探析高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

郭丹

摘要：高層建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一個(gè)長(zhǎng)期、復(fù)雜甚至循環(huán)往復(fù)的過程，為了提高高層建筑的穩(wěn)定性，保證人民的生命安全，本文從高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求、影響建筑物抗震效果的因素，以及高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)這三個(gè)方面對(duì)高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析、闡述。

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

一、隨著城市建筑的不斷增高，建筑物的抗震設(shè)計(jì)關(guān)系的許多方面利益，任何過程中產(chǎn)生的錯(cuò)誤和遺漏都將導(dǎo)致巨大的事故，因此，我們應(yīng)該嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)規(guī)范、根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，使得我們的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加的完善。

二、高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求

就現(xiàn)在的情況而言，要想使高層混凝土建筑達(dá)到良好的抗震效果，例如，在地震較弱的時(shí)候，整體結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定牢固不破損;遇到中等程度的地震，能夠經(jīng)過相關(guān)的維修仍可投入使用;地震較為嚴(yán)重時(shí)，高層建筑要做到不傾倒，就需要在設(shè)計(jì)時(shí)，綜合考慮剛?cè)崤浜?，結(jié)構(gòu)各方受力科學(xué)合理，根據(jù)具體的情況來(lái)針對(duì)性進(jìn)行規(guī)劃，必須按照“強(qiáng)剪弱彎”的設(shè)計(jì)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)來(lái)提高建筑結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。

一方面，高層混凝土建筑在設(shè)計(jì)規(guī)劃時(shí)，一定要把握好結(jié)構(gòu)剛度值的大小，經(jīng)過精確的計(jì)算分析，充分了解地質(zhì)地形條件、所用建材性能、機(jī)械設(shè)備運(yùn)行參數(shù)、物理力學(xué)知識(shí)等內(nèi)容，最終確定高層結(jié)構(gòu)的整體剛度強(qiáng)弱或者某個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)施的剛度，依靠連接設(shè)置的調(diào)節(jié)作用，力求保證抗震能力的提高，盡量讓整個(gè)建筑波動(dòng)受力保持在地質(zhì)所能支持的范圍之間。也就是說(shuō)，如果其基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生小幅度的變形，結(jié)構(gòu)的自我調(diào)節(jié)功能就會(huì)使得整體結(jié)構(gòu)不發(fā)生大幅度改變，在經(jīng)過一些維護(hù)工作之后，仍然具有使用價(jià)值。

另一方面，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及規(guī)劃時(shí)，結(jié)構(gòu)工程師一定要著重關(guān)鍵構(gòu)件和連接點(diǎn)的受力情況，采取相關(guān)措施進(jìn)行有效調(diào)節(jié)，可以達(dá)到消災(zāi)減震的目的，盡最大程度地降低地震災(zāi)害帶來(lái)的損失。根據(jù)有關(guān)地震災(zāi)害統(tǒng)計(jì)，剛度過于柔和的高層混凝土建筑受到強(qiáng)大的震動(dòng)作用后，其主體結(jié)構(gòu)受到了一定程度的損毀，然而在余震的相繼作用之下，就會(huì)受到持續(xù)損壞導(dǎo)致崩塌。總之，對(duì)于高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，一定要保證其結(jié)構(gòu)具備適宜的剛度，還要改善其延性等特點(diǎn)，進(jìn)而增強(qiáng)其整體結(jié)構(gòu)的抗震性能。

三、影響建筑物抗震效果的因素

（一）建筑物自身的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是影響抗震效果極為關(guān)鍵的一個(gè)因素，建筑物若要達(dá)到抗震目的，無(wú)論點(diǎn)式住宅或是板式住宅，都必須進(jìn)行合適的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，保證抗震措施合理，能夠基本實(shí)現(xiàn)小震不壞、中震可修、大震不倒這樣的目標(biāo)，提高建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能。如果建筑物的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，荷載較大或荷載分布不均勻，質(zhì)心與剛心不一致，將會(huì)加劇地震的作用影響力，增強(qiáng)破壞性。所以，建筑物的結(jié)構(gòu)平面布置應(yīng)盡量保證質(zhì)心和剛心重合，提高建筑物的抗震能力。在建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，出屋面建筑部分不宜太高，以降低地震過程中的鞭梢影響;平面布置不規(guī)則的房屋注意偏離建筑結(jié)構(gòu)剛心遠(yuǎn)端的抗震墻等等。

（二）建筑結(jié)構(gòu)建造材料和施工過程

建筑結(jié)構(gòu)的材料是影響抗震效果非常重要的因素，但是這個(gè)因素往往被人們忽視，工作人員需要明確這樣一點(diǎn)：在一般情況下，地震對(duì)建筑物作用力的大小與建筑物的質(zhì)量成正比。在同等地震環(huán)境下，建筑物使用的材料越好，其受到的地震作用力也相對(duì)較小;反之，建筑物就會(huì)遭到地震很大的作用力。建筑結(jié)構(gòu)施工過程同施工材料共同影響整個(gè)建筑工程的質(zhì)量，在施工過程中，每一個(gè)環(huán)節(jié)都可以影響建筑結(jié)構(gòu)抗震效果。所以，高層建筑在具體施工中，要加強(qiáng)監(jiān)管和規(guī)范，嚴(yán)格做好高層建筑施工管理，從建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量上來(lái)提高抗震效果。

