高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探究

嚴(yán)崢嶸

摘 要：文章首先說明了高層混凝土建筑在地震中的受損特征，然后重點(diǎn)分析了高層混凝土建筑的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)策略，以期能夠進(jìn)一步提升高層混凝土建筑抗震性能。

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

文章編號：2095-4085（2020）04-0045-02

近年來我國范圍內(nèi)地殼活動頻繁，全國多地區(qū)發(fā)生了不同程度的地震。特別是城市，建筑繁多人員密集，空曠地域少。當(dāng)?shù)卣饛?qiáng)度較高時(shí)，給人們的生命安全和財(cái)產(chǎn)安全造成了重大威脅。所以，城市中高層混凝土建筑進(jìn)行抗震防震設(shè)計(jì)至關(guān)重要。需要從結(jié)構(gòu)整體性出發(fā)，結(jié)構(gòu)化繁為簡，運(yùn)用科學(xué)的分析方法和研究手段，設(shè)計(jì)出最佳的抗震結(jié)構(gòu)。

1 高層混凝土建筑在地震中的受損特征

1.1 地基受損特征

地基承載著建筑物的全部重量，對地上建筑起到支撐作用。地震來臨時(shí)，強(qiáng)大的外力會使地基液化，地上建筑迅速下沉和傾斜。當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí)，地基沉降會出現(xiàn)不均勻性，地上建筑就會產(chǎn)生裂痕或坍塌。可見地震對地基的破壞是致命的。高層建筑地基加固防震設(shè)計(jì)至關(guān)重要。

1.2 剛度受損特征

高層建筑遇到地震作用時(shí)會迫使建筑扭曲變形、傾斜或者坍塌，對建筑結(jié)構(gòu)的剛度破壞極為嚴(yán)重。因此高層建筑抗震設(shè)計(jì)時(shí)要保證建筑形體簡單、規(guī)則，受力均勻，外觀對稱，保證結(jié)構(gòu)的剛度分布均勻一致。避免體型過度復(fù)雜導(dǎo)致的設(shè)計(jì)不平衡問題使剛度分布不均勻，面臨地震時(shí)，結(jié)構(gòu)剛度受損嚴(yán)重。當(dāng)高層建筑復(fù)雜不規(guī)則時(shí)要對立面進(jìn)行加固防震設(shè)計(jì)。

1.3 構(gòu)件受損特征

從混凝土建筑受到地震破壞時(shí)，剪力墻結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)區(qū)域往往破壞最為嚴(yán)重，而板和梁則相對較輕。這種結(jié)構(gòu)形式受地震破壞很容易產(chǎn)生交叉性裂痕破壞，而裂痕往往在剪力墻窗臺下方表現(xiàn)出來。

1.4 結(jié)構(gòu)體系受損特征

高層建筑的混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的剛度和較大的承載力，但其本身質(zhì)量較大，不適合在大空間應(yīng)用。而框架結(jié)構(gòu)簡單，靈活性較高，在大空間中應(yīng)用較廣。但是框架結(jié)構(gòu)的承載力遠(yuǎn)不如剪力墻結(jié)構(gòu)的承載力，抗震性能大打折扣。在抗震設(shè)計(jì)中，為使結(jié)構(gòu)體系受破壞性有所降低，往往采用剪力墻結(jié)構(gòu)和框架結(jié)構(gòu)聯(lián)合和應(yīng)用，來提高高層混凝土建筑物的承載力和抗震效果。

2 高層混凝土建筑的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)策略

2.1 高層混凝土建筑主體基礎(chǔ)設(shè)計(jì)

在進(jìn)行抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)前，要先對高層混凝土建筑所需要的施工現(xiàn)場進(jìn)行地質(zhì)勘察。主要是了解施工現(xiàn)場的地質(zhì)條件、地質(zhì)結(jié)構(gòu)、地理環(huán)境條件以及地質(zhì)活動情況，運(yùn)用科學(xué)的分析方法和處理技術(shù)，對掌握的勘察數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，科學(xué)選取地基最佳的抗震加固方法，提高高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能。當(dāng)前高層建筑較為常用的結(jié)構(gòu)是底框結(jié)構(gòu)。混凝土在該結(jié)構(gòu)中呈現(xiàn)出上重下輕特征，結(jié)構(gòu)剛度分布不均勻，框架部分的整體抗震性能較低。所以，設(shè)計(jì)人員要重點(diǎn)對高層建筑地基抗震加固進(jìn)行設(shè)計(jì)，確保底框結(jié)構(gòu)的安全性以提升框架結(jié)構(gòu)的抗震性能。

