摘要：近些年，我國時有地震災害發(fā)生，這對于房屋的結(jié)構(gòu)和抗震效果提出更加嚴格的要求。隨著經(jīng)濟的發(fā)展和城市人口的不斷增多，高層建筑已經(jīng)成為了城市居民住址主體，因此高層建筑的抗震結(jié)構(gòu)設計也就成為了當下城市建設當中的首要問題。高層混凝土建筑杭震結(jié)構(gòu)是最新研究的建筑結(jié)構(gòu)之一，因其良好的杭震能力受到越來越廣泛的應用。本文在高層混凝土建筑杭震結(jié)構(gòu)的特點、設計準則、相關問題等做出的探述，并提出一些加強其杭震性能的處理對策，旨在為建筑結(jié)構(gòu)在設計時提供可參者的依據(jù)。希望對相關人士能夠有所幫助。
關鍵詞：高層混凝土、建筑杭震結(jié)構(gòu)、設計探討
一、前言
如何提高高層建筑的抗震效果是當下的城市建造當中的重點和難點，在施工當中除了要對地質(zhì)結(jié)構(gòu)進行仔細的分析，建筑物本身也要有科學合理的建筑結(jié)構(gòu)，同時抗震材料的選擇也要十分的謹慎和仔細。本文從高層建筑的結(jié)構(gòu)和施工特點入手，慢慢深入探討高層混凝土建筑抗震的方法。
二、高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設計的要求
就現(xiàn)在的情況而言，要想使高層混凝土建筑達到良好的抗震效果，例如，在地震較弱的時候，整體結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定牢固不會破損；遇到中等程度的地震，能夠經(jīng)過相關的維修仍可投入使用；地震較為嚴重時，高層建筑要做到不會傾倒，就需要在設計時，綜合考慮剛?cè)崤浜�，結(jié)構(gòu)各方受力科學合理，根據(jù)具體的情況來進行規(guī)劃，必須按照“強剪強彎”的設計規(guī)范標準來提高建筑結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。
一方面，高層混凝土建筑在設計規(guī)劃時，一定要把握好結(jié)構(gòu)剛度值的大小，經(jīng)過精確的計算分析，充分了解地質(zhì)地形條件、所用建材性能、機械設備運行參數(shù)、物理力學知識等內(nèi)容， 最終確定高層結(jié)構(gòu)的整體剛度強弱或者某個結(jié)構(gòu)設施的剛度，依靠連接設置的調(diào)節(jié)作用，力求保證抗震能力的提高，盡量讓整個建筑波動受力保持在地質(zhì)所能支持的范圍之間。也就是說，如果其基礎結(jié)構(gòu)產(chǎn)生小幅度的變形，結(jié)構(gòu)的自我調(diào)節(jié)功能就會使得整體結(jié)構(gòu)不發(fā)生大幅度改變，在經(jīng)過維護工作之后，仍然具有使用價值。
另一方面，在結(jié)構(gòu)設計以及規(guī)劃時，結(jié)構(gòu)工程師一定要著重關鍵構(gòu)件和連接點的受力情況，采取相關措施進行有效調(diào)節(jié)，可以達到消災減震的目的，盡最大程度地降低地震災害帶來的損失。根據(jù)有關地震災害統(tǒng)計，剛度過于柔和的高層混凝土建筑受到強大的震動作用后，其主體結(jié)構(gòu)受到了一定程度的損毀，然而在余震的相繼作用之下，就會受到持續(xù)損壞導致崩塌。
總之，對于高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)的設計，一定要保證其結(jié)構(gòu)具備適宜的剛度，還要改善其延性等特點，進而增強其整體結(jié)構(gòu)的抗震性能。
三、高層建筑抗震設計中經(jīng)常出現(xiàn)的問題
部分建筑物高度過高。按我國現(xiàn)行高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術規(guī)程(JGJ3 — 2002)規(guī)定，在一定設防烈度和一定結(jié)構(gòu)型式下，鋼筋混凝土高層建筑都有一個適宜的高度。在這個高度，抗震能力還是比較穩(wěn)妥的，但是目前不少高層建筑超過了高度限制。在震力作用下，超高限建筑物的變形破壞性態(tài)會發(fā)生很大的變化，建筑物的抗震能力會下降，很多影響因素也發(fā)生變化，結(jié)構(gòu)設計和工程預算的相應參數(shù)需要重新選取。 地基的選取不合理。由于城市人口的增多和相對空間的縮小，不少建筑商忽略了這一問題，哪里商業(yè)空間大就在哪里建。