（三）建筑物所處地質(zhì)環(huán)境情況

在地震中，對(duì)建筑物造成破壞的原因是多方面的，比如巖石斷層、山體崩塌、地表滑坡等使得地表發(fā)生運(yùn)動(dòng)，造成建筑物的破壞，或海嘯、水災(zāi)等次生災(zāi)害對(duì)建筑物造成破壞。在造成建筑物破壞的諸多原因中，有些是可以通過工程措施加以預(yù)防的。所以，在選擇建筑工地的位置之前，要進(jìn)行詳盡的勘探工作，分析地形和地質(zhì)條件，避開不利地段，挑選對(duì)建筑物抗震有利的地點(diǎn)。

四、高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

（一）減少地震發(fā)生時(shí)能量的輸入

在具體的設(shè)計(jì)中，積極采用基于位移的結(jié)構(gòu)抗震方法，對(duì)具體的方案進(jìn)行定量分析，使結(jié)構(gòu)的變形彈性滿足預(yù)期地震作用力下的變形需求。對(duì)建筑構(gòu)件的承載力進(jìn)行驗(yàn)收的同時(shí)，還要控制建筑結(jié)構(gòu)在地震作用下的層間位移限值;并且根據(jù)建筑構(gòu)件的變形和建筑結(jié)構(gòu)的位移之間的關(guān)系，確定構(gòu)件的變形值;根據(jù)建筑界面的應(yīng)變分布以及大小，來(lái)確定建筑構(gòu)件的構(gòu)造需求。對(duì)于高層建筑，在堅(jiān)固的場(chǎng)地上進(jìn)行建筑施工，可以有效減少地震發(fā)生作用時(shí)能量的輸入，從而減弱地震對(duì)高層建筑的破壞。

（二）運(yùn)用高延性設(shè)計(jì)、推廣消震和隔震措施

在我國(guó)，許多高層建筑進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)，多采用延性結(jié)構(gòu)，也就是適當(dāng)控制建筑結(jié)構(gòu)的剛度，允許地震時(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)，從而消耗地震作用時(shí)的能量，使地震反應(yīng)減小，減弱地震給高層建筑帶來(lái)的破壞。如果某高層建筑的承載能力較小，但是具有較高的延性，那么在地震中它也不容易倒塌，因?yàn)檠有詷?gòu)件可以吸收較多的能量，經(jīng)受住很大的結(jié)構(gòu)變形。

（三）高度的確定

按我國(guó)現(xiàn)行高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程規(guī)定，在一定設(shè)防烈度和一定結(jié)構(gòu)型式下，鋼筋混凝土高層建筑都有一個(gè)適宜的高度。這個(gè)高度是我國(guó)目前建筑科研水平，經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和施工技術(shù)水平下，較為穩(wěn)妥的，也是與目前整個(gè)土建規(guī)范體系相協(xié)調(diào)的。可實(shí)際上，已有許多混凝土結(jié)構(gòu)高層建筑的高度超過了這個(gè)限制。對(duì)于超高限建筑物，應(yīng)當(dāng)采取科學(xué)謹(jǐn)慎的態(tài)度：一要有專家論證，二要有模型振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)。在地震力作用下，超高限建筑物的變形破壞性態(tài)會(huì)發(fā)生很大的變化。因?yàn)殡S著建筑物高度的增加，許多影響因素將發(fā)生質(zhì)變。

（四）材料的選用和結(jié)構(gòu)體系

由于結(jié)構(gòu)以鋼筋混凝土核心筒為主，變形控制要以鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的位移限值為基準(zhǔn)。但因其彎曲變形的側(cè)移較大，靠剛度很小的鋼框架協(xié)同工作減小側(cè)移，不僅增大了鋼結(jié)構(gòu)的負(fù)擔(dān)，且效果不大，有時(shí)不得不加大混凝土筒的剛度或設(shè)置伸臂結(jié)構(gòu)，形成加強(qiáng)層才能滿足規(guī)范側(cè)移限值;此外，在結(jié)構(gòu)體系或柱距變化時(shí)，需要設(shè)置結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層。加強(qiáng)層和轉(zhuǎn)換層都在本層形成大剛度而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)剛度突變，常常會(huì)使與加強(qiáng)層或轉(zhuǎn)換層相鄰的柱構(gòu)件剪力突然加大，加強(qiáng)層伸臂構(gòu)件或轉(zhuǎn)換層構(gòu)件與外框架柱連接處很難實(shí)現(xiàn)強(qiáng)柱弱梁。因此在需要設(shè)置加強(qiáng)層及轉(zhuǎn)換層時(shí)，要慎重選擇其結(jié)構(gòu)模式，盡量減小其本身剛度，減小其不利影響。在高層建筑中，應(yīng)注意結(jié)構(gòu)體系及材料的優(yōu)選。

五、結(jié)語(yǔ)：

由于高層建筑抗震設(shè)計(jì)屬于繁重而復(fù)雜的過程，需要從多方面同時(shí)入手，因此，在進(jìn)行抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)對(duì)高層建筑所處的地質(zhì)和環(huán)境進(jìn)行詳細(xì)的分析和研究，選用適合的抗震結(jié)構(gòu)，進(jìn)而提高高層建筑的抗震性能，提高建筑物的安全性。

參考文獻(xiàn)：

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