則是什么，結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)抵抗其他荷載的設(shè)計(jì)有什么突出的區(qū)別，最基本的問題，往往是解決問題的關(guān)鍵所在。

2. 選擇合理的結(jié)構(gòu)體系

2.1 有規(guī)律性震害關(guān)于結(jié)構(gòu)體系的簡要?dú)w納

2.1.1場地地基斷層滑坡、地陷等地面變形，砂土液化引起地基的不均勻沉陷，建筑周期與場地卓越周期相近由于共振而加劇毀壞。

2.1.2結(jié)構(gòu)體系采用框-墻體系利于保護(hù)填充墻，采用框架結(jié)構(gòu)加填充墻在鋼筋混凝土框架平面內(nèi)嵌砌磚填充墻時(shí)的柱上端易發(fā)生剪切破壞。

2.2 多樣化的構(gòu)件形式

框架結(jié)構(gòu)中柱遭到的破壞大于梁和版；鋼筋混凝土框架在同樓層中長短柱并用則短柱破壞相對嚴(yán)重；鋼筋砼多肢剪力墻以發(fā)生交叉或斜向裂縫；配置螺旋箍的鋼筋混凝土柱配置方形箍易遭損毀。

2.3 工程實(shí)例分析

以一座商用住宅混合樓工程為例，28層加地下3層，建筑總面積約為5萬m2，其中1～5層為商用，以7層樓蓋作結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層，以上均為住宅，除地下外總建筑高度為92.1m。主體工程為鋼筋砼框架剪力墻，抗震設(shè)防烈度為7度，1～8層為一級抗震剪力墻，8～28層為二級抗震，建筑丙類設(shè)防，Ⅱ類場地。在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中需要注意：該高層建筑中構(gòu)件的豎向水平位移最大值與該樓層的平均值比值約為1.3＞1.2（符合要求）；豎向抗側(cè)力連續(xù)性不足，針對綜合出現(xiàn)的幾點(diǎn)問題，尤其是作為設(shè)備轉(zhuǎn)換層而設(shè)置6層后，需要將轉(zhuǎn)換層板厚增加到180mm并適當(dāng)配筋，尤其是邊梁的加固；將芯柱設(shè)計(jì)在軸壓比相對較大的柱子中并適當(dāng)提高框支柱的配筋率；將邊框架設(shè)在核心筒周邊，通過每兩層設(shè)一道暗梁加強(qiáng)剪力墻底部，保證豎向筋與水平筋之間的配筋率達(dá)到0.5%。

3. 新型建筑材料鋼纖維混凝土對抗震性能的提升

鋼纖維混凝土是在普通混凝土中摻入亂向分布的短鋼纖維所形成的一種新型的多相復(fù)合材料。這些亂向分布的鋼纖維能夠有效防止混凝土內(nèi)部微裂縫的擴(kuò)展及宏觀裂縫的形成，能夠顯著改善混凝土的抗彎、抗拉、抗沖擊及抗疲勞性能，具有較好的延性。

在建筑結(jié)構(gòu)中應(yīng)用鋼纖維混凝土通常都是在一些關(guān)鍵部位，例如：柱梁節(jié)點(diǎn)、扁梁柱節(jié)點(diǎn)、柱子、樁基承臺、轉(zhuǎn)換梁、屋面板、筏形基礎(chǔ)等，是否應(yīng)用鋼纖維混凝土的混凝土框架在結(jié)構(gòu)的延性、荷載循環(huán)次數(shù)、耗能能力等結(jié)構(gòu)性能上均有顯著的提升，在框架梁柱節(jié)點(diǎn)采用鋼纖維混凝土能夠替代部分箍筋，不但有效改善了節(jié)點(diǎn)區(qū)的抗震性能，還能隨之解決鋼筋過密等問題。較之普通混凝土，鋼纖維混凝土抗拉強(qiáng)度提高40%-80%，抗彎強(qiáng)度提高60%-120%，抗剪強(qiáng)度提高50%-100%，抗壓強(qiáng)度提高幅度較小，一般在0-25%之間，但抗壓韌性卻大幅度提高。

4. 概念設(shè)計(jì)的引入

建筑抗震概念設(shè)計(jì)是根據(jù)地震災(zāi)害和工程經(jīng)驗(yàn)等所形成的總體設(shè)計(jì)原則與思想，進(jìn)行建筑和結(jié)構(gòu)總體布置并確定細(xì)部構(gòu)造的過程。

在建筑結(jié)構(gòu)抗震方面，尤其強(qiáng)調(diào)需要摒棄單純依賴姐都計(jì)算軟件完成整體設(shè)計(jì)與設(shè)計(jì)復(fù)核與審核。特別是結(jié)構(gòu)明顯不規(guī)則，整體性相對較弱的記住你住結(jié)構(gòu)，加之地震活動的不規(guī)律性，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性很難得到保證。

從實(shí)際的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作角度來分析，首要看重結(jié)構(gòu)水平荷載，尤其是高層建筑結(jié)構(gòu)水平荷載是控制結(jié)構(gòu)內(nèi)力與變形的基礎(chǔ)條件。合理設(shè)置抗側(cè)力構(gòu)件，在獨(dú)立結(jié)構(gòu)單元內(nèi)應(yīng)避免應(yīng)力集中的凹角和狹長的頸縮部位，不在凹角設(shè)計(jì)樓梯或電梯間，盡量減少地震帶來的扭轉(zhuǎn)作用。豎向布置則需避免外挑結(jié)構(gòu)，內(nèi)收更要更需控制數(shù)量并放緩。建筑結(jié)構(gòu)剛度沿垂直方向上宜均勻、連續(xù)的分布，盡量減少結(jié)構(gòu)薄弱部位；依據(jù)實(shí)際工況結(jié)構(gòu)單元應(yīng)嚴(yán)格遵守牢固連接或有效分離的方法。“強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件、強(qiáng)底層柱(墻) ”的原則下對可能能以抵御地震侵害的相對薄弱構(gòu)件或部位采取相應(yīng)的措施。

抗震結(jié)構(gòu)體系主要依靠延性較好的結(jié)構(gòu)構(gòu)件連接協(xié)同工作來達(dá)成最終目的。在概念設(shè)計(jì)的整體抗震思想下，全過程的抗震分析還包括：建筑選址與地基穩(wěn)定條件，總體布置與結(jié)構(gòu)體系的合理性，建筑方案選擇，抗震構(gòu)造設(shè)置，計(jì)算校核的必要性等等。

5. 建筑抗震中值得注意的問題

巖土工程勘察工作不夠細(xì)致，結(jié)構(gòu)總體平面布置考慮不周，同一結(jié)構(gòu)單元中包括兩個(gè)甚至更多的結(jié)構(gòu)受力體系，高層結(jié)構(gòu)豎向外挑內(nèi)收不滿足規(guī)范要求，平面布局的剛度不均，抗震構(gòu)造柱布置不當(dāng)，甚至有的根本對抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)掌握不當(dāng)。有一些項(xiàng)目擅自提高或降低了設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)都是不對的。

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高層建筑的抗震設(shè)計(jì)還需要結(jié)合當(dāng)?shù)氐牡匦我约皻夂颦h(huán)境條件，針對一些地震高發(fā)地帶，設(shè)計(jì)需要采用強(qiáng)度較高的施工材料，要做好建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化工作，保證建筑滿足抗震設(shè)防的要求。高層建筑有著良好的發(fā)展趨勢，在設(shè)計(jì)與施工時(shí)，一定要保證建筑使用的安全性，并且要使建筑在地震力的作用下，不會出現(xiàn)結(jié)構(gòu)嚴(yán)重變形的問題。高層建筑抗震設(shè)計(jì)是一項(xiàng)重要的工作，下面筆者對高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)目標(biāo)以及結(jié)構(gòu)優(yōu)化措施進(jìn)行簡單的介紹。

1.1高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)目標(biāo)

高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)是一項(xiàng)重要的工作，設(shè)計(jì)人員需要保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)目標(biāo)是“小震不壞、大震不倒”。為了達(dá)到這一目標(biāo)，設(shè)計(jì)人員還要合理確定施工的材料，施工材料要具有較高的強(qiáng)度與剛度，建筑結(jié)構(gòu)要具有良好的延展性。另外，在高層建筑施工時(shí)，需盡量減少耗能情況，施工單位要多采用可再生的新型能源。

1.2高層建筑結(jié)構(gòu)優(yōu)化措施

1.2.1加強(qiáng)結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)化高層建筑施工在選擇材料時(shí)，應(yīng)盡量選擇輕質(zhì)的材料，結(jié)構(gòu)材料還要具有較高的強(qiáng)度，這樣的結(jié)構(gòu)有著良好的連續(xù)性，可以抵抗較大的荷載以及作用力，可以保證建筑結(jié)構(gòu)的整體性。合理選擇結(jié)構(gòu)材料，并優(yōu)化結(jié)構(gòu)體系，是提高建筑防震效果的有效措施。建筑工程多采用的是鋼結(jié)構(gòu)或者型鋼混凝土結(jié)構(gòu)，這對鋼材以及混凝土的性能有著較高的要求，在施工前，需要對施工材料的性能進(jìn)行檢測。優(yōu)化建筑抗震結(jié)構(gòu)體系，可以保證建筑的承載力，避免結(jié)構(gòu)在地震力作用下出現(xiàn)變形問題，良好的建筑結(jié)構(gòu)可以起到吸收地震能量的作用，在地震災(zāi)害下，有利于避免建筑出現(xiàn)較為嚴(yán)重的損毀問題。建筑抗震設(shè)計(jì)需主要結(jié)構(gòu)的整體性，這考驗(yàn)了設(shè)計(jì)人員的能力，采用型鋼混凝土結(jié)構(gòu)，可以保證建筑結(jié)構(gòu)達(dá)到立面的效果，提高建筑使用的安全性。

