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

文/韓曉英 唐山中鼎建筑設(shè)計咨詢有限公司 河北唐山 063000

1、高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的要點分析

1.1 結(jié)構(gòu)構(gòu)件的選擇合理性

首先，需要根據(jù)具體的建筑物需求選擇合理的結(jié)構(gòu)構(gòu)件。結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)該在整體高層建筑物的結(jié)構(gòu)形式確定之后進行系統(tǒng)化的選擇，不同的建筑物選擇的結(jié)構(gòu)構(gòu)件不同，應(yīng)該對一些剛度比較弱的梁給予一定的加強，對于一些承受豎向荷載的主要構(gòu)件不宜作為主要的耗能構(gòu)件，因為豎向結(jié)構(gòu)比較脆弱，很容易因為受力不均勻而造成局部的坍塌，直接存在比較明顯的安全隱患。而且結(jié)構(gòu)構(gòu)件盡可能要延性比較好，要考慮到工程的近期和遠(yuǎn)期。

1.2 水平剛度的控制

當(dāng)?shù)卣饋砼R時，高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)受到地面運動的影響，其受到地震水平力作用的影響更大，容易引發(fā)側(cè)移甚至坍塌等地震災(zāi)害，所以設(shè)計高層混凝土建筑的時候，結(jié)構(gòu)設(shè)計者對橫墻承載力的計算和分析提出了更高的要求。在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，建筑結(jié)構(gòu)抗震性能的水平剛度是設(shè)計的關(guān)鍵一環(huán)，高層建筑中的樓蓋將地震的作用力傳送至橫墻，使結(jié)構(gòu)形成抗傾覆的力矩，為了避免側(cè)移過大甚至坍塌的情況發(fā)生，結(jié)構(gòu)設(shè)計師應(yīng)使豎向構(gòu)件產(chǎn)生足夠的軸力，進而使建筑物的高度與水平力彎矩成正比。

1.3 強化抗震防線的設(shè)置

抗震防線一定要在不同的工程環(huán)節(jié)都要設(shè)置。高層混凝土建筑工程可以進行分級，分系統(tǒng)，一般可以在比較脆弱的建筑物結(jié)構(gòu)處多設(shè)置一些抗震防線，所謂的抗震防線是為了在受到一定的外界力的時候，防止產(chǎn)生連帶的危險，比如說只設(shè)置一道抗震防線，一旦再發(fā)生余震，很可能造成進一步的損壞積累，抗震防線一般是從最外層的主體構(gòu)件到內(nèi)部的一些脆弱構(gòu)件延伸。當(dāng)然了，所說的構(gòu)件的強弱關(guān)系可以說也是一個彈性變化的關(guān)系，在主體的構(gòu)件受到一定的影響之后，第一道防線被打破，然而，后續(xù)還有一段受力距離才會影響第二道防線，也就是所謂的有效屈服階段。

1.4 整體性與能力設(shè)計

混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的整體性越強就越能增強結(jié)構(gòu)的強度，在極大程度上確保混凝土結(jié)構(gòu)的上部，在承受強大荷載時能夠保持其整體結(jié)構(gòu)不變。在地震發(fā)生的時候，還能夠盡可能的減少混凝土構(gòu)件或二次結(jié)構(gòu)構(gòu)件的掉落。在混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計中，對稱設(shè)計也是一種有效避免地震破壞混凝土結(jié)構(gòu)的方法，可以避免混凝土結(jié)構(gòu)單側(cè)倒塌。同時，這也是對設(shè)計者能力的要求，在設(shè)計過程中設(shè)計者應(yīng)了解震害的破環(huán)力，精確把握混凝土結(jié)構(gòu)強度的安全度。

2、高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的抗震設(shè)計措施

2.1 根據(jù)用地情況合理進行高層混凝土建筑的布局選址

首先，最為重要的就是需要在高層建筑施工之前進行布局和選址的確定，有一些有商業(yè)價值的地方但是地形和地勢比較復(fù)雜，不適宜建設(shè)比較高的建筑物，亦或者選址的土壤結(jié)構(gòu)不適合地基的安排，這都需要根據(jù)具體情況而定。對比不同類型的高層建筑物，居住區(qū)空間的設(shè)計可能會更加復(fù)雜，在相關(guān)設(shè)計之前還需要考慮到樓層的布局，還有人居需要來確定整體高層的空間結(jié)構(gòu)和抗震防線的設(shè)計。

