摘要：對(duì)于現(xiàn)代高層混凝土建筑而言，建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性是保證建筑使用壽命和使用安全的前提條件。因此，現(xiàn)代高層混凝土建筑普遍重視抗震結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用，并希望通過大量使用抗震結(jié)構(gòu)來提高建筑物的綜合抗震性能。
關(guān)鍵詞：混凝土建筑;抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);對(duì)策;
0 、引言
地震災(zāi)害對(duì)于建筑物的危害性較大，為了達(dá)到提高建筑物抗震性能的目的，越來越多的抗震結(jié)構(gòu)得到了研究和應(yīng)用。本文簡(jiǎn)要分析了高層混凝土建筑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和破壞特點(diǎn)，并對(duì)抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的有效對(duì)策進(jìn)行了深入的探究，希望能為我國(guó)的高層建筑設(shè)計(jì)帶來一定的工作參考。
1、 高層混凝土建筑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
高層混凝土建筑是目前我國(guó)建筑業(yè)的主流建筑形式，其泛指高度超過28m，層數(shù)超過10層的建筑物。高層混凝土建筑與傳統(tǒng)的多層混凝土建筑之間有著本質(zhì)上的區(qū)別，尤其是針對(duì)抗震結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求更是發(fā)生了翻天覆地的變化。從結(jié)構(gòu)角度來看，高層混凝土建筑屬于一種豎向的懸臂結(jié)構(gòu)，建筑自身的彎矩、軸向力等參數(shù)的具體情況主要取決于建筑自身的水平荷載與垂直荷載，高層混凝土建筑的高度與軸向力之間存在著線性關(guān)系，而層數(shù)則與水平位移、彎矩之間存在著上升曲線的關(guān)系。而從受力情況的角度來看，當(dāng)高層混凝土建筑的水平荷載分布均勻時(shí)，建筑自身的高度與彎矩之間的關(guān)系為二次方關(guān)系，而當(dāng)建筑物垂直荷載方向沒有發(fā)生改變的情況，建筑高度的增加并不會(huì)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)造成較大的受力。
2 、地震時(shí)高層混凝土建筑的破壞特點(diǎn)
2.1 、地基破壞
地基破壞的情況在地震階段當(dāng)中較為少見，其僅僅發(fā)生在條件特殊的情況之下。當(dāng)建筑物建立在軟土層上時(shí)，土體會(huì)因?yàn)榈卣鹆Φ挠绊懚霈F(xiàn)液化的情況，并導(dǎo)致建筑物的地基出現(xiàn)不均勻沉降，而修建在地基上方的建筑結(jié)構(gòu)也會(huì)出現(xiàn)不同程度的傾斜、裂縫等情況，一旦當(dāng)?shù)鼗某两�、破壞情況達(dá)到某種程度時(shí)，建筑上部結(jié)構(gòu)會(huì)出現(xiàn)明顯的結(jié)構(gòu)破壞情況，且多數(shù)無法再進(jìn)行修復(fù)。
2.2、 結(jié)構(gòu)體系破壞
建筑結(jié)構(gòu)體系破壞的情況主要會(huì)發(fā)生在框架填墻結(jié)構(gòu)的高層混凝土建筑當(dāng)中。在地震力的影響之下，建筑的內(nèi)框架柱上部會(huì)出現(xiàn)剪切型破壞，而低框結(jié)構(gòu)則由于自身的剛度相對(duì)較低，故其往往會(huì)在地震當(dāng)中受到嚴(yán)重的破壞。
2.3、 剛度破壞
一般情況下，高層混凝土建筑的主體結(jié)構(gòu)以矩形平面式結(jié)構(gòu)為主，若建筑的電梯井在地震力的影響之下出現(xiàn)偏心的情況，則會(huì)加劇地震力對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)的破壞程度，導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)受到扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的破壞。
2.4、 混凝土構(gòu)件破壞
以框架剪力墻為主的高層混凝土建筑當(dāng)中，柱的受破壞情況一般會(huì)過于板和梁的破壞情況，尤其是剪力墻的窗臺(tái)位置最容易受到破壞。
3 、抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的有效對(duì)策
3.1 、優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案
在開展抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作時(shí)，設(shè)計(jì)人員需要明確認(rèn)識(shí)到不同的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)將直接影響到具體的抗震性能及工程造價(jià)，且每一個(gè)微小環(huán)節(jié)的變更均會(huì)造成連鎖影響。因此，抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化需要從建筑工程項(xiàng)目的規(guī)劃階段開展，貫徹整個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，盡量避免施工階段出現(xiàn)設(shè)計(jì)變更的情況。首先，設(shè)計(jì)人員需要充分考慮建筑抗震結(jié)構(gòu)的基本性能，通過合理、科學(xué)的定量分析對(duì)高層混凝土建筑的抗震體系進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，并在整體設(shè)計(jì)方案的指導(dǎo)之下，不斷實(shí)現(xiàn)對(duì)于各個(gè)結(jié)構(gòu)基本特點(diǎn)、布置方式及剪力墻的設(shè)計(jì)方案，且需要考慮到每一個(gè)抗震結(jié)構(gòu)的實(shí)用性和綜合性能。其次，在滿足抗震性能的基礎(chǔ)上，可以進(jìn)一步追求抗震結(jié)構(gòu)的美觀性，要確保抗震結(jié)構(gòu)整齊、對(duì)稱，盡量不使建筑物的美觀性受到較大的負(fù)面影響。