高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

金仰華

中鐵合肥建筑市政工程設(shè)計(jì)研究院有限公司 安徽 合肥 230000

引言

高層混凝土建筑通常是居住用建筑，為了保障整個(gè)建筑工程的安全施工，優(yōu)化工程建設(shè)質(zhì)量，需要針對(duì)建筑物實(shí)施合理的抗震設(shè)計(jì)。針對(duì)建筑整體抗震結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)中，需要重點(diǎn)考慮安全性方面的問題，準(zhǔn)確評(píng)估施工中所存在的潛在風(fēng)險(xiǎn)隱患，合理制定施工方案，保障建筑功能應(yīng)用性能和安全性，提升居民整體生活質(zhì)量。

1 高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求

1.1 剛度要求

針對(duì)高層混凝土建筑實(shí)施整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，需要進(jìn)一步聯(lián)系項(xiàng)目工程現(xiàn)場(chǎng)狀況，針對(duì)工程所用施工材料、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境等因素實(shí)施準(zhǔn)確測(cè)量與綜合分析，并對(duì)建筑對(duì)應(yīng)剛度數(shù)值實(shí)施準(zhǔn)確測(cè)算，以此為基礎(chǔ)進(jìn)一步明確建筑結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)連接方式，優(yōu)化建筑工程整體受力水平，改善建筑結(jié)構(gòu)抗震性，避免產(chǎn)生余震條件下建筑結(jié)構(gòu)降低破壞性加大，預(yù)防出現(xiàn)過大結(jié)構(gòu)變形問題，并把建筑在地震中的破壞力控制在限制維修范圍中，減少地震問題所形成經(jīng)濟(jì)損失，優(yōu)化整個(gè)結(jié)構(gòu)安全性。

1.2 延展性要求

高層混凝土建筑工程中實(shí)施抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，需要密切聯(lián)系建筑工程所處區(qū)域狀況和建筑特征，合理協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu)彈塑性和結(jié)構(gòu)剛度兩者關(guān)系，并根據(jù)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求實(shí)施合理設(shè)計(jì)施工，確保設(shè)計(jì)工作規(guī)范性，從最大限度上優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)延展性，保障整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)受力靈活調(diào)節(jié)性，在出現(xiàn)地震狀況下能夠維持良好安全系數(shù)。

1.3 受力均衡性

因?yàn)榻ㄖ?gòu)件不但具有相應(yīng)的剛性特征，同時(shí)還具備相應(yīng)的柔性特征，該種特征使得地震災(zāi)害出現(xiàn)后，容易形成大范圍結(jié)構(gòu)損壞，最終引發(fā)建筑產(chǎn)生斷裂和倒塌問題。為此，針對(duì)高層混凝土建筑實(shí)施結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，需要重點(diǎn)考慮核心構(gòu)件的均衡受力，并進(jìn)行優(yōu)化調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)，提升工程設(shè)計(jì)合理性，盡量選擇設(shè)計(jì)規(guī)則性建筑結(jié)構(gòu)，保證建筑結(jié)構(gòu)在垂直方向的均衡受力，提升建筑立面結(jié)構(gòu)和平面設(shè)計(jì)對(duì)稱性，從最大限度上減輕地震災(zāi)害對(duì)整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)的影響和破壞。

1.4 設(shè)計(jì)優(yōu)化性

高層混凝土建筑對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一種具有較強(qiáng)綜合性的建筑工程，涉及多種層面的因素影響，所以在建筑工程綜合規(guī)劃設(shè)計(jì)中，需要形成科學(xué)設(shè)計(jì)理念，提升規(guī)劃設(shè)計(jì)科學(xué)性、全面性和可行性，具備抗震性能、設(shè)計(jì)效果、經(jīng)濟(jì)效益平衡等多種層面利益，進(jìn)一步加強(qiáng)深度研究，全面優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，進(jìn)一步完善各個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，為提高抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)效果，保障設(shè)計(jì)科學(xué)性提供有效參考依據(jù)。