1.2.2場地的選擇高層建筑對施工場地也有著一定要求，在施工前，設(shè)計(jì)人員需要做好地質(zhì)的考察工作，對施工場地的土質(zhì)進(jìn)行檢測，并保證地質(zhì)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，設(shè)計(jì)人員加強(qiáng)實(shí)地勘探，可以了解該地區(qū)是否存在地震隱患，并了解地下巖層的結(jié)構(gòu)，根據(jù)這些因素進(jìn)行綜合評價(jià)，從而得出準(zhǔn)確的場地?cái)?shù)據(jù)。如果遇到不適合建造高層建筑的場地，應(yīng)該采取回避的措施，給出恰當(dāng)?shù)奈ｋU(xiǎn)性評價(jià)，從根源上杜絕出現(xiàn)由于地面的震動而摧毀地基的現(xiàn)象。

1.2.3建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)則性建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)則性對于抗震作用比較大，不規(guī)則的建筑結(jié)構(gòu)不利于抗震。因?yàn)榻ㄖY(jié)構(gòu)具有規(guī)則以及對稱的剖面結(jié)構(gòu)，地震對建筑物帶來的搖晃有一定的支撐作用，從而起到很好的抗震效果。從建筑豎向剖面理論來說，豎向抗側(cè)力構(gòu)建的截面尺寸以及材料強(qiáng)度應(yīng)該自下而上的逐漸減少，這樣就能夠避免測力結(jié)構(gòu)的承載力突變。因此，對于沒有特殊要求的高層建筑物，應(yīng)該盡量避免過于規(guī)則的結(jié)構(gòu)組成，不能一味的追求其視覺效果，更多的注重抗震要求。

1.2.4多道防震體系一般情況下，一次地震不會造成持續(xù)的震動，但是可能會造成接連不斷的余震，盡管強(qiáng)度不大，但是從持續(xù)時(shí)間以及反復(fù)次數(shù)上來說，在一定程度上對建筑物造成不同程度的損壞。高層建筑物只是采取單體的結(jié)構(gòu)，一旦遭遇到破壞時(shí)就會難以應(yīng)付接踵而來的持續(xù)余震，最終導(dǎo)致建筑物坍塌。針對此種現(xiàn)象，就必須設(shè)立多道防震體系。設(shè)立多道防震體系，及時(shí)第一道防震線被摧毀，還有第二道以及第三道防震線，就能夠很好的躲避反復(fù)的余震帶來的破壞，大大的降低了危險(xiǎn)指數(shù)，增加了抗震能力。

2高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中應(yīng)主要的幾個(gè)問題

2.1控制結(jié)構(gòu)超限現(xiàn)象以及相關(guān)的解決措施

對于結(jié)構(gòu)薄弱位置，在框架柱內(nèi)設(shè)置型鋼，提高其承載力以及抗震安全性；控制結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)比，使結(jié)構(gòu)樓層的扭轉(zhuǎn)位移比小于1.2；對于個(gè)別墻柱按照中震彈性以及小震計(jì)算結(jié)果進(jìn)行包絡(luò)設(shè)計(jì)，滿足中震彈性的抗震性能目標(biāo)；依次類推，標(biāo)準(zhǔn)層的個(gè)別墻柱則按照中震計(jì)算結(jié)果，滿足中震不屈服的抗震性能目標(biāo)；根據(jù)彈塑性實(shí)程分析結(jié)果，連梁以及框架梁出現(xiàn)彎曲塑性鉸，梁端塑性鉸在各個(gè)樓層分布較為均勻，反應(yīng)歷程中最大層間位移角小于1/120，滿足規(guī)范要求。

2.2剪力墻連梁抗震設(shè)計(jì)措施

①調(diào)整連梁剛度折減系數(shù)：對內(nèi)力以及位移進(jìn)行計(jì)算時(shí)，對豎向與水平的荷載效應(yīng)下兩種情形進(jìn)行區(qū)別對待。在水平荷載效應(yīng)下，可以折減連梁的剛度系數(shù)，例如：當(dāng)出現(xiàn)作用力時(shí)，折減系數(shù)應(yīng)該大于或者等于0.50；在豎向荷載效應(yīng)下，不需要折減連梁的剛度系數(shù)，通過利用支座彎矩調(diào)整的幅度來降低連梁支座的彎矩。

②調(diào)整連梁跨高比：在設(shè)計(jì)連梁時(shí)，可能會遇到剛度折減之后連梁的正截面仍然承受剪承載力不足的現(xiàn)象，這時(shí)就需要增加洞口的寬度，減低高度。

③其他措施：設(shè)置水平縫形成雙連梁、連梁內(nèi)設(shè)置交叉暗撐、采用型鋼混凝土連梁、調(diào)整連梁的內(nèi)力以及增加連梁延性等。

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中途分類號：TU2文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：

前言

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分為理論設(shè)計(jì)和概念設(shè)計(jì)理論設(shè)計(jì)是結(jié)構(gòu)工程師根據(jù)計(jì)算理論和規(guī)范，在對結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算模型的假設(shè)及受力狀態(tài)的假定的前提下，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算分析，得出數(shù)據(jù)式的結(jié)果，然后利用結(jié)果進(jìn)行設(shè)計(jì)。概念設(shè)計(jì)是指不經(jīng)數(shù)值計(jì)算，尤其在一些難以做出精確理性分析或在規(guī)范中難以規(guī)定的問題中，依據(jù)整體結(jié)構(gòu)體系與分體系之間的力學(xué)關(guān)系、結(jié)構(gòu)破壞機(jī)理、震害、試驗(yàn)現(xiàn)象和工程經(jīng)驗(yàn)所獲得的基本設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)思想，從整體的角度來確定建筑結(jié)構(gòu)的總體布置和抗震細(xì)部措施的宏觀控制。在建筑設(shè)計(jì)的方案階段，從總體出發(fā)，采用概念性近似計(jì)算方法，能迅速、有效地對結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行構(gòu)思、比較和選擇。這種方法雖有一定誤差，但概念清楚、定性準(zhǔn)確、手算簡單快捷，能很快選擇出最佳方案，具有較好的經(jīng)濟(jì)、可靠性能，同時(shí)也是施工圖設(shè)計(jì)階段判斷計(jì)算機(jī)內(nèi)力分析輸出數(shù)據(jù)可書與否的主要依據(jù)。

1 抗震概念設(shè)計(jì)問題分析

地震是一種隨機(jī)振動，有難于把握的復(fù)雜性和不確定性，要準(zhǔn)確預(yù)測建筑物所遭遇地震的特性和參數(shù)，目前尚難做到。在結(jié)構(gòu)分析方面，由于未能充分考慮結(jié)構(gòu)的空間作用、結(jié)構(gòu)材料的非彈性性質(zhì)、材料時(shí)效、阻尼變化等多種因素，同時(shí)也存在著不準(zhǔn)確性。因此，工程抗震問題不能完全依賴“計(jì)算設(shè)計(jì)”解決，而必須立足于“概念設(shè)計(jì)”。結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)的目標(biāo)是使整體結(jié)構(gòu)能發(fā)揮耗散地震能量的作用，避免結(jié)構(gòu)出現(xiàn)敏感的薄弱部位。地震能量的聚散，如果僅集中在少數(shù)薄弱部位，必會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)過早破壞，目前各種抗震設(shè)計(jì)方法的前提之一就是假定整個(gè)結(jié)構(gòu)能發(fā)揮耗散地震能量的作用，在此前提下才能以多遇地震（小震）作用進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算、構(gòu)件截面設(shè)計(jì)并輔以相應(yīng)的構(gòu)造措施，必要時(shí)采用彈性時(shí)程分析法進(jìn)行補(bǔ)充計(jì)算，試圖達(dá)到罕遇地震（大震）作用下結(jié)構(gòu)不倒塌的目標(biāo)。為了保證建筑具有足夠的抗震能力，通過概念設(shè)計(jì)從宏觀上控制結(jié)構(gòu)的抗展性能，應(yīng)充分考慮以下環(huán)節(jié)：①選擇對抗震有利的場地及地基，避免地面變形的直接危害，采取措施保證地基的穩(wěn)定性。②進(jìn)行合理的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，同一結(jié)構(gòu)單元不宜設(shè)置在性質(zhì)不同的地基土上，不宜采用不同的基礎(chǔ)形式，設(shè)計(jì)時(shí)宜最大限度地發(fā)揮地基的潛力。③建筑物的體型應(yīng)力求簡單、規(guī)則、對稱，質(zhì)量和剛度變化均勻，以減少地震作用產(chǎn)生的變形、應(yīng)力集中及扭轉(zhuǎn)反應(yīng)。④選擇合理的結(jié)構(gòu)體系，抗側(cè)構(gòu)件力求均勻?qū)ΨQ，設(shè)置多道抗展防線，避免局部出現(xiàn)薄弱部位，要求結(jié)構(gòu)布置受力明確，傳力簡捷。⑤各類構(gòu)件之間要有可靠的連接，并具有必要的強(qiáng)度和變形能力，從而獲得整個(gè)結(jié)構(gòu)良好的抗震性能。⑥強(qiáng)調(diào)結(jié)構(gòu)空間整體性，平面加強(qiáng)連接，豎向確保足夠整體剛度。⑦重視對非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的處理，利用其對主體結(jié)構(gòu)的有利影響，避免不合理設(shè)置導(dǎo)致對主體結(jié)構(gòu)的不利影響。⑧盡量減輕結(jié)構(gòu)自重，減少地基土壓力，從而降低向建筑物傳輸?shù)牡卣鹆Α?/p>

