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題，在優(yōu)化設計的理念下，結合新技術、新觀點，從高層建筑的設計原則和設計內容兩方面展開論述，以期提高抗震結構的設計水平，促進我國高層建筑抗震結構設計技術的發(fā)展。

　　關鍵詞:高層建筑，抗震，結構設計，傳力體系

　　中國人口問題是整個社會的問題，如何安置這么龐大的人口數(shù)量，建筑業(yè)承擔著巨大的考驗。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的居民要求，所以高層建筑的出現(xiàn)可以很好的解決這個矛盾，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，隨著設計水平和施工水平的提高，高層建筑的種類和結構形式層出不窮，但是說到根本，抗震性能才是高層建筑尤為應當重視的問題，隨著抗震規(guī)范的不斷更新，對于高層建筑的要求也越來越嚴格，加之現(xiàn)在興起的隔震減震技術，也為高層建筑的抗震性能提高了一個新的臺階。

　　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，兩個方向要保證整體性，同樣兩個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(guī)范中，對于樓板開洞的面積比有嚴格的要求，就是要防止樓板不連續(xù)，建筑物整體性差，所以對于樓梯間和電梯間區(qū)域，由于樓板開洞面積較大，設計時需要在洞口周邊加強，也是保證整體性的要求。而且連續(xù)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，促進協(xié)同工作，一同承受地震力。對于錯層、大面積開洞的情況，我們設計時要盡量避免，對于方案確實要求的，必須增加牢靠的構造措施，考慮樓板不連續(xù)帶來的整體性問題。2)保證建筑物傳力體系簡單。結構設計中，傳力體系是一個建筑合理的必要條件，在規(guī)范中也有明確的規(guī)定。我們常常說的計算簡圖，就是要求結構形成簡單的受力傳力體系，在建筑物承受地震荷載時，各受力構件通過清晰的傳力路徑，將地震力分級化簡并分別承受。對于高層建筑，只有合理簡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，使設計更加與真實情況符合，達到地震作用的可靠預測。3)保證結構設計參數(shù)的正確。對于高層建筑，常用的結構設計軟件有PKPM和YJK，這兩個軟件對于常規(guī)的建筑建模輸入內容大同小異。對于一個高層建筑計算的準確性，首先保證各項參數(shù)的準確。比如:抗震等級、構造措施是否提高一度、嵌固層位置、場地等級、底部加強區(qū)的劃分等等。此外，建筑荷載、風荷載也是考慮的重要因素。一個小小的參數(shù)勾選，直接決定了整個建筑模型的真實性，所以在結構模型輸入時要尤為細心，并且對于結算結果要有甄別。

　　2設計內容

　　1)選址的正確性。萬丈高樓平地起，一個高層建筑的地基及周邊場地的情況對于高層建筑的安全尤為重要，也是首當其沖的。在進行建筑場地選址的時候，需要進行震害評估和環(huán)境評估，對于場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規(guī)程的相關要求進行地基處理。這就要求地質勘查報告的準確性和客觀性，尤其是高層建筑，下部土層分布、厚度、種類和性狀一定要探查清楚。經過地基處理的高層建筑，一定要設置多道防線，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?shù)哪�擬到建筑物各個受力構件，采用分項系數(shù)法，系統(tǒng)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，高層建筑的模型分析結果中層間位移角是個重要的評判指標，也是定量的指標，旨在滿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、位移延性比進行科學合理性的掌控。盡量保證安全合理。此值應小于并接近規(guī)范要求的限值視為最優(yōu)方案，同樣要滿足兩個方向的位移角限值相近的原則，保證建筑在兩個方向承受地震力的能力相當，切忌出現(xiàn)不均勻的現(xiàn)象。這個值的關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(jù)SETWA驗算結果，分析建筑抗力分散情況，合理輸入參數(shù)，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，隔震減震技術蓬勃發(fā)展，我省住建局提出了強制性要求，就是中小學和醫(yī)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，對于整個建筑在承受地震力時的能量消耗起到一定的作用，但這個作用的定量性較難，雖然現(xiàn)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，也是模糊的。所以現(xiàn)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驗數(shù)據(jù)進行驗證。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建筑合理經濟的根本。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型過程中，我們要保證結構安全的前提下，盡可能的滿足建筑使用功能。隨著我國鋼材生產量和質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緊密的聯(lián)系，相同條件下，建筑質量大的，地震力破壞也就越大。地震力就是根據(jù)質量越大，分配越大的原則進行分配的，所以在結構設計時，控制個別構件的自身質量，有利于地震力平均分配。這也就是我們在建模時，要在過長的墻段上開洞，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行優(yōu)選，既要滿足使用需要，又要滿足強度要求，所以新型建筑圍護材料的出現(xiàn)有效的幫助了結構設計師。6)多道防線齊抗震。安全體系其實就是防御體系的設置，對于一個高層建筑，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，一道體系的破壞會導致整個體系的失效，所以我們在抗震設計時常采用兩個或兩個以上的體系共同組成的結構抗震體系。因為大震常伴隨著余震，火災常伴隨著水患等等類似的災害都會伴隨著其他問題，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，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，可以在第一道防線損壞的情況下，還有第二道、第三道防線。

　　3結語

　　中國，繼續(xù)以高速發(fā)展屹立于世界，將會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行抗震分析，尤其是抗震對材料的要求也會尤為突出。我們設計人員不僅僅要會使用常用的結構分析軟件，也要專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。還要提高模擬到實踐的結合方式，不斷改進建模手段，強化模型合理化，即從線性分析向非線性分析的轉變，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程分析法的轉變。高層建筑的安全與社會的穩(wěn)定密不可分，高層建筑的安全也體現(xiàn)了一個設計師的水平。在抗震設計的過程中，需要各專業(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，提高對高層建筑抗震結構的設計水平，進而促進我國高層建筑的抗震結構設計技術的發(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有限公司

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