高層混凝土建筑抗震結構設計解探討論文

　　摘要:針對高層建筑的安全問(wèn)題，在優(yōu)化設計的理念下，結合新技術(shù)、新觀(guān)點(diǎn)，從高層建筑的設計原則和設計內容兩方面展開(kāi)論述，以期提高抗震結構的設計水平，促進(jìn)我國高層建筑抗震結構設計技術(shù)的發(fā)展。

　　關(guān)鍵詞:高層建筑，抗震，結構設計，傳力體系

　　中國人口問(wèn)題是整個(gè)社會(huì )的問(wèn)題，如何安置這么龐大的人口數量，建筑業(yè)承擔著(zhù)巨大的考驗。老舊房屋占地多，抗震性能低，在舒適性上也達不到日益增長(cháng)的居民要求，所以高層建筑的出現可以很好的解決這個(gè)矛盾，在保證舒適度的前提下，如何安全合理的建造高層建筑就顯得尤為重要。近二十年，我國高層建筑的建造速度讓世界驚嘆，隨著(zhù)設計水平和施工水平的提高，高層建筑的種類(lèi)和結構形式層出不窮，但是說(shuō)到根本，抗震性能才是高層建筑尤為應當重視的問(wèn)題，隨著(zhù)抗震規范的不斷更新，對于高層建筑的要求也越來(lái)越嚴格，加之現在興起的隔震減震技術(shù)，也為高層建筑的抗震性能提高了一個(gè)新的臺階。

　　1設計原則

　　1)保證建筑物整體性。建筑物由豎向受力構件和水平受力構件組成，兩個(gè)方向要保證整體性，同樣兩個(gè)方向之間要求連接的整體性。墻體為豎向受力構件，梁為水平受力構件，樓板將所有構件連接，使構件協(xié)同工作。在抗震規范中，對于樓板開(kāi)洞的面積比有嚴格的要求，就是要防止樓板不連續，建筑物整體性差，所以對于樓梯間和電梯間區域，由于樓板開(kāi)洞面積較大，設計時(shí)需要在洞口周邊加強，也是保證整體性的要求。而且連續的樓板可以提供很強的抗側力，保證各抗側力構件的受力傳遞，促進(jìn)協(xié)同工作，一同承受地震力。對于錯層、大面積開(kāi)洞的情況，我們設計時(shí)要盡量避免，對于方案確實(shí)要求的，必須增加牢靠的構造措施，考慮樓板不連續帶來(lái)的整體性問(wèn)題。2)保證建筑物傳力體系簡(jiǎn)單。結構設計中，傳力體系是一個(gè)建筑合理的必要條件，在規范中也有明確的規定。我們常常說(shuō)的計算簡(jiǎn)圖，就是要求結構形成簡(jiǎn)單的受力傳力體系，在建筑物承受地震荷載時(shí)，各受力構件通過(guò)清晰的傳力路徑，將地震力分級化簡(jiǎn)并分別承受。對于高層建筑，只有合理簡(jiǎn)單的地震作用傳遞路徑，才能在計算模型中精確的模擬出內力和位移，便于準確的分析受力構件的分配情況，使設計更加與真實(shí)情況符合，達到地震作用的可靠預測。3)保證結構設計參數的正確。對于高層建筑，常用的結構設計軟件有PKPM和YJK，這兩個(gè)軟件對于常規的建筑建模輸入內容大同小異。對于一個(gè)高層建筑計算的準確性，首先保證各項參數的準確。比如:抗震等級、構造措施是否提高一度、嵌固層位置、場(chǎng)地等級、底部加強區的劃分等等。此外，建筑荷載、風(fēng)荷載也是考慮的重要因素。一個(gè)小小的參數勾選，直接決定了整個(gè)建筑模型的真實(shí)性，所以在結構模型輸入時(shí)要尤為細心，并且對于結算結果要有甄別。

