淺談高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計

李碧濤

（海口市城市規(guī)劃設(shè)計研究院東莞分院）

前言

在現(xiàn)代城市化發(fā)展進(jìn)程日益推進(jìn)的帶動下，建筑事業(yè)實(shí)現(xiàn)了高效的發(fā)展。在眾多的建筑工程項(xiàng)目中，要屬高層建筑項(xiàng)目增長的速度最快。近幾年，高層建筑項(xiàng)目猶如雨后春筍一般，實(shí)現(xiàn)了持續(xù)性的增長。在一定程度上，促進(jìn)了人們生活品質(zhì)的升級發(fā)展。同時，人們對高層混凝土建筑的質(zhì)量問題關(guān)注度也日益提升，尤其是在目前地震頻發(fā)的社會環(huán)境下，人們對高層混凝土建筑的抗震性要求逐漸提高。因而，對于我國的建筑事業(yè)來說，提高對高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)的設(shè)計水準(zhǔn)成為了目前最為重要的現(xiàn)實(shí)任務(wù)。那么，為了更好的提升高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)的設(shè)計水準(zhǔn)，就需要高層混凝土建筑的施工設(shè)計單位有效的把握具體的施工設(shè)計原理，提高設(shè)計技術(shù)水平，切實(shí)的提升高層混凝土建筑的抗震性。從而滿足廣大人民的現(xiàn)實(shí)要求，降低高層混凝土建筑受地質(zhì)災(zāi)害影響發(fā)生坍塌等安全事故的幾率，保障建筑事業(yè)的穩(wěn)步發(fā)展。

1 探微高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)中抗震設(shè)計的要點(diǎn)

1.1 建筑物側(cè)移的控制

在高層混凝土建筑中，在水平荷載的作用下建筑結(jié)構(gòu)通常會出現(xiàn)側(cè)移，而這種側(cè)移也會隨著樓層數(shù)的增加而逐漸加大。若建筑結(jié)構(gòu)側(cè)移的尺度過大，則建筑結(jié)構(gòu)的本身就會產(chǎn)生一定的內(nèi)力。在內(nèi)外力的作用下，偏心力在超過一定數(shù)值時，就會導(dǎo)致高層混凝土建筑出現(xiàn)大的位移甚至傾倒。同時，建筑結(jié)構(gòu)在受到地震荷載影響下，會出現(xiàn)水平的剪切力，也會導(dǎo)致建筑物產(chǎn)生側(cè)移的情況。因而，在對高層混凝土建筑進(jìn)行抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，要保證建筑物結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、剛度及強(qiáng)度，避免出現(xiàn)側(cè)移的情況。

1.2 水平剛度的控制

當(dāng)?shù)卣饋砼R時，受地面運(yùn)動影響，高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)更容易受到水平作用力的影響，出現(xiàn)側(cè)移甚至坍塌的情況，這對高層混凝土建筑橫墻的承載力提出了一定的要求。在對高層混凝土建筑進(jìn)行抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，建筑物結(jié)構(gòu)的水平剛度是最為重要的設(shè)計要點(diǎn)。高層混凝土建筑的樓蓋要把地震的作用力傳遞給橫墻，讓高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生抗傾覆的力矩，同時在結(jié)構(gòu)的豎向構(gòu)件內(nèi)形成一定的軸力，從而讓高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)的高度與水平力彎矩形成正比，避免發(fā)生側(cè)移甚至坍塌的情況。因而，這就需要在對高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震設(shè)計時，注意對水平剛度的合理控制。

2 高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)中抗震設(shè)計的主要機(jī)理

2.1 隔震

高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)隔震設(shè)計，主要是指在高層混凝土建筑的下部，設(shè)置相應(yīng)的隔震層。該隔震層在地震的作用力下，產(chǎn)生相應(yīng)的水平變化，讓地震的作用力不會影響到上部的高層建筑。在一定程度上，它能夠讓高層混凝土建筑的上部建筑物與地基之間的共振減少，吸收更多的振動能量作用。對于隔震的主要構(gòu)件，分為三個部分。①鉛制的緩沖性構(gòu)件。該構(gòu)件主要是利用純度較高的鉛材料，在經(jīng)過塑性變形后制成的構(gòu)件；②鋼制的緩沖性構(gòu)件。該構(gòu)件主要是對鋼材料進(jìn)行塑性變形后制成的構(gòu)件，能夠起到衰減震動的效果；③疊層式橡膠，它是一種把鋼板與厚度數(shù)為毫米的一些橡膠重疊交互接合，在壓力與熱的施加下制成的彈性較高的構(gòu)件。它能夠防止地基出現(xiàn)共振情況，能夠讓高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)保持著垂直狀態(tài)。

