混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計有效對策分析

劉玨輝

遼寧省葫蘆島市建筑設(shè)計院有限責(zé)任公司 遼寧葫蘆島 125000

1 地震時高層混凝土建筑的破壞特點

1.1 地基破壞

地基破壞的情況在地震階段當(dāng)中較為少見，其僅僅發(fā)生在條件特殊的情況之下。當(dāng)建筑物建立在軟土層上時，土體會因為地震力的影響而出現(xiàn)液化的情況，并導(dǎo)致建筑物的地基出現(xiàn)不均勻沉降，而修建在地基上方的建筑結(jié)構(gòu)也會出現(xiàn)不同程度的傾斜、裂縫等情況，一旦當(dāng)?shù)鼗某两?、破壞情況達(dá)到某種程度時，建筑上部結(jié)構(gòu)會出現(xiàn)明顯的結(jié)構(gòu)破壞情況，且多數(shù)無法再進(jìn)行修復(fù)[1]。

1.2 結(jié)構(gòu)體系破壞

建筑結(jié)構(gòu)體系破壞的情況主要會發(fā)生在框架填墻結(jié)構(gòu)的高層混凝土建筑當(dāng)中。在地震力的影響之下，建筑的內(nèi)框架柱上部會出現(xiàn)剪切型破壞，而低框結(jié)構(gòu)則由于自身的剛度相對較低，故其往往會在地震當(dāng)中受到嚴(yán)重的破壞。

1.3 剛度破壞

一般情況下，高層混凝土建筑的主體結(jié)構(gòu)以矩形平面式結(jié)構(gòu)為主，若建筑的電梯井在地震力的影響之下出現(xiàn)偏心的情況，則會加劇地震力對于建筑結(jié)構(gòu)的破壞程度，導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)受到扭轉(zhuǎn)振動的破壞。

1.4 混凝土構(gòu)件破壞

以框架剪力墻為主的高層混凝土建筑當(dāng)中，柱的受破壞情況一般會過于板和梁的破壞情況，尤其是剪力墻的窗臺位置最容易受到破壞。

2 抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計的有效對策

2.1 優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計方案

在開展抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計工作時，設(shè)計人員需要明確認(rèn)識到不同的結(jié)構(gòu)設(shè)計將直接影響到具體的抗震性能及工程造價，且每一個微小環(huán)節(jié)的變更均會造成連鎖影響。因此，抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化需要從建筑工程項目的規(guī)劃階段開展，貫徹整個設(shè)計環(huán)節(jié)，盡量避免施工階段出現(xiàn)設(shè)計變更的情況。首先，設(shè)計人員需要充分考慮建筑抗震結(jié)構(gòu)的基本性能，通過合理、科學(xué)的定量分析對高層混凝土建筑的抗震體系進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，并在整體設(shè)計方案的指導(dǎo)之下，不斷實現(xiàn)對于各個結(jié)構(gòu)基本特點、布置方式及剪力墻的設(shè)計方案，且需要考慮到每一個抗震結(jié)構(gòu)的實用性和綜合性能。其次，在滿足抗震性能的基礎(chǔ)上，可以進(jìn)一步追求抗震結(jié)構(gòu)的美觀性，要確?？拐鸾Y(jié)構(gòu)整齊、對稱，盡量不使建筑物的美觀性受到較大的負(fù)面影響。同時，優(yōu)化設(shè)計方案的過程中需要著重考慮建筑結(jié)構(gòu)的抗震抗倒塌能力的提高，設(shè)計人員需要考慮到不同等級地震對于建筑結(jié)構(gòu)所造成的影響，并對這一過程進(jìn)行持續(xù)的計算，確保最終的計算結(jié)果能夠與實際情況之間相互吻合，并在這一接觸上確保各項抗震結(jié)構(gòu)能夠保持一定的平衡性，并側(cè)重于建筑結(jié)構(gòu)與縱向重力作用之間的關(guān)系。最后，抗震結(jié)構(gòu)的設(shè)計需要具有一定的條理性和層次感，防震措施的選擇需要結(jié)合施工現(xiàn)場的地質(zhì)條件作出準(zhǔn)確的判斷，促使建筑整體結(jié)構(gòu)能夠滿足上下力的受力均衡。實踐證明，合理的結(jié)構(gòu)重力設(shè)置可以有效降低地震發(fā)生時對于建筑物所造成的水平作用力和豎向作用力，確保建筑不會出現(xiàn)裂縫、倒塌的情況[2]。

