我国高层建筑抗震设计的若干问题

【摘 要】文章介绍了高层建筑受到的震害影响,结合高层建筑的抗震构造的要求对其抗震性能进行了细致分析,并且探讨了我国高层建筑抗震设计的发展方向.

【关 键 词】高层建筑抗震设计建筑特点

一、高层建筑设计特点

地震是一种对房屋建筑危害极为严重的自然灾害,在地震发生的过程中,地面摇晃促使地面建筑随之颠簸摇晃,而对于一些高层建筑来说,当强大的地震波袭来时,楼体会自动顺着地震波方向摇摆,如果这些建筑在结构设计上打不到标准的抗震要求,就会在剧烈的摇晃中大面积的坍塌,造成更大的人员伤亡以及经济损失.要使房屋能够抵抗地震的作用,对其结构也有一定的要求.房屋在抵御地震破坏时,刚度和强度起到了非常重要的作用,其中刚度是房屋抵抗变形能力的大,而强度则是抵抗破坏能力的大小.房屋面积小、质量轻对于地震带来的危害也相对较小,因为房屋质量小,地震力也相对较小,地震力的分配是与刚度相适应的,刚度大也就意味着具有较高的地震力.因此,要格外重视房屋的钢结构设计.根据房屋在历次地震中的破坏形态归纳为以下几类：

（一）结构倒塌.结构倒塌是地震中高层钢结构房屋破坏最为严重的形式.其中结构楼层屈服强度系数和抗侧刚度沿高度分布不均匀所形成的结构薄弱层是引发结构坍塌最主要原因,这就要求在设计过程中应该尽量做到结构楼层屈服强度系数和抗侧刚度沿高度的合理分布.

（二）节点破坏.节点破坏是高程钢结构房屋在地震中发生最多的一种破坏形式.由于钢结构连接一般采用铆接或者焊接形式连接,如果在节点的设计和施工中,结构或者焊缝存在缺陷,节点可能存在受力过于集中,一旦发生地震,就很容易出现节点破坏.由地震引发的梁柱节点破坏现象主要表现为铆接以及焊接部位断裂、腹板断裂或者加劲板变形等.

（三）构件破坏.高层建筑钢结构构件破坏的形式主要有支撑的破坏与失稳以及梁柱局部破坏两种.支撑的破坏与失稳是指当遇到强度较大的地震时,支撑构件由于承受反复拉压的作用力,一旦作用力超过支撑构件的临界力时,就会出现损坏或者失稳；而对于梁柱局部破坏来说,框架柱主要有翼缘屈曲、翼缝撕裂甚至框架柱会出现水平裂缝或者断裂.框架梁,主要有翼缘屈曲、腹板屈曲和开裂、扭转屈曲等破坏形态.

二、高层建筑抗震设计要求

在地震作用下,建筑物的破坏机理和破坏过程十分复杂,所以要对高层建筑进行严密的抗震设计.

（一）高层建筑的结构类型.结构类型直接影响着高层钢结构房屋的抗震性能,所以在进行实际工程设计时,需要综合考虑多种因素对方案进行优化设计,在优化过程中确定最佳的结构体系.现阶段,我国高层钢结构房屋的结构体系主要可以分为框架结构、框架支撑结构、框架抗震墙板结构、简体结构以及巨型框架结构等.

（二）高层建筑结构布置原则.高层钢结构房屋的结构体系和结构布置的选择关系到整体建筑结构的安全性、适用性以及经济性.和其他类型的建筑结构一样,高层钢结构房屋应该尽量采用规则的建筑方案,当结构体型复杂、平立面不规则时,可根据实际情况在适当部位设置抗震缝,从而形成多个规则的抗侧力结构单元,由于钢结构可耐受的结构变形大于混凝土结构,一般来说不宜设抗震缝,必须设置时,应该将建筑物分割成规则的结构单元.

（三）高层建筑适用的最大高度和高宽比.高宽比指房屋总高度与平面较小宽度之比.在抗震结构体系中,根据结构总体高度和抗震设防烈度确定结构类型和最大适用高度.钢结构的高宽比是影响结构整体稳定性和抗震性能的重要参数,它直接影响着结构刚度、侧移以及振动形式.当高宽比值较大时,可以使结构产生较大的水平位移,而且由于倾覆力矩使支撑柱产生很大的轴向力.因此,需要限定钢结构房屋的最大高宽比值,使其保持在一个合理范围内,超过时应该进行专项研究,采取必要的抗震措施.

三、高层钢结构房屋抗震性能的调整

在高层建筑抗震设计中体现强柱弱梁的原则,这样可以有效地避免了结构在地震作用下支撑柱先进入塑性区破坏导致整个房屋的倒塌.这就要求通过调整结构中不同部分的地震效应或者不同构件的内力设计值,使框架具有较大的内力重分布和消耗地震能量的能力.

（一）框架支撑结构中框架的水平力分配.多道设防是抗震设计的重要原则,对于框架支撑结构体系,在水平地震作用下,不仅要求支撑或者抗震墙板等抗侧力构件具有较大的刚度和强度,还需求框架部分也具有一定的抗侧能力,因为在地震的作用下,支撑刚度退化将引起结构内力重新分布,此时的框架部分所负担的地震剪力增大,所以只有框架部分具有一定的安全储备时才能实现框架作为二道设防的要求.

（二）框架中心支撑结构构件的内力调整.支撑于框架连接处支撑杆应该呈弧形,当中心支撑的斜杆轴线偏离梁柱轴线交点不超过支撑杆件的宽度时,仍然可以按照中心支撑框架分析,但应该考虑因偏离而产生的附加弯矩.当采用人字型和V形支撑组合时,应该设置侧向支撑,梁柱与支撑连接处还应该设置加劲柱.

（三）框架偏心支撑结构构件的内力调整.为了确保偏心支撑框架在大地震作用下,各消能梁段发生所期望的纯剪切屈服或者梁端同时发生弯曲屈服,其他构件除柱底部形成弯曲以外其他均处于弹性状态.偏心支撑框架构件的内力设计值应该通过乘以增大系数进行调整,从而实现抗震设计的目标.此外,耗能梁段的腹板不得贴焊补强板,不得开洞,耗能梁段与支撑柱连接时还应该在其腹板两侧配置加劲柱.

四、结束语

综上所述,伴随着自然灾害的频发,尤其是地震灾害的不断发生,为了尽可能的减小地震造成的人员伤亡以及经济损失,使得人们对高层钢结构房屋的抗震性能有了更高的要求,这也就要求相关设计人员对高层钢结构房屋进行优化设计,从设计理念入手参考对高层钢结构房屋结构抗震的具体要求,制定科学合理的设计方案,从而确保实现高层建筑的抗震设计目标.