基于高层混凝土建筑抗震结构设计探究.pdf

034 基于高层混凝土建筑抗震结构设计探究基于高层混凝土建筑抗震结构设计探究 丁 灿 摘 要 本文在对高层混凝土建筑抗震结构设计要求分析 的基础上，通过对地震灾害中高层建筑受损坏的特点了解， 制定了改善高层混凝土建筑抗震结构设计的有效方案，希 望能够将高层混凝土建筑的抗震性能有效提升。 关键词 混凝土建筑 抗震结构 设计 城市化的快速发展和人口的不断增长推进了城 市高层建筑的建设速度，随之便是将高层建筑在建 设过程中存在的问题一一凸显出来，怎样更好地提 升高层混凝土建筑的抗震性能是当前建筑行业亟需 解决的问题。但在提高高层混凝土建筑抗震性能时 应首先明确高层混凝土建筑抗震结构设计的要求， 才能抓住抗震设计的核心，提高高层混凝土建筑的 抗震性能。 一、 高层混凝土建筑抗震结构设计的要求 高层混凝土建筑在抗震结构设计中应保证建筑 在遭受强震的过程中不倒，在中等地震中经过维护 还能继续使用，在轻微的地震中保持稳固，将损坏 降低到最小。高层混凝土建筑抗震结构设计要达到 抗震设计的要求，应做到刚柔并进，综合考虑建筑 的受力情况，做好强剪弱弯的设计，并根据高层建 筑结构的特点，进行具体的设计，保证高层混凝土 建筑抗震结构设计符合要求。 1. 综合性要求 在设计高层混凝提建筑抗震结构时要根基建筑 的刚度要求进行，采用物理学知识对结构设计的合 理性进行判断，充分掌握机械设备运行、建筑材料 和施工场地的状况，这样才能更好地保证高层混凝 提建筑结构设计刚度值的合理性，充分考虑各部分 的建筑结构的连接设计，在设计过程中根据实际情 况予以不断调整，逐渐提高高层混凝土建筑抗震结 构设计的性能，使抗震结构的设计能够抵抗强等级 的地震，即使建筑结构在发生轻微变形的情况下， 建筑也能通过自我的调整，保证建筑的安全性，以 及各类建筑结构抗震性能。 2. 具体要求 高层混凝土建筑抗震结构设计在规划设计环 节，需要充分考虑各方面的因素，尤其应着重考虑 关键部分的连接点作用与不同构件的受力情况，设 计人员应根据要求，保证各连接点与构件在地震中 能发挥其作用。而在刚度方面，应注意刚度值的具 体要求，若高层混凝土建筑的刚度值过低，建筑在 强震中会受到严重的破坏，直接损坏建筑的主体结 构，而在地震过后余震的作用下，建筑很可能会直 接倒塌。 二、 地震发生过程中高层混凝土建筑的破坏特点 1. 地基破坏特点 高层混凝土建筑在地震发生过程中，若地基的 土层较软弱，地基会因土体的液化而发生沉降，进 而破坏地基，造成建筑上部结构发生倾斜，最终使 得建筑在地震作用下发生坍塌；除此之外，高层建 筑若在一些危险地带修建，尤其是在一些泥石流、 滑坡等多发地段，在地震发生时，危险地带在地震 的作用力下会产生二次性伤害，导致建筑的基础发 生不均匀沉降，引发建筑裂缝的产生，并在共振效 应下，损坏建筑的上部结构，引发无可挽回的结果。 2. 结构体系破坏特点 高层混凝土建筑为框架填充墙结构时，在地震 的作用力下，建筑整个平面中的内框架柱上部容易 引发剪切型的破坏，窗洞会因窗下墙的作用引发短 柱性的损坏，但建筑若为框架剪力墙结构则不易遭 受严重的破坏。而在底框结构中，由于底层的刚度 较低，在地震的影响才会遭受严重的破坏，并且使 用的若是框架填充墙结构， 底层的框架为敞开式的， 在没砌墙时刚度也较低，也易遭受严重的破坏。 3. 刚度破坏特点 高层混凝土建筑的主体结构一般使用的是矩形 平面结构，一旦发生地震，建筑内的电梯井会产生 偏心作用，因此在强扭转振动下会加重地震的作用 力，加重破坏程度。