关于高层混凝土建筑结构的抗震设计探讨

2018-02-15彭胜男

建材与装饰 2018年50期

彭胜男

（南通理工学院江苏南通 226000）

引言

为了更好地优化高层建筑结构设计，作为设计师必须充分意识到做好抗震设计工作的重要性，它是高层建筑结构的基础。在进行设计工作之前，必须结合高层建筑工程的实际情况，把握高层建筑结构设计的要点，将抗震技术更好地运用到高层建筑结构设计中，在提高高层建筑结构设计水平的同时，确保建筑物的质量。

1 高层建筑混凝土结构的抗震设计的现状

首先，根据近年来的高聪混凝土建筑在抗震设计和施工过程中的一些问题，总结了现如今高层建筑的抗震性的现状。虽然说抗震设计已经相较于以前的建筑有了很好的改变，但是，仍然是存在一些比较致命的问题。①有一些建筑物只追求了局部的建筑物高度，而忽视了相关性能的问题，因为我国有明确的建筑法，如果是利用建筑物混凝土结构技术进行施工，需要在考虑结构和形式的基础上，以一个规范内的适宜高度进行施工。这个适宜高度有一个规定，如果超过这个适宜的高度，一旦发生了一些外力，比如说地震力等大的破坏力，就直接对其建筑物的抗震能力有消极的影响。不但是建筑物的稳定性有影响，甚至于整体建筑物的安全性受到威胁甚至会造成一定的人员伤亡。②在进行高层建筑物基址的选择过程中会有一些建筑工程在未经过考察就直接进行地基的安装。因为现在城市空间越来越小了，建筑商在选择合适的空间的时候往往只考虑到建筑物安排的商业空间，而没有考虑地基选取位置会直接影响高层建筑物的抗震能力和稳定性。除此之外，高层混凝土建筑物还要选择合理的建筑材料，目前来看，我国常见的和最为标准的建筑结构就是钢框架，钢筋混凝土核心筒结构，其变形控制需要以混凝土结构的一些位移限制值为基准。

2 工程概况

某高层建筑分为地上结构与地下结构，地下结构为1层，主要作为停车场及设备室，高度4.50m；地上结构为30层，总高度99.00m，建筑面积14535.82m2，其中1～6层位商用层，7～30层位住宅层，转换层设置于6层。因为转换层设置处于较高层，根据相关规范[3]中的规定，本工程应当为带高位转换层的不规则项的超高层建筑结构。

3 高层建筑结构抗震设计的要素分析

3.1 高层建筑结构平面和竖向布局的抗震设计重点

墙体和柱子之间的平面位置与高层建筑结构的抗震性能有着直接的关系，因此，要科学合理地分布高层平面和竖向的位置，这是高层建筑抗震技术的首要设计方向。为了科学地分布平面和竖向的位置，需要在抗震设计过程中遵循以下两个原则：①要使竖向和平面结构构件保持整洁；②将刚度的重心与质量的中心相结合。但在对竖向进行设计时，为了达到竖向位置的平衡，需适度降低高层建筑的刚度重心，减少高层建筑竖向结构的错向频率，做好对高层建筑结构的竖向高度、刚度和强度的控制，确保其分配均匀，严格控制高出屋面的高度，才能有效地预防“鞭梢效应”的出现。因此，在进行高层建筑抗震设计工作之前，要制定科学、合理的设计方案，以避免后期设计过程中出现问题。可通过设置抗震缝对建筑进行划分，用抗震缝把建筑分割开来，这样既可以确保建筑物整体形状的美观，还能使其他功能得到发挥。

3.2 结构抗震设计计算要点

基于抗震性能的高层建筑结构设计的结构抗震设计计算要满足如下要求：①在进行弹性和非线性的分析计算中，要合理正确地选择结构整体计算模型，以及构件和节点的计算参数。②在对具有水平转换构件的结构抗震设计计算中，对不落地柱和墙体的转换梁以及框支梁的相邻层计算层数和层高要注意区分清楚，要正确划分转换厚板有限元的类型。③对剪力墙抗震设计计算，要正确选择非线性分析中的计算模型和各种计算参数；对采用滑动支座的结构进行大震下的抗震设计计算，采用的计算模型应考虑支座两侧结构的相互作用和影响；对平面尺寸凹凸不规则，以及平面内局部开设大洞口的结构进行抗震设计计算时，应根据开设洞口大小、数量和分布位置以及抗侧力构件的布置形式等合理建立计算模型。④要正确合理选择分片刚性楼盖和整体非刚性楼盖的结构抗震设计计算模型，比如楼板在大震下不能处于基本弹性状态时，要先研究出合理的计算模型后再进行抗震设计验算。⑤对于采用了消能减震措施的结构，在进行抗震结构设计计算时要合理选择构件和整体结构的有效阻尼比，另外要注意节点和构件的计算参数对整体结构计算的影响。⑥对于结构体系复杂，难以准确反映各构件受力状态的抗震结构设计，应采用各种不同的力学模型进行设计计算，然后予以分析对比；另外，有时还需要进行对应的模型试验来确定计算的可信程度。

3.3 地震作用下的结构变形

《抗规》、《高规》都对高层建筑，尤其是结构复杂的高层建筑变形情况进行了规定，因为在地震作用下如果结构发生较大变形，极有可能造成结构变形而失去承载力，进而受损。《高规》中规定对于A级高度的高层建筑，楼层竖向构件水平位移及层间位移不宜大于该楼层均值的1.2倍，不应大于该楼层均值的1.5倍。楼层层间最大位移与层高比值不大于1/1000。通过数据分析发现，无论是X向还是在Y向地震作用下，转换层下部结构的楼层位移情况增速相对具备规律性，可以用近似的直线进行表示，转换层上部结构的楼层位移也具备规律性，但是在转换层部分却有一定程度的突变，转换层下部过度到转换层上部时，楼层位移曲线的斜率有明显减小的趋势。

3.4 高层建筑结构整体抗震性能的技术要点分析

①地基是高层建筑抗震设计的基础，在对地基进行设计时，要确保地基的稳定性，要选用稳定性能较强的地基，以防地基出现变形、下陷的情况，对一些相同结构的单元，必须确保地基的统一性，才能充分发挥地基的抗震性能。②在设计过程中，要确保建筑结构分布的对称性和均匀性，平均分布建筑的承受力，利用对称性来降低地震带来的影响，从而避免由于应力集中而产生的建筑坍塌或扭曲情况。在对高层建筑整体结构进行设计时，应采用多元化的设计方法来提升抗震性能，例如对容易发生坍塌的地方，应采取相应的加固措施，以降低出现危险的几率。③必须确保高层建筑物结构设计的牢固性，最大限度的减轻建筑物自重，从而降低对地基的压力。如果发生地震，也能缓解地震对高层建筑造成的冲击力，为人员的迅速撤离提供时间，这对于一般震级的地震抵抗效果非常明显。