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混凝土建筑抗震结构设计有效对策探讨范一坤

发表时间：2020/10/10 来源：《基层建设》2020年第17期作者：范一坤

[导读] 摘要：近年来，我国的混凝土工程的发展迅速，我国历经几次重大的地震灾害，造成了大范围的伤亡，损失惨重。

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        摘要：近年来，我国的混凝土工程的发展迅速，我国历经几次重大的地震灾害，造成了大范围的伤亡，损失惨重。这让人们开始重视地震灾害防控，并在建筑抗震设计方面投入了极大的关注。我国建筑施工水平不断提升，作为城市规划建设中的重要内容，建筑工程能够获得巨大的经济效益，同时也与广大群众的利益息息相关。先进的建筑施工技术支持下，建筑功能趋于多样化，建筑设计更加科学合理，为用户提供了良好的居住体验。在短短几十年内，我国建筑行业发展取得了可观的成果，加快了城市化进程。与此同时，建筑行业竞争也日益加剧。为了稳定地立足于市场，建筑企业必须重视用户需求，强化建筑抗震功能，在建筑结构设计阶段，以抗震功能为指导，提高建筑结构的稳固性，即使发生地质灾害，也能够最大限度地保持原貌。本文将介绍目前建筑抗震设计概况，并提出有效的优化方案。地震灾害对于建筑物的危害性较大，为了达到提高建筑物抗震性能的目的，越来越多的抗震结构得到了研究和应用。本文简要分析了高层混凝土建筑的结构特点和破坏特点，并对抗震结构设计的有效对策进行了深入的探究，希望能为我国的高层建筑设计带来一定的工作参考。
        关键词：混凝土建筑；抗震结构设计；有效对策探讨
        引言
        当前我国的社会经济发展迅速，越来越多的人选择去城市发展，使得城市人口激增，为了不断增长的人口的居住需求得到满足，高层建筑越来越多的出现在人们的日常生活中。高层建筑虽然能够解决人们的居住需求，但是其本身也存在很多的问题，例如抗震性。因为高层建筑很容易受到地震的影响，因此，在对高层建筑进行设计时，不仅需要考虑建筑的安全性以及人们居住的舒适度，还需要重点注意建筑的抗震性。本文主要分析了高层混凝土建筑的抗震结构设计，并在此基础上提出了高层建筑结构采取抗震设计的具体设计，希望可以对提高高层建筑的抗震性提供一些帮助。
        1建筑抗震设计原则
        要使建筑具备良好的抗震性能，首先建筑结构设计师在进行设计时，要充分考虑结构设计的科学性和整体性，从建筑结构特点的角度出发，严格遵循有关的抗震设计要求，来确保建筑结构的抗震能力。目前大部分国家对建筑抗震结构的要求是，发生小级地震时，建筑各方面能够维持原样，不受影响。在发生中级地震时，建筑结构即使受到外力作用而出现损毁的情况，也能够通过后期的维修而恢复原状。而当高级地震来临，要求建筑整体结构不受到破坏，不会出现大面积的坍塌倾倒。我国建筑施工技术有了突破性进展，但在抗震结构设计方面，仍存在一些不足，有较大的提升空间，需要积极吸纳、融合国外先进的抗震设计理念。在实际的建筑结构设计中，既要保障结构整体的科学合理，又要有效强化结构的抗震性能，使得结构设计符合要求。目前在建筑行业中，有几点受到普遍认可的抗震设计原则，分别是：首先，要以行业标准为依据，确保建筑结构设计满足行业要求。在设计过程中，监管部门要发挥监督作用。对建筑结构设计方案进行审查，对所有部分结构的合理性进行检验。其次，目前常用的抗震技术较多，而且各有各的特点和优势，设计人员在确定抗震技术时，要保障技术具有一定的灵活性，并且贴合建筑设计要求，适用于本工程。做好前期准备，地质考察工作要落实到位。结合工程施工地基的实际情况，采用合适的抗震技术。最后，建筑设计和结构抗震设计两者可能存在一些矛盾，工作人员要对这些矛盾引起重视，采取有效的手段来实现建筑设计和结构抗震设计的融合性，以免在后续施工中出现不必要的麻烦。
        2设计抗震结构的基本要求
        抗震结构规范中，提出民用建筑应能应对中小级地震，始终位于弹性限度；针对地震设计，可以容许一定的塑性变形，并且要求韧性需求在容许容量内；在地震中，最大考量建筑物的韧性能满足韧性容量要求。同时，在设计规范中，规定的抗震目标是要能保障在遇到该区域抗震设防正常烈度下的小震中，不损坏建筑或者无需修理便能使用；在遇到等同于该区域抗震设防正常烈度的地震中，存在损坏建筑的可能性，进行普通修理或者无需修理便能使用；在遇到该区域抗震设防预估烈度上的大震中，建筑不倒塌或者引起危及生命的影响。纵观震灾案例易知，与设计基准相符的建筑，也有遭遇超过中级的影响，而灾害原因一般由非平衡的构造所引起；在抗震设计中，伴随着不良因素的增多，相应的“互相作用”也会愈发复杂，最终令抗震性不佳。此外，满足这些抗震设计规范条件（结构、材料、立平面等）的民用建筑，还会具有更大的经济、安全、美观方面的效益。
