高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計問題

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【內(nèi)容摘要】隨著高層混凝土建筑工程的日益增多，建筑及相關(guān)部門十分重視抗震設(shè)計工作，但在建筑抗震設(shè)計實際工作中仍然存在諸多方面問題。本文就高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計中存在問題及解決對策進行初步探討。

【關(guān)鍵詞】高層建筑;混凝土;抗震結(jié)構(gòu);抗震設(shè)計

一、高層混凝土建筑抗震設(shè)計存在的問題

(一)建筑場地選址的不正確。隨著我國建筑工程項目的逐年遞增，城市的土地資源變得非常緊缺。因此，有關(guān)單位和個人在挑選建筑物地基的時候，必須對地基周圍的地理位置、自然條件、氣候環(huán)境等是否適合建筑開發(fā)應予以了解和掌握，做到萬無一失，防止有的單位違背建筑物地基應該選擇土壤扎實、牢固以及平坦廣闊的原則，如選擇有軟土或者土壤松散且分布不均勻的場地作為建筑用地，如發(fā)生地震，這種場地上的建筑物最容易出現(xiàn)下陷和崩塌，建筑物的主體結(jié)構(gòu)會瞬間被破壞，給人民群眾生命和財產(chǎn)帶來毀滅性災難。

(二)建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計不太合理。地震發(fā)生時，建筑物結(jié)構(gòu)的主體框架是首當其沖受到嚴重破壞的，緊接著就是建筑物的主要支柱受力后會發(fā)生嚴重變形，由于建筑物本身的抗震強度主要依托延性結(jié)構(gòu)的抗震性能，延性能力越強，抗震效果越好，所以工程技術(shù)人員在建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計時，要充分考慮采取怎樣措施來提高建筑物的延性，延性結(jié)構(gòu)機制原理是把地震帶來破壞作用轉(zhuǎn)嫁到建筑物的其他部位，產(chǎn)生非彈性的形變結(jié)果，讓結(jié)構(gòu)的次要構(gòu)件來消耗地震所產(chǎn)生的能量，對建筑物的整體結(jié)構(gòu)保護作用明顯。但是在實踐操作工作過程中，建筑物的延性構(gòu)件設(shè)計時經(jīng)常會出現(xiàn)一些不盡人意的地方，如果沒有合理地解決這些問題，導致地震產(chǎn)生的破壞還沒有傳到延性構(gòu)件就會消失，失去應有保護作用，也就無法保證建筑物對地震能量的消耗，從而對建筑物造成破壞。

(三)建筑物的高度不達標。對于建筑物的高度問題，國家出臺了許多規(guī)范和制度，并要求各個建筑企業(yè)必須嚴格遵守和執(zhí)行。但是，仍有極少數(shù)建筑企業(yè)為追求經(jīng)濟利益的最大化，心存僥幸，違反規(guī)定，鋌而走險，在建筑過程中隨意提高建筑物的高度，超過國家明文規(guī)定的數(shù)值，致使建筑物的抗震能力大為下降，發(fā)生地震時容易造成建筑物大范圍、大面積的損毀。

(四)建筑使用的材料不合理。建筑企業(yè)的采購人員應對建筑物使用的各項材料按照國家規(guī)定的標準進行合理選取，使之達到與建筑工程最吻合，以此來提高、保障建筑設(shè)計和建設(shè)的質(zhì)量，混凝土核心筒技術(shù)是現(xiàn)階段高層建筑設(shè)計中經(jīng)常采用的方法，如果沒有有效發(fā)揮其應有的作用，會造成建筑物出現(xiàn)變形彎曲甚至垮塌的不良后果［2］。

(五)建筑抗震設(shè)計的強度不高。目前，我國建筑抗震設(shè)計是按照GB50011－2010《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》來進行，工程技術(shù)人員應對其中的規(guī)定、要求和標準認真領(lǐng)會、執(zhí)行，設(shè)計出符合建筑抗震強度的標準，并采取多種措施提高建筑抗震設(shè)計的強度，實現(xiàn)“小震不壞、中震可修、大震不倒”的設(shè)防目標.

