建筑抗震的結(jié)構(gòu)及材料運用

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一、設(shè)計高層建筑的抗震結(jié)構(gòu)

1.1鋼纖維混凝土

作為一種新型的性能良好的復(fù)合材料，由于鋼纖維能阻止裂縫的進(jìn)一步擴(kuò)展，進(jìn)而使抗剪、抗疲勞、抗拉等的普通混凝土性能也能得到提升，并且還能對它們的耐久性、裂后韌性、抗疲勞性、抗沖擊性等有所改善。伴隨纖維長徑比、體積含量的不斷增大，鋼纖維對混凝土所產(chǎn)生增強(qiáng)作用也會越大，但在實際工程中，纖維的含量必須在一定范圍之內(nèi)，假如超過這一規(guī)范，使用一般的方式成型和攪拌就非常困難。對普通鋼纖維混凝土而言，它的體積含量最好取百分之一到百分之二之間，并且最主要在屋面板、筏形基礎(chǔ)、轉(zhuǎn)換梁、樁基承臺、柱子、柱梁節(jié)點、扁梁柱節(jié)點等結(jié)構(gòu)中使用。相比于一般鋼筋混凝土的框架結(jié)構(gòu)，鋼纖維的混凝土框架結(jié)構(gòu)延性提升了百分之五十七，荷載循環(huán)的次數(shù)提升了百分之十五，耗能的能力也提升了百分之一百三十，將鋼纖維混凝土在框架梁柱節(jié)點中使用，能取代部分箍筋方式，不僅使節(jié)點抗震性能得到了提升，同時還解決了使用困難、鋼筋過密等問題。

1.2剪力墻

此種抗震結(jié)構(gòu)形式最主要包含三類：意識單跨空腹梁；而是帶外伸框架支撐筒體；三是帶支撐的框架，其中巨型柱的連接通過對角支撐來完成。不管是地震力控制還是風(fēng)力控制的高層建筑，運用脊骨結(jié)構(gòu)效果都是很好的，它能在二十到一百層高建筑中使用。

1.3脊骨結(jié)構(gòu)

按照建筑布置可由單跨空腹梁或外伸框架以及支撐構(gòu)成，可使用鋼筋混凝土或全鋼的組合體系，在地下車庫、高大門廳、頂板階梯式建筑中都可使用。因為抗側(cè)力構(gòu)件是沿高度連續(xù)的，能有效避免薄弱樓層，進(jìn)而對結(jié)構(gòu)抗震非常有利。高層建筑脊骨便是確保剛度以及抗側(cè)力構(gòu)件的穩(wěn)定，包括抗側(cè)力墻、由剛性連接或?qū)侵蔚臉?gòu)件以及軸力構(gòu)成剪離膜，脊骨結(jié)構(gòu)包括組合巨型柱或混凝土、位于建筑外端的少數(shù)鋼，這些柱不能對樓層使用產(chǎn)生影響。巨型柱是由支撐、剛性連接外伸框架梁或空腹桁架連接為脊骨結(jié)構(gòu)，它的組成要點包括：一是，巨型柱之間要保持一定距離，從而使抗傾覆力矩得以有效實現(xiàn)；二是，必須上下貫通，從瑞士抗傾覆力矩以及剪力可以有效實現(xiàn)；三是，應(yīng)確保樓板結(jié)構(gòu)可以將樓層負(fù)荷直接傳到巨型柱上，從而使抗傾覆能力得以增強(qiáng)；四是，結(jié)構(gòu)主軸與脊骨結(jié)構(gòu)主軸之間能相互重合；五是，在平面上，脊骨結(jié)構(gòu)所包含棉結(jié)應(yīng)以能夠提供抗扭剛度為宜。

二、在高層建筑中運用抗震材料

站在抗震角度的立場，作為高層建筑的材料需滿足如下兩方面的要求：意識，具備足夠強(qiáng)度，抗拉性和抗折性必須強(qiáng)；二是，安全可靠性高以及耐久性優(yōu)異?；炷梁退嗍乾F(xiàn)如今使用量最多的建筑材料，但由于水泥混凝土隸屬脆性材料，它的抗震性能非常差，必須對其采取一定的改進(jìn)舉措。具體方式如下：

2.1對混凝土的拌和用水量予以嚴(yán)格控制

由于混凝土的耐久性和強(qiáng)度等對用水量要求非常嚴(yán)格，如果將水膠比從0.5下降到0.3以下，便能使混凝土強(qiáng)度至少提升一倍。可以在建筑工程中通過添加高效減水劑使用水量得以降低，進(jìn)而使混凝土強(qiáng)度得以大幅提升，從而使混凝土結(jié)構(gòu)可靠性、耐久性、致密性得到提升。值得注意的是，提升了混凝土的強(qiáng)度，其脆性也會更加明顯，在遭受破壞之時便更容易出現(xiàn)斷裂的情況，這樣一來便相悖于抗震要求。所以，不能一味將用水量降低，進(jìn)而使混凝土的強(qiáng)度提升，而是通過使用增韌技術(shù)，來使混凝土抗震性能得到提升。

2.2摻入一定量的聚合物纖維

要想使混凝土早期的抗裂能力以及混凝土延性得到提升，非常重要的一個方式便是在混凝土中添加聚合物纖維。在混凝土中摻入體積分?jǐn)?shù)為百分之二的PVA纖維，能使混凝土拉應(yīng)變提升百分之三到百分之七，并且還不會造成事件的折斷或強(qiáng)度損失。

2.3對聚合物加以使用

對聚合物加以使用，可以使混凝土的抗侵蝕性和抗?jié)B性得到增強(qiáng)，使集料截面與漿體之間的結(jié)合得以改善，并且在混合物的摻入達(dá)到一定程度之時，脆性混凝土便會呈現(xiàn)延性良好的狀況?，F(xiàn)如今，國外已經(jīng)開發(fā)出具備高強(qiáng)度的水泥彈簧，而它采用的主要原料便是聚合物。

2.4確保集料的質(zhì)量

在制備混凝土之時，運用含有有害成分集料或堿活性集料，不但會造成混凝土壽命縮短以及耐久性降低，同時還可能由于突發(fā)的災(zāi)害而造成破壞的加速，進(jìn)而遭受巨大損失。此外，要想使混凝土耐久性得到提升，還可以通過降低熟料礦物中的C3A含量，對水泥比以及水化熱進(jìn)行適宜控制，使水泥中的氯離子含量或堿含量降低等方式來實現(xiàn)。選擇低水化放熱和高后期強(qiáng)度，特別是抗侵蝕好、抗折強(qiáng)度高的地?zé)峁杷猁}性的水泥，也就是高貝利特水泥，同樣能使混凝土耐久性、體積穩(wěn)定性以及抗裂性得到提升。

三、結(jié)語

綜上所述，對安全與經(jīng)濟(jì)之間的關(guān)系進(jìn)行妥善處理，已經(jīng)成為高層建筑在進(jìn)行抗震設(shè)計之時最主要的技術(shù)對策。作為建筑設(shè)計師，應(yīng)當(dāng)從抗震設(shè)計的現(xiàn)狀入手，對高層結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計發(fā)展趨勢加以了解，盡可能的探索出新的材料和結(jié)構(gòu)，并在抗震設(shè)計中得到運用，以此確保建筑的安全性，從而使社會經(jīng)濟(jì)能得到快速健康的發(fā)展。

作者：董堯 單位：內(nèi)蒙古電力勘測設(shè)計院