關(guān)于高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計探討

彭勝男

（南通理工學院 江蘇南通 226000）

引言

為了更好地優(yōu)化高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計，作為設(shè)計師必須充分意識到做好抗震設(shè)計工作的重要性，它是高層建筑結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。在進行設(shè)計工作之前，必須結(jié)合高層建筑工程的實際情況，把握高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的要點，將抗震技術(shù)更好地運用到高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，在提高高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計水平的同時，確保建筑物的質(zhì)量。

1 高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計的現(xiàn)狀

首先，根據(jù)近年來的高聰混凝土建筑在抗震設(shè)計和施工過程中的一些問題，總結(jié)了現(xiàn)如今高層建筑的抗震性的現(xiàn)狀。雖然說抗震設(shè)計已經(jīng)相較于以前的建筑有了很好的改變，但是，仍然是存在一些比較致命的問題。①有一些建筑物只追求了局部的建筑物高度，而忽視了相關(guān)性能的問題，因為我國有明確的建筑法，如果是利用建筑物混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)進行施工，需要在考慮結(jié)構(gòu)和形式的基礎(chǔ)上，以一個規(guī)范內(nèi)的適宜高度進行施工。這個適宜高度有一個規(guī)定，如果超過這個適宜的高度，一旦發(fā)生了一些外力，比如說地震力等大的破壞力，就直接對其建筑物的抗震能力有消極的影響。不但是建筑物的穩(wěn)定性有影響，甚至于整體建筑物的安全性受到威脅甚至會造成一定的人員傷亡。②在進行高層建筑物基址的選擇過程中會有一些建筑工程在未經(jīng)過考察就直接進行地基的安裝。因為現(xiàn)在城市空間越來越小了，建筑商在選擇合適的空間的時候往往只考慮到建筑物安排的商業(yè)空間，而沒有考慮地基選取位置會直接影響高層建筑物的抗震能力和穩(wěn)定性。除此之外，高層混凝土建筑物還要選擇合理的建筑材料，目前來看，我國常見的和最為標準的建筑結(jié)構(gòu)就是鋼框架，鋼筋混凝土核心筒結(jié)構(gòu)，其變形控制需要以混凝土結(jié)構(gòu)的一些位移限制值為基準。

2 工程概況

某高層建筑分為地上結(jié)構(gòu)與地下結(jié)構(gòu)，地下結(jié)構(gòu)為1層，主要作為停車場及設(shè)備室，高度4.50m；地上結(jié)構(gòu)為30層，總高度99.00m，建筑面積14535.82m2，其中1～6層位商用層，7～30層位住宅層，轉(zhuǎn)換層設(shè)置于6層。因為轉(zhuǎn)換層設(shè)置處于較高層，根據(jù)相關(guān)規(guī)范[3]中的規(guī)定，本工程應(yīng)當為帶高位轉(zhuǎn)換層的不規(guī)則項的超高層建筑結(jié)構(gòu)。

3 高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的要素分析

3.1 高層建筑結(jié)構(gòu)平面和豎向布局的抗震設(shè)計重點

墻體和柱子之間的平面位置與高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能有著直接的關(guān)系，因此，要科學合理地分布高層平面和豎向的位置，這是高層建筑抗震技術(shù)的首要設(shè)計方向。為了科學地分布平面和豎向的位置，需要在抗震設(shè)計過程中遵循以下兩個原則：①要使豎向和平面結(jié)構(gòu)構(gòu)件保持整潔；②將剛度的重心與質(zhì)量的中心相結(jié)合。但在對豎向進行設(shè)計時，為了達到豎向位置的平衡，需適度降低高層建筑的剛度重心，減少高層建筑豎向結(jié)構(gòu)的錯向頻率，做好對高層建筑結(jié)構(gòu)的豎向高度、剛度和強度的控制，確保其分配均勻，嚴格控制高出屋面的高度，才能有效地預(yù)防“鞭梢效應(yīng)”的出現(xiàn)。因此，在進行高層建筑抗震設(shè)計工作之前，要制定科學、合理的設(shè)計方案，以避免后期設(shè)計過程中出現(xiàn)問題?？赏ㄟ^設(shè)置抗震縫對建筑進行劃分，用抗震縫把建筑分割開來，這樣既可以確保建筑物整體形狀的美觀，還能使其他功能得到發(fā)揮。

