探討高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計

摘要：高層混凝土建筑具有良好的抗震性，在地震災(zāi)害來臨之際可以有效的對人民的生命財產(chǎn)安全提供保護(hù)，在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計時，就必須要通過其受力的特點、建筑結(jié)構(gòu)的體系、建筑結(jié)構(gòu)的布置等進(jìn)行詳細(xì)的分析，然后再進(jìn)行建造。只有這樣才能保證高層混凝土建筑擁有良好的抗震能力，才能使人們的生命財產(chǎn)安全受到有效保護(hù)。

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

1.高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求

就現(xiàn)在的情況而言，要想使高層混凝土建筑達(dá)到良好的抗震效果，例如，在地震較弱的時候，整體結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定牢固不破損;遇到中等程度的地震，能夠經(jīng)過相關(guān)的維修仍可投入使用;地震較為嚴(yán)重時，高層建筑要做到不傾倒，就需要在設(shè)計時，綜合考慮剛?cè)崤浜希Y(jié)構(gòu)各方受力科學(xué)合理，根據(jù)具體的情況來針對性進(jìn)行規(guī)劃，必須按照“強剪弱彎”的設(shè)計規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)來提高建筑結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。

一方面，高層混凝土建筑在設(shè)計規(guī)劃時，一定要把握好結(jié)構(gòu)剛度值的大小，經(jīng)過精確的計算分析，充分了解地質(zhì)地形條件、所用建材性能、機械設(shè)備運行參數(shù)、物理力學(xué)知識等內(nèi)容，最終確定高層結(jié)構(gòu)的整體剛度強弱或者某個結(jié)構(gòu)設(shè)施的剛度，依靠連接設(shè)置的調(diào)節(jié)作用，力求保證抗震能力的提高，盡量讓整個建筑波動受力保持在地質(zhì)所能支持的范圍之間。也就是說，如果其基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生小幅度的變形，結(jié)構(gòu)的自我調(diào)節(jié)功能就會使得整體結(jié)構(gòu)不發(fā)生大幅度改變，在經(jīng)過一些維護(hù)工作之后，仍然具有使用價值。

另一方面，在結(jié)構(gòu)設(shè)計以及規(guī)劃時，結(jié)構(gòu)工程師一定要著重關(guān)鍵構(gòu)件和連接點的受力情況，采取相關(guān)措施進(jìn)行有效調(diào)節(jié)，可以達(dá)到消災(zāi)減震的目的，盡最大程度地降低地震災(zāi)害帶來的損失。根據(jù)有關(guān)地震災(zāi)害統(tǒng)計，剛度過于柔和的高層混凝土建筑受到強大的震動作用后，其主體結(jié)構(gòu)受到了一定程度的損毀，然而在余震的相繼作用之下，就會受到持續(xù)損壞導(dǎo)致崩塌。

總之，對于高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)的設(shè)計，一定要保證其結(jié)構(gòu)具備適宜的剛度，還要改善其延性等特點，進(jìn)而增強其整體結(jié)構(gòu)的抗震性能。

2.高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本原則

在地震發(fā)生區(qū)進(jìn)行高層混凝土建筑的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)考慮高層建筑的抗震性能。在合理抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計的基礎(chǔ)上，能夠使高層建筑物達(dá)到小震不壞、中震能修、大震不倒的設(shè)計原則。

第一，在進(jìn)行框架結(jié)構(gòu)的設(shè)計時，盡量保持節(jié)點的完整性，分散使梁、柱端的塑性鉸，發(fā)揮高層混凝地建筑整體結(jié)構(gòu)的抗震能力。為使鋼筋砼結(jié)構(gòu)在地震作用下能夠存在較強的延性和承載力，應(yīng)盡可能根據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求，如“強柱弱梁”、“強剪弱彎”、“強底層柱”、“強節(jié)點弱構(gòu)件”的原則，同時注意柱截面尺寸的合理性，使柱的軸壓比得到有效控制。