2 高層建筑的破壞因素

2.1 地基引起的破壞

地震災(zāi)害會(huì)對(duì)高層混凝土建筑產(chǎn)生較大的影響和破壞，其中所受影響最大的部位是建筑地基、因?yàn)楦邔踊炷两ㄖ?duì)應(yīng)地基部位普遍設(shè)置在承載力較小土層內(nèi)，一旦出現(xiàn)地震問題，會(huì)導(dǎo)致土體產(chǎn)生某種液化問題，導(dǎo)致建筑物不斷下沉，建筑物上方產(chǎn)生傾斜現(xiàn)象，嚴(yán)重情況下還會(huì)直接倒塌。除此之外，假如建筑產(chǎn)生不均勻下沉問題，便會(huì)影響整個(gè)建筑的均勻受力，產(chǎn)生建筑坍塌以及裂縫現(xiàn)象，不但會(huì)嚴(yán)重破壞建筑物構(gòu)造，甚至?xí)?duì)人們財(cái)產(chǎn)安全和生命安全產(chǎn)生一定威脅。

2.2 剛度不均勻?qū)е碌钠茐?/h3>

部分高層混凝土建筑在后期建設(shè)施工中，對(duì)應(yīng)主體結(jié)構(gòu)存在不同程度的不對(duì)稱性問題，基于該種條件下，一旦產(chǎn)生地震問題，則會(huì)導(dǎo)致整個(gè)建筑物在地震影響作用下形成扭轉(zhuǎn)，嚴(yán)重破壞建筑物。為此針對(duì)高層混凝土建筑實(shí)施綜合建設(shè)中，需要進(jìn)一步優(yōu)化抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，保障整個(gè)建筑工程平面簡(jiǎn)潔性，提升建筑主體結(jié)構(gòu)整體對(duì)稱性。在施工中需要保證建筑物承載力與剛度的均勻分布，建筑平面設(shè)計(jì)規(guī)劃布置中減少所存在的不規(guī)則問題。針對(duì)平立面不規(guī)則建筑需要實(shí)施合理的防震設(shè)計(jì)，從最大限度上優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)綜合抗震能力[1]。

2.3 結(jié)構(gòu)體系不同引起的抗震性能差異

因?yàn)椴煌邔咏ㄖ慕Y(jié)構(gòu)設(shè)置各不相同，遇到地震問題后，所形成結(jié)構(gòu)破壞問題也存在一定差異。剪力墻結(jié)構(gòu)主要優(yōu)勢(shì)特征便是具備良好的承載力，但整個(gè)空間設(shè)置缺少靈活性，無法充分滿足整個(gè)空間設(shè)計(jì)要求。通過針對(duì)建筑物對(duì)應(yīng)框架結(jié)構(gòu)實(shí)施靈活設(shè)計(jì)，可以進(jìn)一步滿足相應(yīng)的空間應(yīng)用要求，但對(duì)應(yīng)抗震性會(huì)隨著建筑工程承載力下降而呈現(xiàn)出一種不斷降低趨勢(shì)。針對(duì)高層混凝土建筑實(shí)施抗震設(shè)計(jì)中普遍會(huì)采用剪力墻以及框架剪力墻的結(jié)構(gòu)形式，促進(jìn)剪力墻和框架全面融合，可以進(jìn)一步優(yōu)化建筑工程綜合承載力，為進(jìn)一步提升建筑抗震性打好堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

3 抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 合理選擇建筑物的位置

合理的位置選擇是高層混凝土建筑前期設(shè)計(jì)重要考慮因素，會(huì)直接影響整個(gè)工程后期施工，通過選擇適合的建筑分布位置，能夠進(jìn)一步控制高層建筑危險(xiǎn)系數(shù)，提升建筑工程安全性，降低高層建筑安全威脅，優(yōu)化高層建筑結(jié)構(gòu)整體抗震性。為此針對(duì)高層混凝土建筑實(shí)施結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，需要深入施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行全面調(diào)查，科學(xué)開展測(cè)量、勘探工作，全面掌握工程現(xiàn)場(chǎng)地貌、地形以及地質(zhì)環(huán)境等因素，開展系統(tǒng)和科學(xué)論證，提升建筑分布科學(xué)性與合理性，避免建設(shè)在地震斷裂帶等部位。除此之外，需要注意避免建設(shè)在丘陵和山坡等地區(qū)環(huán)境，避免產(chǎn)生坍塌、滑坡等自然災(zāi)害，從根本上優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)整體抗震性能。選擇適合建筑位置同時(shí)，優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)性能，保障工程抗震效果，改善工程抗震能力[2]。

3.2 完善結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)