二、改善建筑抗震設(shè)計問題的有效措施

筆者結(jié)合自身多年從事抗震工作的實踐認為:應該正確認識當前建筑物抗震設(shè)計過程中存在的具體問題，采取選擇好建筑地基、使用合理的建筑材料以及設(shè)置多道抗震防線等具體措施來有效提高建筑物的抗震功能。

(一)進行正確選址。由于高層建筑周邊的場地環(huán)境、地基等因素關(guān)系著建筑物的安全。因此在進行建筑場地選址的時候，進行地震災害和環(huán)境評估工作十分重要，尤其對于建筑場地存在泥石流、滑坡以及處于地震斷裂帶等自然現(xiàn)象和環(huán)境要著力避免，如果在建筑過程中實在無法避開濕陷性、液化性、軟弱性等特殊土壤和土層，需提前按照地基處理技術(shù)規(guī)程的相關(guān)要求對地基進行合理的加固和設(shè)計。另外，對建筑物地下的土層分布、厚度、種類和性狀等狀況務必要探查清楚，做好高層建筑的地質(zhì)勘查報告工作，經(jīng)過地基處理后的高層建筑，還應對基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)的整體性進行加強和鞏固，并采用分項系數(shù)法恰當?shù)匕训卣鹆δM到建筑物各個受力構(gòu)件，系統(tǒng)性提高各個構(gòu)件的抗震能力。

(二)建筑結(jié)構(gòu)體系的選擇。在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，結(jié)構(gòu)體系不僅是受力體系，也是傳遞荷載的體系，關(guān)系到建筑物的安全。在開始進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，就要把對建筑物周圍的場地環(huán)境條件、內(nèi)部的使用功能、選用的施工材料等一些主要因素加以綜合思考與分析，這是因為在發(fā)生地震時，每個建筑物不同結(jié)構(gòu)的特點，所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)破壞情況也不一樣。一般常用的高層建筑結(jié)構(gòu)體系主要采用剪力墻、框架、框架與剪力墻相結(jié)合這三種模式。這三種模式各自具有優(yōu)缺點。剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是承載力比較高，側(cè)向剛度大，在水平力的作用下側(cè)移較小，整體性能優(yōu)良，不足之處是結(jié)構(gòu)自身體積、重量等因素比較大，且進行空間布置時的靈活度、方便性較差，不能夠滿足比較大空間的布置需求;框架結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是便于對室內(nèi)的空間布局進行靈活調(diào)整，缺陷是不太適用于高層建筑，此外，框架結(jié)構(gòu)主要是以剪切變形的柔性結(jié)構(gòu)為主，抗震效果較差也不太明顯，因此目前使用框架結(jié)構(gòu)的建筑工程越來越少。目前，高層混凝土建筑物在進行抗震設(shè)計時，普遍采用將框架與剪力墻這兩種結(jié)構(gòu)優(yōu)點相融合的模式，也就是把框架結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)的各自優(yōu)勢發(fā)揮出來，分工協(xié)作，各負職責，互為補充，如在框架結(jié)構(gòu)的最薄弱部分添加剪力墻，對提高建筑物本身的承載能力和抗震性能具有明顯作用，但同時也存在一定的風險，這是因為框架與剪力墻的剛度具有較大差異性，在突然遇到外力作用下會產(chǎn)生大大小小、不同程度的位置移動，因此在使用過程中要特別觀察和關(guān)注兩者的變形協(xié)調(diào)。同時，高層建筑的內(nèi)部結(jié)構(gòu)構(gòu)建也應以規(guī)則、簡約、實用等為主，整個結(jié)構(gòu)體系必須還要有足夠的承載和變形能力，建筑中的每個部分是相互依存和相互配合的，共同支撐著整個結(jié)構(gòu)體系，這就需要技術(shù)人員在設(shè)計過程中，根據(jù)豎向和橫向結(jié)構(gòu)承載能力的不同，對建筑物中的薄弱部分進行加固處理，并且進行合理布局。如高層住宅建筑對于墻體構(gòu)件要求較多，適合采用純剪力墻結(jié)構(gòu);對于大型的綜合體建筑，選擇筒體結(jié)構(gòu)就能較好地滿足其使用功能;對于超高層、超限的大型建筑工程，采用鋼結(jié)構(gòu)為最佳選擇。總之，選取合適的結(jié)構(gòu)類型并且盡最大可能滿足建筑的使用功能，這是建筑設(shè)計最基本的遵循［3］。

