摘要：高层建筑物混凝土抗震结构的设计直接关乎人们的生活质量和财产安全,在设计的过程中,设计人员必须在坚守职业道德的基础上,在设计原则的要求下,科学、合理的设计出高标准、高质量、具有抗震能力的高层建筑物,从而实现自身价值的提升、人们生活质量的提高和建筑行业的飞速发展。
关键词:高层建筑;混凝土结构;抗震设计
引言
高层建筑是应时代发展需求出现的,它能够为人们的生活、工作提供较为良好的环境。同时,也能极大地推动社会经济发展。高层建筑不同于普通的建筑,它对稳定性等要求更高,因此对钢筋混凝土结构提出更高的要求。遭遇地震这种自然灾害时,不管震级如何建筑物都会受到不同程度的破坏。比如说地震等级轻时,建筑物的结构就会被轻微动摇产生裂缝,但是并不会影响使用;震级一般时,就可能使建筑物的损失更大一些,此时需要借助专业人员的维修整顿,会给人们的生活带来困扰;而在震感强烈时,不仅会导致建筑物坍塌还会给人们造成生命威胁,而且后期修缮的投入成本相当的大。
1高层混凝土建筑的结构特点
高层混凝土建筑是目前我国建筑业的主流建筑形式,其泛指高度超过28m,层数超过10层的建筑物。高层混凝土建筑与传统的多层混凝土建筑之间有着本质上的区别,尤其是针对抗震结构的设计要求更是发生了翻天覆地的变化。从结构角度来看,高层混凝土建筑属于一种竖向的悬臂结构,建筑自身的弯矩、轴向力等参数的具体情况主要取决于建筑自身的水平荷载与垂直荷载,高层混凝土建筑的高度与轴向力之间存在着线性关系,而层数则与水平位移、弯矩之间存在着上升曲线的关系。而从受力情况的角度来看,当高层混凝土建筑的水平荷载分布均匀时,建筑自身的高度与弯矩之间的关系为二次方关系,而当建筑物垂直荷载方向没有发生改变的情况,建筑高度的增加并不会对建筑结构造成较大的受力。
2地震时高层混凝土建筑的破坏特点
2.1地基破坏
地基破坏的情况在地震阶段当中较为少见,其仅仅发生在条件特殊的情况之下。当建筑物建立在软土层上时,土体会因为地震力的影响而出现液化的情况,并导致建筑物的地基出现不均匀沉降,而修建在地基上方的建筑结构也会出现不同程度的倾斜、裂缝等情况,一旦当地基的沉降、破坏情况达到某种程度时,建筑上部结构会出现明显的结构破坏情况,且多数无法再进行修复。
2.2结构体系破坏
建筑结构体系破坏的情况主要会发生在框架填墙结构的高层混凝土建筑当中。在地震力的影响之下,建筑的内框架柱上部会出现剪切型破坏,而低框结构则由于自身的刚度相对较低,故其往往会在地震当中受到严重的破坏。
2.3刚度破坏
一般情况下,高层混凝土建筑的主体结构以矩形平面式结构为主,若建筑的电梯井在地震力的影响之下出现偏心的情况,则会加剧地震力对于建筑结构的破坏程度,导致建筑结构受到扭转振动的破坏。
3抗震设计原则分析
在建筑抗震设计中,需要遵循以下原则:(1)整体性原则。建筑物抗震性能设计,需要考虑建筑物整体可以承受的震级,所以,建筑工程结构的整体性是抗震设计中需要考虑的重点方向,最大限度地保证建筑物的整体抗震效果,从整体出发,确保建筑物在地震来临时有良好的抗震性能。(2)确保建筑工程结构的刚度满足抗震要求。基于对建筑物刚性需求的考虑,如果建筑物刚度不符合要求,抗震性能将大大减弱,发生地震时,建筑会受到严重的损坏。所以,设计人员在设计中需要考虑建筑物的刚度,控制建筑工程结构产生的变形。
4混凝土建筑抗震结构设计的有效对策
4.1优化结构设计方案
在开展抗震结构设计工作时,设计人员需要明确认识到不同的结构设计将直接影响到具体的抗震性能及工程造价,且每一个微小环节的变更均会造成连锁影响。因此,抗震结构设计的优化需要从建筑工程项目的规划阶段开展,贯彻整个设计环节,尽量避免施工阶段出现设计变更的情况。
