孫亮

摘 要：抗震設(shè)計(jì)是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)重要環(huán)節(jié)，高層建筑結(jié)構(gòu)對(duì)抗震性能有更高要求，其抗震設(shè)計(jì)更是整個(gè)工程建設(shè)的核心環(huán)節(jié)，因此必須引起相關(guān)主體的足夠重視。對(duì)此，本文本文在簡要分析建筑抗震設(shè)計(jì)存在問題的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)探討了高層建筑鋼筋混凝土抗震科學(xué)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)，以期為廣大業(yè)內(nèi)同仁提供有益思考。

關(guān)鍵詞：高層建筑；混凝土結(jié)構(gòu)；抗震設(shè)計(jì)

地震作用影響因素的復(fù)雜性使精確的抗震計(jì)算有一定的困難，因此建筑抗震問題必須引起足夠重視。高層建筑層數(shù)多、高度高，結(jié)構(gòu)也比一般建筑復(fù)雜，隨著高層建筑的增多，一旦遭遇地震，將會(huì)造成巨大損失，高層結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)越來越重要。所以，采取有效措施，做好高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)，防患于未然，對(duì)提升高層建筑抗震能力有重要意義。

1 建筑抗震設(shè)計(jì)存在的問題分析

要研究高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)，必須先分析高層建筑抗震設(shè)計(jì)存在的問題及影響因素。

1.1 地基選取問題

高層建筑不應(yīng)跨在兩類土壤上建造，應(yīng)避免在斷層、山崖、滑坡、地陷等抗震危險(xiǎn)地段建造房屋，不用震陷土作天然地基，遠(yuǎn)離河岸，宜選擇開闊平坦地帶的堅(jiān)硬土場地或密實(shí)均勻中硬土場地。高層建筑地基選取不當(dāng)會(huì)影響高層建筑抗震能力。

1.2 結(jié)構(gòu)體系與材料問題

建筑物所用材料和結(jié)構(gòu)體系逐漸被重視，其選擇對(duì)于抗震有重要意義。鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)在變形控制過程中要考慮混凝土的位移限制，鋼筋混凝土的彎曲變形側(cè)移較大，如利用鋼框架減少位移又會(huì)增加鋼筋負(fù)荷，輔助效果也不明顯，所以結(jié)構(gòu)模式要避免負(fù)面作用產(chǎn)生，慎重選擇。

1.3 建筑物高度問題

高層建筑需要有合理的建設(shè)高度，在這種高度下抗震設(shè)計(jì)才會(huì)穩(wěn)定安全，但是在高層建筑越來越多的今天，超過國家高度要求的高層建筑日益增多，相對(duì)應(yīng)的，符合國家標(biāo)準(zhǔn)的抗震設(shè)計(jì)規(guī)范很可能不再適用，超高層建筑理論經(jīng)驗(yàn)總結(jié)的不足使建筑結(jié)構(gòu)在地震中的表現(xiàn)具備更多不確定性，當(dāng)遇到震力時(shí)，地震的破壞力可能會(huì)被放大，造成生命財(cái)產(chǎn)損失。

2 高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)科學(xué)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 確保主體結(jié)構(gòu)合理性

高層建筑工程混凝土主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否合理，直接決定著建筑質(zhì)量優(yōu)劣，因此必須確保其設(shè)計(jì)合理性。相同結(jié)構(gòu)單元一定要設(shè)置在地基性質(zhì)相差不大的地面上，如果地基中存在承載力不相同的復(fù)雜土層結(jié)構(gòu)，那么就要采取針對(duì)性措施進(jìn)行加固處理，以確保地基承載力的硬性要求。此外，底框結(jié)構(gòu)具有經(jīng)濟(jì)性、普適性、實(shí)用性等優(yōu)勢(shì)，但此類結(jié)構(gòu)布局存在剛度分布失衡的問題，很容易造成工程整體結(jié)構(gòu)的變形，嚴(yán)重的可能會(huì)帶來開裂問題，所以在高層混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員必須在充分考慮高設(shè)防烈實(shí)際需求的基礎(chǔ)上，對(duì)此種結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理選擇或改進(jìn)處理，以確保建筑整體結(jié)構(gòu)的剛度均勻，以確保建筑結(jié)構(gòu)抗震性能的合理性。

