高層混凝土的建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
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摘要：隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷提高，我國(guó)的城市化建設(shè)進(jìn)度也在不斷推進(jìn)，越來越多的高層建筑物在城市中拔地而起，建筑規(guī)模日益擴(kuò)大。然后我國(guó)大多數(shù)城市處于地震帶上，發(fā)生地震災(zāi)害的可能性較高，如果對(duì)于高層建筑的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不當(dāng)，一旦產(chǎn)生地震，在造成的后果不堪設(shè)想。近年來，相關(guān)工作人員和居民都越來越重視高層混凝土建筑物的抗震性能，在實(shí)際建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，將抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)作為建筑物設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。因此本文將針對(duì)現(xiàn)階段高層混凝土建筑的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析，對(duì)正確科學(xué)的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行探究，為相關(guān)工作提供參考借鑒。
關(guān)鍵詞：高層混凝土建筑；抗震結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)；探究
1引言
我國(guó)處于亞歐板塊和太平洋板塊的交接地點(diǎn)，屬于地震多發(fā)國(guó)家。地震災(zāi)害對(duì)人民的生活和建筑會(huì)造成巨大的災(zāi)害，尤其是城市中，人口相對(duì)密集，高層混凝土建筑較多，一旦因地震導(dǎo)致建筑物倒塌會(huì)造成惡劣的生命和財(cái)產(chǎn)損失。因此，相關(guān)工作者在進(jìn)行高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，必須充分考慮建筑整體的抗震性能，通過科學(xué)合理的分析和研究，設(shè)計(jì)出有效提升建筑物抗震性能的結(jié)構(gòu)。
2發(fā)生地震時(shí)高層建筑的破壞特點(diǎn)
2.1地基破壞特點(diǎn)
地震發(fā)生時(shí)，會(huì)對(duì)高層混凝土建筑的地基造成重大破壞。如果本身高層混凝土建筑所處的地基相對(duì)屬于承載力較差的土層上，地震會(huì)造成土體產(chǎn)生液化，從而導(dǎo)致建筑物整體下沉，建筑結(jié)構(gòu)的上部會(huì)出現(xiàn)不同程度的傾斜。嚴(yán)重情況下，甚至?xí)霈F(xiàn)建筑物下沉不均勻，導(dǎo)致整體建筑物受力不平衡，出現(xiàn)裂縫甚至坍塌的情況。
2.2剛度破壞特點(diǎn)
當(dāng)高層混凝土建筑的主體結(jié)構(gòu)相對(duì)呈現(xiàn)不對(duì)稱的形狀時(shí)，例如Y形、L形。當(dāng)發(fā)生地震時(shí)，在地震力的作用下，建筑物本身極容易發(fā)生扭轉(zhuǎn)，帶來巨大的地震破壞。因此，在進(jìn)行高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮建筑的平面形狀要相對(duì)簡(jiǎn)單，規(guī)則且對(duì)稱，在剛度和承載力方面分布均勻，減少不規(guī)則的平面設(shè)計(jì)和布置。必要時(shí)，針對(duì)較為復(fù)雜或者平立面不規(guī)則較突出的高程混凝土建筑，應(yīng)考慮增加防震縫的設(shè)計(jì)。
2.3構(gòu)件的破壞特點(diǎn)
有些高層混凝土建筑，采用了框架剪力墻結(jié)構(gòu)。當(dāng)發(fā)生地震時(shí)，建筑物內(nèi)的柱所受到的破壞程度，要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于板和梁所受到的破壞程度。同時(shí)，產(chǎn)生交叉性裂縫的地方經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)在剪力墻的窗臺(tái)下部。
2.4結(jié)構(gòu)體系破壞特點(diǎn)
建筑物不同的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在發(fā)生地震時(shí)，所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)破壞情況不一樣。剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是剛度能行號(hào)，承載力較高，但是結(jié)構(gòu)自身重要較大，且空間布置靈活度較差，無法滿足較大空間的需求；而框架結(jié)構(gòu)相對(duì)布置靈活，可以滿足空間上的需求，但是相對(duì)承載力較弱，抗震性能較差。往往在進(jìn)行高層混凝土建筑抗震設(shè)計(jì)時(shí)，采用框架剪力墻結(jié)構(gòu)，框架和剪力墻分工合作，可大大提高建筑物本身的承載力和抗震性能。
