高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定設(shè)計(jì)分析

常廣寶

青島市黃島區(qū)人才交流服務(wù)中心 山東青島 266000

改革開放后國內(nèi)的經(jīng)濟(jì)進(jìn)步是非常迅速的，人們對居住的要求不斷提升，這些導(dǎo)致了建筑業(yè)的不斷變化，建筑材料以及技術(shù)不斷進(jìn)步，讓高層建筑可以借助更加先進(jìn)的技術(shù)以及材料，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的建設(shè)。高層建筑的層數(shù)更多，高度更高，很多以往的一些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方式不再適用，同時(shí)因?yàn)閷訑?shù)的增加，結(jié)構(gòu)的風(fēng)荷載以及受地震作用也是要考慮的關(guān)鍵問題。總體上來說，高層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是更加復(fù)雜的，要考慮到的各方面因素也是更加多樣化。

1 高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求

1.1 安全性

在安全性這方面主要是要保證建筑在使用過程中的安全，相應(yīng)的技術(shù)和施工人員要對建筑物的承載力、剛度等各個(gè)方面進(jìn)行詳細(xì)的考慮，最重要的是要保證建筑物能夠應(yīng)對突發(fā)狀況，在出現(xiàn)突發(fā)事件時(shí)能夠保持穩(wěn)定，不會(huì)出現(xiàn)坍塌等較為重大的安全事故[1]。

1.2 可靠性

可靠性指的是建筑物在一定的時(shí)間所能保證的承載力、強(qiáng)度等性能，確保建筑物在其使用年限內(nèi)不出現(xiàn)性能大幅度下降的問題。每個(gè)建筑都會(huì)有其規(guī)定的使用年限，當(dāng)其使用到達(dá)其規(guī)定的時(shí)間后應(yīng)該停止使用，原因是此時(shí)的建筑可靠性已經(jīng)嚴(yán)重下降，不適宜居住。

1.3 適用性

建筑物要確保居民能夠正常進(jìn)行生活，這就是建筑物的適用性，技術(shù)與施工人員要確保建筑物在使用之時(shí)不會(huì)出現(xiàn)裂縫變形等問題，確保居民的正常安全生活。

2 高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)

2.1 剛重比和位移限值之間的關(guān)系

現(xiàn)行規(guī)程針對不同類型的結(jié)構(gòu)體系給出相應(yīng)的位移限值，用于控制結(jié)構(gòu)剛度，防止其過弱。然而，結(jié)構(gòu)即便滿足這一限值，也不代表可以滿足穩(wěn)定設(shè)計(jì)中剛重比控制值要求。尤其是在水平荷載相對較小的情況中，剛度減小時(shí)，經(jīng)計(jì)算確定的位移依然可以達(dá)到限值要求；但在穩(wěn)定設(shè)計(jì)過程中，剛度控制和水平荷載之間沒有任何關(guān)系[2]。如果水平荷載相對較小，經(jīng)計(jì)算確定的剪重比在0．015以內(nèi)，則剛重比即便相對較弱，也可達(dá)到位移限值要求，然而無法滿足控制值要求。丹麥與荷蘭所用建筑規(guī)范不僅提出了位移限值，還對水平荷載取值進(jìn)行了規(guī)定，即在風(fēng)荷載與豎直方向荷重1．5%中選取較大值，以此確保結(jié)構(gòu)符合穩(wěn)定設(shè)計(jì)相關(guān)要求。如果結(jié)構(gòu)有很大水平方向荷載，經(jīng)計(jì)算確定的剪重比超過0．035，則結(jié)構(gòu)能達(dá)到位移限值的要求，同時(shí)滿足控制值要求。

可見，對剛重比進(jìn)行控制是穩(wěn)定設(shè)計(jì)重要內(nèi)容，特別是當(dāng)結(jié)構(gòu)水平方向荷載相對較小時(shí)，若只按照規(guī)范的位移限制進(jìn)行控制，則會(huì)使實(shí)際剛度較低，難以達(dá)到穩(wěn)定設(shè)計(jì)最終要求。

2.2 建筑結(jié)構(gòu)的周期性折減系數(shù)

