高層建筑的抗震設計與抗震結構

　　高層建筑的抗震設計與抗震結構【1】

　　摘要：近年來隨著我國建筑工程事業發展的不斷進步，人們對建筑工程施工質量有了更高的要求。

　　汶川地震給我國建筑工程事業敲響了警鐘，我國建筑工程設計未來的發展要更加注重抗震設計以及抗震結構的構建，努力通過抗震設計提高建筑工程的穩固性，保障用戶的生命財產安全。

　　關鍵詞：建筑工程 抗震設計 抗震結構安全

　　1對建筑工程震能力產生影響的主要因素

　　1.1建筑結構的抗震設計標準

　　建筑結構抗震設計標準要根據國家對不同地區地震可能發生的情況以及對地震的危害程度所進行的初步預測來確定不同地區的基本設防烈度。

　　設防烈度的確定是對抗震標準進行設計的主要參考依據，只有抗震烈度測量預測的準確性，才能夠保障抗震設計標準的科學性與正確性。

　　建筑施工單位根據抗震設計標準以及工程項目開發對住宅使用性能的要求，來進行抗震設計，提高建筑物抗震設計的烈度，設計烈度與建筑物的抗震能力成正比，與建筑工程造價成反比。

　　1.2建筑工程抗震設計是否合理

　　所謂抗震設計主要是對建筑的結構形式進行合理的設計，并對建筑結構抗震措施加以選擇，保障建筑結構具有穩定的抗震性，在地震災害威脅的情況下要確保建筑結構不倒。

　　高層建筑物對抗震設計有著比普通建筑更高的設計要求，通常選擇現澆剪力墻結構、框架- 剪力墻結構作為高層建筑物的首選結構類型。

　　這種類型的建筑結構強度高、在外力的強烈作用下，能夠維持建筑結構的平穩性，抗震效果非常明顯。

　　建筑工程抗震設計的合理性是確保建筑抗震性能的基本保障。

　　1.3建筑工程施工質量

　　建筑工程施工質量直接影響建筑物的使用性能，在地震振幅的強烈刺激下，建筑物的穩固性很難得到保障，為此必須對建筑物施工質量進行嚴格的控制，規范建筑施工工序，加強質量監督與檢驗工作，提高建筑物的整體質量，保障建筑物的高抗震性。

　　2選擇適合的抗震結構與高質量的建筑材料

　　2.1建筑結構體系對建筑抗震性能的重要作用

　　現階段在我國建筑結構體系中主要包含了框架結構體系、框架―剪力墻結構體系、剪力墻結構體系與筒體結構體系等主要結構體系表現形式。

　　這些結構體系根據建筑物的實際需要被廣泛的運用到高層建筑物中。

　　而目前國外在地震多發區，已經開展廣泛的采用鋼結構體系，作為提高建筑結構防震的主要結構體系，我國目前所采用的多為鋼筋混凝土結構，其抗震性能遠遠比不上鋼結構的抗震性能。

　　鋼結構在強度、韌性以及延展性上具有明顯的優勢。

　　通過對地震區建筑房屋的倒塌情況進行調查我們可以發現，鋼結構建筑物的倒塌機率是最小的。

　　我國工程建造開發者在進行高層建筑物設計時，為了節省用鋼數量，往往采用框架- 核心筒體系。

　　在混合結構震層中所產生的剪應力的八成以上都由內部的混凝土來承擔。

　　鋼筋混凝土結構在外力的作用下容易出現彎曲變形，為了減少建筑結構的側移，往往需要采用小的鋼結構對框架-核心筒結構加以輔助，這不但沒能達到節省建筑鋼材用量的目的，還增加了建筑結構的負擔，不利于建筑整體結構穩固性的發揮，為此我國要積極推進鋼結構在建筑領域的應用。

　　2.2建筑材料對建筑物抗震效果的影響與應用

　　建筑材料的使用性能對建筑物的質量有著決定性的影響，而高質量的建筑物又具有良好的抗震效果，為此若想提高建筑物的抗震性，首先要確保建筑材料的質量。

　　在對建筑材料進行選擇時，通常要選擇強度高、安全性好，以及具有良好耐久性的建筑材料，研究實踐表明，高性能的建筑材料在提高建筑結構的使用性能與使用壽命方面具有不可替代的作用。

