高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計分析

李書源

摘? 要：最近幾年，隨著用地緊張的問題日益凸顯，城市高層建筑的數(shù)量也在持續(xù)增加，而從現(xiàn)實的角度來講，在針對高層建筑進行施工的過程中，合理設(shè)計混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)是不可忽視的一個重要問題。本次研究中，本文主要針對高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計需要滿足的基本要求以及具體的設(shè)計策略進行了探討，通過對高層混凝土建筑抗結(jié)構(gòu)的設(shè)計進行優(yōu)化，促進高層混凝土建筑抗震能力的提升。

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

Abstract： In recent years， with the increasing shortage of people and land， the number of urban high-rise buildings is also increasing. From a practical point of view， in the process of high-rise building construction， reasonable design of concrete building seismic structure is an important problem that can not be ignored. In this study， the paper mainly discusses the basic requirements and specific design strategies of high-rise concrete building seismic structure design， through the optimization of high-rise concrete building anti-seismic structure design， to promote the improvement of high-rise concrete building seismic capacity.

Key Words： High-rise concrete building; Seismic structure; Design; Analysis

伴隨著社會的逐漸發(fā)展、經(jīng)濟發(fā)展水平的逐漸提升，我國建筑行業(yè)的發(fā)展也取得了長足地進步，尤其是伴隨著城市規(guī)模的擴大，為了使城市內(nèi)人地之間的矛盾能夠得到有效緩解，高層混凝土建筑的數(shù)量就呈現(xiàn)出了逐年增加的趨勢。但是，相比于普通建筑來說，高層混凝土建筑更容易受到地震的影響，其抵御自然災(zāi)害的能力相對更弱，因此，在設(shè)計及高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)的過程中一方面要依據(jù)國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)來進行操作，另一方面需要保證抗震結(jié)構(gòu)的設(shè)計能夠滿足具體的施工需要，進而最大限度地維護人民的生命財產(chǎn)安全，使地震對于國家以及人民產(chǎn)生的影響能夠降到最小。

1? 高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計需要滿足的基本要求

1.1 剛度方面的要求

對于高層混凝土建筑的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計來說，就目前的設(shè)計情況而言，若想確保高層混凝土建筑設(shè)計具有一個較強的抗震效果，包括在地震情況較弱的情況下，保持整體結(jié)構(gòu)的不破損;在遇到中等地震的情況下，應(yīng)確保在相關(guān)維修后，可以正常投入使用;而對于較為嚴重的地震情況，則應(yīng)確保高層建筑不應(yīng)傾倒，則應(yīng)在設(shè)計過程中，對剛?cè)崤浜蠁栴}進行考慮，并確保各方結(jié)構(gòu)受力的均勻合理性，以具體情況進行有針對性的規(guī)劃，并對強彎強剪的設(shè)計原則進行運用，以此對建筑結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性進行提升。在設(shè)計高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)的過程中，首先要做的就是對剛度方面的要求進行明確，設(shè)計者應(yīng)重視建筑物平面、立面和豎向剖面的規(guī)則性，抗側(cè)力構(gòu)件的布置宜規(guī)則對稱，避免側(cè)向剛度和承載力突變，合理應(yīng)用工程建筑以及物理學(xué)科的相關(guān)知識，在保證連接設(shè)置科學(xué)性的基礎(chǔ)之上，對高層混凝土建筑的抗震結(jié)構(gòu)進行合理調(diào)整，使高層混凝土建筑自身的結(jié)構(gòu)能夠具有更強的抗震能力[1]。

1.2 構(gòu)件受力方面的要求

在進行高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，構(gòu)件受力是不可忽視的重要的問題。調(diào)查研究顯示，若建筑物自身的剛度相對柔和，那么，一旦遭遇嚴重地震，其主體的破壞程度也會相應(yīng)增加。與此同時，由于一些較大規(guī)模的地震在后往往還會出現(xiàn)等級不同的余震，那么就會繼續(xù)對建筑物的主體造成損傷，嚴重者還會直接導(dǎo)致建筑物結(jié)構(gòu)崩潰，不僅會帶來嚴重的經(jīng)濟損失，與此同時，對于人民的生命財產(chǎn)安全也是十分嚴重的威脅[2]。在這樣的情況下，為了使高層混凝土建筑的結(jié)構(gòu)能夠最大限度地保證安全，應(yīng)采用符合實際的計算模型，確保各構(gòu)件受力明確，傳力途徑合理，傳力路線不間斷，重視建筑物因應(yīng)力集中、變形集中或地震扭轉(zhuǎn)效應(yīng)等導(dǎo)致的易損部位，通過合理有效的手段采取加強措施，提升建筑結(jié)構(gòu)的抗震能力。