3.2 結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計計算要點

基于抗震性能的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計計算要滿足如下要求：①在進行彈性和非線性的分析計算中，要合理正確地選擇結(jié)構(gòu)整體計算模型，以及構(gòu)件和節(jié)點的計算參數(shù)。②在對具有水平轉(zhuǎn)換構(gòu)件的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計計算中，對不落地柱和墻體的轉(zhuǎn)換梁以及框支梁的相鄰層計算層數(shù)和層高要注意區(qū)分清楚，要正確劃分轉(zhuǎn)換厚板有限元的類型。③對剪力墻抗震設(shè)計計算，要正確選擇非線性分析中的計算模型和各種計算參數(shù)；對采用滑動支座的結(jié)構(gòu)進行大震下的抗震設(shè)計計算，采用的計算模型應(yīng)考慮支座兩側(cè)結(jié)構(gòu)的相互作用和影響；對平面尺寸凹凸不規(guī)則，以及平面內(nèi)局部開設(shè)大洞口的結(jié)構(gòu)進行抗震設(shè)計計算時，應(yīng)根據(jù)開設(shè)洞口大小、數(shù)量和分布位置以及抗側(cè)力構(gòu)件的布置形式等合理建立計算模型。④要正確合理選擇分片剛性樓蓋和整體非剛性樓蓋的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計計算模型，比如樓板在大震下不能處于基本彈性狀態(tài)時，要先研究出合理的計算模型后再進行抗震設(shè)計驗算。⑤對于采用了消能減震措施的結(jié)構(gòu)，在進行抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計計算時要合理選擇構(gòu)件和整體結(jié)構(gòu)的有效阻尼比，另外要注意節(jié)點和構(gòu)件的計算參數(shù)對整體結(jié)構(gòu)計算的影響。⑥對于結(jié)構(gòu)體系復(fù)雜，難以準確反映各構(gòu)件受力狀態(tài)的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計，應(yīng)采用各種不同的力學模型進行設(shè)計計算，然后予以分析對比；另外，有時還需要進行對應(yīng)的模型試驗來確定計算的可信程度。

3.3 地震作用下的結(jié)構(gòu)變形

《抗規(guī)》、《高規(guī)》都對高層建筑，尤其是結(jié)構(gòu)復(fù)雜的高層建筑變形情況進行了規(guī)定，因為在地震作用下如果結(jié)構(gòu)發(fā)生較大變形，極有可能造成結(jié)構(gòu)變形而失去承載力，進而受損?！陡咭?guī)》中規(guī)定對于A級高度的高層建筑，樓層豎向構(gòu)件水平位移及層間位移不宜大于該樓層均值的1.2倍，不應(yīng)大于該樓層均值的1.5倍。樓層層間最大位移與層高比值不大于1/1000。通過數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，無論是X向還是在Y向地震作用下，轉(zhuǎn)換層下部結(jié)構(gòu)的樓層位移情況增速相對具備規(guī)律性，可以用近似的直線進行表示，轉(zhuǎn)換層上部結(jié)構(gòu)的樓層位移也具備規(guī)律性，但是在轉(zhuǎn)換層部分卻有一定程度的突變，轉(zhuǎn)換層下部過度到轉(zhuǎn)換層上部時，樓層位移曲線的斜率有明顯減小的趨勢。

3.4 高層建筑結(jié)構(gòu)整體抗震性能的技術(shù)要點分析

①地基是高層建筑抗震設(shè)計的基礎(chǔ)，在對地基進行設(shè)計時，要確保地基的穩(wěn)定性，要選用穩(wěn)定性能較強的地基，以防地基出現(xiàn)變形、下陷的情況，對一些相同結(jié)構(gòu)的單元，必須確保地基的統(tǒng)一性，才能充分發(fā)揮地基的抗震性能。②在設(shè)計過程中，要確保建筑結(jié)構(gòu)分布的對稱性和均勻性，平均分布建筑的承受力，利用對稱性來降低地震帶來的影響，從而避免由于應(yīng)力集中而產(chǎn)生的建筑坍塌或扭曲情況。在對高層建筑整體結(jié)構(gòu)進行設(shè)計時，應(yīng)采用多元化的設(shè)計方法來提升抗震性能，例如對容易發(fā)生坍塌的地方，應(yīng)采取相應(yīng)的加固措施，以降低出現(xiàn)危險的幾率。③必須確保高層建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計的牢固性，最大限度的減輕建筑物自重，從而降低對地基的壓力。如果發(fā)生地震，也能緩解地震對高層建筑造成的沖擊力，為人員的迅速撤離提供時間，這對于一般震級的地震抵抗效果非常明顯。

4 結(jié)束語

高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計已經(jīng)取得了不錯的進步，雖然存在一定的問題，但是，根據(jù)抗震防線的設(shè)計等實驗，可以根據(jù)不同地區(qū)不同受力情況進行合理的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計，盡可能根據(jù)情況設(shè)計合理的抗震防線，保證高層建筑混凝土材料和結(jié)構(gòu)以及構(gòu)件的安排符合高層穩(wěn)定性的抗震能力，以及減少安全隱患，保證高層混凝土建筑的質(zhì)量。