高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計探析

雷毅

摘要：盡管我國在高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計中已經(jīng)取得了一定的成績，仍然混凝土抗震設(shè)計問題依然是一個龐大復(fù)雜的課題，需要在未來的不斷實踐和研究中，進(jìn)一步的深入探討，應(yīng)用更好的新興抗震技術(shù)，更好的保障人民的生命財產(chǎn)安全。本文作者結(jié)合多年來的工作經(jīng)驗，對高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行了研究，具有重要的參考意義。

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

引言

目前，各地的地震災(zāi)害發(fā)生的較為頻繁，造成了大量的人員傷亡和財物損失，因此房屋的抗震設(shè)計具有很重要的現(xiàn)實意義。這就要求在房屋建筑施工中，要做好多地震地區(qū)建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計。高層混凝土建筑由于其高層的關(guān)系，很容易受到地震的干擾，要想其能真正避免地震等自然災(zāi)害，在對高層混凝土建筑進(jìn)行設(shè)計施工時，要按照國家抗震的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計好其抗震結(jié)構(gòu)并進(jìn)行施工，從而實現(xiàn)“小震震不壞、中震亦可修、大震震不倒”這一目標(biāo)，減少地震給人民及國家?guī)淼膿p失。

一、高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計要求

高層混凝土建筑若要實現(xiàn)良好的抗震性能，需要在對其進(jìn)行設(shè)計時綜合考慮剛?cè)崤浜?，并科學(xué)設(shè)計其結(jié)構(gòu)各方面的受力，根據(jù)具體的情況有針對性地進(jìn)行規(guī)劃和設(shè)計。在具體對其抗震結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計時，主要按照以下兩個要求來進(jìn)行。

首先，在對高層混凝土建筑進(jìn)行設(shè)計時，要把握好結(jié)構(gòu)剛度值的大小，通過對其進(jìn)行科學(xué)的分析和計算，要對整體情況有一個詳細(xì)的了解，比如施工的地質(zhì)地形條件、所用建材性能、機械設(shè)備運行參數(shù)等，通過這些內(nèi)容對高層結(jié)構(gòu)的整體剛度強弱進(jìn)行確定，然后按照連接設(shè)置的調(diào)節(jié)作用，盡可能地提高建筑的抗震能力，使其整個建筑波動受力保持在地質(zhì)所能承受的范圍之內(nèi)。換句話來說，如果高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生小幅度的變形，那么結(jié)構(gòu)的自我調(diào)節(jié)功能會使整體結(jié)構(gòu)不會發(fā)生大幅度的改變，并且即使有損壞也可以通過一定的維護工作來進(jìn)行恢復(fù)。

其次，在對高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計和規(guī)劃時，要重點考慮關(guān)鍵的構(gòu)件和連接點的受力情況，然后再根據(jù)具體情況利用相關(guān)措施進(jìn)行調(diào)節(jié)和設(shè)計，從而實現(xiàn)消災(zāi)減震的效果，在最大程度上減少地震所帶來的損失。在進(jìn)行設(shè)計時，還要充分考慮剛度和柔度之間的配比關(guān)系，如果剛度過于柔和，則高層混凝土建筑在受到比較強大的震動作用時，其主體結(jié)構(gòu)也會受到一定程度的損毀，并且如果還有余震的影響，會受到持續(xù)損壞而導(dǎo)致崩塌。

綜上所述，高層混凝土建筑的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計，不僅要保證其具有合適的剛度，還要具有良好的延展性，只有這樣才能不斷增強其整體結(jié)構(gòu)的抗震能力。

二、高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計中易出現(xiàn)的問題

1、結(jié)構(gòu)布置不合理

高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理的情況下，很容易在地震影響下導(dǎo)致扭轉(zhuǎn)破壞、薄弱層破壞、應(yīng)力集中以及防震縫處碰撞等情況。

2、框架結(jié)構(gòu)的震壞

框架結(jié)構(gòu)的震壞主要可以分為兩種，一種是整體破壞形式，另一種是局部破壞形式。其中整體破壞形式根據(jù)其破壞性質(zhì)又可以分為延性破壞和脆性破壞。局部破壞形式主要包括構(gòu)件塑性鉸處的破壞，構(gòu)件的剪切破壞、節(jié)點的破壞、短柱破壞和填充墻的破壞。

三、高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計方法

為了使高層混凝土建筑能夠有效應(yīng)對地震災(zāi)害，減少地震帶來的損失，在對高層混凝土建筑進(jìn)行設(shè)計施工時，要注重其抗震結(jié)構(gòu)的設(shè)計。主要可以從以下五個方面來加強高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)的設(shè)計。

1、減少地震發(fā)生時能量的輸入

在具體對高層混凝土建筑的抗震結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計時，要積極采用基于位移的結(jié)構(gòu)抗震方法，對于具體的方案進(jìn)行定量分析，這樣可以使抗震結(jié)構(gòu)的變形彈性滿足預(yù)期地震作用力下的變形需求。在對建筑構(gòu)件的承載力進(jìn)行驗收時，要控制建筑結(jié)構(gòu)在地震作用下的層間位移限制。另外要根據(jù)建筑構(gòu)件的變形和建筑結(jié)構(gòu)的位移之間的關(guān)系來對構(gòu)件的變形值進(jìn)行確定，根據(jù)建筑界面的應(yīng)變分布和各自的大小來對建筑構(gòu)件的構(gòu)造需求進(jìn)行確定。對于高層建筑而言，選擇一個較為堅固的場地可以有效減少地震發(fā)生時的能量的輸入，在很大程度上提高建筑的抗震能力，從而減少地震所帶來的損失。