2 結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)的運(yùn)用問題分析

運(yùn)用概念設(shè)計(jì)的思想，也使得結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的思路得到了拓寬。傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)計(jì)算理論的研究和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)似乎只關(guān)注如何提高結(jié)構(gòu)抗力R，以致混凝土的等級越用越高，配筋量越來越大，造價(jià)越來越高。結(jié)構(gòu)工程師往往只注意到不超過最大配筋率，結(jié)果肥梁、胖柱、深基礎(chǔ)處處可見，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，合理地確定建筑物的剛度是非常重要的。建筑物的剛度不宜太大，剛度大則結(jié)構(gòu)自振周期就短，在地震時(shí)結(jié)構(gòu)所承受的地震作用就大，相對后果較重，且造成材料的浪費(fèi)；剛度也不宜過柔，過柔的建筑結(jié)構(gòu)在地震時(shí)就會產(chǎn)生過大的變形，影響其強(qiáng)度、穩(wěn)定性和正常使用。抗震驗(yàn)算時(shí)應(yīng)特別注意場地土類別。8度超過5層有條件時(shí)，盡量加剪力墻，可大大改善結(jié)構(gòu)的抗震性能?？蚣芙Y(jié)構(gòu)應(yīng)設(shè)計(jì)成雙向梁柱剛接體系，但也允許部分的框架梁搭在另一框架梁上。應(yīng)加強(qiáng)垂直地震作用的設(shè)計(jì)，從震害分析，規(guī)范給出的垂直地震作用明顯不足。雨篷不得從填充墻內(nèi)出挑。大跨度雨篷、陽臺等處梁應(yīng)考慮抗扭。考慮抗扭時(shí)，扭矩為梁中心線處板的負(fù)彎距乘以跨度的一半?？蚣芰?、柱的混凝土等級宜相差一級。由于某些原因造成梁或過梁等截面較大時(shí)，應(yīng)驗(yàn)算構(gòu)件的最小配筋率。出屋面的樓電梯間不得采用磚混結(jié)構(gòu)?？紤]地震作用時(shí)必須充分領(lǐng)會和靈活運(yùn)用抗震概念設(shè)計(jì)的優(yōu)化準(zhǔn)則和采取相應(yīng)的構(gòu)造措施。優(yōu)化準(zhǔn)則“強(qiáng)節(jié)弱桿”―――防止節(jié)點(diǎn)破壞先于構(gòu)件；“強(qiáng)柱弱梁”―――防止桿系發(fā)生樓層傾移破壞機(jī)制，要求柱的抗彎能力高于梁的抗彎能力；“強(qiáng)剪弱彎”―――防止構(gòu)件剪力破壞，要求桿件的受剪承載力高于受彎承載力；“強(qiáng)壓弱拉”―――對桿件截面而言，為避免桿件在彎曲時(shí)發(fā)生受壓區(qū)混凝土破裂的脆性破壞，使受拉區(qū)鋼筋承載力低于受壓區(qū)混凝土受壓承載力。保證措施有兩個(gè)方面：一是調(diào)整或限制構(gòu)件的荷載效應(yīng)；二是強(qiáng)制規(guī)定必要的構(gòu)造措施。這兩個(gè)方面在 《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3-2002）有詳細(xì)的規(guī)定，有的則是以強(qiáng)制性條文提出嚴(yán)格要求。如：《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》中第 6.3.2 條的第 1 點(diǎn)限制梁端截面混凝土受壓區(qū)高度與有效高度之比，就是保證梁的變形能力，而它又決定于梁端塑性轉(zhuǎn)動量，而塑性轉(zhuǎn)動量又與截面混凝土受壓區(qū)的相對高度密切相關(guān)；試驗(yàn)研究結(jié)果表明，要使鋼筋混凝土梁的位移延性系數(shù)達(dá)到3~4， 混凝土受壓區(qū)相對高度必須控制在0.25~0.35。又如：對鋼筋混凝土桿件而言，桿件截面的平均剪應(yīng)力過高，都會降低箍筋的抗剪效果，平均剪應(yīng)力較小時(shí)，可以避免出現(xiàn)剪切破壞。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中還應(yīng)充分考慮地震的偶合作用；堅(jiān)持“小震不壞，大震不倒”；多道抗震防線等設(shè)計(jì)原則。

3 建筑選址的設(shè)防

地震引起的破壞除了直觀的震動引起的建筑結(jié)構(gòu)破壞,與場地和地基的條件有很大的關(guān)系。歷次地震調(diào)查表明,同類型的建筑物由于建筑場地不同,其破壞程度會有很大的差別。

地質(zhì)條件: 避免選擇地質(zhì)上斷層通過或斷層交匯的地帶, 特別是在有活動斷層的地段上進(jìn)行建設(shè)。

地形地貌:宜選擇地勢平坦、 開闊的地方。

地基條件: 一般而言,巖石、 半巖石和密實(shí)的地基土對房屋抗震最有利,是最好的建筑場地;而松軟的,軟弱粘性土等, 尤其是易發(fā)生砂土液化的地區(qū),都對房屋的抗震不利。

4 短柱設(shè)計(jì)的抗震設(shè)防

因短柱的延性較差, 尤其一些超短柱幾乎沒有延性,在抗震設(shè)計(jì)時(shí),僅僅按照一般框架柱的抗震要求采取構(gòu)造措施是不夠的。還必須盡量提高短柱的承載力,減小短柱的截面尺寸,采取各種有效措施提高短柱的延性,改善短柱的抗震性能。

4.1使用復(fù)合螺旋箍筋

高層建筑框架柱的抗剪能力是應(yīng)該滿足剪壓比限值和“強(qiáng)剪弱彎”要求的, 柱端的抗彎承載力也是應(yīng)該滿足“強(qiáng)柱弱梁”要求的。對于短柱,只要符合“強(qiáng)剪弱彎”和 “強(qiáng)柱弱梁”的要求, 是能夠做到使其不發(fā)生剪切型破壞的。因此, 使用復(fù)合箍筋全高加密來提高柱子的抗剪承載力, 改善對砼的約束作用,能夠達(dá)到改善短柱抗震性能的目的。

4.2采用分體柱

采用分體柱的方法雖然使柱子的抗剪承載力基本不變,抗彎承載力稍有降低, 但是使柱子的變形能力和延性均得到顯著提高, 其破壞形態(tài)由剪切型轉(zhuǎn)化為彎曲型, 從而實(shí)現(xiàn)了短柱變 “長柱”的設(shè)想, 有效地改善了短柱尤其是剪跨比< 1.5的超短柱的抗震性能。分體柱方法已在實(shí)際工程中得到應(yīng)用。

5 短肢剪力墻設(shè)計(jì)的抗震設(shè)防

由于短肢剪力墻抗震性能差, 在地震區(qū)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)不多,因此在設(shè)計(jì)時(shí), 首先要選則適合

的計(jì)算軟件,合理地選則計(jì)算分析方法, 確定計(jì)算模型和相關(guān)參數(shù), 并加強(qiáng)對計(jì)算結(jié)果合理

性判斷,特別要加強(qiáng)概念設(shè)計(jì)。對一些不利部位加強(qiáng)構(gòu)造措施, 在符合規(guī)范要求的情況下,短

肢墻是沒問題的。這就好比純框架結(jié)構(gòu),對地震來說也是不利的結(jié)構(gòu)形式,但大家不也一直在

用。所以任何一種結(jié)構(gòu)體系都有它的適用范圍,只要能合理設(shè)計(jì), 安全應(yīng)該沒問題。

5.1構(gòu)建共同抗力筒體

高層點(diǎn)(板)式住宅采用短肢抗震墻結(jié)構(gòu)體系,只要抗側(cè)力構(gòu)件布局合理仍然是比較理想的一種結(jié)構(gòu)體系,但在地震區(qū), 高層建筑中,剪力墻不宜過少,墻肢不宜過短,因此不應(yīng)設(shè)計(jì)僅有短肢剪力墻的高層建筑,要求設(shè)置剪力墻筒體 (或一般剪力墻 ), 形成短肢剪力墻與筒體 (一般剪力墻)共同抵抗水平力的結(jié)構(gòu)。

5.2短肢墻的形狀要點(diǎn)

短肢墻的布置合理、 對稱、 均勻、 力求質(zhì)量中心與剛度中心重合,短肢墻布置應(yīng)以 T形、 L形、]形、+形為主,這樣可增加短肢墻抗扭和出平面外穩(wěn)定。

短肢剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震薄弱部位是建筑平面外邊緣的角部處的墻肢,當(dāng)有扭轉(zhuǎn)效應(yīng)時(shí),會加劇已有的翹曲變形,使其墻肢首先開裂,因此應(yīng)加強(qiáng)其抗震構(gòu)造措施, 如減小軸壓比、 增加縱筋和箍筋的配筋率。

篇6

Abstract: In this paper, the author introduces the building seismic design standards and the basic design requirements, and puts forward the building seismic structural design measures.

