高层混凝土建筑抗震结构优化设计措施

摘 要：结构设计的目的在于保证所建造的结构在设计使用年限内满足安全、适用、耐久、整体性好的功能要求,但是一些高层混凝土建筑抗震结构设计的现行规范无法解决人们的安全问题,强烈的地震不仅会直接破坏各种建筑物,而且还会影响社会的稳定、经济的发展.本文从高层混凝土建筑抗震结构体系的设计要点入手,提出了加强高层混凝土建筑抗震结构的抗震性能措施.

关 键 词：高层；混凝土建筑；结构；抗震设计

建筑抗震结构设计,是通过设计合理的建筑结构,有效抵抗地震对建筑物产生的破坏,从而减少地震带来的人员伤亡和财产损失.高层建筑混凝土结构是我国主要的建筑结构形式之一,近年来我国部分地区地震灾害频繁,高层住宅结构的抗震设计越来越受到社会各界的重视.高层混凝土建筑的要求：遭受破坏强度较低的地震时,建筑整体结构保持安全稳定,遭受中等破坏强度的地震时,建筑修缮之后依然可以使用,遭受高破坏强度的地震时,建筑要不倾斜倒塌.为了高层建筑抗震的需求,进行高层建筑设计时,必须综合考虑结构受力,保证结构刚柔配合,保证结构受力合理,严格遵守“强剪强弯”的设计规范,满足高层建筑结构的稳定性和抗震性需求[1].

一、高层混凝土建筑抗震结构的设计要点

1.结构刚度.结构刚度设计是高层混凝土建筑结构设计的重点之一,在充分地质地形条件、所用建材性能、机械设备运行参数的基础上,进行结构的计算分析,确定整体结构和分部结构的刚度强弱,选取恰当的连接设置,保证建筑波动受力保持在地质所能支持的合理范围之内,使得当建筑的基础结构发生小幅变形时,结构的整体性不发生大幅改变,从而保证建筑的抗震性能.

2.关键构件和连接点的受力.关键构件和连接点的受力一旦破坏,会致使整体结构丧失承重能力、承受风荷载的能力以及抵抗地震灾害的能力,因此关键构件和连接点的受力设计是高层混凝土建筑结构设计的重点之一,通过优化构件和连接点的受力设计,采取相关措施调节关键构件和连接点的受力,可以有效降低地震损失,达到消灾减震的目的[2].

3.结构延性.对于高层混凝土建筑抗震结构的设计,在保证结构的刚度的同时,要注重改善结构的延性等,增强结构的整体抗震性能.当建筑结构的抗力要求较低时,延性要求较高,当建筑结构的抗力要求较搞时,延性要求可能有所降低,对于高层高层混凝土建筑抗震结构的设计应该综合考虑结构的承载力和构造要求,合力设计结构的延性,满足结构的抗震需求.

4.荷载.荷载分为水平荷载和垂直荷载.高层结构的水平荷载的影响远大于垂直荷载,水平荷载是结构设计的重要的控制因素,结构设计时应该注意水平荷载产生的弯矩、剪力、拉应力和压应力的作用.

二、高层混凝土建筑抗震设计的优化

1.优化场地选择.在地震灾害发生时,不同地质环境下的建筑遭受的地震破坏的程度有较大的差别,建筑场地的优化选择对于建筑抗震尤为重要.掌握工程的地质、地震等相关资料,掌握地震的活动情况,合理选择建筑场地.对地震危险地段进行综合评估,对于地震多发地段应主动避开,无法避开时应采取相关补救措施措施,选取具有良好的抗震能力的地质环境,岩石、半岩石和密实的地基土有利于建筑抗震,松软的粘性土不利于建筑抗震.同一结构单元的基础应该设置在性质相同的地基上,同一结构单元应该采取相同的地基.建筑场地选择还应该远离有其他重大威胁的场地,例如核电站、大型石油保存设施等等,防止地震引发的核泄漏、石油泄露等其他灾害带来的安全隐患.

