高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)措施探討

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

　　建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，是通過設(shè)計(jì)合理的建筑結(jié)構(gòu)，有效抵抗地震對建筑物產(chǎn)生的破壞，從而減少地震帶來的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)是我國主要的建筑結(jié)構(gòu)形式之一，近年來我國部分地區(qū)地震災(zāi)害頻繁，高層住宅結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)越來越受到社會(huì)各界的重視。高層混凝土建筑的要求：遭受破壞強(qiáng)度較低的地震時(shí)，建筑整體結(jié)構(gòu)保持安全穩(wěn)定，遭受中等破壞強(qiáng)度的地震時(shí)，建筑修繕之后依然可以使用，遭受高破壞強(qiáng)度的地震時(shí)，建筑要不傾斜倒塌。為了高層建筑抗震的需求，進(jìn)行高層建筑設(shè)計(jì)時(shí)，必須綜合考慮結(jié)構(gòu)受力，保證結(jié)構(gòu)剛?cè)崤浜希�保證結(jié)構(gòu)受力合理，嚴(yán)格遵守“強(qiáng)剪強(qiáng)彎”的設(shè)計(jì)規(guī)范，滿足高層建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和抗震性需求[1]。 

　　一、高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要點(diǎn) 

　　1.結(jié)構(gòu)剛度。結(jié)構(gòu)剛度設(shè)計(jì)是高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)之一，在充分地質(zhì)地形條件、所用建材性能、機(jī)械設(shè)備運(yùn)行參數(shù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行結(jié)構(gòu)的計(jì)算分析，確定整體結(jié)構(gòu)和分部結(jié)構(gòu)的剛度強(qiáng)弱，選取恰當(dāng)?shù)倪B接設(shè)置，保證建筑波動(dòng)受力保持在地質(zhì)所能支持的合理范圍之內(nèi)，使得當(dāng)建筑的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)發(fā)生小幅變形時(shí)，結(jié)構(gòu)的整體性不發(fā)生大幅改變，從而保證建筑的抗震性能。 

　　2.關(guān)鍵構(gòu)件和連接點(diǎn)的受力。關(guān)鍵構(gòu)件和連接點(diǎn)的受力一旦破壞，會(huì)致使整體結(jié)構(gòu)喪失承重能力、承受風(fēng)荷載的能力以及抵抗地震災(zāi)害的能力，因此關(guān)鍵構(gòu)件和連接點(diǎn)的受力設(shè)計(jì)是高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)之一，通過優(yōu)化構(gòu)件和連接點(diǎn)的受力設(shè)計(jì)，采取相關(guān)措施調(diào)節(jié)關(guān)鍵構(gòu)件和連接點(diǎn)的受力，可以有效降低地震損失，達(dá)到消災(zāi)減震的目的[2]。 

　　3.結(jié)構(gòu)延性。對于高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，在保證結(jié)構(gòu)的剛度的同時(shí)，要注重改善結(jié)構(gòu)的延性等，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體抗震性能。當(dāng)建筑結(jié)構(gòu)的抗力要求較低時(shí)，延性要求較高，當(dāng)建筑結(jié)構(gòu)的抗力要求較搞時(shí)，延性要求可能有所降低，對于高層高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)該綜合考慮結(jié)構(gòu)的承載力和構(gòu)造要求，合力設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的延性，滿足結(jié)構(gòu)的抗震需求。 

　　4.荷載。荷載分為水平荷載和垂直荷載。高層結(jié)構(gòu)的水平荷載的影響遠(yuǎn)大于垂直荷載，水平荷載是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要的控制因素，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該注意水平荷載產(chǎn)生的彎矩、剪力、拉應(yīng)力和壓應(yīng)力的作用。 

　　二、高層混凝土建筑抗震設(shè)計(jì)的優(yōu)化 

　　1.優(yōu)化場地選擇。在地震災(zāi)害發(fā)生時(shí)，不同地質(zhì)環(huán)境下的建筑遭受的地震破壞的程度有較大的差別，建筑場地的優(yōu)化選擇對于建筑抗震尤為重要。掌握工程的地質(zhì)、地震等相關(guān)資料，掌握地震的活動(dòng)情況，合理選擇建筑場地。對地震危險(xiǎn)地段進(jìn)行綜合評估，對于地震多發(fā)地段應(yīng)主動(dòng)避開，無法避開時(shí)應(yīng)采取相關(guān)補(bǔ)救措施措施，選取具有良好的抗震能力的地質(zhì)環(huán)境，巖石、半巖石和密實(shí)的地基土有利于建筑抗震，松軟的粘性土不利于建筑抗震。同一結(jié)構(gòu)單元的基礎(chǔ)應(yīng)該設(shè)置在性質(zhì)相同的地基上，同一結(jié)構(gòu)單元應(yīng)該采取相同的地基。建筑場地選擇還應(yīng)該遠(yuǎn)離有其他重大威脅的場地，例如核電站、大型石油保存設(shè)施等等，防止地震引發(fā)的核泄漏、石油泄露等其他災(zāi)害帶來的安全隱患。 

　　2.優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)。優(yōu)化高層鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)的震動(dòng)周期、扭轉(zhuǎn)角度、相關(guān)剛度比例等相關(guān)參數(shù)。運(yùn)用剪摩理論（砌塊結(jié)構(gòu)）和主拉應(yīng)力理論（磚砌體結(jié)構(gòu)）等力學(xué)模型，對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行地震作用下內(nèi)力和變形的分析，計(jì)算彈性狀態(tài)下的建筑結(jié)構(gòu)的地震作用效應(yīng)，與風(fēng)荷載效應(yīng)、重力荷載效應(yīng)組合，引入相關(guān)地承載力抗震調(diào)整系數(shù)，進(jìn)行構(gòu)件截面的優(yōu)化設(shè)計(jì)。運(yùn)用計(jì)算機(jī)對結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行反復(fù)計(jì)算和優(yōu)化，對計(jì)算結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)查研究，在保證結(jié)構(gòu)的抗震性能的前提下，確定結(jié)構(gòu)的相關(guān)參數(shù)。 