第二，盡量設(shè)置多道抗震防線。通常在強烈地震發(fā)生后會存在多次的余震，如只設(shè)一道防線，則會加劇建筑物的破壞度，甚至造成高層建筑坍塌。抗震結(jié)構(gòu)體系應(yīng)具備最大數(shù)量的內(nèi)部、外部冗余度以及各種分布的屈服區(qū)，同時，其結(jié)構(gòu)構(gòu)件具有較強的延性和較高的剛度，能吸收大量的地震能量，增強結(jié)構(gòu)抗震性能，降低地震對高層建筑物的破壞程度。

第三，加強短柱的受壓承載力，這樣有利于減小柱截面面積、增大剪跨比，從而使整個結(jié)構(gòu)的抗震性能得到明顯提高。加強短柱的受壓承載力最簡單的方法便是增強混凝土的強度等級，也就是通過高強度的混凝土來使柱子的受壓承載力得以加強，從而使軸壓比得以降低。但由于高強度混凝土材料自身延性低的緣故，在采用時最好能與其他措施加以配合。

3.改善高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計的有效對策

3.1加強建材的選擇

對于建筑工程而言，其材料屬于基礎(chǔ)，因此在抗震方案設(shè)計中，不可忽視建材的選擇。為了提高建材的的抗震性能，不僅需要對建材承受力進(jìn)行分析，還應(yīng)應(yīng)加強建材的抗震性能參數(shù)分析，從整體上進(jìn)行所有建材的參數(shù)變異性的分析。換句話說，從抵抗地震來選擇建材就應(yīng)控制好建筑結(jié)構(gòu)的延性，為了達(dá)到這個方面的需求，就需要選擇滿足抗震需求同時也經(jīng)濟(jì)適用的建材。

3.2選擇良好的抗震結(jié)構(gòu)體系

（1）抗側(cè)力構(gòu)件應(yīng)布置合理。如在框架―剪力墻結(jié)構(gòu)中，剪力墻宜均增布置在建筑物的周邊附近、樓梯間、電梯間、平面形狀變化及恒載較大的部位，剪力墻間距不宜過大;平面形狀凹凸較大時，宜在凸出部分的端部附近布置剪力墻;縱、橫剪力墻宜組成L型、T型和[型等形式;剪力墻宜貫通建筑物的全高，避免剛度突變;剪力墻開洞口宜上下對齊;抗震設(shè)計時，剪力墻的布置宜使結(jié)構(gòu)各主軸方向的側(cè)向剛度接近。

（2）結(jié)構(gòu)的整體性要好。高層建筑結(jié)構(gòu)中，樓蓋對于結(jié)構(gòu)的整體性起到非常重要的作用。樓蓋相當(dāng)于水平隔板，它不僅聚集和傳遞慣性力到各個豎向抗側(cè)力的子結(jié)構(gòu)，而且要使這些子結(jié)構(gòu)能協(xié)同承受地震作用，特別是當(dāng)豎向抗側(cè)力子結(jié)構(gòu)布置不均勻或布置復(fù)雜或各抗側(cè)力子結(jié)構(gòu)水平變形特征不同時，整個結(jié)構(gòu)就要依靠樓蓋使各抗側(cè)力子結(jié)構(gòu)能協(xié)同工作。樓蓋體系最重要的作用是提供足夠的平面內(nèi)剛度和抗力，并與豎向各子結(jié)構(gòu)有效連接。所以房屋的頂層、結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層、平面復(fù)雜或開洞過大的樓層、作為上部結(jié)構(gòu)嵌固部分的地下室樓層應(yīng)采用現(xiàn)澆樓蓋結(jié)構(gòu)。