Key words: building; seismic structural design; analysis

中圖分類號：TU3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-2104（2012）

結(jié)構(gòu)工程師按抗震設(shè)計(jì)要求進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)，其目標(biāo)是希望使所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)在強(qiáng)度、剛度、延性及耗能能力等方面達(dá)到最佳，從而經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)“小震不壞，中震可修，大震不倒”的目的。但是，由于地震作用是一種隨機(jī)性很強(qiáng)的循環(huán)、往復(fù)荷載，建筑物的地震破壞機(jī)理又十分復(fù)雜，存在著許多模糊和不確定因素，在結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析方面，由于未能充分考慮結(jié)構(gòu)的空間作用、非彈性性質(zhì)、材料時(shí)效、阻尼變化等多種因素，計(jì)算方法還很不完善，單靠微觀的數(shù)學(xué)力學(xué)計(jì)算還很難使建筑結(jié)構(gòu)在遭遇地震時(shí)真正確保具有良好的抗震能力。 自從去年東京的大地震之后，人們對于建筑物防震性能的關(guān)注加強(qiáng)了，建筑物的防震性能在地震來臨之時(shí)對于保護(hù)人民的財(cái)產(chǎn)和生命安全起著至關(guān)重要的作用，作為一名建筑工作者，對于建筑結(jié)構(gòu)中有關(guān)防震設(shè)計(jì)的理念和措施，提出了一些自己的看法和見解。

1 建筑結(jié)構(gòu)抗震措施的標(biāo)準(zhǔn)

對于性能方面：一種是以損壞的程度來描述，另一種是以用途的重要性來描述的；將建筑中的各種危害層級和可能造成的損失堿性等級劃分，從高到低的劃分為幾類，根據(jù)不同類別制定不同的標(biāo)準(zhǔn)來要求各個(gè)部分，在遭遇到相當(dāng)層級的影響時(shí)，各個(gè)部分對于抗擊震災(zāi)祈禱自己所在層級相當(dāng)?shù)淖饔茫袚?dān)相應(yīng)的壓力和風(fēng)險(xiǎn)，其按照按照層級的不同遞增或者遞減，而非簡單的“一刀切”和平均化。具體執(zhí)行和劃分標(biāo)準(zhǔn)可參照現(xiàn)行《抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》中的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，盡可能的嚴(yán)格遵守，不越級。例如，結(jié)構(gòu)抗力的高低，可用結(jié)構(gòu)樓層的受剪承載力與設(shè)計(jì)地震剪力的比值，即樓層的受剪承載力與設(shè)計(jì)地震剪力的比值即樓層屈服強(qiáng)度系數(shù)來表征；結(jié)構(gòu)變形能力的高低，可以采用量化的標(biāo)準(zhǔn)來表示，便于清楚的比照各項(xiàng)指標(biāo)?，F(xiàn)行的抗震能力的測試不外乎抗壓力和變形能力的測試，因?yàn)閷τ诮ㄖ飦碚f，首先在地震來臨時(shí)應(yīng)該抗壓，如若超出其抗壓能力范圍，則應(yīng)想辦法將其轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)移其力量對于該支柱結(jié)構(gòu)的直接傷害。在確定綜合抗震能力的兩個(gè)因素中樓層屈服強(qiáng)度系數(shù)的定量在現(xiàn)行的抗震設(shè)計(jì)規(guī)范中已經(jīng)是現(xiàn)成的，可以根據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的實(shí)際截面尺寸和配筋，取材料強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值按承載力計(jì)算的有關(guān)公式得到。

2 建筑物對于抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求

a 一個(gè)抗震結(jié)構(gòu)體系由若干個(gè)分支系統(tǒng)組成，而且必須協(xié)同工作才能發(fā)揮優(yōu)勢，常見性的如框架--剪力墻結(jié)構(gòu)由延性框架和剪力墻兩個(gè)分體組成，缺少一個(gè)則不能都成上層體系。

b 強(qiáng)烈的地震不會只有一次主震，通常會伴隨多次余震，而且其余震的威力往往較普通地震的威力有過之而無不及，這就要求我們不能依靠一道防線，防線一旦遭到破壞，則無法面臨即將而來的余震，最終煩人結(jié)果只能是倒塌?？拐鸾Y(jié)構(gòu)體系應(yīng)有最大可能數(shù)量的內(nèi)部、外部冗余度，設(shè)計(jì)者應(yīng)該有意識地建立一系列分布的屈服區(qū)，這樣在地震來臨之時(shí)，可以分散壓力，有意識地轉(zhuǎn)移來自震源的力量。

c 構(gòu)件的選擇最主要的因素是構(gòu)件的堅(jiān)韌程度。

d 樓層的實(shí)際承載能力和設(shè)計(jì)計(jì)算的彈性受力的比值應(yīng)該保持一個(gè)相對的平衡狀態(tài)，一旦其中的一項(xiàng)產(chǎn)生突變，必定導(dǎo)致其他部分的力量轉(zhuǎn)移。

e 要杜絕重局部，輕整體的情況。

f 加強(qiáng)薄弱環(huán)節(jié)的防震保護(hù)，不在地震來臨時(shí)使其首當(dāng)其沖。

3 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的有效抗震措施

a 首先，建筑物結(jié)構(gòu)懸掛隔震，將建筑物的全部或者一部分懸掛起來以隔離地震，就是我們常說的懸掛結(jié)構(gòu)，名字很恰當(dāng)?shù)乇磉_(dá)了它的特點(diǎn)，同時(shí)，我們也能很直接的感受到它的缺點(diǎn)和局限，即耗費(fèi)的成本太大，和并不適合于普遍的推廣，雖然是一種非常行之有效的方法，但是執(zhí)行起來卻是值得商榷的。一般情況下，大型的鋼結(jié)構(gòu)會采用此種措施。大型鋼結(jié)構(gòu)一般分為主框架和子框架，在懸掛體系中，子框架通過索鏈或者吊桿懸掛于主框架上，地震來臨時(shí)主體框架雖然受到?jīng)_擊，但是其子框架以及其他零部件是用近似于雙節(jié)棍的鏈接方式與主體相連的，那么主體受到的沖擊力在傳送給子框架時(shí)就會減小很多，有益于保護(hù)子體框架。

b建筑物基礎(chǔ)設(shè)置隔震裝置減震，這這種減震措施與上文的不同之處在于是在建筑物中間加上輔助材料或者部分已達(dá)到減震目的，而前者則是在整體框架結(jié)構(gòu)上的創(chuàng)新上入手，減震裝置屬于獨(dú)立于建筑物自身的材料，使用得當(dāng)最多可使震力減少三分之一左右，不過這種方法局限于非高層建筑，高層如果采取這種方法，反而會增加建筑物的質(zhì)量，而使地震來臨時(shí)，這些附屬物的重量給生命和財(cái)產(chǎn)造成更大的傷害。

c 建筑物地基，用具有防震功能的材料，徹底從根源上穩(wěn)固地基，將防震落實(shí)到最底部，從而到達(dá)減震的最終目的。傳統(tǒng)的做法是在建筑物的基礎(chǔ)部位用粘土和砂子結(jié)合固定，也可以直接設(shè)置粘土或砂子墊層。在我國建筑史上，曾經(jīng)有人突發(fā)奇想以糯米為原材料，采起優(yōu)良的粘著性，在建筑物底部形成防震的糯米墊層，減少地震對建筑物的損害，不可謂不奇，當(dāng)然現(xiàn)當(dāng)今的的材料學(xué)，尤其是建筑材料學(xué)已經(jīng)發(fā)展的足夠進(jìn)步，我們可以不仿照古人的做法了，但是這種創(chuàng)新和探索的精神還是值得我們學(xué)習(xí)的。

d 層間隔震，層間隔離主要用于舊房改建的改建中對于防震的需求，在施工方面很簡潔，專業(yè)性不強(qiáng)，居民可自行操作。當(dāng)然于此對應(yīng)的是低收益，也就是層間隔離的效果沒有上述幾種方法明顯，這也是必然的，因?yàn)榕f房改建，舊房的地基，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)是不能改變的，也是無法改變的，所以只能作為輔助結(jié)構(gòu)使用，其作用原理與前面提到的在建筑物中增加輔助減震的原理基本相同，可以借鑒，也可以根據(jù)不同的具體情況選擇使用。

e以上我們闡述的幾種措施主要是對建筑結(jié)構(gòu)的一部分或者幾部分進(jìn)行減震方面的設(shè)計(jì)，所謂安裝減震裝置減少地震的能量向建筑物傳遞，也是在于局部的減震。無論哪一種，都是利用建筑物的一部分或者幾部分的特征然后有針對性的進(jìn)行減震設(shè)計(jì)。

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Abstract：The high-rise buildings aseismic design and construction work has been building the key, and summarizes the principle of seismic design of high-rise building, the architecture of the short column seismic necessary theoretical analysis, and the seismic measures must be taken. In order to avoid short column in high-rise building brittle failure occurs in, I think, first of all to correctly determine the short columns, and then the short column to take some structural measures or processing, improve the short column and the ductility of the seismic performance.

