探討高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

摘要：高層混凝土建筑具有良好的抗震性，在地震災(zāi)害來(lái)臨之際可以有效的對(duì)人民的生命財(cái)產(chǎn)安全提供保護(hù)，在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)時(shí)，就必須要通過(guò)其受力的特點(diǎn)、建筑結(jié)構(gòu)的體系、建筑結(jié)構(gòu)的布置等進(jìn)行詳細(xì)的分析，然后再進(jìn)行建造。只有這樣才能保證高層混凝土建筑擁有良好的抗震能力，才能使人們的生命財(cái)產(chǎn)安全受到有效保護(hù)。

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

1.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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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。

2.高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本原則

在地震發(fā)生區(qū)進(jìn)行高層混凝土建筑的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮高層建筑的抗震性能。在合理抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，能夠使高層建筑物達(dá)到小震不壞、中震能修、大震不倒的設(shè)計(jì)原則。

第一，在進(jìn)行框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)時(shí)，盡量保持節(jié)點(diǎn)的完整性，分散使梁、柱端的塑性鉸，發(fā)揮高層混凝地建筑整體結(jié)構(gòu)的抗震能力。為使鋼筋砼結(jié)構(gòu)在地震作用下能夠存在較強(qiáng)的延性和承載力，應(yīng)盡可能根據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求，如“強(qiáng)柱弱梁”、“強(qiáng)剪弱彎”、“強(qiáng)底層柱”、“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”的原則，同時(shí)注意柱截面尺寸的合理性，使柱的軸壓比得到有效控制。

第二，盡量設(shè)置多道抗震防線。通常在強(qiáng)烈地震發(fā)生后會(huì)存在多次的余震，如只設(shè)一道防線，則會(huì)加劇建筑物的破壞度，甚至造成高層建筑坍塌?？拐鸾Y(jié)構(gòu)體系應(yīng)具備最大數(shù)量的內(nèi)部、外部冗余度以及各種分布的屈服區(qū)，同時(shí)，其結(jié)構(gòu)構(gòu)件具有較強(qiáng)的延性和較高的剛度，能吸收大量的地震能量，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)抗震性能，降低地震對(duì)高層建筑物的破壞程度。

第三，加強(qiáng)短柱的受壓承載力，這樣有利于減小柱截面面積、增大剪跨比，從而使整個(gè)結(jié)構(gòu)的抗震性能得到明顯提高。加強(qiáng)短柱的受壓承載力最簡(jiǎn)單的方法便是增強(qiáng)混凝土的強(qiáng)度等級(jí)，也就是通過(guò)高強(qiáng)度的混凝土來(lái)使柱子的受壓承載力得以加強(qiáng)，從而使軸壓比得以降低。但由于高強(qiáng)度混凝土材料自身延性低的緣故，在采用時(shí)最好能與其他措施加以配合。

3.改善高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的有效對(duì)策

3.1加強(qiáng)建材的選擇

對(duì)于建筑工程而言，其材料屬于基礎(chǔ)，因此在抗震方案設(shè)計(jì)中，不可忽視建材的選擇。為了提高建材的的抗震性能，不僅需要對(duì)建材承受力進(jìn)行分析，還應(yīng)應(yīng)加強(qiáng)建材的抗震性能參數(shù)分析，從整體上進(jìn)行所有建材的參數(shù)變異性的分析。換句話說(shuō)，從抵抗地震來(lái)選擇建材就應(yīng)控制好建筑結(jié)構(gòu)的延性，為了達(dá)到這個(gè)方面的需求，就需要選擇滿足抗震需求同時(shí)也經(jīng)濟(jì)適用的建材。

3.2選擇良好的抗震結(jié)構(gòu)體系

（1）抗側(cè)力構(gòu)件應(yīng)布置合理。如在框架―剪力墻結(jié)構(gòu)中，剪力墻宜均增布置在建筑物的周邊附近、樓梯間、電梯間、平面形狀變化及恒載較大的部位，剪力墻間距不宜過(guò)大;平面形狀凹凸較大時(shí)，宜在凸出部分的端部附近布置剪力墻;縱、橫剪力墻宜組成L型、T型和[型等形式;剪力墻宜貫通建筑物的全高，避免剛度突變;剪力墻開(kāi)洞口宜上下對(duì)齊;抗震設(shè)計(jì)時(shí)，剪力墻的布置宜使結(jié)構(gòu)各主軸方向的側(cè)向剛度接近。

