高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)淺議

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摘要：近年來，城市化進(jìn)程不斷加速，城市居民對(duì)房屋住宅的實(shí)用性需求越來越高。城市空間資源嚴(yán)重緊缺，高層混凝土建筑受到了青睞，成為城市中極為重要的建筑形式之一。高層混凝土建筑與傳統(tǒng)建筑不同，在建設(shè)過程中，前者會(huì)涉及高層作業(yè)，對(duì)建筑的穩(wěn)定性也有著更高的要求。高層混凝土建筑的施工難度較大，其抗震性能已經(jīng)受到社會(huì)的廣泛關(guān)注，并且成為衡量工程質(zhì)量的重要標(biāo)準(zhǔn)以及衡量建筑安全性的重要指標(biāo)。因此，在高層混凝土建筑建設(shè)的過程中，設(shè)計(jì)人員需要從多個(gè)角度來分析高層混凝土建筑的抗震質(zhì)量?；谏鲜鼋嵌?，本文分析了高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)，希望對(duì)提高我國高層混凝土建筑的抗震能力有所幫助。

關(guān)鍵詞：高層建筑；混凝土抗震；抗震能力；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在當(dāng)前的社會(huì)發(fā)展中，建筑工程是城市建設(shè)中極為重要的內(nèi)容。目前，我國城市人口數(shù)量大幅度增加，城市空間壓力不斷增加，為了有效節(jié)約利用土地資源，合理配置城市空間資源，高層混凝土建筑已經(jīng)成為建筑的主流。隨著建筑樓層的增加，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)的過程中，需要調(diào)整思路，有效提高高層混凝土建筑的質(zhì)量。在高層混凝土建筑建設(shè)的過程中，抗震結(jié)構(gòu)是極為關(guān)鍵的質(zhì)量管理點(diǎn)，對(duì)建筑使用的安全性以及使用壽命有著極為重要的影響。如果建筑抗震結(jié)構(gòu)的合理性較低，那么在建筑投入使用的過程中會(huì)出現(xiàn)許多質(zhì)量問題，甚至引發(fā)極為嚴(yán)重的安全事故，會(huì)對(duì)用戶的生命財(cái)產(chǎn)安全產(chǎn)生嚴(yán)重的威脅。因此，施工單位在施工過程中，需要重視混凝土抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作，不斷優(yōu)化施工技術(shù)和施工流程，促進(jìn)高層建筑行業(yè)健康發(fā)展。

1地震對(duì)高層混凝土建筑的破壞方式分析

1.1剪切力破壞分析

發(fā)生地震時(shí)，建筑物會(huì)受到剪切力破壞，并且產(chǎn)生許多裂縫。剪切裂縫是指建筑結(jié)構(gòu)在剪力和彎矩的共同作用下，因剪切應(yīng)力過大而產(chǎn)生的裂縫。形成剪切裂縫的原因主要包括以下幾個(gè)方面：①如果建筑物結(jié)構(gòu)的彎矩和綜合強(qiáng)度超出了承受范圍，就會(huì)產(chǎn)生裂縫，建筑截面也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的水平彎曲裂縫；②高層混凝土建筑在地震中往往需要承受更大的壓力以及作用力，此時(shí)建筑結(jié)構(gòu)會(huì)向傾斜方向產(chǎn)生剪切力，從而產(chǎn)生裂縫；③當(dāng)箍筋的承受力不足時(shí)，高層混凝土建筑的剪切裂縫便會(huì)大幅度增加，同時(shí)會(huì)出現(xiàn)剪切式破壞的現(xiàn)象。

