抗震材料在高层建筑中的应用研究

抗震材料在高层建筑中的应用研究

王绍芬

昆明市呈贡区建设工程质量安全监督站  650500

    摘要：抗震材料作为高层建筑中应用较为广泛的重要材料，可有效增强建筑抗震性能。文章就抗震材料的认识展开论述，根据高层建筑抗震设计需要，分析了高层建筑抗震材料应用实例。通过本文的研究，对高层建筑抗震材料的效果有了更深入的了解，对以后抗震设计具有一定的借鉴作用。

    关键词：抗震材料；高层建筑；抗震设计；应用案例

    引言：在城市化进程不断加快的背景下，高层建筑数量与日俱增。但是高层建筑面临着越来越突出的抗震挑战。地震是破坏性极强的自然灾害之一，能够给人们生命财产安全带来极大的威胁。所以，抗震材料的研究与应用已成为提高高层建筑抗震性能的关键所在。文章将综合论述高层建筑抗震材料应用和研究，旨在为高层建筑抗震设计起到一定借鉴与指导作用。

1.对抗震材料的认识

1.1抗震材料的性能和特点

抗震材料指能减少或转移地震能量、使建筑物不受震害的材料。高层建筑抗震材料应用非常关键，这些材料能够增强建筑物抗震能力，确保人民生命财产安全[1]。抗震材料有如下几大性能特点，首先，抗震材料强度高、韧性好。地震引发的地面振动对建筑物产生较大荷载与变形，强度与韧性是抗震材料所必须具备的基本特性。抗震材料要求能承受很大的力，而受力之后仍然可以保持很大的变形能力，以吸收地震能量和减少对建筑物造成的影响。其次，抗震材料耐震性能好。所谓耐震性能，就是材料能在地震作用下保持稳定性与完整性。地震常引发建筑物发生剪切、扭转和其他变形，要求抗震材料能抵抗上述变形和维持结构的稳定。例如，钢筋混凝土结构耐震性能良好，能有效抵抗地震引发的形变，保持建筑物的结构稳定。另外，抗震材料耐久性好、抗腐蚀性强。在地震作用下，建筑物有可能产生震动和地基沉降，这就要求抗震材料必须具有能长期使用的性能。耐久性与抗腐蚀性是确保抗震材料在长期使用中能维持其性能稳定的主要标志。例如，采用抗腐蚀钢材能延长建筑物寿命和增强抗震能力。最后，抗震材料也要有很好的可塑性与可修复性。地震有可能造成建筑物的破坏与受损，抗震材料需要能在特定范围内可逆地变形，降低地震对建筑物造成的影响。此外，可修复性是抗震材料所具有的一个重要特性，可以让被破坏的建筑在被修复之后恢复到其原有的抗震性能以及稳定性。

1.2抗震材料的现有应用领域

抗震材料是重要建筑材料之一，其应用领域十分广泛。现就抗震材料现有应用领域作一详述。首先，抗震材料在建筑结构中应用广泛。建筑领域设计和施工过程中都会使用抗震材料来加强建筑结构强度和改善抗震性能。以钢筋混凝土结构为例，常用的钢筋就是抗震性能较好的抗震材料。另外，还有一些新的抗震材料，如复合材料、纳米材料等，这些材料抗震效果较好，在高层建筑以及特殊结构中也得到了广泛的应用。其次，抗震材料对桥梁工程也起到了至关重要的作用。在交通基础设施中，桥梁是非常重要的一部分，在面对地震和其他自然灾害影响时，一定要有很好的抗震性能。使用抗震材料能够增加桥梁结构刚度与稳定性，避免地震作用下桥梁倒塌与破坏。如对桥梁墩柱进行加固与增强时，会使用钢筋混凝土抗震加固技术，利用抗震材料对桥梁结构进行填充与加固，以提高桥梁的抗震能力。另外，地下隧道工程还是抗震材料的一个主要应用领域。地下隧道工程地震风险较大，必须使用抗震材料加强隧道结构的抗震性能。在地下隧道中，抗震材料被广泛用于衬砌材料的选用、隧道支护结构设计和地下隧道施工的工艺控制。采用抗震材料可提高地下隧道整体抗震能力并降低地震给隧道工程造成的破坏与损失。抗震材料不仅在建筑、桥梁和地下隧道工程中得到应用，也在其他多个领域得到了应用。比如，在工业设备与机械领域中，使用抗震材料能够提升设备与机械工作的稳定性与可靠性，确保它们在地震以及其他自然灾害下能够正常工作。在电力、通信、水利等基础设施中，使用抗震材料能够加强设施抗御灾害能力并提高长期运营安全。

