論高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

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摘要：近年來(lái)，我國(guó)建筑行業(yè)快速發(fā)展，高層建筑逐漸成為建筑行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，同時(shí)人們對(duì)于高層建筑的抗震性能也提出了更高的要求，高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一種新型的建筑結(jié)構(gòu)，具有良好的抗震性能，被廣泛的應(yīng)用在高層建筑施工建設(shè)過(guò)程中。本文主要分析了這一建筑形式的破壞特點(diǎn)，并提出了幾點(diǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：高層建筑；混凝土；抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)：TU973.31 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674—3024（2016）05—138—02

前言

工程由于建筑高度較高，對(duì)于施工技術(shù)和施工工藝的要求也相對(duì)較高，而高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是高層建筑工程規(guī)劃設(shè)計(jì)的一個(gè)重要內(nèi)容，要不斷進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，不斷提高高層混凝土建筑的施工質(zhì)量，推動(dòng)我國(guó)建筑行業(yè)快速發(fā)展。

1高層混凝土建筑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及地震作用下的破壞特點(diǎn)

1.1高層混凝土建筑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)其實(shí)就是一種豎向的懸臂結(jié)構(gòu)。高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)上的彎矩和軸向力是水平荷載跟垂直荷載導(dǎo)致的，建筑的高度跟軸向力實(shí)際上呈現(xiàn)線(xiàn)性關(guān)系。高層混凝土建筑的層數(shù)與水平位移，跟彎矩是呈上升曲線(xiàn)的關(guān)系，并且軸向力是與高度成正比例。從受力特性方面來(lái)說(shuō)，當(dāng)水平荷載分布較均勻時(shí)，建筑的高度跟彎矩是呈二次方變化關(guān)系。

1.2發(fā)生地震時(shí)高層建筑的破壞特點(diǎn)

1.2.1地基破壞特點(diǎn)

如果高層建筑是處于軟弱土層上，就比較容易發(fā)生破壞，因?yàn)橥馏w液化會(huì)引起基礎(chǔ)沉降，最終會(huì)出現(xiàn)上部建筑結(jié)構(gòu)的傾斜，在一些危險(xiǎn)地段所建的高層建筑，如果遇到地震，建筑的基礎(chǔ)就會(huì)出現(xiàn)不均勻沉降，甚至導(dǎo)致建筑物出現(xiàn)裂縫，并且一旦高層建筑自身的結(jié)構(gòu)周期跟場(chǎng)地周期相同時(shí)就會(huì)出現(xiàn)共振效應(yīng)，嚴(yán)重的破壞結(jié)構(gòu)。

1.2.2剛度破壞特點(diǎn)

建筑的主體結(jié)構(gòu)使用矩形平面時(shí)，建筑中的電梯井等如果發(fā)生偏心，在扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的作用下會(huì)加重地震破壞度，而L形和三角形等對(duì)稱(chēng)性不強(qiáng)的平面形式，地震中更容易受到扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的破壞，加重震害。

1.2.3構(gòu)件的破壞特點(diǎn)

采用框架剪力墻結(jié)構(gòu)的建筑中，柱會(huì)比板和梁破壞嚴(yán)重，剪力墻的窗臺(tái)下部位置比較容易發(fā)生交叉性裂縫。而框架柱因?yàn)樵O(shè)置了螺旋箍筋，所以，層問(wèn)位移角比較大時(shí)，框架柱在地震時(shí)具有較強(qiáng)的抵抗力。2高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求

在高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，一定要具備不錯(cuò)的抗震能力，確保遇到大地震時(shí)候能夠挺立，如果是遇到中等地震，可以維修后能夠繼續(xù)使用，如果是微弱地震，高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)依然夠穩(wěn)定堅(jiān)固。

2.1在設(shè)計(jì)規(guī)劃高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)時(shí)，要準(zhǔn)確把握高層建筑的剛度要求，充分了解高層混凝土建筑的物理力學(xué)知識(shí)、機(jī)械設(shè)備運(yùn)行、建材性能、施工現(xiàn)場(chǎng)地形地貌等情況，確定高層混凝土建筑整體結(jié)構(gòu)設(shè)施的剛度，借助于建筑結(jié)構(gòu)的連接設(shè)置，通過(guò)適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)，不斷提高高層混凝土建筑的抗震效果，確保高層混凝土建筑的波動(dòng)受力能夠保持在一定的范圍內(nèi)。如果高層混凝土建筑的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)發(fā)生了微小的變形，通過(guò)結(jié)構(gòu)自身的調(diào)節(jié)作用，高層混凝土建筑的整體結(jié)構(gòu)不會(huì)發(fā)生較大的變化，在經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)木S護(hù)檢修之后，還可以繼續(xù)使用。

2.2設(shè)計(jì)、規(guī)劃高層混凝土建筑的抗震結(jié)構(gòu)時(shí)，設(shè)計(jì)人員關(guān)鍵要研究高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)中的構(gòu)件和連接點(diǎn)的受力狀況，并采用合理的措施進(jìn)行減震消災(zāi)。據(jù)地震災(zāi)害的數(shù)據(jù)顯示，假設(shè)高層混凝土建筑的剛度很柔軟，如果高層混凝土建筑在嚴(yán)重地震的作用下，其主體結(jié)構(gòu)定會(huì)受到強(qiáng)烈損壞，如果后期還有余震，那么高層混凝土結(jié)構(gòu)就會(huì)一直受到損壞，導(dǎo)致出現(xiàn)不良的局面，結(jié)局是出現(xiàn)崩塌的后果。

2.3高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，要不斷改善高層混凝土結(jié)構(gòu)的延性，確保其具有適宜的強(qiáng)度和剛度，提高高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)的抗震效果。