1.2彎曲式破壞分析

發(fā)生地震時(shí)，高層混凝土建筑除了遭受剪切式破壞以外，還會(huì)出現(xiàn)彎曲式破壞的現(xiàn)象（見圖1）。出現(xiàn)彎曲式破壞現(xiàn)象的主要原因是，高層混凝土建筑會(huì)受到地震的水平作用力，使得建筑結(jié)構(gòu)無法得到有效平衡，從而增加了高層混凝土建筑主體結(jié)構(gòu)的受力。在地震頻繁發(fā)生的地區(qū)，主震和余震都會(huì)影響高層混凝土建筑的主體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。如果地震時(shí)間持續(xù)較長，則高層混凝土建筑的主體結(jié)構(gòu)便會(huì)受到極為嚴(yán)重的破壞，當(dāng)承受的破壞力超出承載力時(shí)，高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)就會(huì)遭到破壞，從而發(fā)生彎曲式崩塌。

2高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)分析

2.1提高結(jié)構(gòu)剛度

與傳統(tǒng)建筑相比，高層混凝土建筑的剛度較高，同時(shí)其必須有很好的剛度。通常而言，在高層混凝土建筑工程中，建筑的剛度會(huì)對(duì)建筑的穩(wěn)定性產(chǎn)生決定性的影響。因此，在建設(shè)過程中，設(shè)計(jì)人員必須明確建筑高度與穩(wěn)定性之間的關(guān)系是正比例的關(guān)系，而這種認(rèn)識(shí)存在著一定的誤區(qū)。在建筑工程中，如果提高高層混凝土建筑的剛度，就會(huì)增加建筑材料的消耗量，從而導(dǎo)致建筑的自重大幅度增加。提高整體建筑的剛度，不僅會(huì)增加建筑建設(shè)成本，還有可能給建筑的抗震能力帶來較大的負(fù)面影響。因此，在設(shè)計(jì)高層混凝土建筑的整體結(jié)構(gòu)時(shí)，設(shè)計(jì)人員需要將剛度控制在合理的范圍之內(nèi)。在建設(shè)過程中，隨著高層混凝土建筑高度的增加，其結(jié)構(gòu)需要具有一定的柔韌性，以提高建筑的抗震能力。如果高層混凝土建筑的剛度過大，在受到外力作用時(shí)，就有可能因脆性問題而出現(xiàn)局部斷裂，甚至發(fā)生崩塌。由此可見，在高層混凝土建筑工程中，剛度會(huì)對(duì)建筑的綜合效果產(chǎn)生一定的影響。因此，設(shè)計(jì)人員在開展具體的設(shè)計(jì)工作時(shí)，需要有效提高設(shè)計(jì)的科學(xué)性，確保建筑的剛度與抗震的具體要求相符合。

2.2有效控制水平側(cè)向力

在高層混凝土建筑建設(shè)的過程中，其高度大幅度增加，會(huì)對(duì)建筑的整體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。舉例來說，在開展高層混凝土建筑工程的過程中，高層混凝土建筑的水平側(cè)向力會(huì)大幅度增加，如果工作人員不采取有效措施來解決該問題，那么建筑結(jié)構(gòu)的安全性將無法得到保障。在較大的水平側(cè)向力的影響下，建筑的變形概率將大幅度增加。在高層混凝土建筑建設(shè)的過程中，高層混凝土建筑的水平側(cè)向力主要是指風(fēng)荷載力以及其水平地震力。水平地震力與建筑整體高度之間呈正比例關(guān)系，即隨著建筑高度的大幅度增加，其建筑承受的水平側(cè)向力也隨之增加。實(shí)際上，該側(cè)向力對(duì)建筑的穩(wěn)定性具有較為明顯的負(fù)面影響。受到水平側(cè)向力長期作用，建筑結(jié)構(gòu)會(huì)在水平方向產(chǎn)生相應(yīng)的位移，將對(duì)建筑的穩(wěn)定性造成嚴(yán)重的負(fù)面影響，建筑安全性無法得到保障。因此，設(shè)計(jì)人員在開展相應(yīng)的建筑設(shè)計(jì)工作的過程中，需要充分考慮水平側(cè)向力。

