摘要：近些年，我國時有地震災(zāi)害發(fā)生，這對于房屋的結(jié)構(gòu)和抗震效果提出更加嚴格的要求。隨著經(jīng)濟的發(fā)展和城市人口的不斷增多，高層建筑已經(jīng)成為了城市居民住址主體，因此高層建筑的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計也就成為了當下城市建設(shè)當中的首要問題。高層混凝土建筑杭震結(jié)構(gòu)是最新研究的建筑結(jié)構(gòu)之一，因其良好的杭震能力受到越來越廣泛的應(yīng)用。本文在高層混凝土建筑杭震結(jié)構(gòu)的特點、設(shè)計準則、相關(guān)問題等做出的探述，并提出一些加強其杭震性能的處理對策，旨在為建筑結(jié)構(gòu)在設(shè)計時提供可參者的依據(jù)。希望對相關(guān)人士能夠有所幫助。
關(guān)鍵詞：高層混凝土、建筑杭震結(jié)構(gòu)、設(shè)計探討
一、前言
如何提高高層建筑的抗震效果是當下的城市建造當中的重點和難點，在施工當中除了要對地質(zhì)結(jié)構(gòu)進行仔細的分析，建筑物本身也要有科學(xué)合理的建筑結(jié)構(gòu)，同時抗震材料的選擇也要十分的謹慎和仔細。本文從高層建筑的結(jié)構(gòu)和施工特點入手，慢慢深入探討高層混凝土建筑抗震的方法。
二、高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求
就現(xiàn)在的情況而言，要想使高層混凝土建筑達到良好的抗震效果，例如，在地震較弱的時候，整體結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定牢固不會破損；遇到中等程度的地震，能夠經(jīng)過相關(guān)的維修仍可投入使用；地震較為嚴重時，高層建筑要做到不會傾倒，就需要在設(shè)計時，綜合考慮剛?cè)崤浜�，結(jié)構(gòu)各方受力科學(xué)合理，根據(jù)具體的情況來進行規(guī)劃，必須按照“強剪強彎”的設(shè)計規(guī)范標準來提高建筑結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。
一方面，高層混凝土建筑在設(shè)計規(guī)劃時，一定要把握好結(jié)構(gòu)剛度值的大小，經(jīng)過精確的計算分析，充分了解地質(zhì)地形條件、所用建材性能、機械設(shè)備運行參數(shù)、物理力學(xué)知識等內(nèi)容， 最終確定高層結(jié)構(gòu)的整體剛度強弱或者某個結(jié)構(gòu)設(shè)施的剛度，依靠連接設(shè)置的調(diào)節(jié)作用，力求保證抗震能力的提高，盡量讓整個建筑波動受力保持在地質(zhì)所能支持的范圍之間。也就是說，如果其基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生小幅度的變形，結(jié)構(gòu)的自我調(diào)節(jié)功能就會使得整體結(jié)構(gòu)不發(fā)生大幅度改變，在經(jīng)過維護工作之后，仍然具有使用價值。
另一方面，在結(jié)構(gòu)設(shè)計以及規(guī)劃時，結(jié)構(gòu)工程師一定要著重關(guān)鍵構(gòu)件和連接點的受力情況，采取相關(guān)措施進行有效調(diào)節(jié)，可以達到消災(zāi)減震的目的，盡最大程度地降低地震災(zāi)害帶來的損失。根據(jù)有關(guān)地震災(zāi)害統(tǒng)計，剛度過于柔和的高層混凝土建筑受到強大的震動作用后，其主體結(jié)構(gòu)受到了一定程度的損毀，然而在余震的相繼作用之下，就會受到持續(xù)損壞導(dǎo)致崩塌。
總之，對于高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)的設(shè)計，一定要保證其結(jié)構(gòu)具備適宜的剛度，還要改善其延性等特點，進而增強其整體結(jié)構(gòu)的抗震性能。
三、高層建筑抗震設(shè)計中經(jīng)常出現(xiàn)的問題
部分建筑物高度過高。按我國現(xiàn)行高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程(JGJ3 — 2002)規(guī)定，在一定設(shè)防烈度和一定結(jié)構(gòu)型式下，鋼筋混凝土高層建筑都有一個適宜的高度。在這個高度，抗震能力還是比較穩(wěn)妥的，但是目前不少高層建筑超過了高度限制。在震力作用下，超高限建筑物的變形破壞性態(tài)會發(fā)生很大的變化，建筑物的抗震能力會下降，很多影響因素也發(fā)生變化，結(jié)構(gòu)設(shè)計和工程預(yù)算的相應(yīng)參數(shù)需要重新選取。 地基的選取不合理。由于城市人口的增多和相對空間的縮小，不少建筑商忽略了這一問題，哪里商業(yè)空間大就在哪里建。