高層建筑應選擇位于開闊平坦地帶的堅硬土場地或密實均勻中硬土場地，遠離河岸，不應垮在兩類土壤上，避開不利地形、不采用震陷土作天然地基，避免在斷層、山崖、滑坡、地陷等抗震危險地段建造房屋。高層建筑的地基選取不恰當可能導致抗震能力差。 材料的選用不科學，結(jié)構(gòu)體系不合理。在地震多發(fā)區(qū)，采用何種建筑材料或結(jié)構(gòu)體系較為合理應該得到人們的重視。由于我國建筑結(jié)構(gòu)主要以鋼筋混凝土核心筒為主，變形控制要以鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的位移限值為基準。但因其彎曲變形的側(cè)移較大，靠剛度很小的鋼框架協(xié)同工作減小側(cè)移，不僅增大了鋼結(jié)構(gòu)的負擔，而且效果不大，有時不得不加大混凝土筒的剛度或設置伸臂結(jié)構(gòu)，形成加強層才能滿足規(guī)范側(cè)移限值。 較低的抗震設防烈度。現(xiàn)在許多專家提出，現(xiàn)行的建筑結(jié)構(gòu)設計安全度已不能適應國情的需要，建筑結(jié)構(gòu)設計的安全度水平應該大幅度提高。我國現(xiàn)行抗震設防標準是比較低的，中震相當于在規(guī)定的設計基準期內(nèi)超越概率為10％的地震烈度，較低的抗震設防烈度放松了高層建筑的抗震要求。
四、改善高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設計的有效對策
1、選定建設位置 根據(jù)地震災害情況的綜合分析，我們得出，如果建筑物所處的位置不同，那么其承受地震作用也會有很大的差別，究其原因就是所處地質(zhì)條件存在不同點。這就需要，在建設項目位置選定時，應該注意以下兩點內(nèi)容：一是工程項目建設位置的地質(zhì)環(huán)境應該具有良好的抗震能力；二是應該遠離有重大威脅的場地，例如變電站、大型石油保存設施等等，防止除地震外其他因素帶來的安個隱患問題。
2、改進結(jié)構(gòu)設計方案 結(jié)構(gòu)工程師所采用的方案要求設計出的建筑能夠滿足國家規(guī)定建筑抗震能力的標準，實現(xiàn)主體結(jié)構(gòu)有足夠的空間進行調(diào)節(jié)變形，并且能夠在結(jié)構(gòu)的強大延性作用下，自動回復到正常狀態(tài)，這樣就大大削弱了主體變形對整個建筑結(jié)構(gòu)帶來的不利作用，達到高層混凝土結(jié)構(gòu)長期處于穩(wěn)定牢固的平衡狀態(tài)。在平算不同程度的地震作用力對結(jié)構(gòu)造成的影響，對其構(gòu)件開展科學合理的布局，盡量協(xié)調(diào)高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)各種設施之間的受力情況，維持平衡，加大其承受外力的能力，著重考慮結(jié)構(gòu)豎向重力作用的情況，使其平和勻稱，達到剛度規(guī)劃的要求目標，盡可能讓設計結(jié)構(gòu)有條理、不紊亂、有層次、不交錯，根據(jù)實際要素在設計中融入相應的防震措施，對關鍵微小部分要嚴加處理應對，使整體結(jié)構(gòu)由上到下所承受的重力均勻一致的降低，保持建筑整體的對稱情況，這種一目了然的重力變化能夠大大削弱地震帶來的水平與豎向不規(guī)則的作用力，因而有了相應的抗震效果。
3、控制扭轉(zhuǎn)效應 地震作用有水平作用、豎向作用以及扭轉(zhuǎn)作用，在多種受力的綜合下，就會產(chǎn)生難以估量的破壞力，如地裂、房屋倒塌、地勢波動較為強烈等由于地震爆發(fā)具有隨時性，其中包含很多不穩(wěn)定的地方，這就要求對于高層混凝土建筑抗震方面的結(jié)構(gòu)設計方面，強調(diào)地震帶來扭轉(zhuǎn)效應如果沒有設置相關結(jié)構(gòu)位移的標準，就應該選取所測定的最大位移部分的剛度以及減弱最小位移帶點剛度，保持結(jié)構(gòu)在整體方面位移的一致性保證每一個細節(jié)都達到相關的設計要求，一旦發(fā)現(xiàn)不合理的地方，就應該及時做出有效的調(diào)整，盡量地控制地震扭轉(zhuǎn)作用帶來的不利影響。
