混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計有效對策探討

高繼紅

（唐山中鼎建筑設(shè)計咨詢有限公司 河北唐山 063000）

0 引言

地震災(zāi)害對于建筑物的危害性較大，為了達到提高建筑物抗震性能的目的，越來越多的抗震結(jié)構(gòu)得到了研究和應(yīng)用。本文簡要分析了高層混凝土建筑的結(jié)構(gòu)特點和破壞特點，并對抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計的有效對策進行了深入的探究，希望能為我國的高層建筑設(shè)計帶來一定的工作參考。

1 高層混凝土建筑的結(jié)構(gòu)特點

高層混凝土建筑是目前我國建筑業(yè)的主流建筑形式，其泛指高度超過28m，層數(shù)超過10層的建筑物。高層混凝土建筑與傳統(tǒng)的多層混凝土建筑之間有著本質(zhì)上的區(qū)別，尤其是針對抗震結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求更是發(fā)生了翻天覆地的變化。從結(jié)構(gòu)角度來看，高層混凝土建筑屬于一種豎向的懸臂結(jié)構(gòu)，建筑自身的彎矩、軸向力等參數(shù)的具體情況主要取決于建筑自身的水平荷載與垂直荷載，高層混凝土建筑的高度與軸向力之間存在著線性關(guān)系，而層數(shù)則與水平位移、彎矩之間存在著上升曲線的關(guān)系。而從受力情況的角度來看，當高層混凝土建筑的水平荷載分布均勻時，建筑自身的高度與彎矩之間的關(guān)系為二次方關(guān)系，而當建筑物垂直荷載方向沒有發(fā)生改變的情況，建筑高度的增加并不會對建筑結(jié)構(gòu)造成較大的受力。

2 地震時高層混凝土建筑的破壞特點

2.1 地基破壞

地基破壞的情況在地震階段當中較為少見，其僅僅發(fā)生在條件特殊的情況之下。當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?shù)鼗某两?、破壞情況達到某種程度時，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)無法再進行修復。

2.2 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中受到嚴重的破壞。

2.3 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，導致建筑結(jié)構(gòu)受到扭轉(zhuǎn)振動的破壞。

2.4 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。

3 抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計的有效對策

3.1 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、科學的定量分析對高層混凝土建筑的抗震體系進行優(yōu)化設(shè)計，并在整體設(shè)計方案的指導之下，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。

3.2 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)量達到設(shè)計標準，并在這一基礎(chǔ)上再進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)計圖紙當中明確標注各個施工環(huán)節(jié)的具體施工流程，確保施工方可以規(guī)范施工。

3.3 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確進行判斷和計算。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)標準，則要對最大位移和最小位移的剛度進行計算，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。

3.4 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，更需要進行詳細準確的說明，確保施工方能夠準確了解設(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)當中，需要明確規(guī)劃工作的重點難點，對設(shè)計框架進行進一步的優(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。

4 結(jié)語

綜合來看，在新時代的要求之下，高層建筑的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計需要從建筑的實際環(huán)境出發(fā)，應(yīng)用先進、科學的設(shè)計理念和抗震技術(shù)，切實提高建筑物自身的抗地震、抗倒塌能力，提高建筑物的綜合性能、安全性與穩(wěn)定性，盡量降低地震現(xiàn)象對于建筑物的破壞。