關(guān)于高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)探討

【摘要】現(xiàn)階段，我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)快速發(fā)展，城市化進(jìn)程不斷邁進(jìn)，高層建筑已發(fā)展成為大中城市的主要建筑形式，。近年來，計(jì)算分析方法的不斷完善，結(jié)構(gòu)材料性能的進(jìn)一步提高，同時(shí)加工工藝不斷進(jìn)步以及現(xiàn)場(chǎng)工人施工技術(shù)水平的提升，加之建筑師對(duì)建筑效果的追求及一些地區(qū)對(duì)建筑物高度的追求，這一系列的因素致使建筑造型突破傳統(tǒng)建筑形態(tài)，進(jìn)而使得高層建筑結(jié)構(gòu)形態(tài)更加復(fù)雜多變。高層建筑結(jié)構(gòu)不但對(duì)建筑材料的要求更高，對(duì)于抗震設(shè)計(jì)方法、施工技術(shù)等都有了更高的標(biāo)準(zhǔn)。

【關(guān)鍵詞】高層混凝土建筑;抗震設(shè)計(jì)

1、高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)分析

1.1 結(jié)構(gòu)構(gòu)件的選擇合理性

首先，需要根據(jù)具體的建筑物需求選擇合理的結(jié)構(gòu)構(gòu)件。結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)該在整體高層建筑物的結(jié)構(gòu)形式確定之后進(jìn)行系統(tǒng)化的選擇，不同的建筑物選擇的結(jié)構(gòu)構(gòu)件不同，應(yīng)該對(duì)一些剛度比較弱的梁給予一定的加強(qiáng)，對(duì)于一些承受豎向荷載的主要構(gòu)件不宜作為主要的耗能構(gòu)件，因?yàn)樨Q向結(jié)構(gòu)比較脆弱，很容易因?yàn)槭芰Σ痪鶆蚨斐删植康奶?，直接存在比較明顯的安全隱患。而且結(jié)構(gòu)構(gòu)件盡可能要延性比較好，要考慮到工程的近期和遠(yuǎn)期。

1.2 水平剛度的控制

當(dāng)?shù)卣饋砼R時(shí)，高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)受到地面運(yùn)動(dòng)的影響，其受到地震水平力作用的影響更大，容易引發(fā)側(cè)移甚至坍塌等地震災(zāi)害，所以設(shè)計(jì)高層混凝土建筑的時(shí)候，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者對(duì)橫墻承載力的計(jì)算和分析提出了更高的要求。在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，建筑結(jié)構(gòu)抗震性能的水平剛度是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵一環(huán)，高層建筑中的樓蓋將地震的作用力傳送至橫墻，使結(jié)構(gòu)形成抗傾覆的力矩，為了避免側(cè)移過大甚至坍塌的情況發(fā)生，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師應(yīng)使豎向構(gòu)件產(chǎn)生足夠的軸力，進(jìn)而使建筑物的高度與水平力彎矩成正比。

1.3 強(qiáng)化抗震防線的設(shè)置

抗震防線一定要在不同的工程環(huán)節(jié)都要設(shè)置。高層混凝土建筑工程可以進(jìn)行分級(jí)，分系統(tǒng)，一般可以在比較脆弱的建筑物結(jié)構(gòu)處多設(shè)置一些抗震防線，所謂的抗震防線是為了在受到一定的外界力的時(shí)候，防止產(chǎn)生連帶的危險(xiǎn)，比如說只設(shè)置一道抗震防線，一旦再發(fā)生余震，很可能造成進(jìn)一步的損壞積累，抗震防線一般是從最外層的主體構(gòu)件到內(nèi)部的一些脆弱構(gòu)件延伸。當(dāng)然了，所說的構(gòu)件的強(qiáng)弱關(guān)系可以說也是一個(gè)彈性變化的關(guān)系，在主體的構(gòu)件受到一定的影響之后，第一道防線被打破，然而，后續(xù)還有一段受力距離才會(huì)影響第二道防線，也就是所謂的有效屈服階段。

1.4 整體性與能力設(shè)計(jì)

混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整體性越強(qiáng)就越能增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，在極大程度上確保混凝土結(jié)構(gòu)的上部，在承受強(qiáng)大荷載時(shí)能夠保持其整體結(jié)構(gòu)不變。在地震發(fā)生的時(shí)候，還能夠盡可能的減少混凝土構(gòu)件或二次結(jié)構(gòu)構(gòu)件的掉落。在混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，對(duì)稱設(shè)計(jì)也是一種有效避免地震破壞混凝土結(jié)構(gòu)的方法，可以避免混凝土結(jié)構(gòu)單側(cè)倒塌。同時(shí)，這也是對(duì)設(shè)計(jì)者能力的要求，在設(shè)計(jì)過程中設(shè)計(jì)者應(yīng)了解震害的破環(huán)力，精確把握混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的安全度。

2、高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的抗震設(shè)計(jì)措施

2.1 根據(jù)用地情況合理進(jìn)行高層混凝土建筑的布局選址

首先，最為重要的就是需要在高層建筑施工之前進(jìn)行布局和選址的確定，有一些有商業(yè)價(jià)值的地方但是地形和地勢(shì)比較復(fù)雜，不適宜建設(shè)比較高的建筑物，亦或者選址的土壤結(jié)構(gòu)不適合地基的安排，這都需要根據(jù)具體情況而定。對(duì)比不同類型的高層建筑物，居住區(qū)空間的設(shè)計(jì)可能會(huì)更加復(fù)雜，在相關(guān)設(shè)計(jì)之前還需要考慮到樓層的布局，還有人居需要來確定整體高層的空間結(jié)構(gòu)和抗震防線的設(shè)計(jì)。

