劉志強(qiáng)

摘要：高層建筑除了要受重力荷載影響外，還會(huì)受到水平方向荷載作用，這樣如果其受到地震影響，就更容易出現(xiàn)結(jié)構(gòu)損壞問題。為保證高層建筑工程施工質(zhì)量，必須要結(jié)合其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)抗震設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行綜合分析，確定技術(shù)要點(diǎn)，從根本出發(fā)選擇合適措施進(jìn)行優(yōu)化，降低各項(xiàng)因素的影響。本文結(jié)合實(shí)例對(duì)高層建筑抗震設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析。

Abstract： In addition to the impact of gravity load， the high-rise building will be subjected to horizontal load， so if it is affected by the earthquake， it is more likely to appear structural damage. In order to ensure the construction quality of the high-rise building project， it is necessary to combine with the characteristics of the structure， to carry on the comprehensive analysis on the main points of seismic design， to determine the technical points， to select the appropriate measures to optimize and reduce the impact of the factors from the fundamental point of departure. This paper gives a brief analysis on the anti-seismic design of high-rise building.

關(guān)鍵詞：高層建筑；抗震設(shè)計(jì)；施工技術(shù)

Key words： high-rise building；anti-seismic design；construction technology

中圖分類號(hào)：TU97 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2016）30-0089-02

0 引言

對(duì)高層建筑工程建設(shè)特點(diǎn)進(jìn)行分析，其底部結(jié)構(gòu)受力大、上部結(jié)構(gòu)受力小，為降低地震作用影響，對(duì)其進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)，需要基于工程結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與安全性分析。結(jié)合目前高層建筑抗震設(shè)計(jì)所存不足，有的放矢的采取措施進(jìn)行優(yōu)化，以不影響工程基礎(chǔ)功能為基本要求，提高工程抗震性能。

1 高層建筑抗震設(shè)計(jì)效果影響因素

1.1 工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為提高工程抗震性能，必須要提高對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的重視，保證可以達(dá)到小震不壞、大震不倒要求。對(duì)于很多高層建筑工程來說，平面布置復(fù)雜度過高，質(zhì)心與剛心存在偏差，受到地震作用時(shí)，產(chǎn)生的破壞更為嚴(yán)重。因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，盡量要保證工程質(zhì)心與剛心重合[1]。另外，還要控制出屋面建筑部分高度，降低地震過程中的辮梢影響，提高工程抗震效果。

1.2 施工材料選擇

面對(duì)相同地震影響，所選材料質(zhì)量性能越好，結(jié)構(gòu)損傷程度越輕，相反則越為嚴(yán)重。為提高工程建設(shè)效果，應(yīng)選擇應(yīng)用隔斷、維護(hù)墻、樓板等構(gòu)件來提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，將傳統(tǒng)施工材料替換為質(zhì)量更輕的塑料板、空心磚、加氣混凝土板等，來提高工程結(jié)構(gòu)抗震性能[2]。同時(shí)，還需要將材料管理貫徹到每個(gè)施工環(huán)節(jié)，嚴(yán)禁出現(xiàn)偷工減料行為，提高施工作業(yè)規(guī)范性，保證工程建設(shè)效果達(dá)到專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

1.3 工程建設(shè)環(huán)境

地震發(fā)生后對(duì)工程產(chǎn)生的影響是多方面的，如山體崩塌、巖石斷層、代表滑坡等地表運(yùn)動(dòng)，以及水災(zāi)、海嘯等次生災(zāi)害?；诟黜?xiàng)因素對(duì)建筑工程產(chǎn)生的影響，想要進(jìn)行預(yù)防需要提前采取措施，并保證工程建設(shè)效果達(dá)到專業(yè)要求。其中，更為重要的是，想要降低地震災(zāi)害的影響，需要合理選擇工程施工位置，提前對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境進(jìn)行詳細(xì)勘察，掌握地質(zhì)地形特征，盡量避開不利地段，選擇有利于抗震的地段。

2 高層建筑抗震設(shè)計(jì)現(xiàn)存不足與解決方案

2.1 前期準(zhǔn)備不足

主要體現(xiàn)在施工現(xiàn)場(chǎng)與周邊區(qū)域地質(zhì)地形材料掌握不全面，不能為施工設(shè)計(jì)提供依據(jù)。就我國(guó)建筑行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀來看，存在部分參建單位為降低成本，以縮短工期為目的，降低對(duì)前期準(zhǔn)備工作的管理要求，導(dǎo)致各項(xiàng)資料準(zhǔn)備不充分[3]。施工人員不了解現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)地形特點(diǎn)，完全按照設(shè)計(jì)方案施工，與實(shí)際情況存在較大差異，出現(xiàn)問題的概率較大，是影響工程抗震效果的重要因素。

