高層混凝土建筑抗震結構設計要點淺議
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摘要：近年來，城市化進程不斷加速，城市居民對房屋住宅的實用性需求越來越高。城市空間資源嚴重緊缺，高層混凝土建筑受到了青睞，成為城市中極為重要的建筑形式之一。高層混凝土建筑與傳統(tǒng)建筑不同，在建設過程中，前者會涉及高層作業(yè)，對建筑的穩(wěn)定性也有著更高的要求。高層混凝土建筑的施工難度較大，其抗震性能已經(jīng)受到社會的廣泛關注，并且成為衡量工程質量的重要標準以及衡量建筑安全性的重要指標。因此，在高層混凝土建筑建設的過程中，設計人員需要從多個角度來分析高層混凝土建筑的抗震質量?；谏鲜鼋嵌?，本文分析了高層混凝土建筑抗震結構設計要點，希望對提高我國高層混凝土建筑的抗震能力有所幫助。
關鍵詞：高層建筑；混凝土抗震；抗震能力；結構設計
在當前的社會發(fā)展中，建筑工程是城市建設中極為重要的內容。目前，我國城市人口數(shù)量大幅度增加，城市空間壓力不斷增加，為了有效節(jié)約利用土地資源，合理配置城市空間資源，高層混凝土建筑已經(jīng)成為建筑的主流。隨著建筑樓層的增加，設計人員在設計的過程中，需要調整思路，有效提高高層混凝土建筑的質量。在高層混凝土建筑建設的過程中，抗震結構是極為關鍵的質量管理點，對建筑使用的安全性以及使用壽命有著極為重要的影響。如果建筑抗震結構的合理性較低，那么在建筑投入使用的過程中會出現(xiàn)許多質量問題，甚至引發(fā)極為嚴重的安全事故，會對用戶的生命財產安全產生嚴重的威脅。因此，施工單位在施工過程中，需要重視混凝土抗震結構設計工作，不斷優(yōu)化施工技術和施工流程，促進高層建筑行業(yè)健康發(fā)展。
1地震對高層混凝土建筑的破壞方式分析
1.1剪切力破壞分析
發(fā)生地震時，建筑物會受到剪切力破壞，并且產生許多裂縫。剪切裂縫是指建筑結構在剪力和彎矩的共同作用下，因剪切應力過大而產生的裂縫。形成剪切裂縫的原因主要包括以下幾個方面：①如果建筑物結構的彎矩和綜合強度超出了承受范圍，就會產生裂縫，建筑截面也會產生相應的水平彎曲裂縫；②高層混凝土建筑在地震中往往需要承受更大的壓力以及作用力，此時建筑結構會向傾斜方向產生剪切力，從而產生裂縫；③當箍筋的承受力不足時，高層混凝土建筑的剪切裂縫便會大幅度增加，同時會出現(xiàn)剪切式破壞的現(xiàn)象。
1.2彎曲式破壞分析
發(fā)生地震時，高層混凝土建筑除了遭受剪切式破壞以外，還會出現(xiàn)彎曲式破壞的現(xiàn)象（見圖1）。出現(xiàn)彎曲式破壞現(xiàn)象的主要原因是，高層混凝土建筑會受到地震的水平作用力，使得建筑結構無法得到有效平衡，從而增加了高層混凝土建筑主體結構的受力。在地震頻繁發(fā)生的地區(qū)，主震和余震都會影響高層混凝土建筑的主體結構的穩(wěn)定性。如果地震時間持續(xù)較長，則高層混凝土建筑的主體結構便會受到極為嚴重的破壞，當承受的破壞力超出承載力時，高層混凝土建筑結構就會遭到破壞，從而發(fā)生彎曲式崩塌。
2高層混凝土建筑結構設計的特點分析
2.1提高結構剛度