同時(shí)，優(yōu)化設(shè)計(jì)方案的過程中需要著重考慮建筑結(jié)構(gòu)的抗震抗倒塌能力的提高，設(shè)計(jì)人員需要考慮到不同等級(jí)地震對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)所造成的影響，并對(duì)這一過程進(jìn)行持續(xù)的計(jì)算，確保最終的計(jì)算結(jié)果能夠與實(shí)際情況之間相互吻合，并在這一接觸上確保各項(xiàng)抗震結(jié)構(gòu)能夠保持一定的平衡性，并側(cè)重于建筑結(jié)構(gòu)與縱向重力作用之間的關(guān)系。最后，抗震結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)需要具有一定的條理性和層次感，防震措施的選擇需要結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)條件作出準(zhǔn)確的判斷，促使建筑整體結(jié)構(gòu)能夠滿足上下力的受力均衡。實(shí)踐證明，合理的結(jié)構(gòu)重力設(shè)置可以有效降低地震發(fā)生時(shí)對(duì)于建筑物所造成的水平作用力和豎向作用力，確保建筑不會(huì)出現(xiàn)裂縫、倒塌的情況。
3.2、 材料的選擇
從某種角度來看，高層混凝土建筑的材料選擇將直接影響到建筑物的抗震等級(jí)和綜合質(zhì)量。在選擇材料時(shí)，需要確保其質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，并在這一基礎(chǔ)上再進(jìn)一步追求材料選擇的經(jīng)濟(jì)性。由于高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)具有復(fù)雜化的特點(diǎn)，故抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要兼顧建筑物自身的抗震要求、建筑類型、施工條件和材料因素等。需要注意的是，質(zhì)量與價(jià)格之間永遠(yuǎn)是一種相對(duì)的關(guān)系，二者之間如何取舍、如何衡量均是設(shè)計(jì)人員需要考慮到的問題。在確定了建筑結(jié)構(gòu)、建筑形式的基礎(chǔ)上，才可以進(jìn)一步對(duì)施工流程作出選擇和判斷，不同的施工流程會(huì)影響到高層混凝土建筑的穩(wěn)定性和抗震性能，設(shè)計(jì)人員需要在設(shè)計(jì)圖紙當(dāng)中明確標(biāo)注各個(gè)施工環(huán)節(jié)的具體施工流程，確保施工方可以規(guī)范施工。
3.3、 扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的控制
地震對(duì)于高層混凝土建筑的影響包括水平作用力、豎向作用力和扭轉(zhuǎn)作用力三種，而在作用力呈現(xiàn)出復(fù)雜化的背景之下，地震對(duì)于建筑自身所造成的實(shí)際破壞很難準(zhǔn)確進(jìn)行判斷和計(jì)算。在開展設(shè)計(jì)工作的過程中，設(shè)計(jì)人員需要明確認(rèn)識(shí)到扭轉(zhuǎn)效應(yīng)所帶來的破壞力，在結(jié)構(gòu)位移的基礎(chǔ)上，對(duì)位移最小值和最大值進(jìn)行計(jì)算，并確保建筑結(jié)構(gòu)的位移可以保持一致。若在出現(xiàn)地震的情況下，建筑實(shí)際位移超過了預(yù)先設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)，則要對(duì)最大位移和最小位移的剛度進(jìn)行計(jì)算，盡量使其保持同步性。若前期的模擬設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)發(fā)現(xiàn)了抗震結(jié)構(gòu)存在問題時(shí)，需要及時(shí)對(duì)問題區(qū)域進(jìn)行調(diào)整和改善，盡可能的實(shí)現(xiàn)對(duì)于扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的有效控制。
3.4、 結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)置
在建筑結(jié)構(gòu)體系不同的基礎(chǔ)上，建筑物的建筑效果及經(jīng)濟(jì)效益也會(huì)存在本質(zhì)上的區(qū)別。因此，在開展抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作的過程中，需要格外注重抗震結(jié)構(gòu)體系的構(gòu)建，嚴(yán)格按照抗震規(guī)范開展設(shè)計(jì)工作，并明確計(jì)算抗震傳遞途徑，構(gòu)建多元化的傳遞方案。抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)框架初步制定之后，需要充分體現(xiàn)符合時(shí)代發(fā)展規(guī)律的設(shè)計(jì)理念以及專業(yè)的設(shè)計(jì)技能，尤其是關(guān)鍵的結(jié)構(gòu)部位，更需要進(jìn)行詳細(xì)準(zhǔn)確的說明，確保施工方能夠準(zhǔn)確了解設(shè)計(jì)方的初衷和設(shè)計(jì)目的。同時(shí)，設(shè)計(jì)過程中可以借助地震模擬的方式對(duì)結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，模擬在不同地震等級(jí)的情況下，建筑各個(gè)結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力情況，如柱梁變形、墻體承載能力等內(nèi)容。而在建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)劃環(huán)節(jié)當(dāng)中，需要明確規(guī)劃工作的重點(diǎn)難點(diǎn)，對(duì)設(shè)計(jì)框架進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化，促使設(shè)計(jì)效果不斷提升。若在條件允許的情況下，還可以針對(duì)建筑結(jié)構(gòu)信息構(gòu)建數(shù)字化信息庫(kù)，便于后續(xù)的調(diào)整、修改以及信息提取。
4 、結(jié)語(yǔ)
綜合來看，在新時(shí)代的要求之下，高層建筑的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要從建筑的實(shí)際環(huán)境出發(fā)，應(yīng)用先進(jìn)、科學(xué)的設(shè)計(jì)理念和抗震技術(shù)，切實(shí)提高建筑物自身的抗地震、抗倒塌能力，提高建筑物的綜合性能、安全性與穩(wěn)定性，盡量降低地震現(xiàn)象對(duì)于建筑物的破壞。
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