高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探析

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隨著我國人口的快速增長，城市中需要建設(shè)大量的高層建筑才能滿足城市人口的居住需要，還可以滿足商業(yè)和企業(yè)的不同需要。其中抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是保證高層混凝土建筑的重要結(jié)構(gòu)，也是未來我國建筑業(yè)的主要設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。

1高層混凝土建筑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

高層混凝土建筑的定義是建筑高于28m，并且層數(shù)大于10層的混凝土建筑。高層混凝土結(jié)構(gòu)屬于豎向的懸臂結(jié)構(gòu)。高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)受到的水平載荷和垂直載荷的影響，并產(chǎn)生彎矩和軸向力，建筑的高度跟軸向力呈線性關(guān)系。高層混凝土建筑的層數(shù)與水平位移，跟彎矩是呈上升曲線的關(guān)系，且軸向力與高度的比例關(guān)系是正比例。

2高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化

2.1結(jié)構(gòu)尺寸的優(yōu)化。

在結(jié)構(gòu)幾何形狀和材料都規(guī)定好的條件下，計(jì)算出滿足各種條件下的最優(yōu)構(gòu)件截面，其實(shí)就是對結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)，使其造價(jià)最低化。2.2結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)化。結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)化先從結(jié)構(gòu)概念設(shè)計(jì)開始，使結(jié)構(gòu)平面布置滿足對稱、規(guī)則，立面和豎向規(guī)則，側(cè)向剛度均勻變化。與此同時(shí)，通過定量的分析和計(jì)算對關(guān)系到體系整體性能的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。

2.3結(jié)構(gòu)功能的優(yōu)化。

建筑的使用功能如何對結(jié)構(gòu)和造價(jià)的影響較大，取決于工程建設(shè)完成后使用者對本項(xiàng)目有著怎樣的使用功能要求，在能夠滿足用戶整體功能要求的條件下對結(jié)構(gòu)功能方面進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化。

2.4結(jié)構(gòu)體系選擇的優(yōu)化。

對于高層建筑來說，可以選擇的結(jié)構(gòu)形式有很多，例如框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)等。由于對結(jié)構(gòu)的要求很多，結(jié)構(gòu)的選型也十分復(fù)雜，需要綜合各方面的因素進(jìn)行確定，并且需要結(jié)構(gòu)、建筑、經(jīng)濟(jì)上各方面的協(xié)調(diào)平衡，才能對結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行優(yōu)化選擇。

2.5基于最優(yōu)設(shè)防烈度的抗震結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。

在確定了結(jié)構(gòu)類型、布局和材料后，抗震結(jié)構(gòu)還需要確定抗震設(shè)防水平，先進(jìn)行設(shè)防水平選擇在進(jìn)行結(jié)構(gòu)尺寸優(yōu)化，這就是基于最優(yōu)設(shè)防烈度的抗震結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。

3高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法

3.1改進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。

高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案需要滿足我國現(xiàn)行的建筑工程抗震方面的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，主體結(jié)構(gòu)需要能抵御空間的變形，并且在結(jié)構(gòu)進(jìn)行延伸變化時(shí)可以進(jìn)行恢復(fù)，以抵消在高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)變形時(shí)所產(chǎn)生的不利形變，保證高層混凝土建筑的穩(wěn)定性。在評價(jià)地震作用對高層混泥土結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的影響時(shí)，需要進(jìn)行科學(xué)合理的分析，考慮各結(jié)構(gòu)部分，最大限度的控制高層混泥土各部分的受力情況，使建筑的抗震性能得到提升，需要特別注意的是高層混凝土的豎向結(jié)構(gòu)受力，使高層混凝土建筑可以滿足相關(guān)的剛度設(shè)計(jì)要求，受力更加平衡，保證高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)抗震性能和穩(wěn)定性符合要求。此外，還需要考慮高層混凝土建筑位置的地質(zhì)情況，在設(shè)計(jì)抗震結(jié)構(gòu)時(shí)考慮防震，對于高層混凝土建筑的關(guān)鍵部分的施工應(yīng)十分注意，盡可能的降低高層混凝土建筑所承受的重力，使其建筑受力均勻，符合重力的變化規(guī)律，避免高層混凝土建筑產(chǎn)生過多的水平力和豎向力的不均勻，從整體上提高對高層混凝土建筑的抗震性能。

