高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計探討

馬佳

摘要：地震是一個破壞力極強的一個自然災(zāi)害，對建筑物的結(jié)構(gòu)有著非常嚴(yán)重的危害，同時也對人們的生命、財產(chǎn)安全有著非常嚴(yán)重的損害。隨著地震案例的頻發(fā)生，我國的建筑行業(yè)越來越重視建筑物的抗震問題。為此本文對高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行探討，首先講述了高層結(jié)建筑混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求，其次找出了高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在的問題，最后提出了幾點改進(jìn)建筑物抗震設(shè)計中存在問題的有效措施。希望對我國高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計有所幫助。

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

Abstract： Earthquake is a very destructive natural disaster， which has a very serious damage to the structure of buildings， also to people’s lives and property safety. With the frequent occurrence of earthquake cases， China’s construction industry has paid more and more attention to the anti-seismic problems of buildings. In this paper， the anti-seismic structure design of high-rise concrete buildings is discussed. Firstly， the design requirements of concrete structure of high-rise buildings are described. Secondly， the existing problems in the anti-seismic structure design of high-rise concrete buildings are found out. Finally， some effective measures to improve the existing problems in the anti-seismic design of buildings are put forward. It is hoped to be helpful to the anti-seismic design of high-rise concrete buildings in China.

Keywords： High rise; concrete buildings; structure design

一、前言

現(xiàn)階段，我國高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計中還存在很多問題，影響著建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。其中的影響因素主要包括建筑場地選址不正確、建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理、建筑物高度不達(dá)標(biāo)、建筑使用的材料不合理以及抗震設(shè)計的強度不高。正是因為存在以上問題，所以導(dǎo)致我國高層建筑物的抗震能力沒有得到顯著的提升。為此本文對高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行研究，最后提出了幾點完善性措施。

二、高層結(jié)建筑混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求

高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)的設(shè)計應(yīng)當(dāng)具有較好的抗震能力，只有這樣才能保證高層建筑物在遇到地震的時候保持不傾斜的狀態(tài)。在遇到中等地震的時候，在經(jīng)過簡單的維修之后，建筑物仍然可以投入使用，在遇到微弱的地震的時候，對于高層混凝土建筑物沒有任何影響，仍然保持著穩(wěn)定的狀態(tài)[1]。（如圖1）。商貿(mào)大廈在設(shè)計抗震結(jié)構(gòu)的時候，必須從全方面來考慮影響因素，采用剛?cè)崤浜系姆绞剑瑏硖嵘炷两ㄖ锏氖芰η闆r，結(jié)合高層建筑物的實際情況，進(jìn)行設(shè)計與規(guī)劃，以此來滿足強剪強彎的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范，保證混凝土建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

（一）在設(shè)計高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)的時候，必須掌握建筑物的剛度要求，還要從全方面的了解高層混凝土建筑的物理力學(xué)知識、機械設(shè)備運行、建材性能、施工現(xiàn)場地形等[2]。只有做好充足的前期準(zhǔn)備才能更好的確定混凝土建筑的剛度，之后在借助建筑結(jié)構(gòu)的連接設(shè)置，經(jīng)過適當(dāng)?shù)恼{(diào)整與調(diào)節(jié)，以此來不斷的提升混凝土的抗震結(jié)構(gòu)的抗震效果，以此來保證建筑在遇到地震的時候能保持自身的穩(wěn)定性。如果高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)部分出現(xiàn)了微小的變化，但是通過建筑自身的調(diào)解功能，在經(jīng)過簡單的維修之后，不會影響建筑物的后期使用。

（二）高層混凝土建筑在進(jìn)行規(guī)劃以及設(shè)計抗震結(jié)構(gòu)的時候，設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)重點考察建筑的連接點位置以及某些構(gòu)件的受力情況，然后在根據(jù)考察得到的結(jié)構(gòu)，制定出針對性的抗震措施。如果高層混凝土建筑的剛度較為柔和，那么在經(jīng)過地震之后建筑物就會受到很大的影響，并在地震之后的余震中，建筑物還會持續(xù)受到影響，在嚴(yán)重一點甚至?xí)?dǎo)致建筑崩塌[3]。根據(jù)表1中的數(shù)據(jù)看我們也可以了解到，高層混凝土建筑物的剛度等級越高，地震對于建筑物的影響越小。