2.2 建筑扭轉(zhuǎn)效應(yīng)控制措施

高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)工作中，其相關(guān)的設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)注重做好垂直向作用力以及橫向作用力的防治措施，同時(shí)還應(yīng)當(dāng)提升總體的位移標(biāo)準(zhǔn)要求，充分考慮扭轉(zhuǎn)力的效應(yīng)，讓混凝土整體的位移和其保持高度的一致性。另外，其相關(guān)的工作人員還要對(duì)位移結(jié)構(gòu)的剛度峰值進(jìn)行測(cè)量，實(shí)時(shí)的記錄下位移結(jié)構(gòu)剛度的最大數(shù)值和最小數(shù)值。高層建筑設(shè)施受到地震作用力，會(huì)產(chǎn)生一定橫向、垂直等的作用力，在其作用力的影響下，其建筑設(shè)施所遭受的破壞程度較為嚴(yán)重。地震等自然災(zāi)害具有極強(qiáng)的突發(fā)性以及隨機(jī)性，人們根本無法精準(zhǔn)的預(yù)測(cè)出地震發(fā)生的時(shí)間以及強(qiáng)度，所以，建筑從業(yè)單位的設(shè)計(jì)人員必須要對(duì)其建筑設(shè)施的周圍環(huán)境進(jìn)行分析，設(shè)定好建筑扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的控制措施。

2.3 選擇符合要求的構(gòu)件

合適的構(gòu)件需要根據(jù)不同的建筑需要和結(jié)構(gòu)需要進(jìn)行選擇，因?yàn)?，不同的建筑物的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不同，像居住區(qū)高層建筑樓層比較高，對(duì)于建筑物的穩(wěn)定性和抗震能力要求更高，如果底層仍然是居住空間可以設(shè)置較多的墻體來支撐，如果底部是商業(yè)，則不能像高層建筑一樣設(shè)置較多的外圍穩(wěn)定性墻體進(jìn)行支撐，而需要留出預(yù)留的空間給商業(yè)使用。這就需要承重墻體直接落地，使底層與上面所有層的墻體形成一個(gè)整體穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。

2.4 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化

在高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)中對(duì)稱均勻?yàn)槠湓O(shè)計(jì)主要原則，根據(jù)綜合抗震能力概念，在建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)中應(yīng)充分考慮到建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)造和承載力大小對(duì)于地震作用進(jìn)行衡量，在地震時(shí)建筑物受到地震作用大小在一定程度上和建筑物的動(dòng)力特性，承載力分布，剛度合理性及延性大小有著密切的關(guān)系。房屋是由樓蓋和縱向、橫向承重構(gòu)件所組成的結(jié)構(gòu)體系，具有空間剛度，而建筑結(jié)構(gòu)抗震能力大小在一定程度上取決于建筑結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性及空間剛度大小。為了使建筑物抗震性能提高與改善，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)確保所有構(gòu)件的延性較高，并通過屋蓋、現(xiàn)澆樓等多種方法增強(qiáng)結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)空間剛度，在適當(dāng)部位設(shè)置構(gòu)造柱，配置構(gòu)造鋼筋，使結(jié)構(gòu)整體作用增強(qiáng)。為確保在地震作用下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的動(dòng)力反應(yīng)具有一定的延性，就需要將塑性變形集中在具有良好延性能力的構(gòu)件上，如選擇可接受塑性變形機(jī)構(gòu)，通過人為方式使構(gòu)件抗剪能力增強(qiáng)，在不強(qiáng)烈地震作用下，為充分發(fā)揮出結(jié)構(gòu)延性前出現(xiàn)非延性剪切破壞，即強(qiáng)剪弱彎?；虿捎猛瑯拥臉?gòu)造方式確保塑性鉸部位具有一定的塑性損耗和轉(zhuǎn)動(dòng)能力。

結(jié)語(yǔ)：

在現(xiàn)代化進(jìn)程中，城市建筑的高度持續(xù)呈現(xiàn)出遞增的趨勢(shì)，為盡可能的提高高層建筑的合理利用率，對(duì)其結(jié)構(gòu)形式的要求也愈來愈復(fù)雜化。從長(zhǎng)遠(yuǎn)角度來看，我國(guó)的高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)當(dāng)前的抗震設(shè)計(jì)現(xiàn)狀及其不足之處，明確設(shè)備與結(jié)構(gòu)之間的聯(lián)系性，根據(jù)抗震概念知識(shí)與設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)作出明確的判斷，找出經(jīng)濟(jì)合理性與結(jié)構(gòu)安全性之間的連接點(diǎn)，從而找到一種切實(shí)可行的抗震設(shè)計(jì)方法，明確地震區(qū)域中高層建筑未來發(fā)展主要方向，進(jìn)而推動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科技的不斷邁進(jìn)，滿足人們的需求。

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作者簡(jiǎn)介：

韓曉英，唐山中鼎建筑設(shè)計(jì)咨詢有限公司，河北唐山。