Keywords: high building, structure design, seismic design, short columns, measures

中圖分類號：TU318文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：

1 高層建筑抗震設(shè)計(jì)的原則

1.1 結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)具有必要的承載力、剛度、穩(wěn)定性、延性等方面的性能①結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)遵守“強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件、強(qiáng)底層柱(墻)”的原則。②對可能造成結(jié)構(gòu)的相對薄弱部位，應(yīng)采取措施提高抗震能力。③承受豎向荷載的主要構(gòu)件不宜作為主要耗能構(gòu)件。

1.2 盡可能設(shè)置多道抗震防線①一個(gè)抗震結(jié)構(gòu)體系應(yīng)由若干個(gè)延性較好的分體系組成，并由延性較好的結(jié)構(gòu)構(gòu)件連接協(xié)同工作。例如框架—剪力墻結(jié)構(gòu)由延性框架和剪力墻兩個(gè)分體組成，雙肢或多肢剪力墻體系組成。②強(qiáng)烈地震之后往往伴隨多次余震，如只有一道防線，則在第一次破壞后再遭余震，將會因損傷積累導(dǎo)致倒塌。抗震結(jié)構(gòu)體系應(yīng)有最大可能數(shù)量的內(nèi)部、外部冗余度，有意識地建立一系列分布的屈服區(qū)，主要耗能構(gòu)件應(yīng)有較高的延性和適當(dāng)剛度，以使結(jié)構(gòu)能吸收和耗散大量的地震能量，提高結(jié)構(gòu)抗震性能，避免大震時(shí)倒塌。③適當(dāng)處理結(jié)構(gòu)構(gòu)件的強(qiáng)弱關(guān)系，同一樓層內(nèi)宜使主要耗能構(gòu)件屈服后，其他抗側(cè)力構(gòu)件仍處于彈性階段，使“有效屈服”保持較長階段，保證結(jié)構(gòu)的延性和抗倒塌能力。④在抗震設(shè)計(jì)中某一部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)超強(qiáng)，可能造成結(jié)構(gòu)的其他部位相對薄弱，因此在設(shè)計(jì)中不合理的加強(qiáng)以及在施工中以大帶小，改變抗側(cè)力構(gòu)件配筋的做法，都需要慎重考慮。

1.3 對可能出現(xiàn)的薄弱部位，應(yīng)采取措施提高其抗震能力①構(gòu)件在強(qiáng)烈地震下不存在強(qiáng)度安全儲備，構(gòu)件的實(shí)際承載能力分析是判斷薄弱部位的基礎(chǔ)。②要使樓層(部位)的實(shí)際承載能力和設(shè)計(jì)計(jì)算的彈性受力的比值在總體上保持一個(gè)相對均勻的變化，一旦樓層(部位)的比值有突變時(shí)，會由于塑性內(nèi)力重分布導(dǎo)致塑性變形的集中。③要防止在局部上加強(qiáng)而忽視了整個(gè)結(jié)構(gòu)各部位剛度、承載力的協(xié)調(diào)。④在抗震設(shè)計(jì)中有意識、有目的地控制薄弱層(部位)，使之有足夠的變形能力又不使薄弱層發(fā)生轉(zhuǎn)移，這是提高結(jié)構(gòu)總體抗震性能的有效手段。

2 高層建筑抗震中短柱的正確判定

柱凈高H與截面高度h之比H/h≤4為短柱，工程界許多工程技術(shù)人員也都據(jù)此來判定短柱，這是一個(gè)值得注意的問題。因?yàn)榇_定是不是短柱的參數(shù)是柱的剪跨比λ，只有剪跨比λ＝M/Vh≤2的柱才是短柱，而柱凈高與截面高度之比H/h≤4的柱其剪跨比λ不一定小于2，亦即不一定是短柱。按H/h≤4來判定的主要依據(jù)是：①λ=M/Vh≤2；②考慮到框架柱反彎點(diǎn)大都靠近柱中點(diǎn)，取M＝0.5VH，則λ＝M/Vh＝0.5VH/Vh＝0.5H/h≤2，由此即得H/h≤4。但是，對于高層建筑，梁、柱線剛度比較小，特別是底部幾層，由于受柱底嵌固的影響且梁對柱的約束彎矩較小，反彎點(diǎn)的高度會比柱高的一半高得多，甚至不出現(xiàn)反彎點(diǎn)，此時(shí)不宜按H/h≤4來判定短柱，而應(yīng)按短柱的力學(xué)定義——剪跨比λ＝M/Vh≤2來判定才是正確的。

框架柱的反彎點(diǎn)不在柱中點(diǎn)時(shí)，柱子上、下端截面的彎矩值大小就不一樣，即Mt≠M(fèi)b。因此，框架柱上、下端截面的剪跨比大小也是不一樣的，即λt＝Mt/Vh≠λb＝Mb/Vh。此時(shí)，應(yīng)采用哪一個(gè)截面的剪跨比來判斷框架柱是不是屬于短柱呢？筆者認(rèn)為，應(yīng)該采用框架柱上、下端截面中剪跨比的較大值，即取λ＝max（λt，λb）。一般情況下，在高層建筑的底部幾層，框架柱的反彎點(diǎn)都偏上，即Mb＞Mt。

在層高一定的情況下，為提高延性而降低軸壓比則會導(dǎo)致柱截面增大，且軸壓比越小截面越大；而截面增大導(dǎo)致剪跨比減小，又降低了構(gòu)件的延性，軸壓比與延性比關(guān)系圖如圖1所示，因此，在高層特別是超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，為滿足規(guī)程對軸壓比限值的要求，柱子的截面往往比較大，在結(jié)構(gòu)底部常常形成短柱甚至超短柱。

圖1 軸壓比與延性比關(guān)系圖

3 提高短柱抗震性能的措施

有抗震設(shè)防要求的高層建筑除應(yīng)滿足強(qiáng)度、剛度要求外，還要滿足延性的要求。鋼筋混凝土材料本身自重較大，所以對于高層建筑的底層柱，隨著建筑物高度的增加，其所承擔(dān)的軸力不斷增加，而抗震設(shè)計(jì)對結(jié)構(gòu)構(gòu)件有明確的延性要求，在層高一定的情況下，提高延性就要將軸壓比控制在一定的范圍內(nèi)而不能過大，這樣則必然導(dǎo)致柱截面的增大，從而形成短柱，甚至成為剪跨比小于1.5的超短柱。眾所周知，短柱的延性很差，尤其是超短柱幾乎沒有延性，在建筑遭受本地區(qū)設(shè)防烈度或高于本地區(qū)設(shè)防烈度的地震影響時(shí)，很容易發(fā)生剪切破壞而造成結(jié)構(gòu)破壞甚至倒塌。

混凝土短柱的延性主要受軸壓比的影響，同時(shí)配箍率、箍筋的形式對混凝土短柱的影響也很大。高層混凝土結(jié)構(gòu)短柱，特別是結(jié)構(gòu)低層的混凝土短柱，其軸壓比很大，破壞時(shí)呈脆性破壞，其塑性變形能力很小。提高混凝土短柱的抗震性能，主要也就是提高混凝土短柱的延性。因此，可以從以下幾方面著手，采取措施提高混凝土的抗震性能。

3.1提高短柱的受壓承載力

提高短柱的受壓承載力可減小柱截面、提高剪跨比，從而改善整個(gè)結(jié)構(gòu)的抗震性能。減小柱截面和提高剪跨比，最直接的方法就是提高混凝土的強(qiáng)度等級，即采用高強(qiáng)混凝土來增加柱子的受壓承載力，降低其軸壓比；但由于高強(qiáng)混凝土材料本身的延性較差，采用時(shí)須慎重或與其他措施配合使用。此外，可以采用鋼骨和鋼管混凝土柱以提高短柱的受壓承載力。

3.2 采用鋼管混凝土柱

鋼管混凝土是套箍混凝土的一種特殊形式，由混凝土填入薄壁圓形鋼管內(nèi)而形成的組合結(jié)構(gòu)材料。由于鋼管內(nèi)的混凝土受到鋼管的側(cè)向約束，使得混凝土處于三向受壓狀態(tài)，從而使混凝土的抗壓強(qiáng)度和極限壓應(yīng)變得到很大的提高，混凝土特別是高強(qiáng)混凝土的延性得到顯著改善。同時(shí)，鋼管既是縱筋，又是橫向箍筋， 其管徑與管壁厚度的比值至少都在90以下，相當(dāng)于配筋率2至少都在4.6%。

當(dāng)選用了高強(qiáng)混凝土和合適的套箍指標(biāo)后，柱子的承載力可大幅度提高，通常柱截面可比普通鋼筋混凝土柱減小一半以上，消除了短柱并具有良好的抗震性能。