1.3 延性方面的要求

延性是一個物理術(shù)語，指的是材料的構(gòu)件、結(jié)構(gòu)從屈服開始，直到承載能力的最大極限之間，還沒有出現(xiàn)明顯下降階段的變形能力。而其中的延伸比指的是彈塑性位移，細化來說，延性比又分為結(jié)構(gòu)、構(gòu)件、截面三個層面的延性比。而從高層混凝土建筑自身的角度來講，應(yīng)對混凝土的結(jié)構(gòu)延性進行保證，以此有效對混凝土結(jié)構(gòu)的抗震性能進行提升。相比于低層建筑來說，同等條件下高層混凝土建筑的穩(wěn)定性相對更弱，而高層混凝土建筑的結(jié)構(gòu)是影響其穩(wěn)定性的一個重要因素，其不僅關(guān)系著建筑整體的穩(wěn)定，同時對于建筑施工以及使用過程中的安全也會產(chǎn)生十分重要地影響。因此，在實際落實設(shè)計工作的過程中，需要保證設(shè)計行為具有較高的規(guī)范性，依照國家的有關(guān)規(guī)定以及建筑施工的現(xiàn)實需要進行操作，并對施工方案進行設(shè)計，以此確保建筑混凝土的延性符合相關(guān)要求，更需要通過對建筑結(jié)構(gòu)進行持續(xù)不斷地優(yōu)化，確保建筑物的剛度以及強度都能滿足實際使用的需要，以此有效提升高層混凝土建筑自身的抗震性能。

1.4 優(yōu)化設(shè)計方面的要求

實際設(shè)計高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)的過程中，除了需要滿足上述幾項基本要求之外，還需要能夠做好針對抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的優(yōu)化工作。簡言之，對于優(yōu)化高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計來說，需要從以下幾個方面來進行，優(yōu)化結(jié)構(gòu)尺寸、優(yōu)化功能結(jié)構(gòu)、優(yōu)化體系、優(yōu)化結(jié)構(gòu)體系選擇、優(yōu)化抗震結(jié)構(gòu)。在充分結(jié)合設(shè)計目標(biāo)和設(shè)計制約因素的基礎(chǔ)之上，對設(shè)計好的結(jié)構(gòu)功能進行持續(xù)優(yōu)化[3]。一方面要保證建筑結(jié)構(gòu)能夠具有較高的穩(wěn)定性，另一方面還需要充分考量建筑自身的社會效益、造價以及功能等，并從整體的角度出發(fā)，對建筑結(jié)構(gòu)形式進行合理選擇。除此之外，在實際開展建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，針對抗震結(jié)構(gòu)自身的體系也需要做好相應(yīng)的優(yōu)化設(shè)計工作，確保建筑自身的剛度能夠?qū)崿F(xiàn)均勻分布。

2? 高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本策略

2.1 對結(jié)構(gòu)設(shè)計方案進行合理改進

階段，國家已經(jīng)針對高層建筑的抗震能力提出了明確要求，因此，結(jié)構(gòu)工程師在提交設(shè)計方案的過程中，也需要對相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)予以明確，從結(jié)構(gòu)的角度來講，要能夠使建筑物的延性作用得到有效強化，與此同時，在受到外界因素影響的時候，建筑物的主體也需要能夠具備一定的變形空間以及調(diào)整空間，能夠具備自動恢復(fù)的能力，在此基礎(chǔ)上，使主體變形給建筑整體結(jié)構(gòu)帶來的影響能夠得到有效降低，確保建筑結(jié)構(gòu)能夠最大限度地維持平衡，具有較強的持久性和穩(wěn)定性[4]。除此之外，在面對等級不同地震的時候，還需要根據(jù)現(xiàn)實情況對其影響進行合理有效地推演以及計算，合理設(shè)計抗震結(jié)構(gòu)的布局，使高層混凝土建筑不同部分的結(jié)構(gòu)之間能夠最大限度地維持受力平衡，使建筑物對于剛度的要求能夠得到充分滿足。與此同時，在設(shè)計的過程中要充分體現(xiàn)層次感、條理感，根據(jù)建筑物實際情況選擇合理度最高的防震措施，針對建筑物的關(guān)鍵部位以及核心部位要加大關(guān)注程度，進而有效保證處理的嚴謹性，使建筑物整體能夠最大限度地保持對稱，維持建筑整體的穩(wěn)定性。此外，也應(yīng)對結(jié)構(gòu)設(shè)計方案進行改進，需求確保主體結(jié)構(gòu)可以對空間變形進行抵御，并且在結(jié)構(gòu)延伸的過程中可以將其恢復(fù)，以此對高層建筑混凝土的穩(wěn)定性進行確保。