3高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析
相比于普通建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，抗震結(jié)構(gòu)的抗震性能更好，在遇到較嚴(yán)重的地震時(shí)，不會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的建筑損壞和崩塌的情況出現(xiàn)。因此，在進(jìn)行高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需要綜合考慮各種因素的影響，充分利用現(xiàn)代化的科學(xué)技術(shù)，確保建筑物在承受地震里影響時(shí)，安全穩(wěn)定。
3.1設(shè)計(jì)建筑主體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)
建筑質(zhì)量的好壞，與建筑工程的基礎(chǔ)工程密不可分。萬丈高樓起平地，如果地基的承載力不符合建筑工程的要求，一旦發(fā)生地震，即便是混凝土建筑的結(jié)構(gòu)再牢固，也會(huì)出現(xiàn)損壞甚至崩塌的風(fēng)險(xiǎn)。在進(jìn)行高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，首先要對(duì)建筑物所在地的地質(zhì)情況進(jìn)行勘察，采用科學(xué)的處理方法對(duì)地基進(jìn)行加固處理，確保有足夠的承載力保障建筑物的安全。目前，在高層混凝土建筑行業(yè)應(yīng)用范圍較為廣泛的是底框結(jié)構(gòu)，但這種結(jié)構(gòu)存在的弱點(diǎn)時(shí)剛度分布不均勻，容易出現(xiàn)上重下輕的情況，這對(duì)建筑物的整體架構(gòu)的安全與穩(wěn)定帶來較大的風(fēng)險(xiǎn)，一旦發(fā)生高烈度地震，可能會(huì)造成房屋開裂甚至坍塌。因此，相關(guān)設(shè)計(jì)人員，需要通過合理的措施，確保底框結(jié)構(gòu)的剛度分布均與，達(dá)到提升抗震性能的目的。
3.2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
結(jié)構(gòu)合理是建筑物設(shè)計(jì)的核心，決定了高層建筑抗震性能是否良好。因此，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)遵循以下設(shè)計(jì)要點(diǎn)：（1）平面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：對(duì)于建筑的平面結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)讓地震力的傳遞更加明確，在進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算分析時(shí)，結(jié)果更貼近于實(shí)際，結(jié)構(gòu)的抗震性能也更有保障。一般情況下，高層建筑的平面結(jié)構(gòu)以方形、矩形和圓形做好。由于異性結(jié)構(gòu)容易收到地震作用，發(fā)生較大的側(cè)移，所以盡量不要選擇異形結(jié)構(gòu)，例如L形、十字形等。（2）豎向結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：對(duì)于在進(jìn)行高層建筑的豎向結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)重視豎向結(jié)構(gòu)的均勻性。如果出現(xiàn)結(jié)構(gòu)布置不均勻，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)剛度和強(qiáng)度突變，引起構(gòu)件變形，會(huì)降低建筑物的抗震性能。常采用的豎向結(jié)構(gòu)立面形狀有矩形、梯形或者三角形。（3）結(jié)構(gòu)對(duì)稱性設(shè)計(jì)：在進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，為避免建筑出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，盡量選擇對(duì)稱結(jié)構(gòu)。非對(duì)稱的結(jié)構(gòu)由于質(zhì)量偏心的問題，很容易收到地震作用的影響，產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)震動(dòng)，從而導(dǎo)致建筑收到破壞，抗震性能下降。
3.3多道抗震防線的設(shè)計(jì)