2.2 減震

在高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計中，減震主要的方式有三種。①消能減震。該減震方式主要是利用高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)的附加阻力值，當(dāng)阻力值達(dá)到至高點(diǎn)時，會導(dǎo)致高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)的地震作用力減弱。該方式也就是在高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)中的一些部位中，設(shè)置上相應(yīng)的耗能元件，在發(fā)生振動時，形成滯回的變形，將能量耗散。該種設(shè)置目前有著較多的種類，如摩擦力的電阻器、金屬的阻力器、粘滯的阻力器等；②蹺動式減震。它允許上部結(jié)構(gòu)和下部基礎(chǔ)脫離，通過上部結(jié)構(gòu)的晃動來隔震。與傳統(tǒng)的隔震技術(shù)的區(qū)別在于，它放松的是轉(zhuǎn)動約束而不是水平約束；③機(jī)械式的減震。該方法主要是在高層混凝土建筑內(nèi)部利用鋼支撐，并與外部的鋼管之間不粘結(jié)；或在鋼管混凝土或者外包鋼筋混凝土與鋼支撐之間，進(jìn)行無粘結(jié)漆的涂抹，形成一定的滑移界面，從而起到減震的效果。

3 優(yōu)化高層混凝土建筑抗震性結(jié)構(gòu)設(shè)計的有效性策略

3.1 提升高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計水準(zhǔn)

要想切實(shí)的提高高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計的質(zhì)量，就需要先提高對場地地質(zhì)勘查的水準(zhǔn)。要在對高層混凝土建筑進(jìn)行整體的結(jié)構(gòu)設(shè)計前，對現(xiàn)場復(fù)雜的地形地質(zhì)進(jìn)行有效的勘察設(shè)計。要在復(fù)雜的地形環(huán)境下，對建筑物進(jìn)行合理的平面布局設(shè)計。避免建筑的剛心與質(zhì)心不一致，導(dǎo)致高層混凝土建筑出現(xiàn)重心不穩(wěn)的情況。在對高層混凝土建筑進(jìn)行抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，可以依據(jù)高層建筑現(xiàn)場實(shí)際的地質(zhì)環(huán)境特征，及受地震破壞影響的強(qiáng)弱性，進(jìn)行科學(xué)的、合理的設(shè)計。同時，要以平面形狀的規(guī)則性、結(jié)構(gòu)的對稱性及豎向的均勻性為基本設(shè)計原則，依據(jù)建筑現(xiàn)場實(shí)際的情況進(jìn)行抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計，切實(shí)的保證高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)重心的穩(wěn)定性。此外，還要依據(jù)場地的抗震設(shè)防等級與地基的液化等級，做好建筑物上部結(jié)構(gòu)與地基剛度的合理設(shè)計，防止高層混凝土建筑出現(xiàn)側(cè)移的情況。

3.2 合理選擇施工材料

施工材料選擇的合理性，對于高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計來說有著至關(guān)重要的作用。通常情況下，高層混凝土建筑受地震作用力與其結(jié)構(gòu)剛度為正向的比例。若高層混凝土建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)構(gòu)件的重量越大，高層混凝土建筑所受到的地震作用力也就越大。因而，需要提高對施工材料的重視程度，合理的選擇施工材料，控制好高層混凝土建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)的構(gòu)件重量。要盡量選擇輕便性的構(gòu)件，還要選擇性能最佳的構(gòu)件，要切實(shí)的依據(jù)高層混凝土建筑實(shí)際施工要求，進(jìn)行合理的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計。以保障高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)的合理性為基礎(chǔ)，提高高層混凝土建筑的安全性及抗震結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

4 結(jié)語

隨著高層建筑項(xiàng)目數(shù)量的日益增多，建筑事業(yè)迎來了新的發(fā)展曙光。那么，為了進(jìn)一步推動建筑事業(yè)在新時期的高速發(fā)展，就需要提高對高層混凝土建筑設(shè)計的重視程度，尤其是對抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計的重視度。為了有效的提高高層混凝土建筑的抗震能力，切實(shí)的保障高層混凝土建筑的穩(wěn)定性，就需要對高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計的要點(diǎn)及機(jī)理，進(jìn)行深度的分析與研究，進(jìn)而制定出最為完善的設(shè)計優(yōu)化與改進(jìn)措施。從而切實(shí)的提高高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計的水準(zhǔn)，保障高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的抗震能力，避免相關(guān)安全事故的發(fā)生，促進(jìn)建筑事業(yè)健康有序的發(fā)展。

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