淺談高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設計

李碧濤

（?？谑谐鞘幸?guī)劃設計研究院東莞分院）

前言

在現(xiàn)代城市化發(fā)展進程日益推進的帶動下，建筑事業(yè)實現(xiàn)了高效的發(fā)展。在眾多的建筑工程項目中，要屬高層建筑項目增長的速度最快。近幾年，高層建筑項目猶如雨后春筍一般，實現(xiàn)了持續(xù)性的增長。在一定程度上，促進了人們生活品質(zhì)的升級發(fā)展。同時，人們對高層混凝土建筑的質(zhì)量問題關(guān)注度也日益提升，尤其是在目前地震頻發(fā)的社會環(huán)境下，人們對高層混凝土建筑的抗震性要求逐漸提高。因而，對于我國的建筑事業(yè)來說，提高對高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)的設計水準成為了目前最為重要的現(xiàn)實任務。那么，為了更好的提升高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)的設計水準，就需要高層混凝土建筑的施工設計單位有效的把握具體的施工設計原理，提高設計技術(shù)水平，切實的提升高層混凝土建筑的抗震性。從而滿足廣大人民的現(xiàn)實要求，降低高層混凝土建筑受地質(zhì)災害影響發(fā)生坍塌等安全事故的幾率，保障建筑事業(yè)的穩(wěn)步發(fā)展。

1 探微高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)中抗震設計的要點

1.1 建筑物側(cè)移的控制

在高層混凝土建筑中，在水平荷載的作用下建筑結(jié)構(gòu)通常會出現(xiàn)側(cè)移，而這種側(cè)移也會隨著樓層數(shù)的增加而逐漸加大。若建筑結(jié)構(gòu)側(cè)移的尺度過大，則建筑結(jié)構(gòu)的本身就會產(chǎn)生一定的內(nèi)力。在內(nèi)外力的作用下，偏心力在超過一定數(shù)值時，就會導致高層混凝土建筑出現(xiàn)大的位移甚至傾倒。同時，建筑結(jié)構(gòu)在受到地震荷載影響下，會出現(xiàn)水平的剪切力，也會導致建筑物產(chǎn)生側(cè)移的情況。因而，在對高層混凝土建筑進行抗震結(jié)構(gòu)設計的過程中，要保證建筑物結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、剛度及強度，避免出現(xiàn)側(cè)移的情況。

1.2 水平剛度的控制

當?shù)卣饋砼R時，受地面運動影響，高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)更容易受到水平作用力的影響，出現(xiàn)側(cè)移甚至坍塌的情況，這對高層混凝土建筑橫墻的承載力提出了一定的要求。在對高層混凝土建筑進行抗震結(jié)構(gòu)設計的過程中，建筑物結(jié)構(gòu)的水平剛度是最為重要的設計要點。高層混凝土建筑的樓蓋要把地震的作用力傳遞給橫墻，讓高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生抗傾覆的力矩，同時在結(jié)構(gòu)的豎向構(gòu)件內(nèi)形成一定的軸力，從而讓高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)的高度與水平力彎矩形成正比，避免發(fā)生側(cè)移甚至坍塌的情況。因而，這就需要在對高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)進行抗震設計時，注意對水平剛度的合理控制。

2 高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)中抗震設計的主要機理

2.1 隔震

高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)隔震設計，主要是指在高層混凝土建筑的下部，設置相應的隔震層。該隔震層在地震的作用力下，產(chǎn)生相應的水平變化，讓地震的作用力不會影響到上部的高層建筑。在一定程度上，它能夠讓高層混凝土建筑的上部建筑物與地基之間的共振減少，吸收更多的振動能量作用。對于隔震的主要構(gòu)件，分為三個部分。①鉛制的緩沖性構(gòu)件。該構(gòu)件主要是利用純度較高的鉛材料，在經(jīng)過塑性變形后制成的構(gòu)件；②鋼制的緩沖性構(gòu)件。該構(gòu)件主要是對鋼材料進行塑性變形后制成的構(gòu)件，能夠起到衰減震動的效果；③疊層式橡膠，它是一種把鋼板與厚度數(shù)為毫米的一些橡膠重疊交互接合，在壓力與熱的施加下制成的彈性較高的構(gòu)件。它能夠防止地基出現(xiàn)共振情況，能夠讓高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)保持著垂直狀態(tài)。