2、運用高延性設(shè)計、推廣消震和隔震措施

目前我國的很多高層建筑的抗震設(shè)計都采用了延性結(jié)構(gòu)。延性結(jié)構(gòu)指的是通過適當(dāng)對建筑結(jié)構(gòu)的剛度進(jìn)行控制，可以使得地震發(fā)生時結(jié)構(gòu)的構(gòu)件進(jìn)入到具有很大延性的塑性狀態(tài)，從而可以在一定程度上延緩地震發(fā)生時產(chǎn)生的能量，使地震反應(yīng)減小，這樣可以降低地震給高層建筑帶來的破壞程度，減少損失。可以利用阻尼器來提高建筑物的抗震能力，阻尼器可以對地震能量進(jìn)行有效吸收，從而達(dá)到減震的目的，也可以使高層建筑避免受到地震較大程度的破壞。

3、注重抗震結(jié)構(gòu)的設(shè)計

高層混凝土建筑的抗震結(jié)構(gòu)的設(shè)計可以采用三種主要的結(jié)構(gòu)體系，分別是框-筒結(jié)構(gòu)、筒中筒結(jié)構(gòu)和框架-剪力墻體系結(jié)構(gòu)。如果資金充足，最好可以選擇鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)、鋼管混凝土結(jié)構(gòu)或者鋼結(jié)構(gòu)，這樣可以減小柱斷面的尺寸，并且在一定程度上改善結(jié)構(gòu)的抗震性能。對于高層建筑結(jié)構(gòu)的的抗震設(shè)計，較為傳統(tǒng)的方式是以硬性為主的抗震模式，而現(xiàn)代的方式則轉(zhuǎn)變?yōu)榱艘匀嵝詾橹?，這樣可以達(dá)到以柔克剛、剛?cè)嵯酀男Ч?，能夠有效地降低地震過程中所產(chǎn)生的沖擊力，降低對建筑的損壞。

4、重視建筑材料的選擇

在高層建筑的抗震方案設(shè)計中，建筑結(jié)構(gòu)材料也有著十分重要的作用，材料選擇得好也可以在一定程度上增加高層建筑的抗震能力。在對建筑材料進(jìn)行選擇時，首先要先對建筑材料的參數(shù)進(jìn)行抗震性能上的分析，從整體上對材料的參數(shù)變異性進(jìn)行研究，不能只是關(guān)注建筑材料的承載力而不注意其他參數(shù)的影響。如果要求高層建筑可以抵抗地震災(zāi)害，那么在選取建筑材料時要把握好建筑結(jié)構(gòu)的延性需求。因此，在實際設(shè)計和施工時，要綜合考慮高層建筑施工的各個因素，以此為依據(jù)來選擇符合抗震需求并且經(jīng)濟適用的建筑結(jié)構(gòu)材料。

5、增加抗震防線的建設(shè)

在對高層混凝土建筑的抗震結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計時，可以通過增加抗震防線來增強建筑對地震的抵抗能力。抗震防線有很多種，比如可以借助具有多個肢節(jié)和壁式框架的“框架剪力墻”等防震結(jié)構(gòu)?？蚣芗袅κ蔷哂辛己玫男阅艿亩嗟婪谰€抗震結(jié)構(gòu)，其中的剪力墻是其第一道抗震防線，并且也是最主要的抗測力構(gòu)件。因此，要盡可能多地增加剪力墻的數(shù)量，這樣可以確保其具有較高的地震承受能力，保證其承受能力大于或等于高層建筑底部地震傾覆力矩的一半。另外，當(dāng)剪力墻受到較大的地震作用力的沖擊而裂開的話，為了能承受其分配的地震作用，每一層框架部分要按照框架和墻來協(xié)同工作對地震剪力進(jìn)行合理分配。剪力墻結(jié)構(gòu)中的剪力墻可以通過合理地設(shè)置連梁（包括非建筑功能）需要的開洞來組成多肢聯(lián)肢墻，這樣可以保證其具有多道抗震防線的性能。

四、結(jié)語

地震具有比較大的破壞性，在建設(shè)房屋時要充分考慮對地震的防范。高層混凝土建筑是我國主要的建筑結(jié)構(gòu)之一，其抗震性能的高低對于建筑質(zhì)量以及廣大人民的人身安全、財產(chǎn)安全等都有著重要的意義。因此做好高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)的設(shè)計顯得尤為重要。建筑設(shè)計單位在對高層混凝土建筑的抗震結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計時，要做好地基勘查工作，并對整體的情況有一個調(diào)查和分析，對于設(shè)計中容易出現(xiàn)的問題要盡量避免，然后根據(jù)抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計方法進(jìn)行實施，不斷總結(jié)實際經(jīng)驗，加強高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)的抗震能力。

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