提升建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)則性，精細(xì)化設(shè)計(jì)建筑工程抗震構(gòu)造，保障建筑工程豎向結(jié)構(gòu)的均勻受力，綜合利用立面和平面結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)性，合理設(shè)計(jì)多層抗震防線，從最大限度上控制地震對(duì)整個(gè)建筑所形成的位移影響和破壞，增強(qiáng)建筑核心結(jié)構(gòu)保護(hù)效果，優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)抗震能力，保證建筑結(jié)構(gòu)和應(yīng)用周期穩(wěn)定性，綜合利用剪力墻、懸掛以及筒體等先進(jìn)抗震技術(shù)和抗震結(jié)構(gòu)，確保高層混凝土建筑滿足剛度需求，提升整體抗震能力。在產(chǎn)生強(qiáng)烈地震現(xiàn)象后，高層混凝土建筑相關(guān)構(gòu)件普遍會(huì)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)問題，比如在垂直層面和水平層面產(chǎn)生嚴(yán)重位移現(xiàn)象，使整個(gè)樓層產(chǎn)生突出變形問題，嚴(yán)重破壞建筑結(jié)構(gòu)整體性，引發(fā)高層建筑斷裂、倒塌。為此針對(duì)高層建筑實(shí)施抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，需要系統(tǒng)考慮水平層面結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，明確結(jié)構(gòu)位移控制目標(biāo)，科學(xué)計(jì)算和調(diào)整各樓層扭轉(zhuǎn)修正系數(shù)，將地震位移參數(shù)控制的標(biāo)準(zhǔn)界限內(nèi)，突出建筑結(jié)構(gòu)抗震能力。聯(lián)系所用構(gòu)件強(qiáng)度，靈活調(diào)整抗側(cè)力構(gòu)件，適當(dāng)擴(kuò)大建筑外部結(jié)構(gòu)剛度。

3.3 保障結(jié)構(gòu)參數(shù)的準(zhǔn)確性

針對(duì)高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)實(shí)施綜合設(shè)計(jì)中，需要科學(xué)勘探、測(cè)量建筑工程所處環(huán)境、地形特征和位置特點(diǎn)，保證所采集各項(xiàng)信息數(shù)據(jù)的真實(shí)性、準(zhǔn)確性和全面性，保障抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可行性與科學(xué)性。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)體系特征和所用建材規(guī)格等因素的影響，使高層建筑各個(gè)樓層在地震問題產(chǎn)生后對(duì)應(yīng)位移限值形成相應(yīng)的變化。為此在綜合設(shè)計(jì)中，需要保障各種設(shè)計(jì)參數(shù)準(zhǔn)確性與合理性，保障建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，為提高建筑抗震性奠定可靠參考依據(jù)[3]。

3.4 對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化

高層建筑工程中對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)需要密切聯(lián)系工程現(xiàn)實(shí)狀況，全面改進(jìn)優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，在提升建筑工程核心結(jié)構(gòu)綜合抗震性能基礎(chǔ)上，進(jìn)一步聯(lián)系工程建設(shè)要求和成本特征，促進(jìn)建筑工程設(shè)計(jì)效果和經(jīng)濟(jì)效益實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)發(fā)展。將整個(gè)建筑工程結(jié)構(gòu)抗震受力水平控制在恰當(dāng)范圍內(nèi)，通常建筑工程結(jié)構(gòu)整體受力均衡性，全面優(yōu)化建筑工程整體抗震效果。除此之外，需要系統(tǒng)分析抗震結(jié)構(gòu)整體層次性，不斷強(qiáng)化建筑工程抗震水平，保障建筑結(jié)構(gòu)良好的抗震剛度和延展性，合理控制地震相關(guān)自然災(zāi)害對(duì)整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)的影響和破壞，整體破壞程度控制在可修復(fù)界限內(nèi)，從最大限度上減少地震所造成的經(jīng)濟(jì)損失。除此之外，在高層建筑后續(xù)施工中需要幫助各個(gè)施工單位和施工環(huán)節(jié)做好協(xié)調(diào)溝通工作，通過各個(gè)工程參見單位綜合意見，保障滿足建筑需求，推動(dòng)經(jīng)濟(jì)效益和工程實(shí)效性實(shí)現(xiàn)平衡發(fā)展。

3.5 增加抗震防線設(shè)計(jì)

