論高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)措施

常銀昌

深圳市建研檢測(cè)有限公司 深圳福田 518049

摘要：隨著社會(huì)的進(jìn)步，經(jīng)濟(jì)逐步發(fā)展，我國(guó)的建筑行業(yè)也取得了很大的進(jìn)步，高層混凝土建筑日益增多。但是，目前地震頻發(fā)，并且很難被避免和預(yù)防，因此建筑的抗震設(shè)計(jì)十分重要，尤其對(duì)于高層混凝土建筑而言，更是具有重要意義。在高層混凝土建筑的施工中，要確保其具備較好的抗震結(jié)構(gòu)和抗震能力，并且要注意對(duì)其后期進(jìn)行維護(hù)。本文主要針對(duì)高層混凝土建筑的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析和探討。

關(guān)鍵詞：高層；混凝土；抗震；結(jié)構(gòu)優(yōu)化

1.高層建筑抗震結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)與概念設(shè)計(jì)

建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程師對(duì)所要施工建筑的外形和空間構(gòu)造的表達(dá)，分上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)兩部分。而建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)是指設(shè)計(jì)的建筑結(jié)構(gòu)在滿足約束需求條件下，按預(yù)定目標(biāo)設(shè)計(jì)出最優(yōu)化方案的設(shè)計(jì)方法。

在歷年的地震災(zāi)害中，結(jié)構(gòu)工程師逐漸認(rèn)識(shí)到工程結(jié)構(gòu)中宏觀的“概念設(shè)計(jì)”比“數(shù)值設(shè)計(jì)”的抗震更為重要，所以對(duì)“概念設(shè)計(jì)”越來(lái)越重視。抗震概念設(shè)計(jì)就是再結(jié)構(gòu)的宏觀整體基礎(chǔ)上，根據(jù)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)及結(jié)構(gòu)整體的要求，正確處理結(jié)構(gòu)體系、剛度分布、構(gòu)件延性等問(wèn)題，從宏觀角度對(duì)其進(jìn)行鑒別、選擇處理。因此，在進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)，結(jié)構(gòu)工程師要充分理解結(jié)構(gòu)抗震的特點(diǎn)，抓住關(guān)鍵問(wèn)題，用正確的思維才能得到科學(xué)合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

2.高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中易出現(xiàn)的問(wèn)題

2.1地基的選取不合理

由于城市人口的增多和相對(duì)空間的縮小，不少建筑商忽略了這一問(wèn)題，哪里商業(yè)空間大就在哪里建。高層建筑應(yīng)選擇位于開(kāi)闊平坦地帶的堅(jiān)硬土場(chǎng)地或密實(shí)均勻中硬土場(chǎng)地，遠(yuǎn)離河岸，不應(yīng)垮在兩類土壤上，避開(kāi)不利地形、不采用震陷土作天然地基，避免在斷層、山崖、滑坡、地陷等抗震危險(xiǎn)地段建造房屋。高層建筑的地基選取不恰當(dāng)可能導(dǎo)致抗震能力差。

2.2結(jié)構(gòu)布置不合理

高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理的情況下，很容易在地震影響下導(dǎo)致扭轉(zhuǎn)破壞、薄弱層破壞、應(yīng)力集中以及防震縫處碰撞等情況。

2.3較低的抗震設(shè)防烈度?，F(xiàn)在許多專家提出，現(xiàn)行的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全度已不能適應(yīng)國(guó)情的需要，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全度水平應(yīng)該大幅度提高。我國(guó)現(xiàn)行抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)是比較低的，中震相當(dāng)于在規(guī)定的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)超越概率為10%的地震烈度，較低的抗震設(shè)防烈度放松了高層建筑的抗震要求。

3.高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

3.1減少地震發(fā)生時(shí)能量的輸入

在具體對(duì)高層混凝土建筑的抗震結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要積極采用基于位移的結(jié)構(gòu)抗震方法，對(duì)于具體的方案進(jìn)行定量分析，這樣可以使抗震結(jié)構(gòu)的變形彈性滿足預(yù)期地震作用力下的變形需求。在對(duì)建筑構(gòu)件的承載力進(jìn)行驗(yàn)收時(shí)，要控制建筑結(jié)構(gòu)在地震作用下的層間位移限制。對(duì)于高層建筑而言，選擇一個(gè)較為堅(jiān)固的場(chǎng)地可以有效減少地震發(fā)生時(shí)的能量的輸入，在很大程度上提高建筑的抗震能力，從而減少地震所帶來(lái)的損失。

3.2運(yùn)用高延性設(shè)計(jì)、推廣消震和隔震措施

目前我國(guó)的很多高層建筑的抗震設(shè)計(jì)都采用了延性結(jié)構(gòu)。延性結(jié)構(gòu)指的是通過(guò)適當(dāng)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的剛度進(jìn)行控制，可以使得地震發(fā)生時(shí)結(jié)構(gòu)的構(gòu)件進(jìn)入到具有很大延性的塑性狀態(tài)，從而可以在一定程度上延緩地震發(fā)生時(shí)產(chǎn)生的能量，使地震反應(yīng)減小，這樣可以降低地震給高層建筑帶來(lái)的破壞程度，減少損失?？梢岳米枘崞鱽?lái)提高建筑物的抗震能力，阻尼器可以對(duì)地震能量進(jìn)行有效吸收，從而達(dá)到減震的目的，也可以使高層建筑避免受到地震較大程度的破壞。