（2）結(jié)構(gòu)的整體性要好。高層建筑結(jié)構(gòu)中，樓蓋對(duì)于結(jié)構(gòu)的整體性起到非常重要的作用。樓蓋相當(dāng)于水平隔板，它不僅聚集和傳遞慣性力到各個(gè)豎向抗側(cè)力的子結(jié)構(gòu)，而且要使這些子結(jié)構(gòu)能協(xié)同承受地震作用，特別是當(dāng)豎向抗側(cè)力子結(jié)構(gòu)布置不均勻或布置復(fù)雜或各抗側(cè)力子結(jié)構(gòu)水平變形特征不同時(shí)，整個(gè)結(jié)構(gòu)就要依靠樓蓋使各抗側(cè)力子結(jié)構(gòu)能協(xié)同工作。樓蓋體系最重要的作用是提供足夠的平面內(nèi)剛度和抗力，并與豎向各子結(jié)構(gòu)有效連接。所以房屋的頂層、結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層、平面復(fù)雜或開(kāi)洞過(guò)大的樓層、作為上部結(jié)構(gòu)嵌固部分的地下室樓層應(yīng)采用現(xiàn)澆樓蓋結(jié)構(gòu)。

3.3建筑布置宜規(guī)則

高層建筑應(yīng)重視體形和結(jié)構(gòu)的總體布置。由于建筑體形不合理或結(jié)構(gòu)總體布置不合理而造成的地震災(zāi)害，在國(guó)內(nèi)外的大地震中都有所見(jiàn)?？拐鹪O(shè)計(jì)選擇的建筑平面和立面布置宜對(duì)稱、規(guī)則，避免采用嚴(yán)重不規(guī)則的結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)的剛度宜均勻變化，豎向抗側(cè)力構(gòu)件的截面尺寸和材料強(qiáng)度宜自下而上逐漸減小，避免有剛度和承載力突然變小的樓層，造成薄弱層的出現(xiàn)，地震時(shí)薄弱層破壞導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失效。

3.4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（JGJ3-2002）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?？蓪?shí)際上，已有許多混凝土結(jié)構(gòu)高層建筑的高度超過(guò)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：一要結(jié)構(gòu)方案有專家論證，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，即有些參數(shù)本身超出了現(xiàn)有規(guī)范的適宜范圍，如安全指標(biāo)、延性要求、材料性能、荷載取值、力學(xué)模型選取等。

3.5推廣使用隔震和消能減震設(shè)計(jì)

目前我國(guó)和世界各國(guó)普遍采用的傳統(tǒng)抗震結(jié)構(gòu)體系是“延性結(jié)構(gòu)體系”，即適當(dāng)控制結(jié)構(gòu)物的剛度，但容許結(jié)構(gòu)構(gòu)件在地震時(shí)進(jìn)入非彈性狀態(tài)，并具有較大的延性，以消耗地震能量，減輕地震反應(yīng)，使結(jié)構(gòu)物“裂而不倒”。采取軟墊隔震、滑移隔震、擺動(dòng)隔震、懸吊隔震等措施，改變結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性，減少地震能量輸入，減輕結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)，是一種很有效的防震措施。提高結(jié)構(gòu)阻尼，采用高延性構(gòu)件，能夠提高結(jié)構(gòu)的耗能能力，減小地震作用，減小樓層地震剪力。隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，對(duì)各種建筑物和構(gòu)筑物的抗震減震要求越來(lái)越高，地震控制體系具有傳統(tǒng)抗震體系所難以比擬的優(yōu)越性，在未來(lái)的建筑結(jié)構(gòu)中將得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

3.6建筑結(jié)構(gòu)抗震性能的提升

高層建筑與一般建筑之間的區(qū)別在于受力特性上，尤其是在地震區(qū)開(kāi)展高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，除了要保證足夠大的剛度與強(qiáng)度，更應(yīng)具備良好的抗震性能。對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)與研討，使得建筑結(jié)構(gòu)抗震性能得到提升，最終實(shí)現(xiàn)“小震不壞，中震可修，大震不倒”的目標(biāo)。為了實(shí)現(xiàn)這樣的目標(biāo)，有些地區(qū)在進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的時(shí)候利用了塑性變形來(lái)吸收地震產(chǎn)生的能量，從而實(shí)現(xiàn)地震破壞的減小，這種方法已經(jīng)得到了一定的推廣及應(yīng)用，取得了良好的效果。

4.結(jié)語(yǔ)

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，高層建筑的不斷增多，抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的作用顯得越來(lái)越重要。隨著高層結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，分析難度大，全面細(xì)致的考慮結(jié)構(gòu)各個(gè)構(gòu)件和每個(gè)組成部分，成為今后高層建筑結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計(jì)和考慮的重點(diǎn)。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作者也應(yīng)在以后的設(shè)計(jì)過(guò)程中明確結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。

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