而对于一些不对称的平面结构 中， 地震产生的扭转振动会严重影响结构的稳定性， 造成建筑的损毁。 4. 构件破坏特点 并不是所有的构件抗震性能全部相同，其中也 存在一定的差异。高层混凝土建筑中的框架剪力墙 结构特别容易受到损坏的地方是梁与板，此外，剪 力墙窗台下部比较容易出现交叉裂缝现象，如果在 框架柱中安装螺旋箍筋，这样能够增加层与层见的 位移角，在出现地震时便不易被破坏。 三、 加强高层混凝土建筑抗震结构设计的方法 1. 做好建筑主体结构的基础设计 建筑主体结构的基础设计是建筑结构抗震性能 提高的最基本问题，因此应重视建筑基础的设计。 在设计过程中应注意将结构相同的单元设置在地基 性一致的地面上，并保持结构一致，对于地基位置 上较软弱的土层应进行处理，以免承载力的不同引 发地基沉降，并运用适当的处理方法增加地基础结 构的刚度，加强基础承载力的同时，使承载力保持 在一致的水平上，并且应注重底框的运用。 2. 增加抗震防线的设计 高层混凝土建筑的抗震结构并不是由某一部分 构成的而是由不同的延性分体组成的，并且不同的 延性分体并不是单独的工作，例如框剪结构是由剪 力墙和框架分体组合而成的多肢剪力墙结构体系， 在通力合作下能在余震过程中发生作用，增加建筑 的抗震性能。而增加抗震防线的重要性在于即使一 道防线破坏，另一道防线也会继续发生作用，减轻 地震对建筑的破坏。因此，设计人员应建立一个由 多构件组合而成的抗震防线体系，保证同一平面内 的主要构件屈服，其他的抗侧力部件能在发生弹性 时，延长主体结构屈服的力度与时间，保证主体结 构较强的延性以及抗侧移性。 3. 综合多种抗震计算方法 要提高对高层混凝提建筑的抗震计算重视度， 在进行结构设计时要严格分析，确保主体结构的变 形量在掌控之中，不管是中级还是低级地震都不会 给主体结构带起影响。在进行主体结构承载力计算 时，应对高烈度地震中结构的层间位移以及延性位 移进行实时性的计算，具体算出建筑构件位移与结 构变形间的关系，得出建筑主要构建的变形值，并 对建筑截面的应变情况予以分析，计算得出构建的 合理构造值，最大限度地降低主体构件在地震发生 中的破坏程度。 4. 抗震的加固设计 设计高层混凝提建设抗震结构时，必须有力保 证主要构件的延性要求，高楼层可以通过对轴压比 调节增加其构件的延性，将轴压比控制在合理范围 内，不然容易出现结构短柱，使延性受到一定影响， 这样遇到强度较大的地震就会出现建筑坍塌现象。 进行加固设计是必然可行的，首先，在进行加固设 计时要选择合适的螺旋复合箍筋，因为螺旋复合箍 筋能有效地提高建筑中柱子的抗冲击力，从而提高 短柱的抗震能力。其次，框架柱的抗剪能力应与强 剪弱弯以及剪压比相对应，并且柱子顶端的抗弯能 力应在强柱弱梁值的范围内，使短柱在强柱弱梁或 强剪弱弯时也不会破坏剪切性，增加建筑的抗震力 度。最后，因为短柱的抗剪性较弱，在地震中常出 现在抗弯能力还没起作用时已发生了剪性破坏，所 以在设计过程中应减少短柱的抗弯能力，使其与抗 剪力保持平衡， 在地震发生时满足短柱的抗弯屈服。 但为了减弱短柱的抗弯强度，将柱子沿竖向设缝的 情况，将其划分成多个分体柱，并利用通缝或分隔 板等连接键，增加建筑构件的抗震性能，促进建筑 的抗震加固设计。 四、 结语 总所周知，高层混凝土建筑抗震结构设计是十 分重要的工作，必须确保建筑的抗震设计与建筑结 构的抗震特点相吻合，充分了解高层混凝土建筑各 个体系的损坏特点，这样才能保证更好地提升高层 混凝土建筑抗震结构设计的有效合理性，降低地震