4、研究高層混凝土建筑各層結(jié)構(gòu)參數(shù)設置 對各層參數(shù)的設置主要是在模擬地震時各種受力作用帶給結(jié)構(gòu)設施受力分析的計算，例如，墻體承載能力、柱梁變形方面計算等等在高層混凝土結(jié)構(gòu)設計的預處理階段，在充分了解所建項目的位置、地形條件、所選材料、施工工藝、質(zhì)量檢測等多個方面的基礎上，把握其中要點，建立建筑設計的基本框架，應用自身的設計理念和專項技能來進行詳實的設計，并對此關鍵地方做出十分重要的說明，來完成建筑抗震結(jié)構(gòu)設計的工作最好能夠建立系統(tǒng)的完善的建筑結(jié)構(gòu)設計信息數(shù)據(jù)庫，便于結(jié)構(gòu)工程師查詢相關案例，總結(jié)經(jīng)驗，采取現(xiàn)金的設計方法開展工作在研究建筑復雜結(jié)構(gòu)綜合受理情況時，要選出相應的力學模型，例如剪摩理論和主拉應力理論，來對建筑結(jié)構(gòu)受理是否合理進行判斷應該對由計算機運算結(jié)果開展深入的調(diào)查研究，估定其有效程度，為以后的結(jié)構(gòu)抗震能力的設計提供依據(jù)高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)所要處理的參數(shù)包括整體的震動周期、扭轉(zhuǎn)角度、相關剛度比例等。因此，對于高層結(jié)構(gòu)的設計不能一蹴而就，應該經(jīng)過反復的計算研究和多次協(xié)調(diào)，在保證其結(jié)構(gòu)具有抗震能力的基礎上，確定結(jié)構(gòu)方面的有關參數(shù)。
五、選擇合理的結(jié)構(gòu)布置，協(xié)調(diào)好建筑與結(jié)構(gòu)的關系
1、選擇結(jié)構(gòu)布置的情況時，應滿足建筑功能要求，做到經(jīng)濟合理、便于施工。建筑物的開間、進深、層高、層數(shù)等平面關系和體型除滿足使用要求外，還應盡量減少類型，盡可能統(tǒng)一柱網(wǎng)布置和層高，重復使用標準層。
2、高層建筑控制位移是主要矛盾，除應從平面體型和立面變化等方面考慮提高結(jié)構(gòu)的總體剛度以減少結(jié)構(gòu)的位移。在結(jié)構(gòu)布置時，應加強結(jié)構(gòu)的整體性及剛度，加強構(gòu)件的連接，使結(jié)構(gòu)各部分以最有效的方式共同作用; 加強基礎的整體性，以減少由于基礎平移或扭轉(zhuǎn)對結(jié)構(gòu)的側(cè)移影響，同時應注意加強結(jié)構(gòu)的薄弱部位和應力復雜部位的強度。
3、在地震區(qū)為了減少地震作用對建筑結(jié)構(gòu)的整體和局部的不利影響，如扭轉(zhuǎn)和應力集中效應，建筑平面形狀宜規(guī)正，避免過大的外伸或內(nèi)收，沿高度的層間剛度和層間屈服強度的分部要均勻，主要抗側(cè)力豎向構(gòu)件，其截面尺寸、混凝土強度等級和配筋量的改變不宜集中在同一樓層內(nèi)，應糾正 “增加構(gòu)件強度總是有利無害”的非抗震設計概念，在設計和施工中不宜盲目改變混凝土強度等級和鋼筋等級以及配筋量。簡單地說就是使結(jié)構(gòu)各部分剛度對稱均勻，各結(jié)構(gòu)單元的平面形狀應力求簡單規(guī)則，立面體型應避免伸出和收進，避免結(jié)構(gòu)垂直方向剛度突變等。平面的長寬比不宜過大，以避免兩端相距太遠，振動不同步，應使荷載合力作用線通過結(jié)構(gòu)剛度中心，以減少扭轉(zhuǎn)的影響。尤其是布置樓電梯間時不宜設在平面凹角部位或端部角區(qū)，他對結(jié)構(gòu)剛度的對稱性有顯著的影響。
六、結(jié)束語
綜上所述，地震發(fā)生具有隨機性、強破壞、伴隨余震次數(shù)多等特點，給社會帶來巨大的損失，而建筑抗震能力的強弱直接關系著人們的生命財產(chǎn)安全。因此，結(jié)構(gòu)工程師在規(guī)劃高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)時，應該充分研究以往地震對建筑作用的資料，在個面了解建筑的施工技術、工藝流程、管理、經(jīng)濟、實用性能的基礎上，采取合理有效的對策增強其結(jié)構(gòu)的抗震性能，使其具有良好的抗震效果。
參考文獻：
[1]現(xiàn)行建筑施工規(guī)范大全［M］． 北京： 中國建筑工業(yè)出版社，2009．
[2]陳國宇．框架剪力墻結(jié)構(gòu)設計中的問題［Ｊ］．福建建筑．２００８.
[3]陳其春．框架剪力墻結(jié)構(gòu)設計中兩個技術性問題的探討［Ｊ］．福建建筑．２０１３，（０１）：１１～１５．
[4] 盧謙，建設工程招標投標與合同管理[M]，北京：中國水利水電出版社，2005. [5] 黃景瑗，土木工程施工招投標與合同管理[M]，中國水利水電出版社，2002，9.