為提高建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)效果，需要重視前期準(zhǔn)備工作，安排專業(yè)團(tuán)隊(duì)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行地質(zhì)勘察，掌握環(huán)境特征，將其作為影響因素進(jìn)行分析，為抗震設(shè)計(jì)提供依據(jù)。建設(shè)與施工單位均要擺正態(tài)度，避免過分重視成本而取消前期準(zhǔn)備作業(yè)，減少設(shè)計(jì)與實(shí)際差異，提高設(shè)計(jì)方案的可行性。

2.2 受力體系不當(dāng)

高層建筑工程因設(shè)計(jì)導(dǎo)致負(fù)重結(jié)構(gòu)不同，便會(huì)形成不同的受力體系。部分企業(yè)為降低施工難度，從工程受力體系角度出發(fā)，考慮負(fù)重結(jié)構(gòu)要求，就會(huì)導(dǎo)致工程結(jié)構(gòu)受力體系與抗震性能產(chǎn)生沖突。尤其是現(xiàn)在高層建筑工程結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜，會(huì)在很大程度上影響建筑工程抗震性能，削弱結(jié)構(gòu)安全性與穩(wěn)定性。

應(yīng)用結(jié)構(gòu)構(gòu)件模型設(shè)計(jì)方法，對(duì)工程各類構(gòu)件均建立一個(gè)三維有限元模型，表征結(jié)構(gòu)平動(dòng)與扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，提高受力體系設(shè)計(jì)合理性。盡量提高建筑數(shù)值模型細(xì)化度，并分析建筑反應(yīng)結(jié)構(gòu)性構(gòu)件與非結(jié)構(gòu)性構(gòu)件交互作用，做好各個(gè)要素控制。對(duì)于只承擔(dān)重力荷載的結(jié)構(gòu)體系，要重點(diǎn)分析其對(duì)高層建筑抗震性態(tài)的影響。

2.3 平面布置缺陷

很多高層建筑工程建設(shè)時(shí)，為實(shí)現(xiàn)特點(diǎn)要求，導(dǎo)致其外型設(shè)計(jì)并不符合專業(yè)要求，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)平面不均衡、實(shí)際超設(shè)計(jì)長(zhǎng)度等問題，不僅會(huì)增大施工難度，同時(shí)還會(huì)影響結(jié)構(gòu)性能[4]。

在對(duì)高層建筑工程進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)，要針對(duì)平面結(jié)構(gòu)布置進(jìn)行重點(diǎn)分析，避免因此方面缺陷而虛弱結(jié)構(gòu)抗震性能。高層建筑抗震設(shè)計(jì)中，不規(guī)則結(jié)構(gòu)往往使抗震設(shè)計(jì)與施工不能準(zhǔn)確確定均衡點(diǎn)，忽視薄弱環(huán)節(jié)施工要求，進(jìn)而會(huì)影響整體施工效果。

3 高層建筑抗震設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 選擇科學(xué)結(jié)構(gòu)形式

建筑工程高度不斷增加，受地震作用影響也越來越嚴(yán)重，如果結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性比較低，很容易出現(xiàn)水平位移問題，增加了結(jié)構(gòu)安全隱患，同時(shí)在上下剛度不均勻變化的結(jié)構(gòu)中，各層的剛度中心未能在同一軸線上，甚至?xí)a(chǎn)生較大差距，因此，在選擇結(jié)構(gòu)形式時(shí)，需要結(jié)合工程建設(shè)環(huán)境特點(diǎn)，重點(diǎn)考慮結(jié)構(gòu)側(cè)移度，爭(zhēng)取提高結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性。并且要總結(jié)以往經(jīng)驗(yàn)，分析不同結(jié)構(gòu)形式所具有的特點(diǎn)，掌握其受力要求，保證所選結(jié)構(gòu)形式可以達(dá)到抗震設(shè)計(jì)要求。

3.2 加強(qiáng)施工現(xiàn)場(chǎng)管理

處于軟弱地基的工程，如果不采取措施處理，會(huì)因?yàn)榈鼗€(wěn)定性比較低，而造成結(jié)構(gòu)出現(xiàn)沉降、倒塌等情況。這樣基于抗震要求，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需要重視現(xiàn)場(chǎng)管理，結(jié)合實(shí)際情況確定設(shè)計(jì)要點(diǎn)，且保證所選地點(diǎn)具有較高抗震優(yōu)勢(shì)，通過采取相應(yīng)措施對(duì)地基進(jìn)行處理，提高其穩(wěn)定性，從根本上來提高工程整體抗震性能[5]。

3.3 多層次結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)