2.2 高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分為平面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、豎向結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和對稱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)三個(gè)方面。在抗震設(shè)計(jì)中，這三方面需要分別進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。對于平面結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)，原則上采取結(jié)構(gòu)簡單化讓地震能量得以向外傳遞。此時(shí)的計(jì)算數(shù)值與現(xiàn)實(shí)符合度較高，平面結(jié)構(gòu)的抗震性能也達(dá)到最佳狀態(tài)?？拐鹦阅茌^佳的平面結(jié)構(gòu)有方形、圓形和矩形。而L型和十字形受力易發(fā)生位移變形，故不采用。對于豎向結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)，要保證結(jié)構(gòu)分布和荷載分布的均勻性，調(diào)整豎向結(jié)構(gòu)的剛度和強(qiáng)度，使其處于較均勻的狀態(tài)，提高豎向抗震性能。抗震效果較佳的豎向結(jié)構(gòu)立面形狀有矩形，三角形和梯形。對于對稱結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)，主要是避免地震后建筑出現(xiàn)扭曲現(xiàn)象，通過對稱來進(jìn)行抗震，可以避免重心偏移問題，削弱地震作用對對稱結(jié)構(gòu)的影響，從而使對稱結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出較強(qiáng)的抗震效果。

2.3 科學(xué)使用多元化抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

高層混凝土建筑抗震設(shè)計(jì)需要形成一個(gè)抗震體系，需要在混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部形成多個(gè)抗震體系，從而形成一個(gè)整體的抗震結(jié)構(gòu)，增加抗震屈服時(shí)間，盡可能的使用雙向抗側(cè)力設(shè)計(jì)。多道抗震防震設(shè)計(jì)原則如下。（1）處于同一平面主要構(gòu)件要處于屈服狀態(tài)。（2）其他抗側(cè)力部件要處于彈性狀態(tài)。（3）保證構(gòu)件的抗側(cè)移值。（4）改變短柱配筋率，變短柱為長柱，提高抗震能力。

2.4 綜合運(yùn)用多種抗震計(jì)算方法

高層建筑抗震設(shè)計(jì)中，要準(zhǔn)確計(jì)算抗震結(jié)構(gòu)受地震作用影響而產(chǎn)生的位移數(shù)值，常常采用定量方式進(jìn)行計(jì)算。進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)，要保證位移數(shù)值處于控制標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，使抗震設(shè)計(jì)達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。對于高層建筑主體承載力計(jì)算中，需要將結(jié)構(gòu)變形和位移兩者進(jìn)行綜合考量，從而確定主體結(jié)構(gòu)的變形情況，也就是在地震作用下，層間位移角的變化多少以及延性位移的變化多少。同時(shí)，為降低破壞程度，在抗震設(shè)計(jì)輸入地震波時(shí)，一般以最低數(shù)值作為輸入原則。

2.5 高層混凝土建筑抗震加固設(shè)計(jì)

首先，高層混凝土建筑的柱子抗沖剪能力低，是抗震加固設(shè)計(jì)的重要一環(huán)。加固設(shè)計(jì)時(shí)可選用螺旋復(fù)合箍筋進(jìn)行柱子加固，以提高其抗震能力。其次，高層混凝土建筑遇到地震時(shí)，短柱的抗彎能力要明顯高于其抗剪能力。當(dāng)?shù)卣鹱饔酶哂诳辜裟芰Χ陀诳箯澞芰r(shí)，短柱還未來得及表現(xiàn)其抗彎性就已經(jīng)被剪力摧毀。所以，高層建筑抗震加固設(shè)計(jì)時(shí)要重點(diǎn)對短柱抗震抗剪力進(jìn)行科學(xué)調(diào)整，使其與自身的抗彎能力同時(shí)起抗震作用。常用的加固方法是在短柱的豎向進(jìn)行分體設(shè)計(jì)。再對每一柱體進(jìn)行箍筋調(diào)配，縮小其抗彎性，提高其抗剪性，使短柱轉(zhuǎn)變?yōu)殚L柱，從而提高抗震效果。

3 結(jié) 語

在地震中高層混凝土建筑的地基、建筑結(jié)構(gòu)剛度、構(gòu)件、結(jié)構(gòu)體系等各個(gè)方面都會受到損壞，出現(xiàn)變形、坍塌等現(xiàn)象，嚴(yán)重威脅著人民的生命和財(cái)產(chǎn)安全。相關(guān)設(shè)計(jì)及施工工作人員都應(yīng)當(dāng)引起重視，尤其需要重點(diǎn)關(guān)注高層混凝土建筑主體基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、抗震加固設(shè)計(jì)等方面，以提升高層建筑的抗震性能。

參考文獻(xiàn)：

[1]張民君.高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究[J].城市住宅，2019，26（8）：177-178.

[2]陸濤.探析高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].建筑技術(shù)開發(fā)，2019，46（13）：9-10.

[3]陳鵬.高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探究[J].建材與裝飾，2018，（22）：71-72.