高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

陳少偉

摘要：我國地域遼闊，不同的區(qū)域有著不同的自然環(huán)境與地質(zhì)條件，有些地區(qū)地震災(zāi)害頻發(fā)，地震會(huì)對當(dāng)?shù)氐囊恍┙ㄖ镌斐刹煌潭鹊钠茐?。地震的發(fā)生往往很突然，嚴(yán)重威脅了人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。因此，人們也越來越重視建筑物的質(zhì)量安全。目前，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需要將建筑的抗震性能考慮在內(nèi)，大力發(fā)展建筑抗震技術(shù)。設(shè)計(jì)人員必須做好建筑抗震技術(shù)研究工作。對于混凝土建筑設(shè)計(jì)而言，抗震設(shè)計(jì)中最為重要的是把控建筑結(jié)構(gòu)，只有建筑物的整體抗震能力達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，才能夠抵抗地震災(zāi)害。因此，相關(guān)建筑設(shè)計(jì)人員必須對高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)予以高度重視，在開展設(shè)計(jì)工作之前，做好結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析工作，從而有效提高高層混凝土建筑的綜合質(zhì)量及安全性。

關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)抗震;抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);混凝土建筑

引言

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國對房屋建筑結(jié)構(gòu)抗震性能要求越來越高，尤其是底層墻體較少，或者某一側(cè)縱向無墻體的房屋建筑。例如，底層為車庫或者商鋪的房屋建筑，這些建筑存在相同的特點(diǎn)，即對底層的使用空間需求較大，需要大量開洞，導(dǎo)致縱向抗側(cè)剛度分布不均勻，同時(shí)水平方向抗側(cè)剛度也出現(xiàn)此類情況。據(jù)統(tǒng)計(jì)，此類型建筑在地震中遭受破壞程度較大，本文針對此類型房屋建筑的抗震設(shè)計(jì)展開研究。

1高層混凝土建筑在地震作用下的破壞特點(diǎn)

地震對高層混凝土建筑的破壞可分為四大方向，地基破壞、結(jié)構(gòu)體系破壞、剛度破壞、構(gòu)件破壞。若建筑整體處于柔弱土層上，則易發(fā)生地基破壞，這是由于地震中土體液化會(huì)導(dǎo)致基礎(chǔ)沉降的發(fā)生，這會(huì)致使高層混凝土建筑上部出現(xiàn)傾斜、地基發(fā)生不均勻沉降現(xiàn)象，同時(shí)使建筑物產(chǎn)生裂縫。而結(jié)構(gòu)自身的結(jié)構(gòu)周期與場地周期相一致時(shí)更會(huì)發(fā)生共振效應(yīng)，進(jìn)而導(dǎo)致更為嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)破壞狀況發(fā)生。若地震中的建筑是框架填墻類結(jié)構(gòu)，則地震發(fā)生時(shí)，框架的內(nèi)框架柱上部會(huì)有剪切型破壞發(fā)生。而由于窗下墻的存在，窗洞部分會(huì)發(fā)生短柱型破壞。當(dāng)高層建筑以矩形平面式作為主體結(jié)構(gòu)時(shí)，一旦建筑中電梯井等結(jié)構(gòu)發(fā)生偏心，地震帶來的扭轉(zhuǎn)震動(dòng)作用會(huì)使得地震破壞力度大為增加。除此之外，L形及三角形的不對稱式平面形式在地震中易發(fā)生比矩形更大的扭轉(zhuǎn)震動(dòng)式震害。而在應(yīng)用框架剪力墻的建筑結(jié)構(gòu)中，房柱會(huì)比房板和墻面的破壞更為嚴(yán)重。由于框架柱中螺旋箍筋的設(shè)置，使框架間具有更大的層間位移角，進(jìn)而使得框架柱對地震的抵御能力更強(qiáng)。

2高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1結(jié)合實(shí)際條件優(yōu)化抗震方案

建筑抗震方案是抗震設(shè)計(jì)的核心，也是施工準(zhǔn)備的前提條件?？茖W(xué)的抗震方案在項(xiàng)目建設(shè)的過程中能夠起到指導(dǎo)性的作用，對建筑的安全有一定的保證。在方案設(shè)計(jì)時(shí)首先需要考慮的就是建筑的整體結(jié)構(gòu)，這也是提升抗震系數(shù)的重要手段。在混凝土建筑施工的過程中還需要充分考察施工現(xiàn)場，尤其是對當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)情況和地質(zhì)外貌，要做到充分了解，避免在建設(shè)的過程中出現(xiàn)數(shù)據(jù)偏差。一定要經(jīng)過嚴(yán)格的分析和計(jì)算，不斷優(yōu)化建筑的抗震能力?？傮w來說，抗震方案的設(shè)計(jì)是在科學(xué)分析的基礎(chǔ)上展開，在執(zhí)行過程中不斷改良和完善，最終對建筑的抗震性提供最佳的保障。