首先,设计人员需要充分考虑建筑抗震结构的基本性能,通过合理、科学的定量分析对高层混凝土建筑的抗震体系进行优化设计,并在整体设计方案的指导之下,不断实现对于各个结构基本特点、布置方式及剪力墙的设计方案,且需要考虑到每一个抗震结构的实用性和综合性能。其次,在满足抗震性能的基础上,可以进一步追求抗震结构的美观性,要确保抗震结构整齐、对称,尽量不使建筑物的美观性受到较大的负面影响。同时,优化设计方案的过程中需要着重考虑建筑结构的抗震抗倒塌能力的提高,设计人员需要考虑到不同等级地震对于建筑结构所造成的影响,并对这一过程进行持续的计算,确保最终的计算结果能够与实际情况之间相互吻合,并在这一接触上确保各项抗震结构能够保持一定的平衡性,并侧重于建筑结构与纵向重力作用之间的关系。最后,抗震结构的设计需要具有一定的条理性和层次感,防震措施的选择需要结合施工现场的地质条件作出准确的判断,促使建筑整体结构能够满足上下力的受力均衡。实践证明,合理的结构重力设置可以有效降低地震发生时对于建筑物所造成的水平作用力和竖向作用力,确保建筑不会出现裂缝、倒塌的情况。
4.2重视材料的选择
在选择材料时,需要确保其质量达到设计标准,并在这一基础上再进一步追求材料选择的经济性。由于高层混凝土建筑抗震结构的设计具有复杂化的特点,故抗震结构设计需要兼顾建筑物自身的抗震要求、建筑类型、施工条件和材料因素等。在确定了建筑结构、建筑形式的基础上,才可以进一步对施工流程作出选择和判断,不同的施工流程会影响到高层混凝土建筑的稳定性和抗震性能,设计人员需要在设计图纸当中明确标注各个施工环节的具体施工流程,确保施工方可以规范施工。
4.3扭转效应的控制
地震对于高层混凝土建筑的影响包括水平作用力、竖向作用力和扭转作用力三种,而在作用力呈现出复杂化的背景之下,地震对于建筑自身所造成的实际破坏很难准确进行判断和计算。在开展设计工作的过程中,设计人员需要明确认识到扭转效应所带来的破坏力,在结构位移的基础上,对位移最小值和最大值进行计算,并确保建筑结构的位移可以保持一致。若在出现地震的情况下,建筑实际位移超过了预先设计的结构标准,则要对最大位移和最小位移的刚度进行计算,尽量使其保持同步性。若前期的模拟设计环节发现了抗震结构存在问题时,需要及时对问题区域进行调整和改善,尽可能的实现对于扭转效应的有效控制。
4.4结构参数的设置
在建筑结构体系不同的基础上,建筑物的建筑效果及经济效益也会存在本质上的区别。因此,在开展抗震结构设计工作的过程中,需要格外注重抗震结构体系的构建,严格按照抗震规范开展设计工作,并明确计算抗震传递途径,构建多元化的传递方案。抗震结构设计框架初步制定之后,需要充分体现符合时代发展规律的设计理念以及专业的设计技能,尤其是关键的结构部位,更需要进行详细准确的说明,确保施工方能够准确了解设计方的初衷和设计目的。同时,设计过程中可以借助地震模拟的方式对结构参数进行优化,模拟在不同地震等级的情况下,建筑各个结构的实际受力情况,如柱梁变形、墙体承载能力等内容。而在建筑结构的规划环节当中,需要明确规划工作的重点难点,对设计框架进行进一步的优化,促使设计效果不断提升。若在条件允许的情况下,还可以针对建筑结构信息构建数字化信息库,便于后续的调整、修改以及信息提取。
结束语：
建筑物的抗震结构设计需考虑的因素有很多,提升建筑物抗震性能不仅要维护建筑物的安全性和稳定性,还需要保证其美观性,为用户提供安全感和满足感。因此,抗震结构设计者要优化设计理念,根据时代变化改进抗震设计措施,在不断的经验积累中提高建筑结构抗震设计质量,保障建筑工程质量,保证使用者的生命安全,使我国建筑行业稳定发展。
参考文献:
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