2.2 對結(jié)構(gòu)參數(shù)進行合理設(shè)置

對結(jié)構(gòu)參數(shù)進行合理設(shè)置是設(shè)計高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)過程中需要重點關(guān)注的一個問題。要想切實保證結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)置的合理性，工作人員在進行抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中就需要通過現(xiàn)代科技手段對地震發(fā)生時高層混凝土建筑所受到的影響進行模擬，通過持續(xù)不斷地調(diào)整，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)置合理性的提升[5]。與此同時，在保證結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)置合理性的前提之下，工作人員還需要對地震過程中建筑物各個部位的受力情況以及施力情況進行分析和計算，對建筑物抗震設(shè)計的基本框架進行合理有效地優(yōu)化，對高層混凝土建筑在地震環(huán)境中的綜合受力情況進行合理有效地分析，通過力學(xué)模型的建立，明確設(shè)計方案中存在的問題，并對相關(guān)數(shù)據(jù)進行合理有效地優(yōu)化以及分析。此外，還應(yīng)建立抗震結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫，以便于設(shè)計人員對資料進行查找，同時，還應(yīng)參照其他相似工程，對高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)受力情況進行研究。再者，對于眾多的結(jié)構(gòu)設(shè)計來說，應(yīng)在設(shè)計過程中進行仔細分析和互相協(xié)調(diào)，以此保證參數(shù)的科學(xué)合理性。

2.3 對場地進行優(yōu)化選擇

每當(dāng)發(fā)生地震災(zāi)害的時候，建筑物所處的地質(zhì)環(huán)境不同，其遭受破壞的程度也會存在較大差異，因此，場地選擇會直接影響建筑物自身的抗震能力。尤其是在對地震高發(fā)地帶進行施工的過程中，要對其所面臨的風(fēng)險進行綜合評估，主動避開地震災(zāi)害的高發(fā)地段。同時，也應(yīng)避免在變電站、電廠等區(qū)域進行選址，以最大限度的減少環(huán)境對建筑的影響。對于建筑選址無法避免的情況下，也需要采取合理有效的措施進行補救。要想有效提升建筑物的抗震能力，密實的地基土是前提條件，與此同時，半巖石、巖石結(jié)構(gòu)的地基土對于提升建筑物的抗震能力也有著十分積極地現(xiàn)實意義[6-]。若建筑物的地基為松軟的粘性土，其抗震能力也會相應(yīng)下降。除此之外，在進行建筑場地選擇的過程中，還需要注意遠離一些存在威脅的場地，避免發(fā)生安全隱患。

2.4 對扭轉(zhuǎn)效應(yīng)進行合理控制

在地震發(fā)生的一瞬間，對于建筑物來說往往會出現(xiàn)很多不確定的影響因素，且這些問題的出現(xiàn)多數(shù)情況下具有隨機性，因此，對高層混凝土建筑的抗震結(jié)構(gòu)進行設(shè)計的過程中，不僅需要對地震所產(chǎn)生的水平作用進行考量，同時也要對其產(chǎn)生的豎向作用進行考量，對地震自身所具有的扭轉(zhuǎn)作用有充分的認識，確保房屋建筑各個部分的位移滿足設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)規(guī)定。基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)問題及時進行調(diào)整和研究，使高層混凝土建筑自身的抗震能力能夠得到有效增強。

3? 結(jié)語

綜上所述，最近幾年，受多種因素影響，我國地震災(zāi)害的發(fā)生也越來越頻繁，在此過程中，不僅會導(dǎo)致出現(xiàn)大量的人員傷亡，也會嚴重影響社會的和諧和穩(wěn)定，在這樣的情況下房屋建筑安全的相關(guān)問題就受到了人們越來越多地關(guān)注。尤其是對于高層建筑來說，與低層建筑相比由于其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性相對更弱，因此，抗震性能也相對更差。為了有效解決這一問題，就要重視高層混凝土建筑的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計，在此基礎(chǔ)上，使高層建筑的抗震性能能夠得到有效發(fā)揮，進而實現(xiàn)建筑物安全性和穩(wěn)定性的同步提升。從實際操作的角度來講，一方面要在充分考量建筑物自身特點的基礎(chǔ)之上，對設(shè)計要求和設(shè)計重點予以明確，另一方面需要對設(shè)計好的抗震結(jié)構(gòu)方案進行合理有效的優(yōu)化，使設(shè)計成果的有效性能夠得到進一步提升，為建筑物整體質(zhì)量的提升打下良好的基礎(chǔ)，進而使地震對于建筑物整體結(jié)構(gòu)的影響能夠降到最小，最大限度地維護人民的生命財產(chǎn)安全，維護社會的長治久安。

參考文獻

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