　　3優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。高層鋼筋混凝土建筑要滿足國家規(guī)定的建筑抗震能力的標(biāo)準(zhǔn)，保證主體結(jié)構(gòu)有具備變形調(diào)節(jié)能力，結(jié)構(gòu)在強(qiáng)大延性作用下，可以恢復(fù)到正常狀態(tài)，削弱主體結(jié)構(gòu)變形對整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)造成的傷害，保證結(jié)構(gòu)長期穩(wěn)固。合理布局結(jié)構(gòu)構(gòu)件，注意協(xié)調(diào)高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間的受力，按照規(guī)整、對稱、均勻的原則進(jìn)行布置，盡可能減小地震發(fā)生時(shí)結(jié)構(gòu)的彎曲變形、剪切變形、整體平移和整體轉(zhuǎn)動(dòng)，有條理地設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，增加建筑結(jié)構(gòu)的整體抗震能力。注意記錄地震災(zāi)害信息，根據(jù)地震引發(fā)的結(jié)構(gòu)變形采取相關(guān)的防震措施，對于關(guān)鍵性的微小部位進(jìn)行處理，維護(hù)建筑結(jié)構(gòu)受力的整體一致性，削弱水平方向和豎直方向的不規(guī)則的地震力帶來的破壞，達(dá)到相應(yīng)的抗震效果。高層鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)可采用框架、剪力墻、框架-剪力墻、筒體和板柱-剪力墻結(jié)構(gòu)體系[3]。 

　　4.優(yōu)化抗震防線設(shè)置。一般情況下，強(qiáng)烈的地震會(huì)伴隨著多次余震，有些高層混凝土建筑由于剛度過于柔和，所以在搜到強(qiáng)震破壞之后，主體結(jié)構(gòu)受到損毀，繼而在余震破壞下持續(xù)破壞直至坍塌，因此高層建筑的防震，出改善建筑結(jié)構(gòu)本身的防震性能之外還要注重設(shè)置多道防線，減少第一次強(qiáng)震破壞之后余震帶了的持續(xù)破壞。建筑的破壞程度主要取決于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的變形程度，因此地震多發(fā)地區(qū)的高層鋼筋混凝土建筑應(yīng)該按照延性結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)置多道抗震防線，進(jìn)行極限狀態(tài)的驗(yàn)算避免出現(xiàn)薄弱環(huán)節(jié)，盡可能減少地震的破壞性，提高了高層鋼筋混凝土建筑的抗震性能[4]。 

　　5.優(yōu)化扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的控制 

　　地震的破壞作用包括水平作用、豎向作用以及扭轉(zhuǎn)作用等，多種力綜合作用，產(chǎn)生巨大的破壞效應(yīng)。建筑結(jié)構(gòu)特別是平面不規(guī)則結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)會(huì)加劇結(jié)構(gòu)在地震中的震害，高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)應(yīng)該注重對于扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的控制。高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的控制措施：優(yōu)化墻肢布置，減小剛心質(zhì)心的偏心率；加大周邊構(gòu)建的截面，加長結(jié)構(gòu)四周腳部墻肢，增加平面抗扭剛度；在平面不規(guī)則處加設(shè)拉梁，增設(shè)拉接樓板，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體性和抗扭剛度；設(shè)置鋼骨外框架，在外框架的角部或四邊設(shè)置鋼骨混凝土柱，形成鋼骨框架，增加外框架的抗扭剛度和延性[5]。 

　　三、結(jié)語 

　　地震的發(fā)生具有隨機(jī)性、強(qiáng)破壞、多余震等特點(diǎn)，建筑抗震直接關(guān)系人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。隨著建筑行業(yè)科學(xué)技術(shù)水平的提高，高層鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)不斷優(yōu)化，在具體的抗震設(shè)計(jì)中應(yīng)該從建筑場地的地質(zhì)和環(huán)境出發(fā)，進(jìn)行詳細(xì)的分析和研究，綜合考慮相關(guān)因素，選取適合的抗震結(jié)構(gòu)，選取合適的建筑材料，設(shè)置多道抗震防線，找出結(jié)構(gòu)安全與經(jīng)濟(jì)合理的最佳結(jié)合點(diǎn)，增加結(jié)構(gòu)對地震的抵抗能力，減小地震損失，從而達(dá)到高層建筑抗震的目的。 

　　參考文獻(xiàn)： 

　　[1]高新艷. 鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的整體分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)[D].太原：太原理工大學(xué)，2007 

　　[2]張鵬梁，項(xiàng)宗方，周凌.淺議工程抗震設(shè)計(jì)中的概念設(shè)計(jì)[J].山西建筑，2006，32（3）：48-49 

　　[3]和佳一.淺談高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)[J].中國新技術(shù)產(chǎn)品.2011，12：156 

　　[4]于險(xiǎn)峰.高層建筑抗震設(shè)計(jì)[J].中國新技術(shù)產(chǎn)品.2011，01：171 

　　[5]尹起君.高層建筑地震扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的控制[J].蘇州科技學(xué)院學(xué)報(bào)（工程技術(shù)版）.2006，04