3.3建筑布置宜規(guī)則

高層建筑應(yīng)重視體形和結(jié)構(gòu)的總體布置。由于建筑體形不合理或結(jié)構(gòu)總體布置不合理而造成的地震災(zāi)害，在國內(nèi)外的大地震中都有所見。抗震設(shè)計選擇的建筑平面和立面布置宜對稱、規(guī)則，避免采用嚴(yán)重不規(guī)則的結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)的剛度宜均勻變化，豎向抗側(cè)力構(gòu)件的截面尺寸和材料強度宜自下而上逐漸減小，避免有剛度和承載力突然變小的樓層，造成薄弱層的出現(xiàn)，地震時薄弱層破壞導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失效。

3.4高度的確定

按我國現(xiàn)行高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程（JGJ3-2002）規(guī)定，在一定設(shè)防烈度和一定結(jié)構(gòu)型式下，鋼筋混凝土高層建筑都有一個適宜的高度。這個高度是我國目前建筑科研水平、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和施工技術(shù)水平下，較為穩(wěn)妥的，也是與目前整個土建規(guī)范體系相協(xié)調(diào)的。可實際上，已有許多混凝土結(jié)構(gòu)高層建筑的高度超過了這個限制。對于超高限建筑物，應(yīng)當(dāng)采取科學(xué)謹(jǐn)慎的態(tài)度：一要結(jié)構(gòu)方案有專家論證，二要有模型振動臺試驗。在地震力作用下，超高限建筑物的變形破壞性態(tài)會發(fā)生很大的變化。因為隨著建筑物高度的增加，許多影響因素將發(fā)生質(zhì)變，即有些參數(shù)本身超出了現(xiàn)有規(guī)范的適宜范圍，如安全指標(biāo)、延性要求、材料性能、荷載取值、力學(xué)模型選取等。

3.5推廣使用隔震和消能減震設(shè)計

目前我國和世界各國普遍采用的傳統(tǒng)抗震結(jié)構(gòu)體系是“延性結(jié)構(gòu)體系”，即適當(dāng)控制結(jié)構(gòu)物的剛度，但容許結(jié)構(gòu)構(gòu)件在地震時進(jìn)入非彈性狀態(tài)，并具有較大的延性，以消耗地震能量，減輕地震反應(yīng)，使結(jié)構(gòu)物“裂而不倒”。采取軟墊隔震、滑移隔震、擺動隔震、懸吊隔震等措施，改變結(jié)構(gòu)的動力特性，減少地震能量輸入，減輕結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)，是一種很有效的防震措施。提高結(jié)構(gòu)阻尼，采用高延性構(gòu)件，能夠提高結(jié)構(gòu)的耗能能力，減小地震作用，減小樓層地震剪力。隨著社會的不斷發(fā)展，對各種建筑物和構(gòu)筑物的抗震減震要求越來越高，地震控制體系具有傳統(tǒng)抗震體系所難以比擬的優(yōu)越性，在未來的建筑結(jié)構(gòu)中將得到越來越廣泛的應(yīng)用。

3.6建筑結(jié)構(gòu)抗震性能的提升

高層建筑與一般建筑之間的區(qū)別在于受力特性上，尤其是在地震區(qū)開展高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，除了要保證足夠大的剛度與強度，更應(yīng)具備良好的抗震性能。對高層建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震設(shè)計與研討，使得建筑結(jié)構(gòu)抗震性能得到提升，最終實現(xiàn)“小震不壞，中震可修，大震不倒”的目標(biāo)。為了實現(xiàn)這樣的目標(biāo)，有些地區(qū)在進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的時候利用了塑性變形來吸收地震產(chǎn)生的能量，從而實現(xiàn)地震破壞的減小，這種方法已經(jīng)得到了一定的推廣及應(yīng)用，取得了良好的效果。

4.結(jié)語

隨著經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，高層建筑的不斷增多，抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計的作用顯得越來越重要。隨著高層結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，分析難度大，全面細(xì)致的考慮結(jié)構(gòu)各個構(gòu)件和每個組成部分，成為今后高層建筑結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計和考慮的重點。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計工作者也應(yīng)在以后的設(shè)計過程中明確結(jié)構(gòu)設(shè)計的重點。

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