　　混凝土是目前我國建筑工程領域所普遍運用的人工石材，它產生于1824年，它的出現極大的改變了世界建筑工程領域的發展狀況，為促進我國建筑工程領域的發展起到了極大的推動作用。

　　但混凝土建筑材料卻屬于脆性材料，從建筑結構抗震的角度進行分析，混凝土材料不利于建筑結構的抗震性，為此不應作為結構性材料應用到建筑結構當中。

　　為解決這一問題，建筑工程領域展開了廣泛的研究與討論。

　　目前主要通過對建筑結構進行科學合理設計以及采用鋼筋來化解混凝土的脆性。

　　同時也可以通過對混凝土自身的性能加以改變來實現對混凝土脆性的`改良，達到提高混凝土材料抗震效果的目的。

　　通常狀況下對混凝土自身的性能進行改良，提高混凝土建筑結構的抗震性能主要從以下幾個方面加以著手：首先，要對混凝土攪拌過程中的用水量進行嚴格的控制，水對混凝土的水化反應以及混凝土的和易性都產生至關重要的影響，決定混凝土的性能，為此在混凝土加工、攪拌、運輸、使用的全過程要通過會混凝土用水量的控制，來確保混凝土的強度及其耐久性。

　　然而為了確保混凝土建筑結構的抗震性能，我們不能一味的增加混凝土的強度，因為混凝土強度與極限壓成反比，當混凝土的強度達到一定高度時，在外力作用下一旦混凝土遭到破壞，此時混凝土的脆性特征就會變得更加明顯，為此必須在考慮增強混凝土強度的同時要考慮增強混凝土的韌性，只有這樣才能夠確保混凝土具有較好抗震性能。

　　提高混凝土的使用性能還可以采用聚合物改性，這樣可以顯著提高混凝土的抗滲性、抗侵蝕能力，改善漿體與集料界面的結合，而且摻加達到一定量時，脆性的混凝土開始呈現聚合物良好的延性特征，在國際上已經開發成功的超高強水泥彈簧，即是該應用的一個極端例證。

　　在保證混凝土足夠的堿度防止鋼筋銹蝕破壞以及碳化破壞的同時，適宜摻加摻合料可降低混凝土結構中主要存在于孔隙和漿體與集料界面的氫氧化鈣的含量，改善界面結構，提高混凝土的抗滲性。

　　集料質量也是影響混凝土質量、尤其是混凝土的耐久性的重要因素。

　　例如，用堿活性集料或含有害組分的集料制備的混凝土不僅可導致混凝土耐久性的降低和壽命的縮短，而且可能在突發災害中加速破壞而導致巨大損失。

　　2003年土耳其地震后對倒塌建筑調查的結果表明，由于不當使用含氯離子高的海砂作為集料制備混凝土是導致增強鋼筋加速銹蝕而使混凝土建筑在震中倒塌的主要原因。

　　當然，從通用水泥自身也可提出許多有益于提高混凝土耐久性的要求，如適宜控制水泥比表面積和水化熱、降低水泥中氯離子含量、堿含量等。

　　此外，還可以從根本上調整水泥品種，例如選用低水化放熱、高后期強度、尤其是抗折強度高、抗侵蝕性好的低熱硅酸鹽水泥，即高貝利特水泥，對于重點工程建設是一種更好的技術途徑。

　　高貝利特水泥低熱高強的特性表明，它是配制高強高性能混凝土的理想的膠凝材料，所配制的高貝利特大體積混凝土抗裂性優越、且具有良好的體積穩定性和優越耐久性，已在國家重點工程應用中得到證明。

　　3結束語

　　良好的抗震設計與抗震結構對建筑物抵抗地震災害的威脅起到良好的保護作用，為確保我國建筑使用者的生命財產安全提供了可靠的保障，我國必須努力通過合理的設計創造出高性能的抗震結構，提高我國建筑物的抗震效果，對人們的生命財產安全實施全面的保護，避免汶川地震的慘劇再次上演。

　　參考文獻：

　　[1] 王麗霖.我國高層建筑抗震結構設計初探[J].山西建筑,2011,(03) .