3.3 采用分體柱

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抗震設(shè)計(jì)在高層建筑設(shè)計(jì)中具有十分重要的意義。與普通房屋建筑工程相比，高層建筑的構(gòu)造與之明顯不同，無論是規(guī)模還是構(gòu)件都存在著較大差異。一旦高層建筑質(zhì)量出現(xiàn)問題，所帶來的后果不堪設(shè)想。因此，在設(shè)計(jì)階段就要充分落實(shí)好質(zhì)量控制。其中抗震設(shè)計(jì)與高層建筑工程整體質(zhì)量存在著密切關(guān)聯(lián)。通過有效的抗震設(shè)計(jì)，可讓建筑結(jié)構(gòu)的剛度、延性、整體性達(dá)到相關(guān)要求，使高層建筑整體穩(wěn)定性得以提升。換句話說，抗震設(shè)計(jì)是否合理直接關(guān)系到高層建筑物的質(zhì)量，應(yīng)給予重視。

高層建筑抗震設(shè)計(jì)關(guān)鍵問題分析

高層建筑抗震設(shè)計(jì)過程中，以下問題是關(guān)鍵點(diǎn)：（1）高度。根據(jù)JGJ3-2002規(guī)定所述，要求高層建筑在一定設(shè)防烈度和一定結(jié)構(gòu)形式下，需保持“適宜高度”。這個(gè)“適宜高度”與推薦規(guī)范體系要求是相匹配的，但很多高層建筑實(shí)際高度卻超出了“適宜高度”的限制。在地震力作用下，超高限建筑產(chǎn)生的破壞形變會存在較大變化，導(dǎo)致相關(guān)參數(shù)延性、剛度、荷載都會超出規(guī)范適宜范圍，會給建筑物結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性帶來嚴(yán)重影響。（2）結(jié)構(gòu)形式篩選。建筑結(jié)構(gòu)形式篩選是否合理，直接關(guān)系到結(jié)構(gòu)的性能。通常情況下，高度超過150m的高層建筑結(jié)構(gòu)主要包括三種結(jié)構(gòu)體系即框筒支撐體系、框架支撐體系及筒中筒支撐體系。我國大多數(shù)高層建筑都會采取核心筒體系進(jìn)行構(gòu)建。該結(jié)構(gòu)中，由鋼筋混凝土構(gòu)成的核心筒需承受80%至90%的震層剪力，給鋼結(jié)構(gòu)帶來了較大負(fù)擔(dān)。在這種情況下就需要合理設(shè)置裝換層及加強(qiáng)層，以控制其本身剛度。（3）材料選擇。我國大多數(shù)高層建筑都是以鋼結(jié)構(gòu)為主。當(dāng)建筑物高度過高時(shí)，由于鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量較小，且較為輕柔，必然會受到風(fēng)振影響。因此，需要采用混凝土材料進(jìn)行加固，其中鋼骨混凝土為首選材料。（4）抗震設(shè)防烈度。從客觀角度來看，我國建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)設(shè)防烈度與歐美等發(fā)達(dá)國家相比，還是有所不足。構(gòu)造規(guī)定安全度及也存在一定差距。另外，在配筋率、軸壓比等方面也不如發(fā)達(dá)國家嚴(yán)格。在這方面還需要進(jìn)一步提升標(biāo)準(zhǔn)，并逐步完善。

完善抗震設(shè)計(jì)的有效措施

1.落實(shí)抗震驗(yàn)算

在進(jìn)行截面抗震驗(yàn)算時(shí)，結(jié)構(gòu)應(yīng)在設(shè)防烈度下進(jìn)入彈塑性狀態(tài)?？蓪⒋蟛糠纸Y(jié)構(gòu)變形轉(zhuǎn)變?yōu)楸娭盗叶鹊卣鹱饔孟聵?gòu)件承載力驗(yàn)算的形式來表現(xiàn)。進(jìn)行構(gòu)件截面抗震驗(yàn)算時(shí)，可選用非抗震承載力設(shè)計(jì)值，將承載力抗?fàn)幷{(diào)整系數(shù)與其關(guān)聯(lián)起來。計(jì)算過程中，去地震作用效應(yīng)值乘以抗震調(diào)整系數(shù)來進(jìn)行折減。通過完善抗震驗(yàn)算，保證建筑抗震設(shè)計(jì)的有效性，使抗震設(shè)計(jì)充分發(fā)揮作用。

2.設(shè)置多道抗震防線

在構(gòu)建抗震結(jié)構(gòu)體系時(shí)，應(yīng)設(shè)置多道防線，將一些延性較好的分體系進(jìn)行組合，并將這些構(gòu)件相互連接，充分發(fā)揮其協(xié)同作用?？拐饓w系便可由抗震墻與延性框架構(gòu)成，兩者共同作用，可進(jìn)一步提升抗震結(jié)構(gòu)的性能?？拐鸾Y(jié)構(gòu)體系當(dāng)中還需要設(shè)定充足的贅余度，包括內(nèi)、外兩個(gè)部分。并按照相關(guān)規(guī)則構(gòu)建規(guī)律分布的屈服區(qū)，讓建筑結(jié)構(gòu)可充分吸收或消耗地震能量。體系當(dāng)中還需要增加冗余設(shè)計(jì)，以增加抗震結(jié)構(gòu)的可靠性。當(dāng)建筑基本周期與地震卓越周期接近時(shí)，冗余設(shè)計(jì)便可充分發(fā)揮作用。即便是第一道抗側(cè)力防線受到破壞，第二道、第三道防線可接替第一道防線，發(fā)揮保護(hù)作用，以緩解共振，并降低地震的破壞作用。

3.完善隔震及消能減震設(shè)計(jì)

隔震系統(tǒng)具有足夠的豎向強(qiáng)度和剛度以支撐上部結(jié)構(gòu)的重量，并且具有足夠的水平初始剛度。即便在風(fēng)載與小震作用下，整個(gè)體系依然可處于彈性范圍內(nèi)，滿足正常需求。而中強(qiáng)地震時(shí)，其水平剛度較小，結(jié)構(gòu)為柔性隔震結(jié)構(gòu)體系。同時(shí)，隔震系統(tǒng)本身具有較大的阻尼，地震時(shí)能耗散足夠的能量，可降低上部結(jié)構(gòu)所吸收的地震能量。消能減震是在結(jié)構(gòu)物某些部位設(shè)置耗能元件，通過元件產(chǎn)生摩擦，彎曲彈塑性滯形來消耗或吸收地震輸入結(jié)構(gòu)的能量，以降低主體結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)，使結(jié)構(gòu)破壞程度降低。例如，可在建筑結(jié)構(gòu)適當(dāng)位置添加金屬阻尼器，它可通過金屬的屈服滯回將地震能量消耗掉，以降低結(jié)構(gòu)反應(yīng)程度；又如，可通過調(diào)諧減震控制體系來加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的減震能力，該體系利用調(diào)整結(jié)構(gòu)的動力特性來消減結(jié)構(gòu)的振動反應(yīng)，以達(dá)到減震效果。

篇9

中圖分類號：TU984 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：

1 震害多發(fā)點(diǎn)

隨著這幾年來經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，由于建設(shè)者開發(fā)、使用功能上的要求，高層建筑的體型越來越多樣化。高層建筑不僅在材料和結(jié)構(gòu)體系上逐漸多樣化， 而且在高度上也大幅度增長。進(jìn)入上世紀(jì)90年代后， 結(jié)構(gòu)抗震分析和設(shè)計(jì)已提到各國建筑設(shè)計(jì)的日程。特別是我國處于地震多發(fā)區(qū)， 高層建筑抗震設(shè)防更是工程設(shè)計(jì)面臨的迫切任務(wù)。作為工程抗震設(shè)計(jì)的依據(jù)， 高層建筑抗震分析處于非常重要的地位。

地震作用具有較強(qiáng)的隨機(jī)性和復(fù)雜性，要求在強(qiáng)烈地震作用下結(jié)構(gòu)仍保持在彈性狀態(tài)，不發(fā)生破壞是很不實(shí)際; 既經(jīng)濟(jì)又安全的抗震設(shè)計(jì)是允許在強(qiáng)烈地震作用下破壞嚴(yán)重， 但不倒塌。因此，依靠彈塑性變形消耗地震的能量是抗震設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，提高結(jié)構(gòu)的變形、耗能能力和整體抗震能力，防止高于設(shè)防烈度的“大震”不倒是抗震設(shè)計(jì)要達(dá)到的目標(biāo)。

1.1 結(jié)構(gòu)層間屈服強(qiáng)度有明顯的薄弱樓

鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)在整體設(shè)計(jì)上存在較大的不均勻性， 使得這些結(jié)構(gòu)存在著層間屈服強(qiáng)度特別薄弱的樓層。在強(qiáng)烈地震作用下，結(jié)構(gòu)的薄弱層率先屈服， 彈塑性變形急劇發(fā)展，并形成彈塑性變形集中的現(xiàn)象。如1976 年唐山大地震中，13 層蒸吸塔框架，由于該結(jié)構(gòu)樓層屈服強(qiáng)度分布不均勻，造成第6 層和第11 層的彈塑性變形集中， 導(dǎo)致該結(jié)構(gòu)6 層以上全部倒塌。

