超限高层建筑结构抗震设计失效分析

超限高层建筑结构抗震设计失效分析

何斯伟

广州南方建筑设计研究院重庆分院

摘要：超限高层建筑结构设计具有一定的复杂性，为满足建筑抗震需求，设计人员还需要做好相关方面的工作。文章通过对超限高层建筑结构抗震设计失效进行分析，探讨抗震设计的有效措施。

关键词：高层建筑；建筑结构；抗震设计；超限高层

引言

地震具有不可预测性，如果地震等级比较高，很多建筑物都会在短时间内坍塌，交通、通讯也会受到严重影响，人们的生命安全也受到严重威胁，社会经济也会造成重大打击。我国很多地区都位于地震带上，为了减轻地震灾害对人们生命财产带来的危害，就要从各方面对地震进行有效预防。建筑物作为人们的居住场所，提高建筑结构抗震性能能够为人们提供更可靠的防护，从而可以为人民群众的人身财产安全提供保障。

1超限高层建筑结构抗震设计失效分析

强烈的地震会对超限高层建筑造成巨大损伤，对超限高层建筑结构抗震设计进行失效分析，有助于通过量化指标来衡量超限高层建筑结构是否失效，并对其失效程度进行科学评价，从而制定各种措施，来加强超限高层建筑结构的抗震性能。在土地资源日益紧缺的社会背景下，超限高层建筑越来越普遍，成为解决土地资源存量下降的重要工程项目。然而在超限高层建筑发展的过程中，受到建筑技术、建筑抗震标准延要求等因素的影响，部分超限高层建筑结构存在抗震设计失效的现象，影响了人民的生命财产安全。在分析出超限高层建筑结构抗震设计失效的具体表现后，对其成因进行了科学考察，主要体现于以下两方面。一是承载能力极限状态，指的是超限高层建筑结构的极限承载能力与预期的极限状态具有差异，从而导致结构或结构构件出现失稳、破坏等现象；二是正常使用极限状态，指的是超限高层建筑结构在正常使用情况下，某项极值与预期极值不符合，从而导致结构或结构构件出现变形、局部损坏等现象，二者都会导致其不具备完成预定抗震功能。超限高层建筑结构抗震设计缺陷识别是研究的重要内容，可使用结构弹性分析方法、弹性时程分析法等分析方法对其缺陷进行有效识别，可使用失效树分析法对其失效机理进行分析，进而来判断超限髙层建筑结构抗震设计是否有失效。在控制措施方面，要以结构的实际情况为依据，针对不同结构导致的抗震设计失效采取不同措施。如当剪力墙损伤破坏是结构抗震设计失效的缺陷时，应当适当加强剪力墙，并调整墙体截面尺寸。

2超限高层建筑进行抗震设计时需要遵循的标准

第一，将超限高层建筑的侧移控制在合理范围内。人们普遍认为建筑物就应该是横平竖直的，其实这种认知是片面的，因为合理的侧移对于建筑物的整体质量是没有影响的，建筑物完全可以正常投入使用。但在设计时一定要做到精准，将其控制在一个合理的范围内。第二，将超限高层建筑的承载能力作为核心要素。建筑物的承载能力直接决定了建筑的质量水平，建筑物的承载能力分为纵向和横向两种，其中横向的承载能力会随着建筑物的增加而不断变化，因此，在设计时要特别关注建筑物的横向承载能力，尤其是超限高层建筑，高度越高，横向的承载压力就越大。第三，将超限高层建筑的延展性作为关注重点。超限高层建筑的延展性能是相关人员在设计时需要关注的重点内容，设计人员应不断提高设计水平，以此来提高建筑物的延展性能。超限高层建筑的高度越高，整体面对的压力越大，就会导致建筑物变形，一旦发生地震灾害很容易造成建筑坍塌，给人员的生命和财产安全带来巨大损失。所以，设计时一定要提高建筑物的延展性能，最大限度地保障建筑物的稳定性。