　　[2] 和佳一.淺談高層建筑結構抗震設計[J].中國新技術新產品,2011,(12)

　　[3] 陳維東.高層建筑結構抗震設計存在的問題及其對策[J].中國高新技術企業, 2009,(05).

　　帶轉換層高層建筑結構非抗震與抗震設計的區別【2】

　　摘要：鑒于高層建筑結構的多樣性，轉換層的結構設計，應該針對高層建筑的結構類別，進行區別性方案的設計，通過精心組織施工，高要求控制模板、鋼筋和混凝土等的施工程序，提供這些施工程序的有利條件，降低施工難度，為高層建筑轉換層的結構設計奠定基礎。

　　而抗震設計與非抗震設計在具體結構構件梁、柱及剪力墻的構造配筋上均存在一定區別，結構設計時應進行區分。

　　本文就這些問題進行了分析探討。

　　關鍵詞：帶轉換層;高層建筑;抗震設計

　　前言

　　隨著高層建筑的迅速發展，以及對建筑結構多功能的要求，帶轉換高層結構的應用越來越多，且轉換層的設置位置也越來越高。

　　六度抗震地區與非抗震地區在帶轉換層高層建筑結構設計上的存在區別，不同區域的建筑結構設計，根據抗震等級不同也存在區別，對不同地區進行整體結構概念設計，應避免在實際設計工程中造成不必要的浪費或者安全度偏大，以達到節省建筑工程造價的目的。

　　一、帶轉換層結構的設計原則

　　帶轉換層建筑結構總體設計應遵循的如下原則：首先，傳力直接，避免多次轉換。

　　布置轉換層上下主體豎向結構時，要盡量使水平轉換結構傳力直接，通過結構的合理布置，使不落地的剪力墻通過轉換托梁直接傳給豎向承重構件，盡可能的避免轉換次梁及水平多級轉換，實現傳力路勁的最短化。

　　其次，強化下部、弱化上部。

　　要保證底部大空間有適宜的剛度、強度、延性和抗震能力，要有意識的強化轉換層下部主體結構剛度，弱化轉換層上部主體結構的剛度，使得轉換層上下部主體結構的剛度及變形特征盡量接近，以避免出現薄弱層。

　　再次，計算全面準確。

　　必須將轉換結構作為整體結構中一個重要組成部分，采用符合實際受力變形狀態的正確計算模型進行三維空間整體結構計算分析。

　　采用有限元方法對轉換結構進行局部補充計算時，轉換結構以上至少取2層結構進入局部計算模型，同時應計及轉換層及所有樓蓋平面內剛度，計及實際結構三維空間盒子效應，采用比較符合實際邊界條件的正確計算模型。

　　二、建筑結構平面布置

　　關于建筑物的結構平面布置，僅在《高層建筑混凝土結構技術規程》表4.3.3中對建筑物在考慮地震作用時的平面長寬比以及局部凹凸進行明確規定;并且在4.3.5條中對建筑的位移比和周期比進行嚴格的限制。

　　非抗震設計時，由于對周期比沒有嚴格的限制，故在設計轉換層以上的小開間住宅部分的豎向構件時，可以只按照豎向構件的承載力進行設計;作抗震設計時，為了使周期比滿足規范要求的限值，必須對建筑物周圍的豎向構件進行加強處理，這就人為地增大了轉換層上部的建筑物結構剛度，也增加了豎向構件的數量或者截面，同時也會引起轉換層下部剛度相應增大。

　　三、建筑結構豎向布置

　　考慮地震作用下，僅在《高層建筑混凝土結構技術規程》中4.4.2和4.4.3條對建筑物的側向剛度進行限制，保證建筑物的側向剛度的連續。

　　4.4.5條對建筑物的豎向收進和外挑進行限制。

　　(1)底部大空間為1層時，可近似采用轉換層上、下層結構等效剪切剛度比γ表示轉換層上、下層結構剛度的變化，γ宜接近1，非抗震設計時γ不應大于3，抗震設計時γ不應大于2。