2.2 設(shè)置多個(gè)抗震防線

高層建筑抗震結(jié)構(gòu)主要可分為數(shù)個(gè)延性分體系，且各延性構(gòu)件之間互相協(xié)調(diào)連接，例如：框架剪力墻結(jié)構(gòu)，即為結(jié)合剪力墻和框架分體所構(gòu)成。由于在大型的地震后，往往會(huì)出現(xiàn)余震，若是僅僅布設(shè)一道抗震防線，則一旦其被余震破壞，將直接導(dǎo)致高層建筑結(jié)構(gòu)受損嚴(yán)重，甚至是出現(xiàn)倒塌問題。對(duì)此，設(shè)計(jì)人員應(yīng)設(shè)置好結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗震設(shè)防體系，保證同一平面主要構(gòu)件已經(jīng)屈服時(shí)，而剩余的抗側(cè)力部件均處在彈性階段，有效延長建筑主體結(jié)構(gòu)有效屈服的持續(xù)時(shí)間。建筑工程抗震設(shè)計(jì)過程中，會(huì)產(chǎn)生某一個(gè)結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗側(cè)移值過大，以致于其他構(gòu)件強(qiáng)度較低，對(duì)此必須合理強(qiáng)化構(gòu)件抗側(cè)移能力，對(duì)施工中的“以大帶小”以及改變抗側(cè)力構(gòu)件配筋的做法進(jìn)行反復(fù)權(quán)衡。

2.3 采取多種抗震計(jì)算的方法

在高層混凝土建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，必須做好抗震結(jié)構(gòu)位移的科學(xué)計(jì)算，定量分析結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，把主體結(jié)構(gòu)變形量有效控制在一個(gè)合理的范圍內(nèi)，即使遭遇一般地震也不會(huì)產(chǎn)生變形問題。在對(duì)主結(jié)構(gòu)的承載力進(jìn)行計(jì)算的過程中，必須要對(duì)高烈度地震下，結(jié)構(gòu)層間位移角、延性位移加以計(jì)算、分析，嚴(yán)格根據(jù)建筑構(gòu)件位移與結(jié)構(gòu)變形關(guān)系，得到主要構(gòu)件變形數(shù)值，其后根據(jù)建筑物截面應(yīng)變的情況，進(jìn)一步明確構(gòu)件構(gòu)造要求。同時(shí)，在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，必須整建筑場地條件優(yōu)良，盡可能地降低地震輸入能量，減小高層建筑主體結(jié)構(gòu)所受到的沖擊，保證建筑安全。

2.4 抗震加固設(shè)計(jì)

（1）螺旋復(fù)合箍筋的應(yīng)用。框架柱抗剪能力需和強(qiáng)剪弱彎、剪壓比相符，而柱子端部抗彎能力也需達(dá)到強(qiáng)柱弱梁限值標(biāo)準(zhǔn)，短柱在強(qiáng)柱弱梁和強(qiáng)剪弱彎時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)剪切破壞，螺旋復(fù)合箍筋主要優(yōu)點(diǎn)在于能夠提高柱子抗沖剪能力，使得短柱的抗震性能得以提升。（2）分體柱的應(yīng)用。短柱抗彎性能要比抗剪性能強(qiáng)，因此在遭遇地震時(shí)，往往抗彎能力未能夠發(fā)揮作用，就已經(jīng)出現(xiàn)剪壞破壞?；诖?，在設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)適當(dāng)?shù)貙?duì)短柱抗彎能力予以弱化，使其與抗剪強(qiáng)度接近，令短柱能夠在地震開始階段就滿足抗彎屈服強(qiáng)度。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，經(jīng)常通過減少抗彎強(qiáng)度的形式，也即是把柱子沿著豎向設(shè)縫，將其劃分成各個(gè)分體柱，而分體柱配筋可于柱肢間布置適量的連接鍵，易達(dá)到增強(qiáng)構(gòu)件剛度和抗震性能的目的，連接鍵主要使用的是通縫、分隔板、摩擦阻尼器等。選用分體柱，雖然無法增強(qiáng)柱子抗剪性能，而降低了其抗彎能力，也就是實(shí)現(xiàn)柱子抗變形性能的有效提建筑節(jié)能高，真正實(shí)現(xiàn)“短柱”向“長柱”的轉(zhuǎn)變，大大增強(qiáng)短柱抗震能力。

總而言之，在高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人要在充分考慮地基選取、結(jié)構(gòu)體系與材料、建筑物高度等方面影響因素的基礎(chǔ)上，采取針對(duì)性措施加以改進(jìn)優(yōu)化，包括確保主體結(jié)構(gòu)合理性、設(shè)置多個(gè)抗震防線、采取多種抗震計(jì)算的方法和抗震加固設(shè)計(jì)等，只有如此，才能有效確保高層建筑抗?fàn)幮阅艿挠行?，才能提高高層建筑的使用壽命，才能進(jìn)一步拓展混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的發(fā)展空間。

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（作者單位：中國航天建設(shè)集團(tuán)有限公司大連設(shè)計(jì)研究院）