一旦遇到各種大型地震問題或較高級(jí)別的地震現(xiàn)象，后期普遍會(huì)伴隨各種程度余震現(xiàn)象。假如針對(duì)高層混凝土建筑僅設(shè)計(jì)單一抗震防線，則在后續(xù)余震問題出現(xiàn)后，便會(huì)直接破壞整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致形成建筑房屋坍塌現(xiàn)象。為此在建筑結(jié)構(gòu)綜合設(shè)計(jì)中，需要適當(dāng)增設(shè)抗震防線，創(chuàng)建較為完善、全面抗震防震體系，擴(kuò)大構(gòu)件整體冗余度，優(yōu)化各個(gè)構(gòu)件剛度和延展性，突出主體結(jié)構(gòu)屈服時(shí)長(zhǎng)，方便在出現(xiàn)地震問題后，能夠進(jìn)一步增強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)對(duì)所形成地震能量吸收水平。除此之外，注重提升組成構(gòu)件整體抗側(cè)移水平，全面優(yōu)化建筑工程綜合抗震性能。大部分條件下，高層建筑中抗震結(jié)構(gòu)體系普遍是利用延性構(gòu)件實(shí)施順暢連接。比如框架剪力墻結(jié)構(gòu)中，其屬于多肢剪力墻結(jié)構(gòu)工程，需要在框架和剪力墻全面聯(lián)合基礎(chǔ)上工程，可以幫助順利消散后續(xù)地震能量[4]。

3.6 完善抗震設(shè)計(jì)

促進(jìn)高層混凝土建筑對(duì)應(yīng)抗震結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)，優(yōu)化整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)強(qiáng)度性能、延展性和剛性水平。聯(lián)系建筑工程特征適當(dāng)控制結(jié)構(gòu)自重，優(yōu)化設(shè)計(jì)建筑高度以及底部柱軸力綜合配比，保證兩者的科學(xué)配置，合理控制軸壓現(xiàn)象，預(yù)防其產(chǎn)生數(shù)值過高的問題，容易使整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生短柱現(xiàn)象，如此會(huì)進(jìn)一步降低結(jié)構(gòu)延性，影響建筑抗震能力進(jìn)一步提升。高層建筑在不斷加固抗震設(shè)計(jì)中可以采取以下方式實(shí)施，借助螺旋復(fù)合箍筋，全面控制高層建筑底部柱的抗彎性能和抗剪水平，確保底層柱承載能力符合基礎(chǔ)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和建筑應(yīng)用需求，基于強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)柱弱梁相關(guān)科學(xué)設(shè)計(jì)理念下，迎合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求，合理控制短柱綜合剪切性。合理應(yīng)用螺旋復(fù)合箍筋，進(jìn)一步優(yōu)化柱抗沖剪成效，強(qiáng)化混凝土工程約束性，優(yōu)化短柱整體抗震效果；可以借助分柱實(shí)施合理設(shè)計(jì)，為了有效改善短柱技術(shù)缺陷，可以合理應(yīng)用各個(gè)分體柱結(jié)構(gòu)幫助降低抗彎能力，聯(lián)系工程需求確定連接件應(yīng)用數(shù)量，順暢連接各個(gè)分體柱配筋，能夠從最大限度上增強(qiáng)短柱整體延展性，預(yù)防出現(xiàn)地震問題后建筑工程過早產(chǎn)生剪切破壞問題，促進(jìn)建筑結(jié)構(gòu)整體抗震能力得到全面優(yōu)化[5]。

4 結(jié)束語

綜上所述，在我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平持續(xù)提升背景下，進(jìn)一步加快了城市的建設(shè)發(fā)展，對(duì)于高層混凝土建筑需求相繼擴(kuò)大。為了保障高層混凝土建筑整體抗震能力，提升建筑工程安全性和穩(wěn)定性，需要重視建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，不斷完善優(yōu)化建筑抗震結(jié)構(gòu)，準(zhǔn)確把握高層混凝土建筑的抗震結(jié)構(gòu)性能要求和設(shè)計(jì)原則，設(shè)計(jì)針對(duì)性發(fā)展策略，比如對(duì)高層混凝土建筑分布位置進(jìn)行合理選擇，全面優(yōu)化工程設(shè)計(jì)方案，適當(dāng)擴(kuò)大抗震防線數(shù)量，對(duì)建筑結(jié)構(gòu)自身扭轉(zhuǎn)效應(yīng)進(jìn)行合理調(diào)整，對(duì)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)參數(shù)進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)和準(zhǔn)確計(jì)算，全面優(yōu)化結(jié)構(gòu)體系，保障高層混凝土建筑整體抗震結(jié)構(gòu)安全性與科學(xué)性，全面提升國內(nèi)高層混凝土建筑整體抗震水平，保障人民財(cái)產(chǎn)和生命安全。