（三）高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計，應(yīng)當(dāng)在設(shè)計的過程中不斷地完善混凝土的延展性，以此來保證建筑物能夠具有較強的剛度，進(jìn)而提升建筑的抗震能力。地震又可以分為遠(yuǎn)震與近震，并且地震場地平均加速度、速度、位移也是不同的。接下來我們對地震的場地平均加速度、速度、位移進(jìn)行了詳細(xì)的研究[4]。（詳細(xì)數(shù)據(jù)請見表2）

三、高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在的問題

（一）建筑場地選址不正確

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，建筑行業(yè)也得到迅速的發(fā)展，城市化的建設(shè)速度也在逐漸加快，進(jìn)而也使得城市中的土地資源變得非常稀少。正是因為這樣，所以，很多建筑單位在進(jìn)行選址的時候，必須對項目周邊的地理位置、自然條件、氣候環(huán)境等方面進(jìn)行全方位的了解，以此來保證建筑單位所選擇的場地中的土壤、土質(zhì)能夠符合我國建筑施工的規(guī)定。如果選的建筑施工場地的土質(zhì)較軟，并且土壤較為松散，那么，在此地面上建設(shè)建筑物，在遇到地震自然災(zāi)害的時候，建筑物便會受到很大的影響，嚴(yán)重還容易出現(xiàn)下陷以及崩塌的事件發(fā)生，建筑物的主體結(jié)構(gòu)會在瞬間造到巨大的破壞，嚴(yán)重危害著人們的財產(chǎn)安全問題，甚至還會危害到人們的生命。由此也可以看出，建筑場地選址不正確是高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在的較為嚴(yán)重的問題。

（二）建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理

在高層混凝土建筑物遇到地震災(zāi)害的時候，建筑物的主體框架會在第一時間遭到破壞，其次建筑的主要支柱在受到外界力量的干擾下也會出現(xiàn)變形的現(xiàn)象。建筑物的抗震能力主要就是來源于建筑物延性結(jié)構(gòu)的抗震性能，自身的延性能力越強，建筑物的抗震能力也就越好，所以工程技術(shù)人員在對建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計的時候，必須考慮到建筑物的延性問題，爭取采用有效的措施，來提升建筑物的延性，以此來增強建筑物整體的穩(wěn)定性[5]。其中的延性結(jié)構(gòu)的作用原理就是將地震給建筑帶來的破壞成功的轉(zhuǎn)移到建筑物的其他位置上，使得建筑物的其他構(gòu)件能夠與主體結(jié)構(gòu)一起承擔(dān)地震的危害，進(jìn)而對建筑物的結(jié)構(gòu)起到一個保護(hù)的作用。但是，在實際的建筑是工作過程，對于建筑物延性設(shè)計方面還存在一些問題，如果不能妥善地處理好這些問題，那么建筑物的結(jié)構(gòu)也不會得到有效的保護(hù)，延性機制也不能有效地為建筑主體結(jié)構(gòu)分擔(dān)建筑所要承擔(dān)的外力。由此也可以看出，建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理對于高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計而言有著非常嚴(yán)重的影響。

（三）建筑物高度不達(dá)標(biāo)

我國較為重視建筑物的高度問題，先后也出臺了很多與其相關(guān)的規(guī)范與制度，并且也加大力度來監(jiān)督建筑企業(yè)，必須嚴(yán)格地按照國家出臺的規(guī)定來進(jìn)行設(shè)計施工。但是很多企業(yè)為了得到更多的利益，所以在設(shè)計施工的時候，沒有按照國家的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，隨意的提高或者降低建筑物的高度，使得施工出來的建筑物并不能符合國家對于建筑物的高度要求，進(jìn)而也使得建筑物的抗震能力減弱。因此，在發(fā)生地震災(zāi)害的時候，建筑物所受到的損害也會有所增加。