高層建筑應(yīng)選擇位于開闊平坦地帶的堅硬土場地或密實均勻中硬土場地，遠離河岸，不應(yīng)垮在兩類土壤上，避開不利地形、不采用震陷土作天然地基，避免在斷層、山崖、滑坡、地陷等抗震危險地段建造房屋。高層建筑的地基選取不恰當可能導(dǎo)致抗震能力差。 材料的選用不科學(xué)，結(jié)構(gòu)體系不合理。在地震多發(fā)區(qū)，采用何種建筑材料或結(jié)構(gòu)體系較為合理應(yīng)該得到人們的重視。由于我國建筑結(jié)構(gòu)主要以鋼筋混凝土核心筒為主，變形控制要以鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的位移限值為基準。但因其彎曲變形的側(cè)移較大，靠剛度很小的鋼框架協(xié)同工作減小側(cè)移，不僅增大了鋼結(jié)構(gòu)的負擔，而且效果不大，有時不得不加大混凝土筒的剛度或設(shè)置伸臂結(jié)構(gòu)，形成加強層才能滿足規(guī)范側(cè)移限值。 較低的抗震設(shè)防烈度�，F(xiàn)在許多專家提出，現(xiàn)行的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計安全度已不能適應(yīng)國情的需要，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全度水平應(yīng)該大幅度提高。我國現(xiàn)行抗震設(shè)防標準是比較低的，中震相當于在規(guī)定的設(shè)計基準期內(nèi)超越概率為10％的地震烈度，較低的抗震設(shè)防烈度放松了高層建筑的抗震要求。
四、改善高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計的有效對策
1、選定建設(shè)位置 根據(jù)地震災(zāi)害情況的綜合分析，我們得出，如果建筑物所處的位置不同，那么其承受地震作用也會有很大的差別，究其原因就是所處地質(zhì)條件存在不同點。這就需要，在建設(shè)項目位置選定時，應(yīng)該注意以下兩點內(nèi)容：一是工程項目建設(shè)位置的地質(zhì)環(huán)境應(yīng)該具有良好的抗震能力；二是應(yīng)該遠離有重大威脅的場地，例如變電站、大型石油保存設(shè)施等等，防止除地震外其他因素帶來的安個隱患問題。
2、改進結(jié)構(gòu)設(shè)計方案 結(jié)構(gòu)工程師所采用的方案要求設(shè)計出的建筑能夠滿足國家規(guī)定建筑抗震能力的標準，實現(xiàn)主體結(jié)構(gòu)有足夠的空間進行調(diào)節(jié)變形，并且能夠在結(jié)構(gòu)的強大延性作用下，自動回復(fù)到正常狀態(tài)，這樣就大大削弱了主體變形對整個建筑結(jié)構(gòu)帶來的不利作用，達到高層混凝土結(jié)構(gòu)長期處于穩(wěn)定牢固的平衡狀態(tài)。在平算不同程度的地震作用力對結(jié)構(gòu)造成的影響，對其構(gòu)件開展科學(xué)合理的布局，盡量協(xié)調(diào)高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)各種設(shè)施之間的受力情況，維持平衡，加大其承受外力的能力，著重考慮結(jié)構(gòu)豎向重力作用的情況，使其平和勻稱，達到剛度規(guī)劃的要求目標，盡可能讓設(shè)計結(jié)構(gòu)有條理、不紊亂、有層次、不交錯，根據(jù)實際要素在設(shè)計中融入相應(yīng)的防震措施，對關(guān)鍵微小部分要嚴加處理應(yīng)對，使整體結(jié)構(gòu)由上到下所承受的重力均勻一致的降低，保持建筑整體的對稱情況，這種一目了然的重力變化能夠大大削弱地震帶來的水平與豎向不規(guī)則的作用力，因而有了相應(yīng)的抗震效果。
3、控制扭轉(zhuǎn)效應(yīng) 地震作用有水平作用、豎向作用以及扭轉(zhuǎn)作用，在多種受力的綜合下，就會產(chǎn)生難以估量的破壞力，如地裂、房屋倒塌、地勢波動較為強烈等由于地震爆發(fā)具有隨時性，其中包含很多不穩(wěn)定的地方，這就要求對于高層混凝土建筑抗震方面的結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，強調(diào)地震帶來扭轉(zhuǎn)效應(yīng)如果沒有設(shè)置相關(guān)結(jié)構(gòu)位移的標準，就應(yīng)該選取所測定的最大位移部分的剛度以及減弱最小位移帶點剛度，保持結(jié)構(gòu)在整體方面位移的一致性保證每一個細節(jié)都達到相關(guān)的設(shè)計要求，一旦發(fā)現(xiàn)不合理的地方，就應(yīng)該及時做出有效的調(diào)整，盡量地控制地震扭轉(zhuǎn)作用帶來的不利影響。