現(xiàn)階段，多個(gè)延性分體系組成了高層混凝土建筑的抗震結(jié)構(gòu)，這些延性構(gòu)件之間，存在一定協(xié)調(diào)連接關(guān)系。由于地震發(fā)生時(shí)，常常伴有大大小小數(shù)十次的余震，如果在進(jìn)行高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，只設(shè)計(jì)了一道抗震防線，如果其在余震中產(chǎn)生了破壞，高層主體結(jié)構(gòu)也會(huì)相對(duì)應(yīng)的產(chǎn)生較嚴(yán)重的破壞，后果不堪設(shè)想。因此，相關(guān)設(shè)計(jì)人員在對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗震設(shè)防體系設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)謹(jǐn)慎認(rèn)真處理，為了提升主體結(jié)構(gòu)的屈服持續(xù)時(shí)間，加強(qiáng)其延性和抗側(cè)移能，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)遵循以下原則：（1）處于同一平面的主要構(gòu)件處于屈服狀態(tài)；（2）剩余抗側(cè)力部件處于彈性過程狀態(tài)。如果在設(shè)計(jì)過程中，出現(xiàn)某構(gòu)件的抗側(cè)移值較大，而導(dǎo)致其他結(jié)構(gòu)構(gòu)件的強(qiáng)度不夠的情況時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)構(gòu)建的抗側(cè)移能力，或者提升個(gè)別部件的配筋率。
3.4使用多種抗震計(jì)算方法
通過正確的計(jì)算相關(guān)抗震結(jié)構(gòu)的位移情況，采用定量的方式，對(duì)高層混凝土建筑抗震方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以保障設(shè)計(jì)出來的抗震結(jié)構(gòu)，在產(chǎn)生變形時(shí)，可以控制在可控范圍內(nèi)，確保建筑物的抗震性能符合抗震要求。在進(jìn)行計(jì)算建筑物主要結(jié)構(gòu)的承載力時(shí)，需要根據(jù)以下數(shù)據(jù)，結(jié)合位移與結(jié)構(gòu)之間的變形關(guān)系，最終確定主要結(jié)構(gòu)的變形情況：（1）在地震力作用下，層間位移角的數(shù)值；（2）在地震力作用下，延性位移的數(shù)值；此外，為了降低在發(fā)生地震時(shí)，高層混凝土建筑的破壞程度，在輸入地震能力時(shí)，應(yīng)盡可能采用最低數(shù)值。
3.5抗震加固設(shè)計(jì)
3.5.1選用螺旋復(fù)合箍筋
為了提升柱子的抗沖剪能力，加強(qiáng)短柱的抗震性能，可以選用螺旋復(fù)合箍筋對(duì)柱子進(jìn)行抗震加固處理。
3.5.2選用分體柱
通常情況下，高層混凝土建筑的短柱的抗剪能力，要弱于其抗彎性能。這造成了當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí)，建筑物收到地震力的作用，短柱還沒有展現(xiàn)其抗彎性能，就已經(jīng)因?yàn)槌惺艿募羟辛Ω哂谄涑惺苣芰?，而產(chǎn)生破壞，最終導(dǎo)致高層混凝土建筑產(chǎn)生損壞。因此，在進(jìn)行相關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，必須采取有效的措施確保短柱的抗剪與抗彎性能向匹配，常采用的設(shè)計(jì)方式為分體柱。通過對(duì)柱子進(jìn)行豎向設(shè)縫之后分成分體柱，然后在針對(duì)相對(duì)應(yīng)的分體柱進(jìn)行配筋布置，從而達(dá)到減小其抗彎性能，使得短柱變?yōu)殚L(zhǎng)柱，最終達(dá)到提高抗震性能的目的。
4結(jié)語
綜上所述，高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)的安全和穩(wěn)定，關(guān)系著城市居民的自身安全。通過對(duì)其抗震結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以大大的提升人民的生活質(zhì)量，減少地震發(fā)生時(shí)所造成的損失。相關(guān)的設(shè)計(jì)人員應(yīng)加強(qiáng)對(duì)抗震結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)和了解，通過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)挠?jì)算和科學(xué)的合理的分析，設(shè)計(jì)出符合抗震要求的高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)。
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作者:陳鵬 單位:貴陽市建筑設(shè)計(jì)院有限公司