3超限高层建筑结构抗震设计策略

3.1场地条件划分与抗震建筑选址

根据地段的地质、地形与地貌是否有利于抗震，可将不同地段划分为有利地段、一般地段、不利地段和危险地段。有利地段是优良的天然地基，可不经处理或简单处理即可作为建筑物地基。当条件允许时，建筑物应优先选址在有利地段，以最大限度地避免地震引发的次生地质灾害对建筑物稳定性的影响。在不利地段发生的震害通常包括液化、滑坡、地裂、震陷等。“液化”是指饱和松散的砂土或粉土在地震时呈悬浮状态，往往表现为地表喷水冒砂、地面下陷，造成地基的不均匀沉降，引发建筑物的下沉或整体倾覆乃至上部结构的破坏，是导致建筑物损毁的主要因素之一。该现象在我国唐山大地震等地震中广泛存在。滑坡是斜坡岩土体沿着贯通的剪切破坏面所发生的滑移地质现，在我国多发于山地，会对运动路径上的建筑物造成冲击破坏或掩埋。地裂是由于地质活动造成地面开裂的现象，可分为构造性地裂和非构造性地裂。地陷是地震中地面下沉的现象，多发于软土、松散砂类土、不均匀地基及人工填土中。不利地段是我国许多城市的主要地段类型。对于这类不利地段，采取一定措施(如设计桩基础)后仍可作为建筑物地基，但总体而言对抗震不利。当条件允许时，仍应尽量避开不利地段。危险地段则是地震时易发生滑坡、崩塌、泥石流、地表位错等地质灾害的区域，选址时应极力避免。

3.2科学分析混凝土结构抗震要求

第一，在受力上的构件要求。构件受力是高层混凝土建筑首先要考虑的一个重要的方面，建筑物的抗震构架的构建离不开构件受力的支撑。研究数据表明，在建筑的刚度相对带有柔性的情形下，遭到较为严重的地震时，主要的构架会被破坏得较为厉害，并且如果余震多发的话，结构会再次被破坏，结构非常容易崩毁，造成难以想象的情况。因此，对抗震结构进行设计的时候，设计方一定要实际考察建筑的受力方面，仔细研究建筑在各个方面需要的受力，在这基础上增强建筑的抗震性能，实施卓有成效的方式和方法，在震中能够尽可能减少结构性的破坏。第二，结构的延展性要求。超限高层建筑结构在建筑设计建造的过程中是决不能忽视的，它是整个建筑的安全保障和稳定保障的核心。所以，在设计建筑结构尤其是高楼层的架构时，一定要把科学合理的设计放在第一位，不能随意进行删减或者增加符合设计所提出的要求和标准，以此来确保设计的实际作用。

3.3设置多道抗震防线

在建筑工程建设中,为增强建筑结构的抗震性能,可以设置多道抗震防线,以此达到目的。数据统计结果表明,这种设置多道抗震防线的方法能够起到更好的抗震效果,特别是在震级较强、余震较多的情况下,一旦建筑物的第一道抗震防线被破坏,就会接着出现第二道抗震防线,若接着被破坏,就会出现第三道,直到抗住地震为止。但需要注意的是,不同的地区存在不同的地质,因此在实际施工工程中,应根据当地的地质特点来进行多道抗震防线的设置。

3.4选择最优的抗震结构体系

目前，我国在超限高层建筑抗震结构体系中普遍使用的是抗震墙和抗震结构相结合的方式，这两者结合在一起相当于为超限高层建筑的抗震性多加了一道防线，在地震灾害到来时，可以先通过抗震墙来减少地震的破坏力，如果抗震墙没有完全过滤掉地震的破坏力，则抗震结构就会开启第二层保护，从而起到很好的保护效果。这种抗震结构框架一方面可以满足超限高层建筑的荷载需要，另一方面也有很好的抗震性。所以，在进行超限高层建筑抗震结构设计时，要根据实际的项目需要，选择最优的抗震结构体系。

结语

综上所述，提高人们生活质量和生存环境安全性是高层混凝土建筑结构优化的初衷，也是在进行设计的指导思想。为提高超高层建筑结构抗震设计水平，还需要从实际情况出发，选择合理的结构体系，做好科学选址等工作，以保证建筑结构的稳定性。

参考文献

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