4、研究高層混凝土建筑各層結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)置 對各層參數(shù)的設(shè)置主要是在模擬地震時各種受力作用帶給結(jié)構(gòu)設(shè)施受力分析的計算，例如，墻體承載能力、柱梁變形方面計算等等在高層混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的預(yù)處理階段，在充分了解所建項目的位置、地形條件、所選材料、施工工藝、質(zhì)量檢測等多個方面的基礎(chǔ)上，把握其中要點，建立建筑設(shè)計的基本框架，應(yīng)用自身的設(shè)計理念和專項技能來進行詳實的設(shè)計，并對此關(guān)鍵地方做出十分重要的說明，來完成建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計的工作最好能夠建立系統(tǒng)的完善的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計信息數(shù)據(jù)庫，便于結(jié)構(gòu)工程師查詢相關(guān)案例，總結(jié)經(jīng)驗，采取現(xiàn)金的設(shè)計方法開展工作在研究建筑復(fù)雜結(jié)構(gòu)綜合受理情況時，要選出相應(yīng)的力學(xué)模型，例如剪摩理論和主拉應(yīng)力理論，來對建筑結(jié)構(gòu)受理是否合理進行判斷應(yīng)該對由計算機運算結(jié)果開展深入的調(diào)查研究，估定其有效程度，為以后的結(jié)構(gòu)抗震能力的設(shè)計提供依據(jù)高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)所要處理的參數(shù)包括整體的震動周期、扭轉(zhuǎn)角度、相關(guān)剛度比例等。因此，對于高層結(jié)構(gòu)的設(shè)計不能一蹴而就，應(yīng)該經(jīng)過反復(fù)的計算研究和多次協(xié)調(diào)，在保證其結(jié)構(gòu)具有抗震能力的基礎(chǔ)上，確定結(jié)構(gòu)方面的有關(guān)參數(shù)。
五、選擇合理的結(jié)構(gòu)布置，協(xié)調(diào)好建筑與結(jié)構(gòu)的關(guān)系
1、選擇結(jié)構(gòu)布置的情況時，應(yīng)滿足建筑功能要求，做到經(jīng)濟合理、便于施工。建筑物的開間、進深、層高、層數(shù)等平面關(guān)系和體型除滿足使用要求外，還應(yīng)盡量減少類型，盡可能統(tǒng)一柱網(wǎng)布置和層高，重復(fù)使用標準層。
2、高層建筑控制位移是主要矛盾，除應(yīng)從平面體型和立面變化等方面考慮提高結(jié)構(gòu)的總體剛度以減少結(jié)構(gòu)的位移。在結(jié)構(gòu)布置時，應(yīng)加強結(jié)構(gòu)的整體性及剛度，加強構(gòu)件的連接，使結(jié)構(gòu)各部分以最有效的方式共同作用; 加強基礎(chǔ)的整體性，以減少由于基礎(chǔ)平移或扭轉(zhuǎn)對結(jié)構(gòu)的側(cè)移影響，同時應(yīng)注意加強結(jié)構(gòu)的薄弱部位和應(yīng)力復(fù)雜部位的強度。
3、在地震區(qū)為了減少地震作用對建筑結(jié)構(gòu)的整體和局部的不利影響，如扭轉(zhuǎn)和應(yīng)力集中效應(yīng)，建筑平面形狀宜規(guī)正，避免過大的外伸或內(nèi)收，沿高度的層間剛度和層間屈服強度的分部要均勻，主要抗側(cè)力豎向構(gòu)件，其截面尺寸、混凝土強度等級和配筋量的改變不宜集中在同一樓層內(nèi)，應(yīng)糾正 “增加構(gòu)件強度總是有利無害”的非抗震設(shè)計概念，在設(shè)計和施工中不宜盲目改變混凝土強度等級和鋼筋等級以及配筋量。簡單地說就是使結(jié)構(gòu)各部分剛度對稱均勻，各結(jié)構(gòu)單元的平面形狀應(yīng)力求簡單規(guī)則，立面體型應(yīng)避免伸出和收進，避免結(jié)構(gòu)垂直方向剛度突變等。平面的長寬比不宜過大，以避免兩端相距太遠，振動不同步，應(yīng)使荷載合力作用線通過結(jié)構(gòu)剛度中心，以減少扭轉(zhuǎn)的影響。尤其是布置樓電梯間時不宜設(shè)在平面凹角部位或端部角區(qū)，他對結(jié)構(gòu)剛度的對稱性有顯著的影響。
六、結(jié)束語
綜上所述，地震發(fā)生具有隨機性、強破壞、伴隨余震次數(shù)多等特點，給社會帶來巨大的損失，而建筑抗震能力的強弱直接關(guān)系著人們的生命財產(chǎn)安全。因此，結(jié)構(gòu)工程師在規(guī)劃高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)時，應(yīng)該充分研究以往地震對建筑作用的資料，在個面了解建筑的施工技術(shù)、工藝流程、管理、經(jīng)濟、實用性能的基礎(chǔ)上，采取合理有效的對策增強其結(jié)構(gòu)的抗震性能，使其具有良好的抗震效果。
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