2.2 減震

在高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)的抗震設計中，減震主要的方式有三種。①消能減震。該減震方式主要是利用高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)的附加阻力值，當阻力值達到至高點時，會導致高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)的地震作用力減弱。該方式也就是在高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)中的一些部位中，設置上相應的耗能元件，在發(fā)生振動時，形成滯回的變形，將能量耗散。該種設置目前有著較多的種類，如摩擦力的電阻器、金屬的阻力器、粘滯的阻力器等；②蹺動式減震。它允許上部結(jié)構(gòu)和下部基礎脫離，通過上部結(jié)構(gòu)的晃動來隔震。與傳統(tǒng)的隔震技術(shù)的區(qū)別在于，它放松的是轉(zhuǎn)動約束而不是水平約束；③機械式的減震。該方法主要是在高層混凝土建筑內(nèi)部利用鋼支撐，并與外部的鋼管之間不粘結(jié)；或在鋼管混凝土或者外包鋼筋混凝土與鋼支撐之間，進行無粘結(jié)漆的涂抹，形成一定的滑移界面，從而起到減震的效果。

3 優(yōu)化高層混凝土建筑抗震性結(jié)構(gòu)設計的有效性策略

3.1 提升高層建筑的結(jié)構(gòu)設計水準

要想切實的提高高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設計的質(zhì)量，就需要先提高對場地地質(zhì)勘查的水準。要在對高層混凝土建筑進行整體的結(jié)構(gòu)設計前，對現(xiàn)場復雜的地形地質(zhì)進行有效的勘察設計。要在復雜的地形環(huán)境下，對建筑物進行合理的平面布局設計。避免建筑的剛心與質(zhì)心不一致，導致高層混凝土建筑出現(xiàn)重心不穩(wěn)的情況。在對高層混凝土建筑進行抗震結(jié)構(gòu)設計的過程中，可以依據(jù)高層建筑現(xiàn)場實際的地質(zhì)環(huán)境特征，及受地震破壞影響的強弱性，進行科學的、合理的設計。同時，要以平面形狀的規(guī)則性、結(jié)構(gòu)的對稱性及豎向的均勻性為基本設計原則，依據(jù)建筑現(xiàn)場實際的情況進行抗震結(jié)構(gòu)設計，切實的保證高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)重心的穩(wěn)定性。此外，還要依據(jù)場地的抗震設防等級與地基的液化等級，做好建筑物上部結(jié)構(gòu)與地基剛度的合理設計，防止高層混凝土建筑出現(xiàn)側(cè)移的情況。

3.2 合理選擇施工材料

施工材料選擇的合理性，對于高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設計來說有著至關(guān)重要的作用。通常情況下，高層混凝土建筑受地震作用力與其結(jié)構(gòu)剛度為正向的比例。若高層混凝土建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)構(gòu)件的重量越大，高層混凝土建筑所受到的地震作用力也就越大。因而，需要提高對施工材料的重視程度，合理的選擇施工材料，控制好高層混凝土建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)的構(gòu)件重量。要盡量選擇輕便性的構(gòu)件，還要選擇性能最佳的構(gòu)件，要切實的依據(jù)高層混凝土建筑實際施工要求，進行合理的抗震結(jié)構(gòu)設計。以保障高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)的合理性為基礎，提高高層混凝土建筑的安全性及抗震結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

4 結(jié)語

隨著高層建筑項目數(shù)量的日益增多，建筑事業(yè)迎來了新的發(fā)展曙光。那么，為了進一步推動建筑事業(yè)在新時期的高速發(fā)展，就需要提高對高層混凝土建筑設計的重視程度，尤其是對抗震結(jié)構(gòu)設計的重視度。為了有效的提高高層混凝土建筑的抗震能力，切實的保障高層混凝土建筑的穩(wěn)定性，就需要對高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設計的要點及機理，進行深度的分析與研究，進而制定出最為完善的設計優(yōu)化與改進措施。從而切實的提高高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設計的水準，保障高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)具有較強的抗震能力，避免相關(guān)安全事故的發(fā)生，促進建筑事業(yè)健康有序的發(fā)展。

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