保證高層建筑主要耗能構(gòu)件具有符合規(guī)范要求的延伸性與剛?cè)嵝?，?duì)地震產(chǎn)生的作用力起到有效的延緩作用，降低對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響，同時(shí)還可以提高工程整體設(shè)計(jì)效果。另外，還要做好對(duì)高層建筑內(nèi)部構(gòu)件關(guān)系的分析，無論是哪一層耗能構(gòu)件出現(xiàn)屈服情況，均需要對(duì)其進(jìn)行彈性檢測(cè)，確定其具有較長(zhǎng)時(shí)間的抗倒塌與傾斜能力，提高工程抗震性能。

4 高層建筑抗震設(shè)計(jì)實(shí)例分析

4.1 工程概述

以某高層建筑工程為例，為一座綜合型辦公樓，總建筑面積62325.12m2，主體結(jié)構(gòu)為矩形平面，長(zhǎng)×寬為32.500m×21.500m。其中，主樓地下1層為人防地下車庫，底面標(biāo)高-6.300m；地上16層，屋頂標(biāo)高57.300m，其中1層層高3.900m，2層層高4.500m，3～6層層高3.900m，7～15層典型層高3.600m，16層層高4.600m。另外，東西側(cè)裙房共4層，裙房頂標(biāo)高15.900m，地上與主樓設(shè)縫分開。主樓2～3層中間25.4m×24.3m范圍設(shè)置中庭上空，且1～4層中間不設(shè)置結(jié)構(gòu)柱。工程施工地標(biāo)準(zhǔn)雪壓取值0.40kN/m2（n=50），標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)壓取值0.45kN/m2（n=50），抗震設(shè)防烈度為7度，設(shè)計(jì)地震分組為第二組。

4.2 抗震設(shè)計(jì)要點(diǎn)

①工程樓板局部不連續(xù)為樓板平面開大洞情況，需要在洞口周圍設(shè)置鋼筋混凝土梁，并適當(dāng)提高周圍樓板厚度與配筋。其在進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)，洞口周邊一跨范圍樓板定義為彈性板，其余則按照剛性樓板設(shè)計(jì)。樓板開洞設(shè)計(jì)后共用結(jié)構(gòu)長(zhǎng)、短柱，要重點(diǎn)做好跨層柱長(zhǎng)度的計(jì)算與復(fù)核。提高短柱箍筋對(duì)直徑對(duì)應(yīng)抗震規(guī)范，且全部進(jìn)行加高加密處理。而長(zhǎng)柱則應(yīng)該選擇用型鋼混凝土柱，延伸到5層層頂，其中型鋼材料為HN800×400×20×40，同樣對(duì)所有箍筋進(jìn)行加高加密處理。對(duì)于軸力設(shè)計(jì)值較大的墻肢選擇用承載力高的型鋼混凝土剪力墻，提高分布筋最小配筋率為0.35%～0.40%。

②主樓1～4層中間抽柱造成豎向抗側(cè)力構(gòu)件連續(xù)性降低，為將4層設(shè)計(jì)成結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層，需要重點(diǎn)做好其剛度的控制，尤其是加強(qiáng)下部結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度，使轉(zhuǎn)換層上下主體結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度平穩(wěn)過渡。同時(shí)，還可以提高剪力墻底部加強(qiáng)部位的抗震等級(jí)，而對(duì)于已經(jīng)為特一級(jí)的不需要提高。且為彌補(bǔ)結(jié)構(gòu)因布置樓梯與電梯井造成的板平面剛度減小，將板厚度提高到150mm，并選擇用雙層雙向通長(zhǎng)配筋。

③對(duì)于4層層頂結(jié)構(gòu)，豎向收進(jìn)會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度產(chǎn)生影響，為提高剪力墻整體剛度，設(shè)計(jì)時(shí)可以提高關(guān)鍵部位樓板厚度，或者是增加配筋數(shù)量。同時(shí)，還應(yīng)將收進(jìn)部位樓板定義為彈性板計(jì)算，通過彈性時(shí)程分析法，對(duì)多遇地震進(jìn)行補(bǔ)充計(jì)算。將框架部分承擔(dān)地震剪力進(jìn)行調(diào)整，即調(diào)整值=MIN（0.2×底部總震剪力，1.5×樓層地震剪力標(biāo)準(zhǔn)值中最大值）。

5 結(jié)束語

在進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)建筑物的實(shí)際情況以及所處的地理位置進(jìn)行設(shè)計(jì)，既要滿足其具有足夠的剛度又要避免結(jié)構(gòu)在水平荷載的作用下產(chǎn)生過大的位移而影響結(jié)構(gòu)的承載力、穩(wěn)定性以及正常使用功能等。基于專業(yè)技術(shù)，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)特征進(jìn)行分析，確定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)，保證結(jié)構(gòu)具有較高安全性與穩(wěn)定性。

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