高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計研究

張民君

（廣東鴻宇建筑與工程設(shè)計顧問有限公司，廣東 東莞 523000）

0 引言

高層混凝土建筑以居住為主，在建筑施工過程中為了提升工程建設(shè)安全性、保證施工質(zhì)量，需對建筑物進(jìn)行抗震設(shè)計。在進(jìn)行建筑物抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計時，須將安全性放在首位，并對施工中可能產(chǎn)生的風(fēng)險進(jìn)行有效評估，制定針對性的設(shè)計方案，以使建筑安全得到保障，確保居民生活質(zhì)量。

1 高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計要求

1.1 提升計算精確度，把握結(jié)構(gòu)剛度

高層混凝土建筑的施工過程中，抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計起著重要作用，需要在籌劃期間對相關(guān)計算精確度進(jìn)行有效把握，在此基礎(chǔ)上將剛度控制在合理范圍內(nèi)，同時對建筑的地質(zhì)地貌、設(shè)備運(yùn)行情況及物理力學(xué)等方面進(jìn)行全面考慮。只有這樣才能對建筑高度進(jìn)行切實(shí)規(guī)劃，并在建設(shè)過程中合理調(diào)整。同時，還應(yīng)對建設(shè)場地地質(zhì)條件進(jìn)行全面了解，最大程度上把建筑地基承載力及差異沉降控制在一定范圍內(nèi)，既可提高建筑抗震性能，又為建筑質(zhì)量的提升奠定良好的基礎(chǔ)。

1.2 確保位置正確解析，注重部件間的連接

對高層混凝土建設(shè)進(jìn)行抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計時，需對重要位置的重要特點(diǎn)進(jìn)行解析，使不同部件之間有效連接。同時，還應(yīng)對其進(jìn)行詳細(xì)計算與合理調(diào)整，最大程度上提高建筑整體結(jié)構(gòu)的安全性。此外，還可將以往地震災(zāi)害作為重要參考，對建筑進(jìn)行有針對性的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計。若采用降低建筑物剛度的做法，會使建筑物在地震時發(fā)生結(jié)構(gòu)破壞情況，為此，需對加護(hù)物抗震能力進(jìn)行提升，使建筑物破壞性降至最低。

2 高層建筑的破壞因素

2.1 地基引起的破壞

地震作用對高層混凝土建筑的破壞性非常大，特別是對其地基的影響最大。由于高層建筑的基礎(chǔ)處在承載力較低的土層中，地震時土體產(chǎn)生一定的液化現(xiàn)象，使建筑物下沉，建筑物上部隨之出現(xiàn)傾斜，嚴(yán)重時發(fā)生倒塌。此外，如果建筑物發(fā)生不均勻下沉情況，使建筑物整體受力不均勻，出現(xiàn)裂縫或坍塌，不但對建筑物造成嚴(yán)重破壞，而且嚴(yán)重威脅人們的生命財產(chǎn)安全。

2.2 剛度不均勻?qū)е碌钠茐?/h3>

一些高層混凝土建筑在建設(shè)過程中，主體結(jié)構(gòu)在一定程度上出現(xiàn)不對稱，在此情況下，若發(fā)生地震，建筑物在地震作用下出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)，對建筑物造成較大破壞。為此，在進(jìn)行高層混凝土建設(shè)時，需進(jìn)行抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計，不僅要確保平面形狀的簡潔性，還要保證主體結(jié)構(gòu)的對稱性。此外，建筑物的剛度與承載力的分布必須保持均勻，在進(jìn)行平面設(shè)計與布置過程中應(yīng)降低其不規(guī)則情況；對平立面不規(guī)則建筑應(yīng)進(jìn)行防震縫設(shè)計，最大程度上提高建筑物的抗震性能。

2.3 結(jié)構(gòu)體系不同引起的抗震性能差異

由于建筑物結(jié)構(gòu)特點(diǎn)有較大不同，在遇到地震時，出現(xiàn)的結(jié)構(gòu)破壞情況有較大的差異性。剪力墻結(jié)構(gòu)最大優(yōu)點(diǎn)是承載力較高，但空間布置的靈活性較差，不能有效滿足空間需求。框架結(jié)構(gòu)的建筑物布置相對靈活，能有效滿足空間需求，但其抗震性能隨著承載力的降低而下降。在對高層混凝土建筑進(jìn)行抗震設(shè)計過程中，一般采用框架-剪力墻結(jié)構(gòu)或剪力墻結(jié)構(gòu)，并將框架與剪刀墻進(jìn)行有效結(jié)合，能提升建筑自身的承載力，為抗震性能的全面提升奠定良好的基礎(chǔ)。