3高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的基本方法分析

在建筑建設(shè)的過程中，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師需要充分了解和綜合分析建筑在地震中遭受震害的原因，并且需要通過相應(yīng)的理論知識(shí)以及研究方法，對(duì)各類專業(yè)性問題進(jìn)行分析，同時(shí)結(jié)合更加科學(xué)的計(jì)算方法，大幅度地提高高層混凝土建筑的抗震水平，有效控制建筑的扭轉(zhuǎn)位移。目前，整體地震功率作用的隨機(jī)荷載控制工作的難度相對(duì)較高，這項(xiàng)工作需要設(shè)計(jì)人員合理地選擇建設(shè)場(chǎng)地，以及科學(xué)地優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，以此來降低地震功率所產(chǎn)生的能源輸出和地震產(chǎn)生的破壞性。設(shè)計(jì)人員應(yīng)改變結(jié)構(gòu)的固有周期，防止因共振而對(duì)建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞。在此過程中，設(shè)計(jì)人員還要應(yīng)用降壓技術(shù)以及隔震技術(shù)。目前，設(shè)計(jì)人員普遍采用傳統(tǒng)的地震抗災(zāi)體系，通過加強(qiáng)結(jié)構(gòu)特殊性能以及地震抵抗能力的方法來控制高層混凝土建筑的剛度——當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí)，結(jié)構(gòu)能夠處于非彈性的狀態(tài)，結(jié)構(gòu)的伸縮性也能夠得到保障，以此來達(dá)到消耗地震能量的效果，大幅度降低地震對(duì)高層混凝土建筑產(chǎn)生的危害。提高結(jié)構(gòu)阻尼，既能夠改善結(jié)構(gòu)抗震能力，也能夠大幅度降低樓層受到的地震剪力。在進(jìn)行高層混凝土建筑設(shè)計(jì)的過程中，設(shè)計(jì)人員在選擇結(jié)構(gòu)材料時(shí)，需要嚴(yán)格控制材料的質(zhì)量，需要選用優(yōu)質(zhì)的鋼筋，并且選用高強(qiáng)度的永久性混凝土，以此來減小建筑的自重，減少地震對(duì)建筑的作用力。

4高層混凝土建筑的抗震結(jié)構(gòu)體系優(yōu)化方案分析

4.1優(yōu)化抗震結(jié)構(gòu)的功能及體系

高層混凝土建筑在當(dāng)今社會(huì)中得到了廣泛應(yīng)用，促進(jìn)了建筑行業(yè)的發(fā)展，但是高層混凝土建筑施工對(duì)建筑的綜合施工效果提出了更加多元化的要求，對(duì)建筑的整體抗震性能提出了更加嚴(yán)格的要求。設(shè)計(jì)人員需要優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)，在減少工程造價(jià)的同時(shí)，有效提高建筑的抗震性能。因此，建筑企業(yè)需要從優(yōu)化抗震結(jié)構(gòu)體系入手，對(duì)高層混凝土建筑的抗震結(jié)構(gòu)進(jìn)行綜合性改良。在具體的施工過程中，施工人員需要應(yīng)用剪力墻、筒體結(jié)構(gòu)、懸掛等施工方法，來提高高層混凝土建筑的抗震結(jié)構(gòu)體系和整體結(jié)構(gòu)體系的科學(xué)性。施工人員在應(yīng)用框架核心筒結(jié)構(gòu)時(shí)，可能會(huì)遇到許多問題。例如，在施工中，懸臂桁架層數(shù)不斷增加，某些層數(shù)的強(qiáng)度不足，無法滿足相應(yīng)的施工需求，從而嚴(yán)重影響建筑的剛度以及承重能力，如果發(fā)生地震，則高層混凝土建筑將無法保持原狀。建筑企業(yè)在優(yōu)化建筑抗震體系的過程中，需要有效地控制建筑的施工成本，從而在確保建筑質(zhì)量的前提下獲得更加可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