3.2科學(xué)選定建設(shè)位置。

高層混凝土建筑的選址也十分重要，對建筑的抗震性能有著很大的影響，應(yīng)綜合分析項(xiàng)目區(qū)域的地質(zhì)災(zāi)害情況。所以在高層混凝土建筑的選址上應(yīng)做到科學(xué)合理，對于高層混凝土建筑周圍的環(huán)境及地質(zhì)情況也要考慮其中。選取的原則是：高層混凝土建筑應(yīng)避免臨近電廠、變電站等區(qū)域，減少周圍環(huán)境對建筑的不良影響；高層混凝土建筑還需要遠(yuǎn)離丘陵和山坡，因?yàn)檫@些區(qū)域的抗震能力較低，不利于抗震設(shè)計(jì)。

3.3高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)合理。

應(yīng)用模擬軟件對高層混凝土建筑發(fā)生地震時(shí)的受力情況進(jìn)行模擬，來選擇科學(xué)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，分析結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)。通過對高層混凝土建筑的質(zhì)量檢測、施工工藝、地質(zhì)等情況的充分掌握，在對高層混凝土建筑進(jìn)行抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，充分的了解抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)，對抗震設(shè)計(jì)進(jìn)行合理優(yōu)化，在影響高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要部分需要進(jìn)行說明，這對于提高高層混凝土建筑的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是十分有幫助的。此外，對于高層混凝土的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)還應(yīng)建立數(shù)據(jù)庫，這樣可以方面設(shè)計(jì)人員對以往工程設(shè)計(jì)資料的查找，在高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)受力研究時(shí)可以參照以往相似工程，對于力學(xué)模型的建立也是十分有用的。高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)參數(shù)包括扭轉(zhuǎn)角度和震動(dòng)周期等，眾多的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)在高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)都需要互相協(xié)調(diào)和仔細(xì)分析，以保證參數(shù)的科學(xué)合理。

3.4控制扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。

地震會(huì)對建筑產(chǎn)生水平力、豎向力和扭轉(zhuǎn)力，這種各方向力的綜合作用下，會(huì)對建筑物產(chǎn)生嚴(yán)重破壞，造成建筑物的損壞。地震的發(fā)生具有突然性和隨機(jī)性，因此地震的發(fā)生難以預(yù)測并且需要面對很多未知因素的影響，所以在高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)時(shí)，不能僅對水平力和豎向力進(jìn)行防護(hù)，還需要對扭轉(zhuǎn)力作用進(jìn)行考慮，對抗震結(jié)構(gòu)的位移進(jìn)行要求，并測定最大和最小位移結(jié)構(gòu)的剛度，保證混凝土建筑的整體位移具有一致性，對于高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的每一部分都符合要求，對建筑的整體抗震性能進(jìn)行分析，如發(fā)現(xiàn)隱患應(yīng)及時(shí)的改正，盡可能的保證高層混凝土建筑的抗震性能。

結(jié)束語

隨著我國社會(huì)的高速發(fā)展，抗震結(jié)構(gòu)的應(yīng)用也越來越廣。由于居民對高層混凝土建筑質(zhì)量上的要求越來越高，因此在建筑工程的實(shí)際設(shè)計(jì)和施工過程中應(yīng)采取更加安全的抗震結(jié)構(gòu)，這不僅能夠滿足國家相關(guān)法律法規(guī)的安全抗震要求，一定程度上還可以提高經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，對于建筑行業(yè)的健康高速發(fā)展起到了至關(guān)重要的推動(dòng)作用。

作者：郭輝 單位：北京華宇工程有限公司