3 高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計分析

剪力墻結(jié)構(gòu)相比其他建筑結(jié)構(gòu)，在抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計方面具有較大優(yōu)勢，抗震性能更好（見表1）。

3.1 建筑主體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)計

建筑基礎(chǔ)工程直接關(guān)系到建筑質(zhì)量，主要由于地基需承受上部建筑壓力，由此看出建筑基礎(chǔ)對于建設(shè)質(zhì)量的重要性。若地基基礎(chǔ)承載能力較低，即使上部結(jié)構(gòu)較為牢固，也會大大降低整體結(jié)構(gòu)的安全性。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，首先需對建筑物地質(zhì)情況進(jìn)行勘察，通過科學(xué)方法進(jìn)行設(shè)計，最大程度滿足沉降及承載力要求，提高整體結(jié)構(gòu)的安全性能。

3.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中應(yīng)遵循以下3方面要點(diǎn)：①平面結(jié)構(gòu)設(shè)計 在建筑物平面結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，水平構(gòu)件傳力路徑直接的結(jié)構(gòu)設(shè)計會提升地震作用的傳遞，對其計算時，計算結(jié)果更接近實(shí)際，可提升抗震性能；②豎向結(jié)構(gòu)設(shè)計 在進(jìn)行豎向結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)重視豎向結(jié)構(gòu)的均勻性。如果結(jié)構(gòu)布置不均勻，會導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)的剛度與強(qiáng)度發(fā)生較大變化，從而降低建筑物抗震性能；③結(jié)構(gòu)均勻性設(shè)計 在對高層建筑進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計時對豎向構(gòu)件的布置應(yīng)遵循周邊均勻、對稱原則，有效提高結(jié)構(gòu)整體抗扭剛度，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的抗扭能力。

表1 各類建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能

3.3 多道抗震防線的設(shè)計

建筑抗震結(jié)構(gòu)延性構(gòu)件之間存在一定的協(xié)調(diào)與連接關(guān)系，因地震中會出現(xiàn)較多余震，若只設(shè)計道抗震防線，在余震中對建筑物造成破壞，使高層建筑物主體結(jié)構(gòu)遭受更嚴(yán)重的破壞甚至倒塌。所以，要求設(shè)計人員在設(shè)計結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗震設(shè)防體系時，為提高主體結(jié)構(gòu)屈服持續(xù)時間，需加強(qiáng)對高層建筑物的抗倒塌性與延性的設(shè)計。另外，設(shè)計時還應(yīng)遵循2個原則：設(shè)置多道抗震設(shè)防體系；抗側(cè)力構(gòu)件及重要水平構(gòu)件（如轉(zhuǎn)換梁等）后于普通構(gòu)件破壞，讓連梁等先破壞吸收地震能量。

3.4 承載力與變形控制

在抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)對結(jié)構(gòu)位移情況進(jìn)行分析計算，一般采用定量方式計算建筑物在設(shè)防烈度作用下的位移，有效確保設(shè)計后的抗震結(jié)構(gòu)在出現(xiàn)變形時能保持在可控范圍內(nèi)，使建筑物抗震性能符合設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)要求。在對建筑結(jié)構(gòu)承載力進(jìn)行計算時，還應(yīng)根據(jù)層間位移角數(shù)值與延性位移數(shù)值，結(jié)合位移與承載力之間的變形關(guān)系，對結(jié)構(gòu)變形進(jìn)行分析。

3.5 短柱抗震設(shè)計

3.5.1 選用螺旋復(fù)合箍筋

為提高柱的抗沖剪能力，需提高短柱的抗震性能。一般情況下需使用螺旋復(fù)合箍筋對柱進(jìn)行有效的抗震處理，使建筑結(jié)構(gòu)的安全度更高，有效應(yīng)對地震帶來的沖擊。

3.5.2 選用分體柱

一般情況下高層建筑中的短柱抗剪能力與抗彎能力相比較弱，導(dǎo)致地震過程中無法使抗彎性能充分發(fā)揮。所以，需采用分體柱方法來改善短柱抗剪與抗彎能力，以達(dá)到提升抗震性能的效果。

4 結(jié)語

我國建筑行業(yè)已逐步成為較重要的社會經(jīng)濟(jì)支柱，因此，施工質(zhì)量與結(jié)構(gòu)安全越來越受到人們的關(guān)注。施工企業(yè)通過對高層混凝土建筑進(jìn)行抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計，可有效提升建筑主體結(jié)構(gòu)的安全性，最大程度保障地震發(fā)生時居民的人身安全。