高层建筑结构抗震设计的问题与反思(值得学习)

高层建筑结构抗震设计的问题与反思（值得学习）随着城市化的进程越来越快,城市人口不断增多,建设用地也越来越紧张.为了适应城市发展规划的需要,高层建筑的需求也越来越迫切,高层建筑是现代工业化、商业化和城市化的必然结果.而鉴于高层建筑的特殊性,使得我们不得不考虑它的抗震性能.目前尚没有精确的抗震计算方法,规范给出的计算方法也是半经验半理论的计算,但在楼层的设计中,对于高层建筑的抗震性能设计,已经引起人们的高度重视,采用了各种措施来提高高层建筑的抗震性能.

一般来说,结构设计的目的就是要保证建筑物的结构在设计使用年限内满足安全、适用、耐久、整体性好的功能要求,但是一些高层混凝土建筑抗震结构设计的现行规范无法解决人们的安全问题.由于高层建筑层数多、高度较高,结构也比一般建筑复杂,高层建筑的抗震一直是建筑设计和建筑施工的重点.强烈的地震不仅会直接破坏各种建筑物,而且还会影响社会的稳定、经济的发展,带来了巨大的人员伤亡和经济损失.所以,对于高层建筑来说,抗震设计是我们在进行结构设计时必须要考虑的重点问题之一,如果做不好,后果可想而知.

其一,高层建筑抗震问题

在进行高层建筑结构的抗震设计之前,必须要先明确目前高层建筑抗震设计中所存在的问题,影响抗震设计效果的因素主要有哪些？

1.地质条件不符,地基选取不合理

在设计初期,设计人员应该及时掌握施工场地的地质情况,但是往往在设计过程中,却没有建筑场地岩土工程的勘察资料,就不能很好的进行地基设计,给建筑物的结构带来安全隐患.高层建筑应选择位于开阔平坦地带的坚硬土场地或密实均匀中硬土场地,远离河岸,不应垮在两类土壤上,避开不利地形、不采用震陷土作天然地基,避免在断层、山崖、滑坡、地陷等抗震危险地段建造房屋.高层建筑的地基选取不恰当可能导致抗震能力差.

2.建筑高度超高

在一定的结构模式下,高层建筑必然有一个非常合适的高度,但是,在实际施工过程中,有相当多的高层建筑都超出了这一合适的高度值.根据我国现行的高层建筑混凝土结构技术规程规定,在标准的设防烈度和科学的结构形式下,高层建筑需要有合理的建设高度,只有在这种高度下,抗震设计才会稳定安全,但是,我国有不少建筑已经超过的高度限制,当遇到震力时,这些超高的建筑物的变形破坏性会发生很大的变化,因而会降低建筑物的抗震性能,同时,其它的不良的因素也会被诱发出来,导致结构设计和工程预算参数的改变.

3.建筑材料不符,结构体系不合理

对于材料而言,地震对结构作用的大小几乎与结构的质量成正比.我国建筑物主要是由钢筋混凝土组成的,所以,变形的控制与设计必须以钢筋混凝土结构的位移限值为准.但是,钢筋混凝土的弯曲变形侧移较大,如果利用钢框架来减少位移,不仅

会增加钢筋的负荷,且无明显的辅助效果,为此,有时还必须加大混凝土的刚度或设置伸臂结构,这样才能勉强满足其位移控制标准.

其二,高层建筑抗震设计原则

1.结构构件应具有必要的承载力、刚度、稳定性、延性等方面的性能

①结构构件应遵守“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件、强底层柱(墙)”的原则.

②对可能造成结构的相对薄弱部位,应采取措施提高抗震能力.

③承受竖向荷载的主要构件不宜作为主要耗能构件.

2.设置多道抗震防线

①一个抗震结构体系应由若干个延性较好的分体系组成,并由延性较好的结构构件连接协同工作.例如框架—剪力墙结构由延性框架和剪力墙两个分体组成,双肢或多肢剪力墙体系组成.

②强烈地震之后往往伴随多次余震,如只有一道防线,则在第一次破坏后再遭余震,将会因损伤积累导致倒塌.抗震结构体系应有最大可能数量的内部、外部冗余度,有意识地建立一系列分布的屈服区,主要耗能构件应有较高的延性和适当刚度,以使结构能吸收和耗散大量的地震能量,提高结构抗震性能,避免大震时倒塌.

③适当处理结构构件的强弱关系,同一楼层内宜使主要耗

能构件屈服后,其他抗侧力构件仍处于弹性阶段,使“有效屈服”保持较长阶段,保证结构的延性和抗倒塌能力.

④在抗震设计中某一部分结构设计超强,可能造成结构的其他部位相对薄弱,因此在设计中不合理的加强以及在施工中以大带小,改变抗侧力构件配筋的做法,都需要慎重考虑.

3.针对薄弱部位,提高抗震能力

①构件在强烈地震下不存在强度安全储备,构件的实际承载能力分析是判断薄弱部位的基础.

②要使楼层(部位)的实际承载能力和设计计算的弹性受力的比值在总体上保持一个相对均匀的变化,一旦楼层(部位)的比值有突变时,会由于塑性内力重分布导致塑性变形的集中.

③要防止在局部上加强而忽视了整个结构各部位刚度、承载力的协调.

④在抗震设计中有意识、有目的地控制薄弱层(部位),使之有足够的变形能力又不使薄弱层发生转移,这是提高结构总体抗震性能的有效手段.

其三,地震对高层建筑的影响

1.对高层建筑构件形式方面

（1）在高层建筑的框架结构中,通常地震对板和梁的破坏程度轻于柱；

（2）地震作用经常在多肢剪力墙（钢筋混凝土结构）的窗下引起交叉斜向的裂缝；

（3）如果混凝土柱配置螺旋箍筋,即使地震引起较大的层

问位移,对柱以及核心混凝土作用并不明显；

（4）钢筋混凝土框架结构,如长、短柱并用于同一楼层,长柱受损害较轻.

2.对高层建筑结构体系方面

（1）对于钢筋混凝土柱、板体系的高层建筑,各层楼板因楼层柱脚破坏或者侧移过大以及楼板冲切等因素而在地面坠落重叠；

（2）对于“填墙框架”体系的高层建筑,由于受窗下墙的约束,因而容易发生外墙框架柱在窗洞处短柱型剪切现象；

（3）对于“填墙框架”体系的高层建筑,地震对采用敞开式框架问未砌砖墙的底层破坏严重；

（4）对于框架一抗震墙体系的高层建筑,地震损害不大；

（5）对于“底框结构”体系的高层建筑,地震严重破坏刚度柔弱的底层.

3.对高层建筑地基方面

（1）如果地基自振周期与高层建筑结构的基本周期相同或相近,地震作用因共振效应而增加；

（2）如果高层建筑处在危险和地形不利的区域,则容易使高层建筑因地基破坏而受损；

（3）地基处地质不均匀,在地震作用下容易使上部结构倾斜甚至倒塌；

（4）若高层建筑的地基处有较厚的软弱冲积土层,则地震作用对高层建筑的损害显著增大.