高層混凝土建筑抗震結構設計問題

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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，建筑及相關部門十分重視抗震設計工作，但在建筑抗震設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構設計中存在問題及解決對策進行初步探討。

【關鍵詞】高層建筑;混凝土;抗震結構;抗震設計

一、高層混凝土建筑抗震設計存在的問題

(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，建筑物的主體結構會瞬間被破壞，給人民群眾生命和財產(chǎn)帶來毀滅性災難。

(二)建筑物的結構設計不太合理。地震發(fā)生時，建筑物結構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構的抗震性能，延性能力越強，抗震效果越好，所以工程技術人員在建筑物結構設計時，要充分考慮采取怎樣措施來提高建筑物的延性，延性結構機制原理是把地震帶來破壞作用轉嫁到建筑物的其他部位，產(chǎn)生非彈性的形變結果，讓結構的次要構件來消耗地震所產(chǎn)生的能量，對建筑物的整體結構保護作用明顯。但是在實踐操作工作過程中，建筑物的延性構件設計時經(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、保障建筑設計和建設的質(zhì)量，混凝土核心筒技術是現(xiàn)階段高層建筑設計中經(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)建筑抗震設計的強度不高。目前，我國建筑抗震設計是按照GB50011－2010《建筑抗震設計規(guī)范》來進行，工程技術人員應對其中的規(guī)定、要求和標準認真領會、執(zhí)行，設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計的強度，實現(xiàn)“小震不壞、中震可修、大震不倒”的設防目標.

二、改善建筑抗震設計問題的有效措施

筆者結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規(guī)程的相關要求對地基進行合理的加固和設計。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，還應對基礎和上部結構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件，系統(tǒng)性提高各個構件的抗震能力。

(二)建筑結構體系的選擇。在高層建筑結構設計中，結構體系不僅是受力體系，也是傳遞荷載的體系，關系到建筑物的安全。在開始進行結構設計時，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，每個建筑物不同結構的特點，所產(chǎn)生的結構破壞情況也不一樣。一般常用的高層建筑結構體系主要采用剪力墻、框架、框架與剪力墻相結合這三種模式。這三種模式各自具有優(yōu)缺點。剪力墻結構的優(yōu)點是承載力比較高，側向剛度大，在水平力的作用下側移較小，整體性能優(yōu)良，不足之處是結構自身體積、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;框架結構的優(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，框架結構主要是以剪切變形的柔性結構為主，抗震效果較差也不太明顯，因此目前使用框架結構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計時，普遍采用將框架與剪力墻這兩種結構優(yōu)點相融合的模式，也就是把框架結構和剪力墻結構的各自優(yōu)勢發(fā)揮出來，分工協(xié)作，各負職責，互為補充，如在框架結構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注兩者的變形協(xié)調(diào)。同時，高層建筑的內(nèi)部結構構建也應以規(guī)則、簡約、實用等為主，整個結構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，共同支撐著整個結構體系，這就需要技術人員在設計過程中，根據(jù)豎向和橫向結構承載能力的不同，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件要求較多，適合采用純剪力墻結構;對于大型的綜合體建筑，選擇筒體結構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，采用鋼結構為最佳選擇。總之，選取合適的結構類型并且盡最大可能滿足建筑的使用功能，這是建筑設計最基本的遵循［3］。

(三)進行合理的結構設計。決定高層建筑抗震性能是結構設計必須合理。因此，在進行結構設計時，應遵循以下設計要點:一是結構對稱性設計。非對稱的建筑結構因為重量、重心偏離等因素，在地震作用力的影響下會產(chǎn)生扭轉、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，建筑物設計應盡量使用對稱結構。二是平面結構設計。事實證明，受到地震作用后，異性結構容易發(fā)生較大位移現(xiàn)象，所以盡量不要選擇L形、十字形等結構。因此，一般情況下，高層建筑的平面結構設計以方形、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。三是豎向結構設計。高層建筑的豎向結構設計應重視均勻性，常采用的豎向結構立面形狀有矩形、梯形或者三角形。

(四)設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，在建筑抗震設計時，常會采用兩個或兩個以上結構抗震體系，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，建筑結構的設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計與建筑設計相結合的做法就是保證結構整體性的體現(xiàn)，結構之間構成一個整體效應、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。在高層建筑設計時，剪力墻作為豎向受力構件，為最大限度地保證結構構件的冗余度，比較適合選擇采用“大分散、小集中”的方式。另外，高層混凝土結構還必須要求主要受力構件具備較高的延性和剛度，因此，建立完整的結構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、結語

總之，通過對高層混凝土建筑抗震結構的優(yōu)化設計，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。工程設計人員應加強對建筑抗震結構知識的了解，經(jīng)過詳細的分析和計算，設計出符合抗震要求的高層混凝土建筑結構。

【參考文獻】

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

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

［3］周廷軍．淺談建筑抗震結構設計［J］．中國新技術新產(chǎn)品，2018，4:113，115

［4］陳鵬．高層混凝土建筑抗震結構設計探究［J］．規(guī)劃與設計，2018，6:72

作者：李曉社 單位：陜西省禮泉縣抗震辦