填充墻是高層建筑中較為特殊的一個(gè)部件，在框架結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)中都有運(yùn)用，填充墻會(huì)增加相應(yīng)結(jié)構(gòu)的剛度和周期，為了確保整體房屋結(jié)構(gòu)的安全和穩(wěn)定，相應(yīng)的設(shè)計(jì)和施工人員要根據(jù)剪力的大小來對周期進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，以此來確保整體房屋建筑的穩(wěn)定性。在框架結(jié)構(gòu)中進(jìn)行填充墻的砌筑時(shí)要對周期系數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的折減，根據(jù)實(shí)際情況和以往經(jīng)驗(yàn)來確定折減系數(shù)的大小，通常情況下在0．6～0．7之間；如果在砌筑填充墻的過程中使用了輕質(zhì)的砌塊或者整體的輕質(zhì)墻板，那么相應(yīng)的折減系數(shù)要提高[3]。

2.3 把握好整體結(jié)構(gòu)延性設(shè)計(jì)

需要將結(jié)構(gòu)耗能的能力進(jìn)行充分的發(fā)揮，防止出現(xiàn)結(jié)構(gòu)瞬時(shí)以及脆性的破壞，在遇到地震以及極強(qiáng)風(fēng)荷載的情況下，高層的高度原因，需要結(jié)構(gòu)具備極強(qiáng)的抗側(cè)強(qiáng)度以及延性，對水平荷載抵抗抵消。允許結(jié)構(gòu)的一些構(gòu)件出現(xiàn)塑性鉸，可以對地震的能量進(jìn)行不斷的消耗。防止一些重要的構(gòu)件被破壞，造成不良的后果。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，要把握好一些關(guān)鍵構(gòu)件的延性設(shè)計(jì)，比如傳遞水平力的構(gòu)件以及抗側(cè)力構(gòu)件，要注意結(jié)構(gòu)延性的整體設(shè)計(jì)，在地震下可以讓結(jié)構(gòu)保持安全，并減少造價(jià)。

2.4 設(shè)計(jì)抗震建筑方案

設(shè)計(jì)抗震建筑方案是在建筑施工前必須進(jìn)行的，在設(shè)計(jì)抗震建筑方案時(shí)，應(yīng)對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行重點(diǎn)設(shè)計(jì)，能夠提高建筑抗震系數(shù)，保障建筑物在地震來臨時(shí)的安全。

對于混凝土結(jié)構(gòu)的建筑而言，建筑場地的選址應(yīng)做到嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)的調(diào)研，這對確保高層建筑整體在地震當(dāng)中的安全性尤為重要。其中對每一個(gè)建筑選址應(yīng)做到結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際綜合地理情況、地形地貌研究等。設(shè)計(jì)人員必須事先掌握房屋內(nèi)地震作用的傳遞路徑，在對其進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注意盡量內(nèi)部應(yīng)力實(shí)現(xiàn)均勻性，從而提升整體建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性[4]。在進(jìn)行抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需要針對抗震規(guī)范、抗震結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行設(shè)計(jì)，根據(jù)實(shí)際施工設(shè)計(jì)簡圖，明確相應(yīng)的抗震傳遞途徑，從而有效避免因?yàn)榫植繂栴}導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)構(gòu)件被破壞，以此保證抗震能力受打擊。方案設(shè)計(jì)人員應(yīng)充分考慮建筑場地的特點(diǎn)，對建筑物的抗壓能力進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，對不同等級的地震產(chǎn)生的影響進(jìn)行計(jì)算、推演，要對其布局進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，最大程度的使高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)各種設(shè)施之間保持平衡分布。施工單位應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)方案進(jìn)行，有利于確保建筑物的剛度符合抗震標(biāo)準(zhǔn)[5]。

3 結(jié)語

總之，高層建筑已經(jīng)是國內(nèi)建筑業(yè)如今的主流，高層與多層建筑是截然不同的，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面有著更加復(fù)雜的要求，諸多的方法以及技術(shù)是需要進(jìn)行改進(jìn)的，不斷有新技術(shù)以及新材料出現(xiàn)并被應(yīng)用到建筑領(lǐng)域，高層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也是會(huì)達(dá)到更高的層面上，設(shè)計(jì)人員一定要加強(qiáng)自身的專業(yè)能力。