1.2 柱端與節(jié)點(diǎn)的破壞較為突出

框架結(jié)構(gòu)構(gòu)件震害一般是梁輕柱重， 柱頂重于柱底，尤其是角柱和邊柱易發(fā)生破壞。除剪跨比小短柱易發(fā)生柱中剪切破壞外， 一般柱是柱端的彎曲破壞， 輕者發(fā)生水平或斜向斷裂;重者混凝土壓酥，主筋外露、壓屈和箍筋崩脫。當(dāng)節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)無箍筋約束時(shí)， 節(jié)點(diǎn)與柱端破壞合并加重。當(dāng)柱側(cè)有強(qiáng)度高的砌體填充墻緊密嵌砌時(shí)，柱頂剪切破壞嚴(yán)重，破壞部位還可能轉(zhuǎn)移至窗洞上下處，甚至出現(xiàn)短柱的剪切破壞。

1.3 砌體填充墻的破壞較為普遍

砌體填充墻剛度大而變形能力差， 首先承受地震作用而遭受破壞， 在8 度和8 度以上地震作用下，填充墻的裂縫明顯加重，甚至部分倒塌，震害規(guī)律一般是上輕下重，空心砌體墻重于實(shí)心砌體墻，砌塊墻重于磚墻。

2 影響建筑物抗震效果的因素

研究高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)，必須明確建筑物抗震效果的主要影響因素。下面，將從建筑結(jié)構(gòu)本身的設(shè)計(jì)效果、施工材料和施工過程以及建筑場地情況三個(gè)方面進(jìn)行分析。

2.1 建筑物自身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是影響抗震效果極為關(guān)鍵的一個(gè)因素，建筑物若要達(dá)到抗震目的，無論點(diǎn)式住宅或是版式住宅，都必須進(jìn)行合適的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，保證抗震措施合理，能夠基本實(shí)現(xiàn)小震不壞、大震不倒這樣的目標(biāo)，提高建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能。如果建筑物對平面的布置較為復(fù)雜，質(zhì)心與剛心不一致，將會加劇地震的作用影響力，增強(qiáng)破壞性。所以，建筑物的結(jié)構(gòu)平面布置應(yīng)盡量保證質(zhì)心和剛心重合，提高建筑物的抗震能力。在建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，出屋面建筑部分不宜太高，以降低地震過程中的鞭梢影響；平面布置不規(guī)則的房屋注意偏離建筑結(jié)構(gòu)剛心遠(yuǎn)端的抗震墻等等。

2.2 建筑結(jié)構(gòu)建造材料和施工過程

建筑結(jié)構(gòu)的材料是影響抗震效果非常重要的因素，但是這個(gè)因素往往被人們忽視，工作人員需要明確這樣一點(diǎn)：在一般情況下，地震對建筑物作用力的大小與建筑物的質(zhì)量成正比。在同等地震環(huán)境下，建筑物使用的材料越好，其受到的地震作用力也相對較??；反之，建筑物就會遭到地震很大的作用力。所以，在實(shí)際的建筑物的建設(shè)中，建議多采用隔斷、板樓、維護(hù)墻等構(gòu)件，廣泛采用空心磚、加氣混凝土板、塑料板材等質(zhì)輕的建筑材料，這將會有利于建筑物抗震性能的提高。建筑結(jié)構(gòu)施工過程同施工材料共同影響整個(gè)建筑工程的質(zhì)量，在施工過程中，每一個(gè)環(huán)節(jié)都可以影響建筑結(jié)構(gòu)抗震效果。所以，高層建筑在具體施工中，要加強(qiáng)監(jiān)管和規(guī)范，嚴(yán)格做好高層建筑施工管理，從建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量上來提高抗震效果。

2.3 建筑物所處地質(zhì)環(huán)境情況

在地震中，對建筑物造成破壞的原因是多方面的，比如巖石斷層、山體崩塌、地表滑坡等使得地表發(fā)生運(yùn)動，造成建筑物的破壞，或海嘯、水災(zāi)等次生災(zāi)害對建筑物造成破壞。在造成建筑物破壞的諸多原因中，有些是可以通過工程措施加以預(yù)防的。所以，在選擇建筑工地的位置之前，要進(jìn)行詳盡地勘探考察，分析地形和地質(zhì)條件，避開不利地段，挑選對建筑物抗震有利的地點(diǎn)。

3 高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)策略

3.1 高層混凝土建筑的結(jié)構(gòu)體系選擇

高層建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)建筑使用功能、房屋高度和高寬比、抗震設(shè)防類別、抗震設(shè)防烈度、場地類別、地基情況、結(jié)構(gòu)材料和施工技術(shù)等因素，綜合分析比較，選擇適宜的結(jié)構(gòu)體系。高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)可采用框架、剪力墻、框架- 剪力墻、筒體和板柱-剪力墻結(jié)構(gòu)體系。

框架結(jié)構(gòu)可為建筑提供靈活布置的室內(nèi)空間。當(dāng)建筑物層數(shù)較少時(shí)，水平荷載對結(jié)構(gòu)的影響較小，采用框架結(jié)構(gòu)體系比較合理；框架結(jié)構(gòu)屬于以剪切變形為主的柔性結(jié)構(gòu)，使用高度受到限制，主要用于非抗震設(shè)計(jì)和層數(shù)相對較少的建筑中。剪力墻結(jié)構(gòu)中，剪力墻沿橫向、縱向正交布置或多軸線斜交布置，由鋼筋砼墻體承受全部的水平荷載和豎向荷載，屬于以彎曲變形為主的剛性結(jié)構(gòu)。該種結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力剛度大，在水平力作用下側(cè)向變形小，空間整體性好。但剪力墻結(jié)構(gòu)自重大，建筑平面布置局限性大，難以滿足建筑內(nèi)部大空間的要求。因此更多地用于墻體布置較多，房間面積要求不太大的建筑物中，既減少了非承重隔墻的數(shù)量，也可使室內(nèi)無外露梁柱，達(dá)到整體美觀。

框架——剪力墻結(jié)構(gòu)是指在框架結(jié)構(gòu)中的適當(dāng)部位增設(shè)一些剪力墻，是剛?cè)嵯嘟Y(jié)合的結(jié)構(gòu)體系，能提供建筑大開間的使用空間，是由若干道單片剪力墻與框架組成。在這種結(jié)構(gòu)體系中，框架和剪力墻共同承擔(dān)水平力，但由于兩者剛度相差很大，變形形狀也不相同，必須通過各層樓板使其變形一致，達(dá)到框架和剪力墻的協(xié)同工作。從受力特點(diǎn)看，剪力墻是以彎曲變形為主，框架是以剪切變形為主，由于變位協(xié)調(diào)，在頂部框架協(xié)助剪力墻抗震，在底部剪力墻協(xié)助框架抗震，其抗震性能由于較好地發(fā)揮了各自的優(yōu)點(diǎn)而大為提高。因此可以適用于各種不同高度建筑物的要求而被廣泛采用。板柱- 剪力墻結(jié)構(gòu)，由于在板柱框架體系中加入了剪力墻或井筒，主要由剪力墻構(gòu)件承受側(cè)向力，側(cè)向剛度也有很大的提高。這種結(jié)構(gòu)目前在7、8 度抗震設(shè)計(jì)的高層建筑中有較多的應(yīng)用，但其適用高度宜低于一般框架- 剪力墻結(jié)構(gòu)。

3.2 減少地震發(fā)生時(shí)能量的輸入

在具體的設(shè)計(jì)中，積極采用基于位移的結(jié)構(gòu)抗震方法，對具體的方案進(jìn)行定量分析，使結(jié)構(gòu)的變形彈性滿足預(yù)期地震作用力下的變形需求。對建筑構(gòu)件的承載力進(jìn)行驗(yàn)收的同時(shí)，還要控制建筑結(jié)構(gòu)在地震作用下的層間位移限值；并且根據(jù)建筑構(gòu)件的變形和建筑結(jié)構(gòu)的位移之間的關(guān)系，確定構(gòu)件的變形值；根據(jù)建筑界面的應(yīng)變分布以及大小，來確定建筑構(gòu)件的構(gòu)造需求。對于高層建筑，在堅(jiān)固的場地上進(jìn)行建筑施工，可以有效減少地震發(fā)生作用時(shí)能量的輸入，從而減弱地震對高層建筑的破壞。

4 結(jié)束語

鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)是我國大量存在的建筑結(jié)構(gòu)形式之一，鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的柱端與節(jié)點(diǎn)的破壞較為嚴(yán)重，其抗震設(shè)計(jì)中應(yīng)該鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)抗震關(guān)鍵設(shè)計(jì)，另外，必須滿足“強(qiáng)柱弱梁”、“強(qiáng)剪弱彎”、“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)”、“強(qiáng)底層柱底”等延性設(shè)計(jì)原則和有關(guān)規(guī)定。

參考文獻(xiàn)：

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中圖分類號：tu97 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：a

1 概述

事實(shí)上，在建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程中，抗震性能設(shè)計(jì)是目前所有高層建筑極需認(rèn)真考慮的問題。我國的高層建筑主材料一般都是選用鋼筋混凝土，而高層建筑結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化以及設(shè)計(jì)的新穎化對高層建筑的抗震性能又有一定的影響。