　　2設計內容

　　1)選址的正確性。萬(wàn)丈高樓平地起，一個(gè)高層建筑的地基及周邊場(chǎng)地的情況對于高層建筑的安全尤為重要，也是首當其沖的。在進(jìn)行建筑場(chǎng)地選址的時(shí)候，需要進(jìn)行震害評估和環(huán)境評估，對于場(chǎng)地是否處于地震斷裂帶、是否存在泥石流滑坡尤為要避免，對于地基土層的不良性，如濕陷性、液化性、軟弱性，若避免不了，需嚴格按照地基處理技術(shù)規程的相關(guān)要求進(jìn)行地基處理。這就要求地質(zhì)勘查報告的準確性和客觀(guān)性，尤其是高層建筑，下部土層分布、厚度、種類(lèi)和性狀一定要探查清楚。經(jīng)過(guò)地基處理的高層建筑，一定要設置多道防線(xiàn)，不僅依靠地基處理，還應對基礎的整體性和上部結構的整體性予以加強。要把地震力恰當的模擬到建筑物各個(gè)受力構件，采用分項系數法，系統性的提高各構件的抗震能力。適當提高抗震措施，有利于提高不良地質(zhì)土層上高層建筑的安全性和抗震性。2)控制高層建筑的層間位移角限值。在抗震設計時(shí)，高層建筑的模型分析結果中層間位移角是個(gè)重要的評判指標，也是定量的指標，旨在滿(mǎn)足地震作用下高層建筑的變形性能。在對建筑結構的承載性能進(jìn)行驗算的基礎上，對建筑結構在地震作用下的層間位移角限值、位移延性比進(jìn)行科學(xué)合理性的掌控。盡量保證安全合理。此值應小于并接近規范要求的限值視為最優(yōu)方案，同樣要滿(mǎn)足兩個(gè)方向的位移角限值相近的原則，保證建筑在兩個(gè)方向承受地震力的能力相當，切忌出現不均勻的現象。這個(gè)值的關(guān)鍵在于豎向受力構件的布置分布情況、混凝土強度和構件尺寸，根據SETWA驗算結果，分析建筑抗力分散情況，合理輸入參數，將地震給高層建筑造成的影響減少到最小。3)隔震與減震的運用。近幾年，隔震減震技術(shù)蓬勃發(fā)展，我省住建局提出了強制性要求，就是中小學(xué)和醫院新建項目對于隔震減震的設置要求。運用隔震減震可以提高建筑的延性，也屬于抗震措施的一種，對于整個(gè)建筑在承受地震力時(shí)的能量消耗起到一定的作用，但這個(gè)作用的定量性較難，雖然現在的YJK軟件可以模擬隔震減震構件的輸入，但在計算分析時(shí)，也是模糊的。所以現在高層建筑減震隔震設計還停留在構造和概念階段，對于定量的消耗地震力需要大量的實(shí)驗數據進(jìn)行驗證。4)結構體系的選擇。結構體系，是受力體系，也是傳遞荷載的體系，關(guān)系到建筑物安全。高層建筑結構設計中，結構體系的選擇是一個(gè)建筑合理經(jīng)濟的根本。對于住宅，要求的墻體構件較多，純剪力墻結構很適用;對于辦公樓、綜合體建筑，筒體結構可以很好的滿(mǎn)足使用功能;對于超高層、超限工程，鋼結構是不二之選。在選取合適的結構類(lèi)型過(guò)程中，我們要保證結構安全的前提下，盡可能的滿(mǎn)足建筑使用功能。隨著(zhù)我國鋼材生產(chǎn)量和質(zhì)量雙雙提高的情況下，很多新興的結構形式，比如鋼骨混凝土結構、鋼結構、鋼管混凝土結構為高層建筑所用，這樣既能夠使得構件截面尺寸大大縮減，又對于建筑結構抗震性能的改善是非常有利的。5)結構自重的控制。地震力作用的大小，與結構自身重量有著(zhù)緊密的聯(lián)系，相同條件下，建筑質(zhì)量大的，地震力破壞也就越大。地震力就是根據質(zhì)量越大，分配越大的原則進(jìn)行分配的，所以在結構設計時(shí)，控制個(gè)別構件的自身質(zhì)量，有利于地震力平均分配。這也就是我們在建模時(shí)，要在過(guò)長(cháng)的墻段上開(kāi)洞，就是為了減小它的整體剛度，避免地震力的聚集。研究表明，合理優(yōu)化建筑自身重量，對于控制成本、控制安全都是有好處的。為了極大限度的減輕建筑物自重，需要對于填充墻體的材料進(jìn)行優(yōu)選，既要滿(mǎn)足使用需要，又要滿(mǎn)足強度要求，所以新型建筑圍護材料的出現有效的幫助了結構設計師。6)多道防線(xiàn)齊抗震。安全體系其實(shí)就是防御體系的設置，對于一個(gè)高層建筑，一道安全體系很難保證建筑的安全，當遇到偶然荷載或破壞沖擊荷載的情況下，一道體系的破壞會(huì )導致整個(gè)體系的失效，所以我們在抗震設計時(shí)常采用兩個(gè)或兩個(gè)以上的體系共同組成的結構抗震體系。因為大震常伴隨著(zhù)余震，火災常伴隨著(zhù)水患等等類(lèi)似的災害都會(huì )伴隨著(zhù)其他問(wèn)題，所以要防止當某一結構損傷引發(fā)結構的整體坍塌。在高層設計時(shí)，剪力墻作為豎向受力構件，我們采取“大分散小集中”的方式來(lái)布置，就是為了最大限度的保證結構構件冗余度。對于混凝土結構，還要建立完整的屈服體系，也就是主要受力構件，要具備較高的延性和剛度，在受到地震時(shí)，可以在第一道防線(xiàn)損壞的情況下，還有第二道、第三道防線(xiàn)。

　　3結語(yǔ)

　　中國，繼續以高速發(fā)展屹立于世界，將會(huì )是世界上建造高層最多的國家，每一種材料，每一種結構形式都需要進(jìn)行抗震分析，尤其是抗震對材料的要求也會(huì )尤為突出。我們設計人員不僅僅要會(huì )使用常用的結構分析軟件，也要專(zhuān)研一些高級別的結構軟件，提高對抗震分析尤其是整體結構分析的準確性。還要提高模擬到實(shí)踐的結合方式，不斷改進(jìn)建模手段，強化模型合理化，即從線(xiàn)性分析向非線(xiàn)性分析的轉變，從確定性分析向非確定性分析的轉變，從振型分解反應分析向時(shí)程分析法的轉變。高層建筑的安全與社會(huì )的穩定密不可分，高層建筑的安全也體現了一個(gè)設計師的水平。在抗震設計的過(guò)程中，需要各專(zhuān)業(yè)從自己的角度提出合理化的建議，在高效配合的前提下，完成抗震設計。設計優(yōu)劣也是施工的根本，在優(yōu)化設計上，要結合新理念、新技術(shù)，提高對高層建筑抗震結構的設計水平，進(jìn)而促進(jìn)我國高層建筑的抗震結構設計技術(shù)的發(fā)展。

　　參考文獻:

　�。�1］祝英杰，谷偉．結構抗震設計［M］．北京:北京大學(xué)出版社，2009．

　�。�2］華穎．抗震概念設計在高層建筑結構設計中的應用［J］．中華民居，2013(6):78-80．42

　　作者:郭雪 單位:山西晉設拓凡建筑設計咨詢(xún)有限公司

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