2.高层建筑的抗震设计需求

2.1抗震设计的原则和要求

抗震设计原则与要求是要保证高层建筑在地震作用下能承受力学荷载并保证其结构的安全，以保护居民及财产安全。我国的《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）按照建筑物的使用功能重要性，将其划分为甲、乙、丙、丁四个不同的抗震防护类别。抗震设防涉及对建筑物进行全面的抗震设计，这包括考虑地震的影响、计算其抗震承载能力，并实施相应的抗震措施，以实现预期的抗震效果。不同的抗震设防类别的建筑，其设防标准也不同（见表1）。钢筋混凝土房屋在使用时应按烈度、结构类型及房屋高度等因素采取不同抗震等级，同时要满足有关计算及构造措施的要求。丙类建筑抗震等级按表2规定。首先，高层建筑抗震设计需充分考虑结构特点及地震力学参数。高层建筑通常是由钢筋混凝土、钢结构等组成，所以在抗震设计中应该合理地选择结构形式及荷载传递路径以适应地震作用下的受力情况。其次，高层建筑抗震设计还要考虑建筑材料选择及施工工艺。抗震材料在高层建筑中具有举足轻重的地位，它的质量好坏直接影响建筑物抗震性能。就材料选择而言，钢筋混凝土结构抗震设计效果较好，能有效抵御地震力的作用。另外，在抗震设计时还要重视对施工过程的质量控制，保证各道工序均能满足相关规范与标准的要求，增强建筑物整体的抗震性能

[2]。此外，高层建筑抗震设计还需充分考虑地基稳定性问题。地基作为建筑之基础，它的稳定与否直接关系到建筑物抗震性能的好坏。抗震设计时，必须要对地基进行合理的处理与加固，这样才能够提升整体建筑稳定性。常用的地基加固措施有灌注桩、钢筋混凝土桩和挡土墙，采用这些加固措施能够加强地基的承载能力及抗震能力。最后，高层建筑抗震设计也应重视建筑结构耐震性能的评估与检测。耐震性能评估是一个定量的建筑结构评价过程，可通过评估获得建筑结构抗震性能级别，为后续抗震设计与改造提供指导。与此同时，监测在抗震设计中具有重要意义，对建筑物结构变化情况进行实时监控，能够及时发现存在的问题与隐患，采取适当措施对其进行修复修与加固，保障建筑物的长期抗震安全。

表1 抗震设防标准

表2现浇钢筋混凝土房屋抗震等级

2.2抗震设计与材料选择的关系

抗震设计和材料选择在高层建筑施工过程中始终是不容忽视的一个重要环节。在科学技术不断进步，建筑技术不断成熟的背景下，人们对高层建筑安全性以及稳定性提出了更高的要求。所以，抗震设计和材料选择之间的联系越来越密切，在确保高层建筑抗震能力方面起着关键作用[3]。所谓抗震设计，就是通过对结构布局、结构形式、结构材料以及结构抗震措施等的合理选择，确定地震时建筑物抗震性能。而材料选择是抗震设计中的基础与重点，适宜的结构材料可以提供更好的抗震性能以保护建筑物及居住者的生命安全。抗震材料的选用要综合考虑很多方面的因素。首先，材料力学性能非常关键。抗震材料要求有很高的强度与刚度，能经受住地震中巨大的力量而不发生损伤，使结构保持稳定。其次还需考虑材料耐久性。抗震材料要有抗风雨侵蚀和抗腐蚀的性能，才能保证长期使用。当前常用的高层建筑抗震材料大致可分为钢材和混凝土两类。钢材韧性优异、可塑性强，在地震中能起到良好的抗震作用。常用钢材包括钢筋、钢板和钢管。钢筋在混凝土结构中应用非常广泛，它通过钢筋和混凝土的协同工作来提高其承载能力以及抗震性能。而钢板与钢管通常被用来搭建建筑物骨架结构，可以在地震作用下吸收并分散地震能量以降低地震给建筑物造成的破坏程度。另一种常见抗震材料为混凝土。混凝土结构抗震性能更好，耐久性更强，在地震作用下可以抵抗更大水平力。混凝土抗震性能在很大程度上是由其自身强度与韧性所决定的。采用高强度混凝土可改善建筑物整体抗震性能，同时纤维材料的加入可提高混凝土韧性并减少地震时裂缝及破坏。另外，在混凝土结构中还经常采用钢筋混凝土、预应力混凝土的加固方法来进一步改善抗震性能。除钢材、混凝土外，一些新型材料也被广泛用于高层建筑抗震设计。如采用钢纤维混凝土、碳纤维、玻璃纤维等增强材料可在降低混凝土体积和重量的前提下改善其抗震性能及韧性。另外，纳米材料的引入为高层建筑抗震设计带来了一种新思路与新可能[4]。