（四）建筑使用的材料不合理以及抗震設(shè)計的強度不高

建筑材料對于建筑物工程而言至關(guān)重要。所以，建筑企業(yè)中負(fù)責(zé)采購的工作人員在進(jìn)行建筑材料的選擇的時候，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格遵守國家的選材標(biāo)準(zhǔn)，以此來保證建筑物的施工質(zhì)量，提升建筑物的穩(wěn)定性。混凝土核心筒是現(xiàn)階段高層建筑物施工中使用最廣泛的一種施工方法，如果在此個環(huán)節(jié)中，沒有發(fā)揮出自身的效果，那么便會導(dǎo)致建筑物出現(xiàn)變形彎曲的現(xiàn)象，甚至還會出現(xiàn)垮塌的現(xiàn)象，嚴(yán)重影響著建筑物的穩(wěn)定性。

現(xiàn)階段，我國建筑行業(yè)的抗震設(shè)計都是根據(jù)GB 50011-2010《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》來進(jìn)行設(shè)計的[6]。建筑單位的工程技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)仔細(xì)閱讀規(guī)范，以此來設(shè)計出抗震性較強，并且符合國家規(guī)定的抗震設(shè)計，并且還應(yīng)當(dāng)結(jié)合實際情況，采取一些針對性的抗震措施來提升建筑物的抗震能力。爭取通過設(shè)計人員的有效設(shè)計，使得建筑物能夠做到“小震不壞、中震可修、大震不倒”的抗震目標(biāo)。

四、改進(jìn)建筑物抗震設(shè)計問題的有效措施

（一）正確的選址

高層建筑物周邊的場地環(huán)境以及地基等因素都嚴(yán)重影響著建筑物的安全問題。所以，在建筑物選址的時候，應(yīng)當(dāng)提前對選擇的地域周邊的環(huán)境進(jìn)行有效的勘察，并且還應(yīng)當(dāng)對建筑施工區(qū)域內(nèi)部的地震災(zāi)害與環(huán)境進(jìn)行評估，對建筑物周邊可能存在的其他自然災(zāi)害進(jìn)行有效的評估，爭取在建筑施工的過程中盡量避開自然災(zāi)害，如果不能避開。需要提前進(jìn)行處理，使得施工區(qū)域的地質(zhì)以及環(huán)境符合我國的要求[7]。除此之外，對于建筑物地下的土層分布、厚度、種類等都需要勘察清楚，并且還應(yīng)當(dāng)在勘察的過程中對數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)的記錄，以供后期施工設(shè)計參考使用。在對地基處理完成之后，還需要對高層建筑物采取加固處理，之后在對地基以及建筑進(jìn)行簡單的地震模擬，來增強建筑物的每個構(gòu)件的受力能力，進(jìn)而也會提升高層混凝土建筑物的抗震能力。

（二）建筑物結(jié)構(gòu)體系的選擇

在高層混凝土建筑物設(shè)計的過程中，不僅應(yīng)當(dāng)做好充足的前期準(zhǔn)備，還應(yīng)當(dāng)正確的認(rèn)識現(xiàn)階段抗震設(shè)計中存在的問題，結(jié)合實際問題，采取有針對性的完善措施，以此來提高建筑物的抗震能力[8]。在高層混凝土建筑設(shè)計中，結(jié)構(gòu)體系不僅起到受力的作用，也能夠起到傳遞荷載的作用，直接關(guān)系到建筑物的安全問題。在建筑單位的設(shè)計人員開始設(shè)計的時候，就應(yīng)當(dāng)做好充足的前期準(zhǔn)備，其中主要包括對建筑物周圍的環(huán)境以及內(nèi)部的使用功能，所選用的材料等方面進(jìn)行詳細(xì)的分析，這也是因為在發(fā)生地震的時候，建筑物中的每個構(gòu)件的特點不同，所在發(fā)生地震的時候受力狀況也是不同的。所以，在高層建筑抗震設(shè)計的時候，應(yīng)當(dāng)重視建筑物結(jié)構(gòu)體系的選擇。