　　(2)底部大空間層數大于1層時，其轉換層上部與下部結構的等效側向剛度比γe宜接近1，非抗震設計時γe不應大于2，抗震設計時γe不應大于1.3。

　　由于轉換層結構上部建筑多為住宅，根據建筑住宅使用功能的要求，房間分隔較小且對結構梁高進行限制，故造成上部住宅部分的豎向構件柱子或短肢剪力墻數量較多，梁較密。

　　并且轉換層上部住宅部分層高一般比下部大開間的商場部分小得多。

　　這些都是造成轉換層上部結構剛度遠遠大于下部結構剛度的客觀原因。

　　為了增加下部結構剛度，只能在適當位置處增加豎向構件或原豎向構件的截面尺寸。

　　上、下部剛度越要求接近，則增加的下部豎向構件越多或者截面越大。

　　四、結構構件承載力設計的區別

　　《高層建筑混凝土結構技術規程》4.7.1條中規定：無地震作用時，構件承載力設計值大于等于結構作用效應組合的設計值與結構重要性系數的乘值(結構重要性系數的取值在1.～1.1之間);有地震作用組合時，構件承載力設計值大于等于結構作用效應組合的設計值與結構構件承載力抗震調整系數的乘值(結構構件承載力抗震調整系數的取值在1.0～1.33之間)。

　　以上分析均針對非抗震設計和抗震設計在結構概念設計上的區別，屬于確定建筑方案前需要考慮的結構體系對建筑物的總體影響，是非抗震設計和抗震設計在性能設計上的根本區別，需要在建筑方案確定前進行經濟綜合性比較分析。

　　整體結構概念設計是實現非抗震結構性能經濟性設計的根本方向。

　　五、具體建筑構件單項比較分析

　　1、框支梁

　　梁上、下部縱向鋼筋的最小配筋率，非抗震設計時不應小于0.30%;抗震設計時，特一、一和二級不應小于0.60%、0.50%和0.40%;加密區箍筋最小面積含箍率在非抗震設計時不應小于0.9ft/fyv;抗震設計時，特一、一和二級不應小于1.3ft/fyv、1.2ft/fyv和1.1ft/fyv。

　　梁截面高度在抗震設計時不應小于計算跨度的1/6，非抗震設計時不應小于計算跨度的1/8;框支梁截面組合的最大剪力設計值應符合下列要求：

　　無地震作用組合時：V≤0.2βcfcbh0;

　　有地震作用組合時：V≤0.15βcfcbh0/γRE。

　　2、框支柱

　　框支柱截面組合的最大剪力設計值應符合下列要求：無地震作用組合時，V≤0.2βcfcbh0;有地震作用組合時，V≤0.15βcfcbh0/γRE。

　　柱截面寬度，非抗震設計時不宜小于400mm，抗震設計時不應小于450mm;柱截面高度，非抗震設計時不宜小于框支梁跨度的1/15，抗震設計時不宜小于框支梁跨度的1/12;非抗震設計時，框支柱宜采用復合螺旋箍或井字復合箍，箍筋體積配箍率不宜小于0.8%，箍筋直徑不宜小于10mm，箍筋間距不宜大于150mm。

　　3、剪力墻

　　部分框支剪力墻結構，剪力墻底部應加強部位墻體的水平和豎向分布鋼筋最小配筋率，抗震設計時不應小于0.3%，非抗震設計時不應小于0.25%;錯層處平面外受力的剪力墻，其截面厚度，非抗震設計時不應小于200mm，抗震設計時不應小于250mm，并均應設置與之垂直的墻肢或扶壁柱;抗震等級應提高一級采用。

　　錯層處剪力墻的混凝土強度等級不應低于C30，水平和豎向分布鋼筋的配筋率，非抗震設計時不應小于0.3%，抗震設計時不應小于0.5%。

　　結語

　　轉換層在高層建筑的應用必不可少，每座建筑的結構都有其自身的特點，應根據需要，選擇合適的轉換層類型。

　　在施工中，還用注意每一環節的施工，在了解各構件特性的基礎上，合理的發揮其長處、解決其短處，保證轉換層的質量。

　　參考文獻：

　　[1]趙西安.高層建筑結構實用設計方法[M].第3版上海： 同濟大學出版社，2013.

　　[2]毛華毅.淺談高層建筑結構設計的若干問題[J].山西建筑，2010，36(9)：72-73.

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