4.2優(yōu)化抗震結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案

高層混凝土建筑的抗震結(jié)構(gòu)的科學(xué)性會(huì)直接影響建筑的性能。設(shè)計(jì)人員需要優(yōu)化抗震結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案，并且需要對(duì)這項(xiàng)工作予以高度重視。因此，在開展具體的施工工作之前，設(shè)計(jì)人員需要優(yōu)化建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作和設(shè)計(jì)方案，以實(shí)現(xiàn)提高抗震性能的目標(biāo)。在合理優(yōu)化抗震結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案的背景下，建筑即使遭受地震外力的影響，也能正常發(fā)揮抗震性能，將損害程度降到最低。當(dāng)前，設(shè)計(jì)人員經(jīng)常應(yīng)用的方式為分層設(shè)計(jì)方式。設(shè)計(jì)人員需要針對(duì)高層建筑的不足之處進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，調(diào)整建筑結(jié)構(gòu)的承重力，優(yōu)化荷載效應(yīng)，進(jìn)一步提高設(shè)計(jì)效果。此外，設(shè)計(jì)人員在具體的工作中，需要掌握現(xiàn)場(chǎng)的具體情況，結(jié)合各類實(shí)際勘測(cè)的數(shù)據(jù)，通過強(qiáng)大的數(shù)據(jù)支持來明確抗震點(diǎn)，提高抗震結(jié)構(gòu)的承載能力，從而大幅度提高高層混凝土建筑的抗震能力。

4.3重視抗震扭轉(zhuǎn)效應(yīng)

發(fā)生地震時(shí)，往往會(huì)產(chǎn)生垂直扭轉(zhuǎn)以及水平扭轉(zhuǎn)等作用力，這些作用力能夠?qū)Ω邔踊炷两ㄖa(chǎn)生破壞，進(jìn)而導(dǎo)致建筑構(gòu)件開裂，甚至導(dǎo)致建筑倒塌。因此，施工人員需要高度重視抗震扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，提高位移部位的質(zhì)量，確保位移范圍與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)相符合。此外，設(shè)計(jì)人員需要積極解決抗震結(jié)構(gòu)的割裂問題，采取合理的措施，大幅度提高抗震結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)效率以及設(shè)計(jì)質(zhì)量。

4.4合理設(shè)置多道抗震防線

在高層混凝土建筑建設(shè)的過程中，為了提高抗震效果，設(shè)計(jì)人員需要合理設(shè)置抗震防線。發(fā)生地震時(shí)，通常會(huì)出現(xiàn)多次余震。余震對(duì)建筑的影響也極為嚴(yán)重，如果僅設(shè)計(jì)單一的防線，那么將有可能增加坍塌事故發(fā)生的概率。因此，設(shè)計(jì)人員需要詳細(xì)分析建筑施工過程中的薄弱環(huán)節(jié)，并且有效解決薄弱環(huán)節(jié)中的問題。設(shè)計(jì)人員必須應(yīng)用延伸框架，并且確保延伸框架的承載能力以及剛度與高層混凝土建筑的抗震需求相符合，從而有效減少地震效應(yīng)。

5結(jié)語

綜上所述，在當(dāng)前社會(huì)發(fā)展中，我國的建筑行業(yè)得到了快速發(fā)展。為了滿足城市化的需求，高層混凝土建筑得到了廣泛應(yīng)用，同時(shí)也促進(jìn)了城市的繁榮發(fā)展。在高層混凝土建筑工程施工的過程中，設(shè)計(jì)人員需要分析高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能，需要確保抗震性能達(dá)到理想效果，為高層混凝土建筑的安全性及穩(wěn)定性提供有效保障。因此，建筑設(shè)計(jì)人員需要從多個(gè)角度對(duì)高層混凝土建筑的抗震結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并且對(duì)現(xiàn)有設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行綜合性改良，以此來保證高層混凝土建筑的抗震性能。

參考文獻(xiàn)：

[1]莊緒永.高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)鍵要素探究[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì),2021(13):31-33.

作者:胡忠臣 單位:山東鉅旺建筑工程有限公司