（三）進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計

合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計對于高層混凝土建筑物的抗震性能起決定性的作用。所以，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計的時候，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按照以下幾點進(jìn)行：首先就是結(jié)構(gòu)對稱性設(shè)計，一些非對稱的建筑物，他們會因為建筑物的重量、重心等原因，在遇到地震的時候，容易出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)、震動等現(xiàn)象，所以，導(dǎo)致建筑物的主體會遭到一定程度的破壞，進(jìn)而也會影響到建筑物的抗震能力。為了降低此類現(xiàn)象的出現(xiàn)，在地震高發(fā)區(qū)，建筑的設(shè)計盡量應(yīng)當(dāng)選擇對稱的結(jié)構(gòu);其次是平面結(jié)構(gòu)設(shè)計的時候，在建筑物經(jīng)受地震的作用力之后，非對稱結(jié)構(gòu)的建筑物更容易受到破壞，其中L型、十字型的建筑物受破壞的程度最為嚴(yán)重，所以在進(jìn)行平面設(shè)計的時候，盡量不要選用這兩種結(jié)構(gòu)，應(yīng)當(dāng)多多使用正方形、矩形、圓形等，這種平面設(shè)計既簡單適用，同時抗震能力又好;最后是豎向結(jié)構(gòu)設(shè)計，在高層建筑物豎向設(shè)計的時候應(yīng)當(dāng)重視設(shè)計的均勻性，其中最為常見的形狀為矩形、梯形、三角形。總體來講，進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計可以有效的完善高層混凝土建筑設(shè)計中存在的問題。

（四）設(shè)置多道防線共同抗震

在發(fā)生地震的時候，往往會伴隨很多自然災(zāi)害，其中主要包括余震、火災(zāi)、水災(zāi)等。高層混凝土建筑物在突然受到外界的作用力的時候，構(gòu)建一道保護(hù)防線難以保證建筑物的安全，嚴(yán)重的時候甚至還會導(dǎo)致建筑物的整個體系失效，為了有效地降低這種現(xiàn)象的出現(xiàn)，在為建筑物進(jìn)行防震系統(tǒng)的設(shè)計的時候，經(jīng)常設(shè)置兩道或者兩道以上的防線來保護(hù)建筑不受破壞。在地震來臨的時候，會對建筑物產(chǎn)生一個較大的作用力，所以也就要求建筑物必須就有一定的抗變形能力，以此來對抗地震災(zāi)害。對于建筑物中較為薄弱的地方，更應(yīng)當(dāng)加強防護(hù)，保證建筑物不受破壞。在高層建筑的設(shè)計的時候，剪力墻是一個豎向的受力構(gòu)件，可以保證結(jié)構(gòu)構(gòu)件的冗余度。除此之外，高層混凝土建筑物必須具有一定的延性與剛度，只有這樣才能保證建筑物不受破壞。由此也可以看出，為建筑結(jié)構(gòu)設(shè)置多道抗震防線，具有非常重要的意義。

五、結(jié)語

總體來講，通過改進(jìn)建筑物抗震設(shè)計中存在的問題，可以有效地提升建筑物的抗震能力，增強建筑物的穩(wěn)定性，并且還能滿足人們對于生活質(zhì)量的需求。為了更好地完善高層建筑的抗震設(shè)計，建設(shè)企業(yè)的設(shè)計人員在設(shè)計的時候應(yīng)該做到正確的選擇建筑地址、正確的選擇建筑物結(jié)構(gòu)體系、進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計、設(shè)置多道防線共同抗震。只有做到以上幾點，才能從根本上提升建筑物的抗震能力。

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