3高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法

3.1科學(xué)選定建設(shè)位置

高層混凝土建筑的建設(shè)位置對(duì)于其抗震效果有著直接的影響，因此在建設(shè)高層混凝土建筑時(shí)，要科學(xué)選定建設(shè)位置，充分考慮到高層混凝土建筑周?chē)牡刭|(zhì)條件和地形地貌情況，一方面高層混凝土建筑的建設(shè)位置要遠(yuǎn)離石油儲(chǔ)存場(chǎng)所、變電站、火電廠等地方，避免一些不安全因素的影響；另一方面，高層混凝土建筑的建設(shè)位置不能處于山坡、丘陵等位置，這些地方的抗震能力較低。

3.2增加抗震防線(xiàn)

高層建筑的抗震結(jié)構(gòu)是由多個(gè)延性分體系構(gòu)成的，并且各個(gè)延性構(gòu)件是相互協(xié)調(diào)連接的，如框剪力結(jié)構(gòu)就是結(jié)合了剪力墻與框架分體而構(gòu)成的多肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系，通常在大型地震出現(xiàn)后會(huì)發(fā)生余震，所以，若是只設(shè)置一道抗震防線(xiàn)，一旦該抗震防線(xiàn)受到余震的破壞，就會(huì)嚴(yán)重?fù)p傷到高層主體結(jié)構(gòu)，嚴(yán)重者甚至出現(xiàn)倒塌。設(shè)計(jì)人員必須認(rèn)真處理結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗震設(shè)防體系，并確保同一平面內(nèi)的主要構(gòu)件屈服，剩余抗側(cè)力部件處于彈性過(guò)程階段，提高主體結(jié)構(gòu)的有效屈服持續(xù)時(shí)間，保證主體結(jié)構(gòu)具有加強(qiáng)的延性和抗側(cè)移能力。在進(jìn)行建筑的抗震設(shè)計(jì)時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)某一結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗側(cè)移值太大的現(xiàn)象，最終引起其他結(jié)構(gòu)構(gòu)件強(qiáng)度不夠，所以在設(shè)計(jì)時(shí)必須適當(dāng)強(qiáng)化構(gòu)件的抗側(cè)移能力，必須反復(fù)權(quán)衡施工中的以大帶小與個(gè)別抗側(cè)力部件的配筋率提高等設(shè)計(jì)行為。

3.3使用多種抗震計(jì)算方法

在進(jìn)行高層混凝土建筑設(shè)計(jì)時(shí)，必須正確計(jì)算抗震結(jié)構(gòu)的位移，定量的分析結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，將主體結(jié)構(gòu)的變形量控制在一定范圍中。計(jì)算主體結(jié)構(gòu)的承載力時(shí)，要計(jì)算高烈度地震下結(jié)構(gòu)的層間位移角和延性位移，并根據(jù)建筑物構(gòu)件中位移跟結(jié)構(gòu)的變形關(guān)系，最終獲得主要構(gòu)件的變形數(shù)值，再結(jié)合建筑截面的應(yīng)變情況，明確構(gòu)件的合理構(gòu)造要求。

3.4提高抗震構(gòu)件的延性

在多數(shù)情況下，高層建筑都明確了抗震設(shè)防要求，因此高層建筑不但要滿(mǎn)足一定的剛度和延性要求，還需滿(mǎn)足一定的強(qiáng)度要求，而鋼筋混凝土由于本身的自重比較大，特別是底層柱其軸力跟建筑物高度是成正比的關(guān)系，而主要構(gòu)件對(duì)延性有一定的要求，在層高既定時(shí)，往往以調(diào)整軸壓比的形式來(lái)增強(qiáng)構(gòu)件的延性，對(duì)軸壓比有一定限值，不可構(gòu)成結(jié)構(gòu)短柱，因?yàn)槎讨有韵喈?dāng)有限，易導(dǎo)致剪切破壞，最終會(huì)導(dǎo)致整體的倒塌，所以提高構(gòu)件的延性很重要。

3.5設(shè)置合理的高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)參數(shù)

通過(guò)模擬地震發(fā)生時(shí)對(duì)高層混凝土建筑的各種受力情況，設(shè)置合理的結(jié)構(gòu)參數(shù)，計(jì)算和分析各個(gè)結(jié)構(gòu)的受力情況，如計(jì)算柱梁變形、墻體承載能力等。在設(shè)計(jì)和規(guī)劃高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)時(shí)，在充分了解高層混凝土建筑的質(zhì)量檢測(cè)、施工工藝、施工材料、地形條件、建設(shè)位置等方面內(nèi)容基礎(chǔ)上，把握高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)，優(yōu)化和改進(jìn)抗震設(shè)計(jì)的基本框架，在高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵位置進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明，不斷提高高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平。

構(gòu)建完善的高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)，便于設(shè)計(jì)人員查找相關(guān)資料和案例，深入研究高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)的綜合受力情況，確定科學(xué)合理的力學(xué)模型，科學(xué)判斷高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)的合理性。高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)參數(shù)包括整體結(jié)構(gòu)的剛度比例、扭轉(zhuǎn)角度、震動(dòng)周期等，對(duì)于高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要多次協(xié)調(diào)和反復(fù)研究，設(shè)置合理的結(jié)構(gòu)參數(shù)。

4結(jié)語(yǔ)

綜上所述，高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是高層建筑施工建設(shè)的一項(xiàng)重要研究?jī)?nèi)容，應(yīng)該結(jié)合高層建筑的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，進(jìn)行有目標(biāo)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)，從而達(dá)到強(qiáng)剪強(qiáng)彎的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范，實(shí)現(xiàn)高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的需求。