高層混凝土的建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計

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摘要：隨著國民經(jīng)濟(jì)的不斷提高，我國的城市化建設(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，如果對于高層建筑的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計不當(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)計時，將抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計作為建筑物設(shè)計的重點(diǎn)。因此本文將針對現(xiàn)階段高層混凝土建筑的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計中出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析，對正確科學(xué)的設(shè)計方案進(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；探究

1引言

我國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)國家。地震災(zāi)害對人民的生活和建筑會造成巨大的災(zāi)害，尤其是城市中，人口相對密集，高層混凝土建筑較多，一旦因地震導(dǎo)致建筑物倒塌會造成惡劣的生命和財產(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)計時，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)計出有效提升建筑物抗震性能的結(jié)構(gòu)。

2發(fā)生地震時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，會對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屬于承載力較差的土層上，地震會造成土體產(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)相對呈現(xiàn)不對稱的形狀時，例如Y形、L形。當(dāng)發(fā)生地震時，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)計時，應(yīng)考慮建筑的平面形狀要相對簡單，規(guī)則且對稱，在剛度和承載力方面分布均勻，減少不規(guī)則的平面設(shè)計和布置。必要時，針對較為復(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。

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，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，產(chǎn)生交叉性裂縫的地方經(jīng)常會出現(xiàn)在剪力墻的窗臺下部。

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，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，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)相對布置靈活，可以滿足空間上的需求，但是相對承載力較弱，抗震性能較差。往往在進(jìn)行高層混凝土建筑抗震設(shè)計時，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)計分析

相比于普通建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計，抗震結(jié)構(gòu)的抗震性能更好，在遇到較嚴(yán)重的地震時，不會發(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)計時，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，安全穩(wěn)定。

3.1設(shè)計建筑主體結(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，也會出現(xiàn)損壞甚至崩塌的風(fēng)險。在進(jìn)行高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，首先要對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)時剛度分布不均勻，容易出現(xiàn)上重下輕的情況，這對建筑物的整體架構(gòu)的安全與穩(wěn)定帶來較大的風(fēng)險，一旦發(fā)生高烈度地震，可能會造成房屋開裂甚至坍塌。因此，相關(guān)設(shè)計人員，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

結(jié)構(gòu)合理是建筑物設(shè)計的核心，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)計時，應(yīng)遵循以下設(shè)計要點(diǎn)：（1）平面結(jié)構(gòu)設(shè)計：對于建筑的平面結(jié)構(gòu)，簡單的結(jié)構(gòu)設(shè)計讓地震力的傳遞更加明確，在進(jìn)行設(shè)計計算分析時，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：對于在進(jìn)行高層建筑的豎向結(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)對稱性設(shè)計：在進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時，為避免建筑出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，盡量選擇對稱結(jié)構(gòu)。非對稱的結(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，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

現(xiàn)階段，多個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，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)計時，只設(shè)計了一道抗震防線，如果其在余震中產(chǎn)生了破壞，高層主體結(jié)構(gòu)也會相對應(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)計人員在對結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗震設(shè)防體系設(shè)計時，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)時間，加強(qiáng)其延性和抗側(cè)移能，在設(shè)計時應(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，應(yīng)加強(qiáng)構(gòu)建的抗側(cè)移能力，或者提升個別部件的配筋率。

3.4使用多種抗震計算方法

通過正確的計算相關(guān)抗震結(jié)構(gòu)的位移情況，采用定量的方式，對高層混凝土建筑抗震方案進(jìn)行設(shè)計，可以保障設(shè)計出來的抗震結(jié)構(gòu)，在產(chǎn)生變形時，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)行計算建筑物主要結(jié)構(gòu)的承載力時，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，高層混凝土建筑的破壞程度，在輸入地震能力時，應(yīng)盡可能采用最低數(shù)值。

3.5抗震加固設(shè)計

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，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)因為承受的剪切力高于其承受能力，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)計時，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)計方式為分體柱。通過對柱子進(jìn)行豎向設(shè)縫之后分成分體柱，然后在針對相對應(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。通過對其抗震結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計，可以大大的提升人民的生活質(zhì)量，減少地震發(fā)生時所造成的損失。相關(guān)的設(shè)計人員應(yīng)加強(qiáng)對抗震結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)和了解，通過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)挠嬎愫涂茖W(xué)的合理的分析，設(shè)計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)計院有限公司