        3建筑物的抗震结构体系
        3.1框架结构
        框架结构是建筑物主要的抗震结构之一，得到了比较广泛的使用。框架结构使用的主要优点在于能够为建筑物的内部构造设置灵活空间，这对底层建筑而言不会对其结构产生较大的影响。框架结构有自身的缺点，比如其对于建筑物的层数有较大限制，主要是由于框架结构属于柔性结构。总之，框架结构一般适用于层数较少的建筑中，并且抗震效果不是非常明显。
        3.2剪力墙结构
        剪力墙结构是工程中运用普遍的一种结构形式，与框架结构相比，它是抵抗水平地震力作用较为突出的一种结构形式，但为了保持平面外稳定，剪力墙结构必须依靠各层的楼板作为支撑，所以，这就决定了，其主要适用于小开间的房屋设计，如旅馆、公寓和高层建筑，使用功能比较受限。
        3.3框架——剪力墙结构
        所谓框架——剪力墙结构，也就是工程中说的框剪结构，即在框架结构的基础上增加剪力墙结构，相当于在柔性结构中增加一部分的刚性结构，既能够保证房屋建筑设计的灵活性，也能够增强房屋建筑的牢固性。框架剪力墙结构不同于单纯的框架和剪力墙结构，设计计算相比更加复杂一些，它要求框剪结构中底层框架在规定的水平力作用下所承担的地震倾覆力矩的比重达到一定要求，才可以按框剪结构设计，否则按纯框架设计或纯剪力墙设计，框架剪力墙的受力体系是由框架和剪力墙组成的新的一种受力体系，由于框架结构在下部楼层位移较小，而在上部楼层位移较大，这对剪力墙结构来说，恰恰相反，这样相互排斥的关系，注定该体系不适合高度太大的结构，一般来说，它的高度低于纯剪力墙结构，但可适当高于纯框架结构。因此，在结构设计时，应该对楼房高度进行合理控制，确保框架和剪力墙的变形程度基本保持一致，才能更好的发挥框架剪力墙的优势。

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        4高层混凝土建筑抗震结构的优化设计建议
        4.1合理的选择建设位置
        建筑工程在施工过程中，建设项目施工现场的实际地质情况关系着建筑结构抗震性能，建设项目开始建设之前，需要大量搜集关于项目所在地的水文地质材料，使建筑项目水文地质数据接近于实际数据，防止因数据偏差影响抗震参数的获取值。项目在建设之前，需要搞好可行性的研究工作，针对潜在的灾害风险进行详细评估，在施工过程中选择地震灾害系数较小的位置进行施工建设。
        4.2选择良好的结构设计方案
        建筑项目在施工过程中，需要基于抗震性能的基础上，尽可能提高建筑内部的美观性与施工技术的实操性。截面抗震计算需要基于结构设防烈度的基础上，处于弹塑性状态，可以将大多数变形结构改变为众值烈度地震作用下的零件承载力验算。构件截面抗震验算需要系统的整合承载力抗震调整系数和非抗震承载力设计值，在展开详细计算过程中需要使用地震作用效应值与抗震调整系数进行相乘。
        4.3增加抗震防线
        高层建筑抗震结构的各种延性零件能够进行有效的衔接，其是由多个延性分体所组成。比如，剪力墙结构是由剪力墙与框架分体共同组合而成的多支剪力墙结构，在发生大地震之后还会发生余震，所以，建筑项目只设计一层抗震防线显然不合理，如果这层防线遭遇到余震的损坏，就会严重破坏高层主体结构，甚至导致整个建筑项目发生坍塌。设计人员需要科学合理的设计抗震设防系统，同时还需要使相同平面当中的主要零件处于屈服的状态，然而剩下的抗侧力零件会就一致处于弹性阶段，如此一来就会提高建筑项目主体结构屈服所坚持的时间，有利于增强建筑项目主体结构的延性和抗侧移性能。混凝土建筑抗震结构在设计过程中容易因为某一个结构的零件出现抗侧移值太大的情况，在一定程度上出现零件强度严重降低的现象。然而在设计建筑项目整体抗震防线过程中，需要增强构件抗侧移性能，权衡施工过程中存在的以大代小的情况，提高抗侧力有关构件的配筋率。
        4.4抗震加固设计
