高层混凝土建筑的抗震结构设计研究

2021-07-12王嘉峰

探索科学(学术版) 2021年1期

王嘉峰

沈阳原构设计咨询有限公司辽宁沈阳 110000

1 引言

建筑行业快速发展，为适应多样化的建筑功能需求，高层建筑的结构形式也日趋复杂多样。除传统的框架结构、剪力墙结构、框架剪力墙结构、筒体结构等基本形式外，超高层建筑、复杂高层建筑、钢结构高层建筑、型钢-混凝土混合结构高层建筑得到越来越广泛的应用。建筑高度的增加和布置的不规则性给结构分析和设计带来更多复杂性和挑战性，有必要进行更系统深入的研究。

2 建筑工程结构抗震设计研究的关键意义

从目前情况来看，地震是人们平时生活中最常发生的自然灾害之一，同时地震灾害产生以后的危害性、破坏性非常大，并且也具备了很强的不可预估性。因此，一经发生地震，影响程度将特别大，倘若人们居住的建筑没有抗震能力，就会危及民众的个人安全以及财产安全。可见，建设物本身的抗震能力具有了特别关键的作用。在很早以前，我国在对建筑结构抗震标准方面就提出了“小震不坏、中震可修、大震不倒”的准则，所以大部分结构设计人员都意识到了建筑结构抗震能力的重要性，并且按相关规范、标准要求进行建筑结构抗震设计，以保证建筑抗震能力得到显著的提升，继而保障建设物的整体安全稳固性，这样就能最大程度上降低地震对民众生命财产安全的影响程度。因此结构设计人员的责任重大，如何使建筑在地震来临时发挥出应有的抗震能力，保证人民生命安全与财产安全是结构抗震设计人员需要重点研究的内容。

3 高层建筑受力特性

3.1 荷载作用由于建筑物嵌固部位位于地面或地面以下，在分析水平作用下的力学性能时，可以近似将建筑物整体看成嵌固于地面的悬臂结构，水平作用的弯矩和变形效应将随建筑物高宽比的增大而显著加大。对于高度较低的单层、多层建筑，水平荷载效应较小，主要考虑竖向作用影响。对于高层建筑，随着房屋高度增大，风荷载、水平地震作用成为结构受力分析应考虑的主要因素。对于高层建筑中大跨度、长悬臂、连接体、悬挑等结构、带转换层的高层建筑以及高抗震设防烈度地区的高层建筑，还应充分考虑竖向地震作用影响。

3.2 几何非线性高层建筑的几何非线性主要指P-Δ重力二阶效应。建筑结构在水平荷载作用下产生侧移，使作用在结构上的重力荷载产生偏心，从而形成附加弯矩作用和弯曲变形，给结构受力带来不利影响。同等水平荷载作用下，结构刚度越小，产生侧移越大，同时结构自重越大，偏心弯矩也随之越大。因此结构的刚重比是控制P-Δ效应的主要指标，当刚重比小于一定值时，就必须考虑几何非线性性的不利影响。考虑二阶效应时，应区分结构的变形形态，对于剪切型变形结构(如框架结构)应分层计算PΔ效应影响，而对于弯剪型变形结构(如剪力墙结构、框架剪力墙结构、筒体结构等)应整体计算结构的P-Δ效应影响。

4 建筑结构抗震设计重点

4.1 抗震结构材料的选择要求建筑结构抗震设计在材料上的选择需要综合考虑选建筑成本、结构刚度、延性、强度等因素。常用建筑结构的抗震设计要求为:(1)为满足抗震设计的要求，砌体结构需要按照规范规定设置保持结构稳定的圈梁与构造柱；(2)钢筋混凝土结构要对抗震结构构件的截面尺寸有合理的选择，并且保证相应的配筋率，不能少筋多筋。使结构发生的剪切破坏与脆性破坏；(3)大跨度结构下选择预应力混凝土构件应严格规范要求进行计算，并按计算结果配置预应力钢筋。

4.2 抗震等级的确定建筑结构的抗震等级，是保证抗震措施的重要参数，因此，正确地确定抗震等级，才能保证建筑抗震能力。框架结构、抗震墙结构的抗震等级按规范表格直接确定，而框剪结构，应根据规定的水平力作用下结构底层框架部分承受的地震倾覆力矩与结构总地震倾覆力矩的比值确定相应的抗震等级，当比值小于等于10%时，剪力墙部分抗震等级按剪力墙结构，框架部分抗震等级按框剪结构；当比值大于10%但小于等于50%时，按框剪结构确定抗震等级；当比值大于50%时，框架部分抗震等级按框架结构，剪力墙部分抗震等级按框架结构。

4.3 结构抗震计算进行结构抗震验算，是目前保证建筑抗震能力的最主要的手段之一，也是我们进行结构抗震设计时接触最多的内容。进行抗震验算之前，先要通过建筑所处地理位置，查区划图或者《建筑抗震设计规范》确定地震动参数。一般情况下，我们只需要验算水平地震作用，但当遇到大跨度、长悬挑等结构形式时，要注意验算竖向地震作用。随着建筑规模越来越大，复杂程度也明显增加，结构抗震计验算已基本通过结构分析软件来进行，比如国内常用的PKPM、YJK。通过抗震验算，我们可以得到地震作用下建筑的变形、构件的内力等结果和数据。通过对结果和数据的分析，反过来调整结构布置，从而使建筑的变形、构件的内力满足规范限值要求，完成抗震计算。由此可知，结构抗震验算，是一项需要反复试算、推敲、调整，从而选取最优结构布置的过程，通过这个过程，结构抗震设计的主要工作基本完成。