3.3重視建筑材料的選擇

在高層建筑的抗震方案設(shè)計(jì)中，建筑結(jié)構(gòu)材料也有著十分重要的作用，材料選擇得好也可以在一定程度上增加高層建筑的抗震能力。在對(duì)建筑材料進(jìn)行選擇時(shí)，首先要先對(duì)建筑材料的參數(shù)進(jìn)行抗震性能上的分析，從整體上對(duì)材料的參數(shù)變異性進(jìn)行研究，不能只是關(guān)注建筑材料的承載力而不注意其他參數(shù)的影響。如果要求高層建筑可以抵抗地震災(zāi)害，那么在選取建筑材料時(shí)要把握好建筑結(jié)構(gòu)的延性需求。因此，在實(shí)際設(shè)計(jì)和施工時(shí)，要綜合考慮高層建筑施工的各個(gè)因素，以此為依據(jù)來(lái)選擇符合抗震需求并且經(jīng)濟(jì)適用的建筑結(jié)構(gòu)材料。

3.4增加抗震防線的建設(shè)

在對(duì)高層混凝土建筑的抗震結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，可以通過(guò)增加抗震防線來(lái)增強(qiáng)建筑對(duì)地震的抵抗能力?？拐鸱谰€有很多種，比如可以借助具有多個(gè)肢節(jié)和壁式框架的“框架剪力墻”等防震結(jié)構(gòu)。框架剪力墻是具有良好的性能的多道防線抗震結(jié)構(gòu)，其中的剪力墻是其第一道抗震防線，并且也是最主要的抗測(cè)力構(gòu)件。因此，有必要對(duì)高層建筑設(shè)置多道抗震防線。在一個(gè)高層建筑的抗震體系下，應(yīng)該由多個(gè)延性較好的分體系組成，當(dāng)?shù)谝坏揽拐鸱谰€遭到?jīng)_擊時(shí)，其他的抗震防線便能夠接替第一道防線繼續(xù)抵擋隨后的地震沖擊，通過(guò)多道防線的協(xié)同合作，可有效地防止高層建筑的倒塌。

3.5 降低高層建筑結(jié)構(gòu)的自重

如若是在相同的地基承載能力條件下，降低高層建筑結(jié)構(gòu)的自身重量可以使在不增加地基以及其造價(jià)的情況下，可以在相關(guān)的規(guī)定范圍內(nèi)，尤其是在軟土層的地基上，可以增加高層建筑的層數(shù)。研究顯示，由于高層建筑的高度很大，重心也相應(yīng)較高，所以，建筑的重量越大，受地震作用的傾覆力矩的效應(yīng)就越大。

4.高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)注意的幾點(diǎn)

4.1在進(jìn)行高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)規(guī)劃與設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該經(jīng)過(guò)精確的計(jì)算與分析，合理的掌握結(jié)構(gòu)剛度，充分的了解施工現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)條件、所有設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)、建材的性能以及物理力學(xué)知識(shí)，以此確定高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)的整體高度大小，并設(shè)置科學(xué)的連接，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)剛度的合理調(diào)整。

為了提高高層混凝土建筑的抗震能力，應(yīng)該盡可能的將建筑波動(dòng)受力控制在地質(zhì)支撐范圍以內(nèi)，即當(dāng)高層混凝土建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變形之后，抗震結(jié)構(gòu)通過(guò)自身的調(diào)節(jié)，能夠盡可能的降低整體結(jié)構(gòu)的變形幅度，然后通過(guò)有效的維護(hù)工作，保證高層混凝土建筑的安全和使用價(jià)值。

4.2在進(jìn)行高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該正確的分析關(guān)鍵部位或者重要部件和其他部件之間連接點(diǎn)的受力狀況，通過(guò)合理的計(jì)算，采取有效的措施進(jìn)行調(diào)整，以此提高高層混凝土建筑的抗震能力，當(dāng)?shù)卣馂?zāi)害發(fā)生之后，能夠最大限度的降低地震給建筑物帶來(lái)的損失。

此外，通過(guò)對(duì)當(dāng)?shù)貧v年的地震災(zāi)害進(jìn)行分析，如果高層混凝土建筑采用柔和剛度設(shè)計(jì)，當(dāng)?shù)卣馂?zāi)害發(fā)生之后，將會(huì)導(dǎo)致主體內(nèi)部結(jié)構(gòu)遭到損壞，在余震的作用下，會(huì)導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)發(fā)生連鎖反應(yīng)，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)造成持續(xù)破壞，最終導(dǎo)致建筑倒塌。對(duì)此，在進(jìn)行高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該充分的研究與分析混凝土抗震結(jié)構(gòu)，以此保證高層建筑的結(jié)構(gòu)剛度滿足相關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)范，同時(shí)對(duì)強(qiáng)化建筑結(jié)構(gòu)的延伸性，進(jìn)而提高高層建筑的抗震性能，最大限度的降低地震災(zāi)害給建筑造成的損失。

5.結(jié)語(yǔ)

總之，高層建筑的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是整個(gè)建筑工程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，但是在我國(guó)高層建筑的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上處于起步階段，仍需要進(jìn)一步的完善?？傊?，設(shè)計(jì)人員要嚴(yán)格按照規(guī)范的規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)自己設(shè)計(jì)的每一項(xiàng)工程負(fù)責(zé)，不斷學(xué)習(xí)、汲取前人的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，才能真正地做好結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

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