2.2設(shè)計(jì)前期的震害調(diào)查

據(jù)調(diào)查，我國城市大部分房屋建筑以3層砌體結(jié)構(gòu)為主，為了創(chuàng)造生活便利條件，在1層設(shè)置了底商或者車庫。這兩種建筑中，縱向一側(cè)無墻體頗多，選取混凝土作為墻體施工材料，打造梁柱結(jié)構(gòu)。然而，此結(jié)構(gòu)中柱截面偏小，與其項(xiàng)對應(yīng)的墻面為磚砌體墻。除了第1層以外，從第2層開始向上數(shù)的其他樓層均采用常規(guī)砌體施工。從建筑結(jié)構(gòu)布局角度來分析，此類型房屋建筑的上層建筑與下層建筑墻體不對齊，沿著豎向方向墻體存在不連續(xù)特點(diǎn)。當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí)，部分房屋雖然未倒塌，但是大部分房屋都出現(xiàn)了不同程度的損壞，導(dǎo)致居民無法正常在房屋中活動(dòng)。例如，某商住房屋建筑，在遭受地震后，1層建筑結(jié)構(gòu)發(fā)生扭轉(zhuǎn)破壞最為嚴(yán)重。該建筑1樓的梁柱結(jié)構(gòu)利用混凝土打造，呈現(xiàn)“L”型，建筑的背面布設(shè)了砌體墻，其他樓層為常規(guī)建設(shè)。從結(jié)構(gòu)分布來看，一層建筑較其他樓層建筑結(jié)構(gòu)更為薄弱，穩(wěn)定性較差，容易在地震時(shí)發(fā)生垮塌。

2.3合理選擇建筑位置及構(gòu)造體系

設(shè)計(jì)人員應(yīng)全面分析我國實(shí)際的地震災(zāi)害情況。通過分析可知，如果建筑物的位置不同，那么建筑物所承受的地震作用力也會(huì)存在差異，最主要的原因是建筑物所在區(qū)域的地質(zhì)條件不同。為了解決這些問題，在建筑項(xiàng)目選址時(shí)，設(shè)計(jì)人員必須充分考慮以下兩個(gè)方面的內(nèi)容：①項(xiàng)目建設(shè)區(qū)域內(nèi)部的地質(zhì)環(huán)境應(yīng)具有較強(qiáng)的抗震能力，為保證建筑物的安全性打下良好基礎(chǔ);②在選址時(shí)，設(shè)計(jì)人員應(yīng)最大限度地避免選址周圍存在危險(xiǎn)性較高的建筑物，例如一些石油存儲(chǔ)建筑、變電站、化工廠等，選址與這些建筑物必須保持一定的安全距離。此外，在建筑物的抗震規(guī)劃中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該對部分構(gòu)件與整體構(gòu)件之間的關(guān)系進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，有效避免因局部問題而對建筑的穩(wěn)定性與承載力造成影響。在規(guī)劃時(shí)，規(guī)劃人員要在合理范圍內(nèi)，保證結(jié)構(gòu)具有一定的變形空間，并且在內(nèi)力分配性能與贅余度方面進(jìn)行合理控制。當(dāng)有效控制這些環(huán)節(jié)后，一旦發(fā)生一般地震，哪怕部分構(gòu)件出現(xiàn)問題，剩余的構(gòu)件依然可以發(fā)揮抗震作用。在規(guī)劃建筑物的結(jié)構(gòu)體系時(shí)，規(guī)劃人員必須合理控制結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度與剛韌度，更要重視框架結(jié)構(gòu)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)的穩(wěn)固性，增加底層柱的支撐強(qiáng)度，保證塑性能夠符合實(shí)際抗震要求。

2.4充分了解周邊環(huán)境，因地制宜展開設(shè)計(jì)

高層混凝土建筑的設(shè)計(jì)建造過程中，應(yīng)將對地震等有關(guān)自然災(zāi)害的預(yù)防囊括在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中。故而，對建筑位置的合理選擇，能夠顯著提高相關(guān)結(jié)構(gòu)的抗震能力。位置的選擇應(yīng)依托于相應(yīng)科學(xué)理論，并在對備選位置周邊地形地貌進(jìn)行廣泛勘探后挑選適合位置后開展工程建設(shè)。這期間應(yīng)注意高層混凝土建筑周邊不應(yīng)出現(xiàn)變電站、發(fā)電廠等安全不穩(wěn)定因素，并盡量將位置選擇在平緩地帶，避開山坡、沼澤等不利于抗震的地點(diǎn)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的制定應(yīng)在國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)體系框架內(nèi)，而實(shí)際施工過程中的結(jié)構(gòu)自身應(yīng)具備一定的空間調(diào)節(jié)能力。以確保外力影響下結(jié)構(gòu)建筑結(jié)構(gòu)具備一定的結(jié)構(gòu)延伸能力，具有依托記憶形狀恢復(fù)至先前形狀的能力。這一做法能夠有效增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的抗震性能，并以這一延展性方案延長建筑的耐久性。例如，抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)對建筑周邊環(huán)境進(jìn)行實(shí)地考察，通過構(gòu)建不同專業(yè)人員組成的實(shí)地勘察組，對施工地點(diǎn)以及周邊環(huán)境的地質(zhì)狀況實(shí)現(xiàn)有效勘測。以此完善設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，對建筑中的關(guān)鍵連接點(diǎn)進(jìn)行附加式穩(wěn)固措施，在材料的選擇過程中應(yīng)兼顧材料的剛性和可延展性，主要是依托實(shí)地市場調(diào)研的方式，結(jié)合抽樣檢查等方式，對材料的實(shí)際特點(diǎn)與特性進(jìn)行了解，堅(jiān)持“只選對的，不選貴的”的原則，以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)材料和新型抗震材料的兼顧運(yùn)用，從而在材料方面提升建筑的抗震性。

結(jié)語

綜上所述，高層建筑混凝土抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與規(guī)劃和人們的住房安全及生活質(zhì)量有著緊密的關(guān)聯(lián)性，建筑設(shè)計(jì)人員必須嚴(yán)格遵守各項(xiàng)設(shè)計(jì)原則，對高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)優(yōu)化，在做好各項(xiàng)優(yōu)化工作的同時(shí)，提高高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)的抗震能力，以實(shí)現(xiàn)抗震結(jié)構(gòu)控制目標(biāo)。

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