2 當(dāng)前高層建筑抗震理念

在人類建筑史當(dāng)中，人們一直想要尋求一個(gè)很好的辦法去抗震防震，隨著地質(zhì)學(xué)家對地震的了解以及深入，已經(jīng)基本掌握了地震的特征以及一般的地震地面運(yùn)動特點(diǎn)，于是，在此基礎(chǔ)上，高層建筑的抗震性能設(shè)計(jì)理論以及設(shè)計(jì)方案都有了很大的轉(zhuǎn)變，并且不斷完善發(fā)展。

現(xiàn)在最為流行使用的抗震設(shè)計(jì)方法就是基于位移的抗震設(shè)計(jì)方法。這種方法主要是對高層建筑進(jìn)行準(zhǔn)確的定量分析研究，再用量化的位移指標(biāo)來制定高層建筑的抗震性能，從而讓高層建筑的抗震變形能力范圍可以滿足地震時(shí)最低的變形要求，最終保持高層建筑的抗震性能能夠達(dá)到一定的標(biāo)準(zhǔn)。

基于位移的抗震設(shè)計(jì)方法一般能夠細(xì)分成下面的方法，即為：①能力譜方法；②按延性系數(shù)設(shè)計(jì)方法；③直接基于位移的方法。直接基于位移的方法是按照地震作用下預(yù)期的位移去計(jì)算地震的作用，從而進(jìn)行高層建筑的抗震性能設(shè)計(jì)，望高層建筑能夠達(dá)到一定的預(yù)期變形，能夠起到抗震防震的作用。

3.高層建筑抗震性能低的原因分析

3.1 高層建筑層數(shù)過多

混凝土高層建筑的層數(shù)是有一個(gè)極限的，也就是說混凝土高層建筑的高度是有一個(gè)極限的，不能無限增高。一旦該建筑超過了混凝土建筑的最大高度，高層建筑的自重就會變大，導(dǎo)致這個(gè)高層建筑的抗震性能變差，給實(shí)際上的高層建筑施工帶來的施工難度就更大了。這樣一來，施工的時(shí)間、成本的耗費(fèi)也就大了，而且居民的安全卻無法得到保障，這是沒有好處的。若地震發(fā)生，高層建筑容易倒塌，給國家跟居民所造成的精神傷害以及經(jīng)濟(jì)損害是無法估計(jì)的。因此，為了能夠保證高層建筑的抗震性能良好，高層建筑的層數(shù)不宜過高，一定要根據(jù)實(shí)際施工場地，嚴(yán)格依照專業(yè)的高層建筑設(shè)計(jì)師的標(biāo)準(zhǔn)高層建筑設(shè)計(jì)圖來進(jìn)行施工。

3.2 地基選取不當(dāng)

在一定程度上，地基的選取也可以對高層建筑的抗震性能造成一定的影響。地基之所以會對高層建筑的抗震性能造成影響，是因?yàn)榈鼗鳛樗薪ㄖ幕A(chǔ)，一旦地基不牢固，地震又不幸發(fā)生，高層建筑損壞甚至倒塌的現(xiàn)象就會極易出現(xiàn)。因此，在實(shí)際的高層建筑施工設(shè)計(jì)過程當(dāng)中，優(yōu)先選擇一些地勢較低、相對平坦的場地，還要保證基底的硬度足夠大，如一些堅(jiān)硬施工場地或者是較為均勻的中硬度施工場地，避免在山崖、陡坡或者下陷的地方進(jìn)行高層建筑施工。

3.3 材料選取不當(dāng)

在地震較為頻繁的地區(qū)，除了要考慮高層建筑的施工層數(shù)、地基的選取還必須要考慮高層建筑的施工材料。施工材料的選擇，是控制高層建筑抗震性能的最直接途徑。同時(shí)，還有注意選取比較合理的建筑結(jié)構(gòu)體系，在實(shí)際施工中，施工工作人員應(yīng)當(dāng)確?；炷两Y(jié)構(gòu)的位移限制值必須控制在國家相關(guān)法律法規(guī)當(dāng)中。

3.4 抗震設(shè)防烈度偏低

根據(jù)地震發(fā)生的頻率以及地震發(fā)生時(shí)地震的強(qiáng)度，我國把全國劃分成多個(gè)地震設(shè)防區(qū)域，在不同的地方，不同的高層建筑設(shè)防等級也是不盡相同的。一旦高層建筑的抗震設(shè)防烈度下降，高層建筑的結(jié)構(gòu)安全隱患就會增大。我國目前使用的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)還沒有達(dá)到一個(gè)較高的水平，中級地震就相當(dāng)于在規(guī)定的設(shè)計(jì)既準(zhǔn)期以內(nèi)超越概率約為百分之十的地震強(qiáng)度，所以，高層建筑的抗震設(shè)防烈度不容忽視。

4、有效增強(qiáng)高層建筑的抗震性能

4.1 高層建筑結(jié)構(gòu)規(guī)則性

對高層建筑進(jìn)行一個(gè)合理的布局是增強(qiáng)高層建筑抗震性能的有效措施，有專家曾經(jīng)分析過，外觀較為簡單、建筑結(jié)構(gòu)較為對稱的建筑在地震發(fā)生時(shí)，該種建筑的抗震性能會比較好，不易被地震損壞。之所以會這樣，是因?yàn)檫@類建筑在地震發(fā)生時(shí)可以很快地對地震的強(qiáng)度作出很好的反應(yīng)，抵御地震。所以，專業(yè)的高層建筑施工人員在進(jìn)行高層建筑設(shè)

計(jì)時(shí)會采用較為簡單的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，確保建筑的平面外形以及立面外形的尺寸、抗側(cè)力構(gòu)件布置、承載力等各個(gè)方面都能夠均勻分布，保持了高層建筑的相對規(guī)則性。唯有外觀簡單、受力均勻、結(jié)構(gòu)硬度適中的高層建筑設(shè)計(jì)，才可以保證建筑物的抗震性能良好。

4.2 降低地震能量輸入

要想降低高層建筑在地震中的能量輸入，最常用的方法就是消能減震技術(shù)，這個(gè)技術(shù)就是在建筑結(jié)構(gòu)的一些特殊部分，就好像節(jié)點(diǎn)、支撐點(diǎn)、連接縫等，在這些部位添加一些消能元件，然后這些消能元件就會通過產(chǎn)生摩擦非線性滯形耗能來分散或者是吸收地震能，從而減少建筑主體受地震的影響，防止高層建筑的結(jié)構(gòu)被地震損壞甚至倒塌。

雖然這個(gè)方法可以大幅度地提高高層建筑的抗震性能，但這個(gè)方式的真正施工實(shí)施較難，若施工的尺度不能準(zhǔn)確把握，到時(shí)整個(gè)工程就沒有達(dá)到預(yù)期的抗震效果。所以，在實(shí)際施工當(dāng)中，一定要注意合理規(guī)劃施工。

4.3 控制地震扭轉(zhuǎn)效應(yīng)

一旦地震發(fā)生，那些建筑結(jié)構(gòu)不對稱、建筑格局不合理的建筑通常會出現(xiàn)水平移動，產(chǎn)生水平位移，這樣就會產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)性的效應(yīng)，嚴(yán)重的還會讓高層建筑倒塌。究其原因，就是因?yàn)椴灰?guī)則的高層建筑的水平荷載中心跟剛度中心無法很好地重合在一起。所以，這就告訴專業(yè)的建筑施工人員，在實(shí)際的施工過程中要充分考慮建筑的結(jié)構(gòu)會對建筑的抗震性能產(chǎn)生什么樣的影響，最好選擇一些外觀規(guī)則、簡單的建筑設(shè)計(jì)。

4.4 建筑結(jié)構(gòu)自重減輕

當(dāng)前的混凝土高層建筑，自重很大，一旦高層建筑的層數(shù)過多，要求相應(yīng)的地基承載力也要大。所以，應(yīng)當(dāng)盡可能地減小高層建筑的自重，這樣就對地基有很好的效果而且我們都應(yīng)該注意到，建筑的質(zhì)量跟地震效應(yīng)是成一個(gè)正比關(guān)系的，建筑質(zhì)量越大，受地震的影響就越大，所吸收的地震能量也就多。如這些地震能量無法釋放，必然會損壞高層建筑。

4.5 增設(shè)抗震防線

要想增強(qiáng)高層建筑的抗震性能，還可以在建筑內(nèi)外設(shè)置多道抗震防線，一旦第一道抗震防線被破壞，其他的抗震防線也可以繼續(xù)起作用。

結(jié)語

在不斷追求高層建筑的外形新穎奇特的同時(shí)，抗震性能一定不能忽略。因?yàn)橐粋€(gè)建筑最能體現(xiàn)它的價(jià)值的除了其外觀結(jié)構(gòu)、建筑材料，更重要的一樣就是抗震性能。從根本上增強(qiáng)高層建筑的抗震性能就要從實(shí)際上綜合考慮各方面的因素。唯有從高層建筑的內(nèi)部結(jié)構(gòu)有足夠大抗震防震措施，方可從根本上增強(qiáng)高層建筑的抗震性能。