        高层建筑在施工过程中针对抗震提出了明确的要求，在这种情况下，高层建筑不仅需要与延性、刚度的要求相吻合，还需要遵循相应的强度规范标准，由于钢筋混凝土结构自重较大，特别是建筑工程的高度和底层柱之间的轴力一直需要维持正比例关系，主部件需要符合延性提出的大量要求，针对层高进行既定处理过程中，需要科学的调整对轴压比，如此一来使部件的延性得到明显提高。但是，需要确保轴压比不能超过正常范围，这样可以有效地避免出现结构短柱的情绪，同时还会使延性受到一定的约束，如果遇到强度较高的地震时，就会损坏剪切，严重时会导致建筑项目整体结构出现坍塌，这时，需要采取有效的方案加固设计抗震结构。
        4.5抗震程度的测量和计算
        抗震系数是选择抗震结构最主要的数据支持。建筑工程师应该利用多种形式，对建筑所在地近几年的气候情况进行了解，可以进行实地勘查，也可以查找专业权威机构所调查的数据，对当地情况进行基础性了解。不仅要了解地形气候条件等客观性因素，工程设计师还应该对建筑周边产生的震动进行统计和了解。例如，如果建筑是建设在高速公路附近，车流量较大，就会产生震动效应；再比如，建筑在飞机场、烟花爆竹制造厂附近，则需要预测这些因素可能会产生的震动影响。统计建筑附近所涵盖的最高震动和最低震动值，建立一个与建筑相关的震动系数库，根据系数的大小，选择合适的抗震结构和抗震形式，才能更好地保证建筑的抗震系统得到科学的设计方式。
        4.6抗震设计结构在受力点的支撑和选择
        抗震设计结构最重要的就是受力点的选择，震动产生后，无法彻底消除震动产生的作用力，因此要妥善选择受力点。高层建筑的抗震结构设计需要将震动所产生的作用力进行分化和弱化，从而降低震动对建筑的伤害性。分化作用力的方式主要有两种了，一种是利用材料的柔韧性将作用力化解，例如隔音效果，就是利用海绵的材质，让声音在传播的过程中受到传播介质的影响，从而弱化消失。同样的方式运用到混凝土建筑中是难以实现的。所以只能采取另外一种方式，即分散震动所产生的作用力，此方式原理更简单，利用多点受力的原理，提升结构的稳固性。例如，三角形是最为稳固的结构，就是因为其多点受力的原因，如果单点受力，建筑本身的稳固性就较差，而震动会使得建筑原本薄弱的结构更加脆弱。如果是多点受力，会使得建筑更趋向稳固，在一个受力支撑点遭受到破坏后，还有其他的受力支撑点补上。
        4.7推广消震和隔震措施
        在高层建筑结构抗震设计的过程中，建筑物的体积和形状对抗震的影响很大。形状规则的建筑物将表现出更为良好的抗震性能，但由于建筑结构要求满足功能性使用的需要，留给建筑结构发挥的空间有限。因此，在建筑抗震结构设计过程中需要采取有效方法减少地震对建筑结构的影响，其中一个主要方法就是推广消震和隔震措施。当前，我国的地震发生频繁的地区房屋建筑都采取了一定消震和隔震措施，尤其是对建筑来说更是如此。消震和隔震措施的基本原理是通过对房屋建筑的刚度进行控制，能够使得房屋在地震发生时处于塑性的状态，使地震所带来的强大能量大部分都被消耗掉，建筑物本身所承受的地震的压力变得非常小，增强建筑物抵抗地震灾害的能力。
        结语
        综上所述，地震灾害是一种破坏力极强的地质灾害，当地震发生后，可能会带来严重的人员伤亡和经济损失。由于地震具有突发性，所以很难提前预测防范。因此，随着建筑行业的飞速进步，也应提高建筑结构的抗震能力，使建筑体能够更好的抵御地震灾害。建筑工程设计人员要以安全、稳定为核心目标，对建筑建设区域的地质结构进行详细勘察分析，确定合适的抗震等级标准，进行合理的抗震设计，以此提高建筑抗震性能。本文主要对建筑结构抗震设计的现状、结构、设计内容、设计方法进行了总结与分析，能够更好的提高建筑结构的抗震特性，对建筑工程的可持续发展有着重要意义。由于建筑抗震结构的设计已经成为城市建筑工程中重点关心的问题，因此需满足建筑未来发展的实际需要。通过对于建筑抗震结构的优化，能够提高建筑抗震性能，从而确保建筑的实用价值。
        参考文献：
        [1]张文莹，杨联萍，余少乐，等.双面叠合剪力墙关键问题研究：水平连接节点抗震性能试验[J].土木工程学报，2018，51（12）：28-41.
        [2]肖添.建筑结构设计中的抗震结构设计理念[J].住宅与房地产，2019（9）：81.
        [3]徐增茂，马克俭，毕永辉.新型高层装配式蜂窝型钢网格盒式双筒结构静力弹塑性分析[J].空间结构，2018，24（4）：74-80.
        [4]崔娟，杨霄，蒋炳丽，等.连体结构中连体桁架选型和幕墙索网的地震响应分析[J].建筑结构，2018，48（24）：41-46.