2.2 材料的選擇

從某種角度來看，高層混凝土建筑的材料選擇將直接影響到建筑物的抗震等級和綜合質(zhì)量。在選擇材料時，需要確保其質(zhì)量達(dá)到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，并在這一基礎(chǔ)上再進(jìn)一步追求材料選擇的經(jīng)濟性。由于高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)的設(shè)計具有復(fù)雜化的特點，故抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計需要兼顧建筑物自身的抗震要求、建筑類型、施工條件和材料因素等。需要注意的是，質(zhì)量與價格之間永遠(yuǎn)是一種相對的關(guān)系，二者之間如何取舍、如何衡量均是設(shè)計人員需要考慮到的問題。在確定了建筑結(jié)構(gòu)、建筑形式的基礎(chǔ)上，才可以進(jìn)一步對施工流程作出選擇和判斷，不同的施工流程會影響到高層混凝土建筑的穩(wěn)定性和抗震性能，設(shè)計人員需要在設(shè)計圖紙當(dāng)中明確標(biāo)注各個施工環(huán)節(jié)的具體施工流程，確保施工方可以規(guī)范施工。

2.3 扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的控制

地震對于高層混凝土建筑的影響包括水平作用力、豎向作用力和扭轉(zhuǎn)作用力三種，而在作用力呈現(xiàn)出復(fù)雜化的背景之下，地震對于建筑自身所造成的實際破壞很難準(zhǔn)確進(jìn)行判斷和計算。在開展設(shè)計工作的過程中，設(shè)計人員需要明確認(rèn)識到扭轉(zhuǎn)效應(yīng)所帶來的破壞力，在結(jié)構(gòu)位移的基礎(chǔ)上，對位移最小值和最大值進(jìn)行計算，并確保建筑結(jié)構(gòu)的位移可以保持一致。若在出現(xiàn)地震的情況下，建筑實際位移超過了預(yù)先設(shè)計的結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)，則要對最大位移和最小位移的剛度進(jìn)行計算，盡量使其保持同步性。若前期的模擬設(shè)計環(huán)節(jié)發(fā)現(xiàn)了抗震結(jié)構(gòu)存在問題時，需要及時對問題區(qū)域進(jìn)行調(diào)整和改善，盡可能的實現(xiàn)對于扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的有效控制[3]。

2.4 結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)置

在建筑結(jié)構(gòu)體系不同的基礎(chǔ)上，建筑物的建筑效果及經(jīng)濟效益也會存在本質(zhì)上的區(qū)別。因此，在開展抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計工作的過程中，需要格外注重抗震結(jié)構(gòu)體系的構(gòu)建，嚴(yán)格按照抗震規(guī)范開展設(shè)計工作，并明確計算抗震傳遞途徑，構(gòu)建多元化的傳遞方案?？拐鸾Y(jié)構(gòu)設(shè)計框架初步制定之后，需要充分體現(xiàn)符合時代發(fā)展規(guī)律的設(shè)計理念以及專業(yè)的設(shè)計技能，尤其是關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)部位，更需要進(jìn)行詳細(xì)準(zhǔn)確的說明，確保施工方能夠準(zhǔn)確了解設(shè)計方的初衷和設(shè)計目的。同時，設(shè)計過程中可以借助地震模擬的方式對結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，模擬在不同地震等級的情況下，建筑各個結(jié)構(gòu)的實際受力情況，如柱梁變形、墻體承載能力等內(nèi)容。而在建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)劃環(huán)節(jié)當(dāng)中，需要明確規(guī)劃工作的重點難點，對設(shè)計框架進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化，促使設(shè)計效果不斷提升。若在條件允許的情況下，還可以針對建筑結(jié)構(gòu)信息構(gòu)建數(shù)字化信息庫，便于后續(xù)的調(diào)整、修改以及信息提取。

3 結(jié)語

綜上所述，高速發(fā)展的城市化進(jìn)程促使了大批高層建筑的出現(xiàn)，這對于建筑抗震性能也提出了更高的要求，做好抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計對于高層建筑是至關(guān)重要的。在混凝土結(jié)構(gòu)建筑中，提高其抗震性能，優(yōu)化抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計是建筑領(lǐng)域必須解決的問題，它關(guān)系到無數(shù)人民生命安全，是建筑工程的命之根本。優(yōu)化混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計是建筑設(shè)計人員的重要工作，必須得到企業(yè)乃至建筑監(jiān)管部門的重視，保證混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)滿足人民安全生活的需要。