與傳統(tǒng)建筑相比，高層混凝土建筑的剛度較高，同時其必須有很好的剛度。通常而言，在高層混凝土建筑工程中，建筑的剛度會對建筑的穩(wěn)定性產生決定性的影響。因此，在建設過程中，設計人員必須明確建筑高度與穩(wěn)定性之間的關系是正比例的關系，而這種認識存在著一定的誤區(qū)。在建筑工程中，如果提高高層混凝土建筑的剛度，就會增加建筑材料的消耗量，從而導致建筑的自重大幅度增加。提高整體建筑的剛度，不僅會增加建筑建設成本，還有可能給建筑的抗震能力帶來較大的負面影響。因此，在設計高層混凝土建筑的整體結構時，設計人員需要將剛度控制在合理的范圍之內。在建設過程中，隨著高層混凝土建筑高度的增加，其結構需要具有一定的柔韌性，以提高建筑的抗震能力。如果高層混凝土建筑的剛度過大，在受到外力作用時，就有可能因脆性問題而出現(xiàn)局部斷裂，甚至發(fā)生崩塌。由此可見，在高層混凝土建筑工程中，剛度會對建筑的綜合效果產生一定的影響。因此，設計人員在開展具體的設計工作時，需要有效提高設計的科學性，確保建筑的剛度與抗震的具體要求相符合。
2.2有效控制水平側向力
在高層混凝土建筑建設的過程中，其高度大幅度增加，會對建筑的整體結構產生嚴重的影響。舉例來說，在開展高層混凝土建筑工程的過程中，高層混凝土建筑的水平側向力會大幅度增加，如果工作人員不采取有效措施來解決該問題，那么建筑結構的安全性將無法得到保障。在較大的水平側向力的影響下，建筑的變形概率將大幅度增加。在高層混凝土建筑建設的過程中，高層混凝土建筑的水平側向力主要是指風荷載力以及其水平地震力。水平地震力與建筑整體高度之間呈正比例關系，即隨著建筑高度的大幅度增加，其建筑承受的水平側向力也隨之增加。實際上，該側向力對建筑的穩(wěn)定性具有較為明顯的負面影響。受到水平側向力長期作用，建筑結構會在水平方向產生相應的位移，將對建筑的穩(wěn)定性造成嚴重的負面影響，建筑安全性無法得到保障。因此，設計人員在開展相應的建筑設計工作的過程中，需要充分考慮水平側向力。
3高層建筑結構抗震設計的基本方法分析
在建筑建設的過程中，建筑結構設計師需要充分了解和綜合分析建筑在地震中遭受震害的原因，并且需要通過相應的理論知識以及研究方法，對各類專業(yè)性問題進行分析，同時結合更加科學的計算方法，大幅度地提高高層混凝土建筑的抗震水平，有效控制建筑的扭轉位移。目前，整體地震功率作用的隨機荷載控制工作的難度相對較高，這項工作需要設計人員合理地選擇建設場地，以及科學地優(yōu)化結構設計方案，以此來降低地震功率所產生的能源輸出和地震產生的破壞性。設計人員應改變結構的固有周期，防止因共振而對建筑結構產生破壞。在此過程中，設計人員還要應用降壓技術以及隔震技術。目前，設計人員普遍采用傳統(tǒng)的地震抗災體系，通過加強結構特殊性能以及地震抵抗能力的方法來控制高層混凝土建筑的剛度——當?shù)卣鸢l(fā)生時，結構能夠處于非彈性的狀態(tài)，結構的伸縮性也能夠得到保障，以此來達到消耗地震能量的效果，大幅度降低地震對高層混凝土建筑產生的危害。提高結構阻尼，既能夠改善結構抗震能力，也能夠大幅度降低樓層受到的地震剪力。在進行高層混凝土建筑設計的過程中，設計人員在選擇結構材料時，需要嚴格控制材料的質量，需要選用優(yōu)質的鋼筋，并且選用高強度的永久性混凝土，以此來減小建筑的自重，減少地震對建筑的作用力。
4高層混凝土建筑的抗震結構體系優(yōu)化方案分析
4.1優(yōu)化抗震結構的功能及體系