2.2 建筑扭轉(zhuǎn)效應(yīng)控制措施

高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計工作中，其相關(guān)的設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)注重做好垂直向作用力以及橫向作用力的防治措施，同時還應(yīng)當(dāng)提升總體的位移標(biāo)準(zhǔn)要求，充分考慮扭轉(zhuǎn)力的效應(yīng)，讓混凝土整體的位移和其保持高度的一致性。另外，其相關(guān)的工作人員還要對位移結(jié)構(gòu)的剛度峰值進行測量，實時的記錄下位移結(jié)構(gòu)剛度的最大數(shù)值和最小數(shù)值。高層建筑設(shè)施受到地震作用力，會產(chǎn)生一定橫向、垂直等的作用力，在其作用力的影響下，其建筑設(shè)施所遭受的破壞程度較為嚴(yán)重。地震等自然災(zāi)害具有極強的突發(fā)性以及隨機性，人們根本無法精準(zhǔn)的預(yù)測出地震發(fā)生的時間以及強度，所以，建筑從業(yè)單位的設(shè)計人員必須要對其建筑設(shè)施的周圍環(huán)境進行分析，設(shè)定好建筑扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的控制措施。

2.3 選擇符合要求的構(gòu)件

合適的構(gòu)件需要根據(jù)不同的建筑需要和結(jié)構(gòu)需要進行選擇，因為，不同的建筑物的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計不同，像居住區(qū)高層建筑樓層比較高，對于建筑物的穩(wěn)定性和抗震能力要求更高，如果底層仍然是居住空間可以設(shè)置較多的墻體來支撐，如果底部是商業(yè)，則不能像高層建筑一樣設(shè)置較多的外圍穩(wěn)定性墻體進行支撐，而需要留出預(yù)留的空間給商業(yè)使用。這就需要承重墻體直接落地，使底層與上面所有層的墻體形成一個整體穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。

2.4 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計優(yōu)化

在高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計中對稱均勻為其設(shè)計主要原則，根據(jù)綜合抗震能力概念，在建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計中應(yīng)充分考慮到建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)造和承載力大小對于地震作用進行衡量，在地震時建筑物受到地震作用大小在一定程度上和建筑物的動力特性，承載力分布，剛度合理性及延性大小有著密切的關(guān)系。房屋是由樓蓋和縱向、橫向承重構(gòu)件所組成的結(jié)構(gòu)體系，具有空間剛度，而建筑結(jié)構(gòu)抗震能力大小在一定程度上取決于建筑結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性及空間剛度大小。為了使建筑物抗震性能提高與改善，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)確保所有構(gòu)件的延性較高，并通過屋蓋、現(xiàn)澆樓等多種方法增強結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)定性和結(jié)構(gòu)空間剛度，在適當(dāng)部位設(shè)置構(gòu)造柱，配置構(gòu)造鋼筋，使結(jié)構(gòu)整體作用增強。為確保在地震作用下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的動力反應(yīng)具有一定的延性，就需要將塑性變形集中在具有良好延性能力的構(gòu)件上，如選擇可接受塑性變形機構(gòu)，通過人為方式使構(gòu)件抗剪能力增強，在不強烈地震作用下，為充分發(fā)揮出結(jié)構(gòu)延性前出現(xiàn)非延性剪切破壞，即強剪弱彎?；虿捎猛瑯拥臉?gòu)造方式確保塑性鉸部位具有一定的塑性損耗和轉(zhuǎn)動能力。

結(jié)語：

在現(xiàn)代化進程中，城市建筑的高度持續(xù)呈現(xiàn)出遞增的趨勢，為盡可能的提高高層建筑的合理利用率，對其結(jié)構(gòu)形式的要求也愈來愈復(fù)雜化。從長遠(yuǎn)角度來看，我國的高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計應(yīng)根據(jù)當(dāng)前的抗震設(shè)計現(xiàn)狀及其不足之處，明確設(shè)備與結(jié)構(gòu)之間的聯(lián)系性，根據(jù)抗震概念知識與設(shè)計經(jīng)驗，設(shè)計人員應(yīng)作出明確的判斷，找出經(jīng)濟合理性與結(jié)構(gòu)安全性之間的連接點，從而找到一種切實可行的抗震設(shè)計方法，明確地震區(qū)域中高層建筑未來發(fā)展主要方向，進而推動社會經(jīng)濟和科技的不斷邁進，滿足人們的需求。