2.优化结构参数.优化高层钢筋混凝土建筑结构的震动周期、扭转角度、相关刚度比例等相关参数.运用剪摩理论（砌块结构）和主拉应力理论（砖砌体结构）等力学模型,对建筑结构进行地震作用下内力和变形的分析,计算弹性状态下的建筑结构的地震作用效应,与风荷载效应、重力荷载效应组合,引入相关地承载力抗震调整系数,进行构件截面的优化设计.运用计算机对结构参数进行反复计算和优化,对计算结构进行调查研究,在保证结构的抗震性能的前提下,确定结构的相关参数.

3优化结构设计.高层钢筋混凝土建筑要满足国家规定的建筑抗震能力的标准,保证主体结构有具备变形调节能力,结构在强大延性作用下,可以恢复到正常状态,削弱主体结构变形对整个建筑结构造成的伤害,保证结构长期稳固.合理布局结构构件,注意协调高层混凝土建筑结构构件之间的受力,按照规整、对称、均匀的原则进行布置,尽可能减小地震发生时结构的弯曲变形、剪切变形、整体平移和整体转动,有条理地设计结构,增加建筑结构的整体抗震能力.注意记录地震灾害信息,根据地震引发的结构变形采取相关的防震措施,对于关键性的微小部位进行处理,维护建筑结构受力的整体一致性,削弱水平方向和竖直方向的不规则的地震力带来的破坏,达到相应的抗震效果.高层钢筋混凝土建筑结构可采用框架、剪力墙、框架-剪力墙、筒体和板柱-剪力墙结构体系[3].

4.优化抗震防线设置.一般情况下,强烈的地震会伴随着多次余震,有些高层混凝土建筑由于刚度过于柔和,所以在搜到强震破坏之后,主体结构受到损毁,继而在余震破坏下持续破坏直至坍塌,因此高层建筑的防震,出改善建筑结构本身的防震性能之外还要注重设置多道防线,减少第一次强震破坏之后余震带了的持续破坏.建筑的破坏程度主要取决于钢筋混凝土结构的变形程度,因此地震多发地区的高层钢筋混凝土建筑应该按照延性结构进行设计,设置多道抗震防线,进行极限状态的验算避免出现薄弱环节,尽可能减少地震的破坏性,提高了高层钢筋混凝土建筑的抗震性能[4].

5.优化扭转效应的控制

地震的破坏作用包括水平作用、竖向作用以及扭转作用等,多种力综合作用,产生巨大的破坏效应.建筑结构特别是平面不规则结构的扭转效应会加剧结构在地震中的震害,高层混凝土建筑结构的抗震设计应该注重对于扭转效应的控制.高层钢筋混凝土结构扭转效应的控制措施：优化墙肢布置,减小刚心质心的偏心率；加大周边构建的截面,加长结构四周脚部墙肢,增加平面抗扭刚度；在平面不规则处加设拉梁,增设拉接楼板,增强结构的整体性和抗扭刚度；设置钢骨外框架,在外框架的角部或四边设置钢骨混凝土柱,形成钢骨框架,增加外框架的抗扭刚度和延性[5].

三、结语

地震的发生具有随机性、强破坏、多余震等特点,建筑抗震直接关系人们的生命财产安全.随着建筑行业科学技术水平的提高,高层钢筋混凝土建筑结构的抗震设计不断优化,在具体的抗震设计中应该从建筑场地的地质和环境出发,进行详细的分析和研究,综合考虑相关因素,选取适合的抗震结构,选取合适的建筑材料,设置多道抗震防线,找出结构安全与经济合理的最佳结合点,增加结构对地震的抵抗能力,减小地震损失,从而达到高层建筑抗震的目的.

[3]和佳一.浅谈高层建筑结构抗震设计[J].中国新技术产品.2011,12：156

[4]于险峰.高层建筑抗震设计[J].中国新技术产品.2011,01：171

[5]尹起君.高层建筑地震扭转效应的控制[J].苏州科技学院学报（工程技术版）.2006,04

作者简介：

张建新,男,出生年月：1980.9,籍贯：山西灵石,单位：四川建筑职业技术学院土木工程系,单位所在的省市：四川省德阳市,单位邮编：618000,研究方向：建筑结构抗震、建筑施工,职称：讲师,学历：硕士研究生.