3.抗震材料在高层建筑中的应用案例分析

3.1抗震材料在地基与基础中的应用

将抗震材料应用于地基和基础能够有效改善建筑抗震性能。地基和基础在建筑物中占有举足轻重的地位，它直接受到建筑物重力及地震力的作用。地震作用下，地面形成剧烈振动并把地震力转移给建筑物地基，若地基不牢固，建筑物极易出现倾斜和倒塌等重大事故。但抗震材料的使用能有效提高地基和基础抗震性能、增强建筑物抗震能力、降低地震灾害损失。用于地基和基础的抗震材料有有机胶粘剂、钢筋混凝土及钢结构。有机胶粘剂作为地基加固材料普遍使用，能够使土和基础形成机械键合而提高其抗震性能。采用有机胶粘剂后，可有效提高地基承载力及变形能力，使地震作用下建筑物更牢固。钢筋混凝土作为又一常用抗震材料，其强度与韧性优异，能有效吸收与分散地震力并缓解地震给建筑物带来的冲击。钢结构则属于轻便且强度高的建筑结构之一，其延性与可塑性都比较好，在地震中能够起到很好的抗震作用。将抗震材料应用于地基和基础，既能改善建筑物抗震性能又能延长其使用寿命。建筑物在长期使用期间可能遭受多种外力作用，使地基及基础产生开裂、变形现象。但抗震材料的使用能够对地基及基础进行有效的恢复及加固，推迟建筑物老化进程，降低维护及改建费用。另外，抗震材料能够增强建筑物整体稳定性与耐久性，确保居民生命财产安全。

3.2抗震材料在附属设施中的应用

高层建筑的附属设施是否安全也是至关重要的。附属设施主要有电梯、管道及空调系统，其稳定与否直接影响建筑物内正常工作及人员安全。所以，将抗震材料应用到附属设施当中是至关重要的。附属设施常用抗震材料之一为橡胶减震器。橡胶减震器就是能将地震能量吸收并分散的设备。在高层建筑附属设施，例如电梯井、管道支撑系统等方面得到广泛使用。在设备底座与建筑结构间设置橡胶减震器可有效降低地震过程中设备震动与摆动，以保证设备正常工作与人员安全。除橡胶减震器外还有些抗震材料用于附属设施。如高强度钢材在管道、空调系统支撑结构等方面应用广泛。该材料的应用可增强管道及空调系统在地震作用下的强度与稳定性并降低其破坏程度。并且，高强度钢材具有耐腐蚀性好、耐久性好等优势，能够延长装置使用寿命。另外，高分子材料在附属设施上的应用越来越广泛。高分子材料抗冲击性好、耐用性强，可有效防止地震中对设备造成破坏。比如，高分子材料在电梯内的门套、扶手等构件中的应用，能够提供较好的抗震能力，保障人员安全。将抗震材料应用于附属设施，既能确保建筑内部设备稳定安全，又能提升建筑整体抗震能力。附属设施是高层建筑中的一个重要环节，它的稳定与否直接影响着建筑整体结构的安全。通过对抗震材料的合理选择与应用，能够显著提高高层建筑的抗震能力并降低地震对其造成的破坏与威胁。

结束语：

高层建筑抗震材料的应用，是现代建筑技术中一个非常重要的环节。通过对抗震材料的合理选择与应用，能够提升高层建筑抗震能力，保障人民群众生命安全。随着科技的发展，抗震材料研究还在深入进行中，还需再接再厉，探索出更加先进与创新的抗震材料与工艺，才能适应高层建筑抗震需求的增加。

参考文献：

［1］李英明. 抗震材料在高层建筑中的应用研究[J]. 建筑科学与技术, 2019, 31(5): 128-132.

［2］陈晓, 顾发芳. 高层建筑抗震设计中钢筋混凝土抗震材料的应用研究[J]. 工程材料应用与管理, 2022, 19(3): 61-65.

［3］王利, 刘建虎. 高层钢结构抗震设计中新型抗震材料的应用[J]. 建筑科学与工程学报, 20231 40(6): 77-82.

［4］张曦曦, 李志刚. 工程塑料在高层建筑抗震设计中的应用案例分析[J]. 结构工程师, 2020, 30(4): 45-51.