高層混凝土建筑在當今社會中得到了廣泛應用，促進了建筑行業(yè)的發(fā)展，但是高層混凝土建筑施工對建筑的綜合施工效果提出了更加多元化的要求，對建筑的整體抗震性能提出了更加嚴格的要求。設計人員需要優(yōu)化建筑結構，在減少工程造價的同時，有效提高建筑的抗震性能。因此，建筑企業(yè)需要從優(yōu)化抗震結構體系入手，對高層混凝土建筑的抗震結構進行綜合性改良。在具體的施工過程中，施工人員需要應用剪力墻、筒體結構、懸掛等施工方法，來提高高層混凝土建筑的抗震結構體系和整體結構體系的科學性。施工人員在應用框架核心筒結構時，可能會遇到許多問題。例如，在施工中，懸臂桁架層數(shù)不斷增加，某些層數(shù)的強度不足，無法滿足相應的施工需求，從而嚴重影響建筑的剛度以及承重能力，如果發(fā)生地震，則高層混凝土建筑將無法保持原狀。建筑企業(yè)在優(yōu)化建筑抗震體系的過程中，需要有效地控制建筑的施工成本，從而在確保建筑質量的前提下獲得更加可觀的經(jīng)濟效益。
4.2優(yōu)化抗震結構的設計方案
高層混凝土建筑的抗震結構的科學性會直接影響建筑的性能。設計人員需要優(yōu)化抗震結構的設計方案，并且需要對這項工作予以高度重視。因此，在開展具體的施工工作之前，設計人員需要優(yōu)化建筑的結構設計工作和設計方案，以實現(xiàn)提高抗震性能的目標。在合理優(yōu)化抗震結構的設計方案的背景下，建筑即使遭受地震外力的影響，也能正常發(fā)揮抗震性能，將損害程度降到最低。當前，設計人員經(jīng)常應用的方式為分層設計方式。設計人員需要針對高層建筑的不足之處進行合理設計，調整建筑結構的承重力，優(yōu)化荷載效應，進一步提高設計效果。此外，設計人員在具體的工作中，需要掌握現(xiàn)場的具體情況，結合各類實際勘測的數(shù)據(jù)，通過強大的數(shù)據(jù)支持來明確抗震點，提高抗震結構的承載能力，從而大幅度提高高層混凝土建筑的抗震能力。
4.3重視抗震扭轉效應
發(fā)生地震時，往往會產生垂直扭轉以及水平扭轉等作用力，這些作用力能夠對高層混凝土建筑產生破壞，進而導致建筑構件開裂，甚至導致建筑倒塌。因此，施工人員需要高度重視抗震扭轉效應，提高位移部位的質量，確保位移范圍與設計標準相符合。此外，設計人員需要積極解決抗震結構的割裂問題，采取合理的措施，大幅度提高抗震結構的設計效率以及設計質量。
4.4合理設置多道抗震防線
在高層混凝土建筑建設的過程中，為了提高抗震效果，設計人員需要合理設置抗震防線。發(fā)生地震時，通常會出現(xiàn)多次余震。余震對建筑的影響也極為嚴重，如果僅設計單一的防線，那么將有可能增加坍塌事故發(fā)生的概率。因此，設計人員需要詳細分析建筑施工過程中的薄弱環(huán)節(jié)，并且有效解決薄弱環(huán)節(jié)中的問題。設計人員必須應用延伸框架，并且確保延伸框架的承載能力以及剛度與高層混凝土建筑的抗震需求相符合，從而有效減少地震效應。
5結語
綜上所述，在當前社會發(fā)展中，我國的建筑行業(yè)得到了快速發(fā)展。為了滿足城市化的需求，高層混凝土建筑得到了廣泛應用，同時也促進了城市的繁榮發(fā)展。在高層混凝土建筑工程施工的過程中，設計人員需要分析高層混凝土建筑結構的抗震性能，需要確?？拐鹦阅苓_到理想效果，為高層混凝土建筑的安全性及穩(wěn)定性提供有效保障。因此，建筑設計人員需要從多個角度對高層混凝土建筑的抗震結構進行設計，并且對現(xiàn)有設計技術進行綜合性改良，以此來保證高層混凝土建筑的抗震性能。
參考文獻：
[1]莊緒永.高層混凝土建筑抗震結構設計關鍵要素探究[J].工程建設與設計,2021(13):31-33.
作者:胡忠臣 單位:山東鉅旺建筑工程有限公司