(三)進行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計。決定高層建筑抗震性能是結(jié)構(gòu)設(shè)計必須合理。因此，在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應遵循以下設(shè)計要點:一是結(jié)構(gòu)對稱性設(shè)計。非對稱的建筑結(jié)構(gòu)因為重量、重心偏離等因素，在地震作用力的影響下會產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)、震動等，極易導致建筑物遭到破壞，抗震性能大為下降［4］。為避免出現(xiàn)此類現(xiàn)象，建筑物設(shè)計應盡量使用對稱結(jié)構(gòu)。二是平面結(jié)構(gòu)設(shè)計。事實證明，受到地震作用后，異性結(jié)構(gòu)容易發(fā)生較大位移現(xiàn)象，所以盡量不要選擇L形、十字形等結(jié)構(gòu)。因此，一般情況下，高層建筑的平面結(jié)構(gòu)設(shè)計以方形、矩形和圓形最好，一方面以簡單實用為原則，另一方面也可以讓地震力的傳遞更加明確。三是豎向結(jié)構(gòu)設(shè)計。高層建筑的豎向結(jié)構(gòu)設(shè)計應重視均勻性，常采用的豎向結(jié)構(gòu)立面形狀有矩形、梯形或者三角形。

(四)設(shè)置多道防線共同抗震。發(fā)生地震的時候，常常伴隨著余震、火災、水患等許多次生災害問題，在突然遭遇到偶然荷載或破壞沖擊荷載的情況下，構(gòu)筑一道安全防御體系很難保證一個高層建筑物的安全性，有時還會導致整個體系的失效，為了防止和減少因為個別構(gòu)件或部位遭受損壞而造成整個建筑強度的損毀，在建筑抗震設(shè)計時，常會采用兩個或兩個以上結(jié)構(gòu)抗震體系，用來共同加強對建筑物的防護作用;而對于地震來臨時會產(chǎn)生較大作用力，建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計應具備一定的變形能力，用來削減地震的作用力，對于建筑房屋中薄弱環(huán)節(jié)的抗震能力更要特別注意加強，不要因為薄弱環(huán)節(jié)的損壞而影響整體建筑抗震功能，實際上將建筑抗震設(shè)計與建筑設(shè)計相結(jié)合的做法就是保證結(jié)構(gòu)整體性的體現(xiàn)，結(jié)構(gòu)之間構(gòu)成一個整體效應、各部件之間的共同作用能夠有力地抵抗地震的破壞力，達到較好的抗震效果;還有各部件之間的可靠連接也能提高建筑物的抗震及抗變形能力。在高層建筑設(shè)計時，剪力墻作為豎向受力構(gòu)件，為最大限度地保證結(jié)構(gòu)構(gòu)件的冗余度，比較適合選擇采用“大分散、小集中”的方式。另外，高層混凝土結(jié)構(gòu)還必須要求主要受力構(gòu)件具備較高的延性和剛度，因此，建立完整的結(jié)構(gòu)屈服體系也十分必要，目的是第一道防線在遭到地震損毀的情況下，還有第二、三道的防線進行保護［5］。

三、結(jié)語

總之，通過對高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計，可以極大地滿足提升人民群眾生活質(zhì)量的需求，對于保證人民群眾的生命安全、減少地震造成的財產(chǎn)損失具有一定的積極作用。工程設(shè)計人員應加強對建筑抗震結(jié)構(gòu)知識的了解，經(jīng)過詳細的分析和計算，設(shè)計出符合抗震要求的高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)。

【參考文獻】

［1］王聰．淺析建筑設(shè)計在建筑抗震設(shè)計中的重要作用［J］．城市建筑，2016，15:57

［2］劉丹．淺析建筑設(shè)計在建筑抗震設(shè)計中的重要作用［J］．科技視界，2017，30:130

［3］周廷軍．淺談建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計［J］．中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2018，4:113，115

［4］陳鵬．高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計探究［J］．規(guī)劃與設(shè)計，2018，6:72

作者：李曉社 單位：陜西省禮泉縣抗震辦