◎吳新春

引言：地震的發(fā)生往往很突然，嚴(yán)重威脅了人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。因此，人們也越來(lái)越重視建筑物的質(zhì)量安全。目前，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需要將建筑的抗震性能考慮在內(nèi)，大力發(fā)展建筑抗震技術(shù)。設(shè)計(jì)人員必須做好建筑抗震技術(shù)研究工作。對(duì)于混凝土建筑設(shè)計(jì)而言，抗震設(shè)計(jì)中最為重要的是把控建筑結(jié)構(gòu)，只有建筑物的整體抗震能力達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，才能夠抵抗地震災(zāi)害。因此，相關(guān)建筑設(shè)計(jì)人員必須對(duì)高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)予以高度重視，在開展設(shè)計(jì)工作之前，做好結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析工作，從而有效提高高層混凝土建筑的綜合質(zhì)量及安全性。

一、現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)的重要性

經(jīng)過大量的地震災(zāi)害后，人們逐漸意識(shí)到了建筑結(jié)構(gòu)抗震性設(shè)計(jì)的重要性，并提出了“概念設(shè)計(jì)”而良好的“概念設(shè)計(jì)”能夠在一定程度上決定建筑結(jié)構(gòu)的抗震性。其目的就是為了能夠合理地去選擇建筑物的結(jié)構(gòu)形式，以合理的建筑結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)一步滿足人們對(duì)建筑物的“大震不倒”的要求。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)時(shí)，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者需要不斷地提高對(duì)抗震設(shè)計(jì)的認(rèn)識(shí)和設(shè)計(jì)水平，在最終選擇建筑方案時(shí)可避免業(yè)主的干涉，盡量避免因建筑物的大小、形狀及布局等因素而出現(xiàn)較明顯的缺陷。此外，建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案也不容易受到業(yè)主的經(jīng)濟(jì)觀和使用觀的影響，因?yàn)檫^于盲目地將建筑結(jié)構(gòu)下部的延展性降低就會(huì)在一定程度上導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)中抗震墻的數(shù)量、形式等方面存在不合理現(xiàn)象，影響建筑物的整體質(zhì)量。

二、高層混凝土建筑在地震作用下的破壞特點(diǎn)

地震對(duì)高層混凝土建筑的破壞可分為四大方向，地基破壞、結(jié)構(gòu)體系破壞、剛度破壞、構(gòu)件破壞。若建筑整體處于柔弱土層上，則易發(fā)生地基破壞，這是由于地震中土體液化會(huì)導(dǎo)致基礎(chǔ)沉降的發(fā)生，這會(huì)致使高層混凝土建筑上部出現(xiàn)傾斜、地基發(fā)生不均勻沉降現(xiàn)象，同時(shí)使建筑物產(chǎn)生裂縫。而結(jié)構(gòu)自身的結(jié)構(gòu)周期與場(chǎng)地周期相一致時(shí)更會(huì)發(fā)生共振效應(yīng)，進(jìn)而導(dǎo)致更為嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)破壞狀況發(fā)生。若地震中的建筑是框架填墻類結(jié)構(gòu)，則地震發(fā)生時(shí)，框架的內(nèi)框架柱上部會(huì)有剪切型破壞發(fā)生。而由于窗下墻的存在，窗洞部分會(huì)發(fā)生短柱型破壞。當(dāng)高層建筑以矩形平面式作為主體結(jié)構(gòu)時(shí)，一旦建筑中電梯井等結(jié)構(gòu)發(fā)生偏心，地震帶來(lái)的扭轉(zhuǎn)震動(dòng)作用會(huì)使得地震破壞力度大為增加。除此之外，L 形及三角形的不對(duì)稱式平面形式在地震中易發(fā)生比矩形更大的扭轉(zhuǎn)震動(dòng)式震害。而在應(yīng)用框架剪力墻的建筑結(jié)構(gòu)中，房柱會(huì)比房板和墻面的破壞更為嚴(yán)重。由于框架柱中螺旋箍筋的設(shè)置，使框架間具有更大的層間位移角，進(jìn)而使得框架柱對(duì)地震的抵御能力更強(qiáng)。

三、高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要原則

1.建筑結(jié)構(gòu)合理性原則。

在實(shí)際建設(shè)過程中，設(shè)計(jì)人員需要有效結(jié)合目前建筑物的真實(shí)情況，選擇較為合理的構(gòu)建方式。一般來(lái)說，設(shè)計(jì)人員需要在確定整體結(jié)構(gòu)之后，采用系統(tǒng)化的方法對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。不同的建筑物之間存在差異，建筑物的構(gòu)件也會(huì)存在一定的差異，但是在實(shí)際的選擇過程中，設(shè)計(jì)人員必須按照結(jié)構(gòu)合理性的原則來(lái)選擇。建筑物自身能夠?qū)σ徊糠謩偠容^差的梁體結(jié)構(gòu)起到穩(wěn)定支撐的作用，一些需要承受豎向荷載的構(gòu)件不能轉(zhuǎn)變?yōu)楹哪軜?gòu)件，這是因?yàn)樨Q向結(jié)構(gòu)十分脆弱，容易產(chǎn)生受力不均勻的情況，當(dāng)發(fā)生地震時(shí)，部分位置容易坍塌。因此，所有構(gòu)件都應(yīng)該具有很強(qiáng)的延性，設(shè)計(jì)人員不僅要考慮工程近況，還要充分考慮工程后續(xù)發(fā)展情況。

2.建筑環(huán)節(jié)不同的抗震防線原則。

在高層混凝土建筑中，對(duì)于抗震防線而言，設(shè)計(jì)人員在不同的工程環(huán)節(jié)中需要進(jìn)行不同的工程設(shè)計(jì)與資源配置。設(shè)計(jì)人員可以對(duì)高層建筑工程進(jìn)行分級(jí)，在比較脆弱的位置設(shè)計(jì)多個(gè)抗震防線，這樣即使發(fā)生地震，也會(huì)有效防止連帶問題。此外，如果只是單一地設(shè)置一道防線，一旦發(fā)生余震，就有可能導(dǎo)致災(zāi)情的進(jìn)一步惡化。構(gòu)件之間的強(qiáng)弱關(guān)系也可以視作彈性變化的有效關(guān)系，在主體構(gòu)件遭受一定的沖擊之后，第一道防線就會(huì)被完全突破，由于后面防線與第一道防線存在一定的受力距離，因此第一道防線不會(huì)直接對(duì)第二道防線造成影響，進(jìn)而有效保證了建筑物的安全性。

3.建筑不同部位的抗震設(shè)計(jì)原則。

對(duì)于一些具有強(qiáng)弱關(guān)系、距離過大的位置，設(shè)計(jì)人員需要合理應(yīng)用不同的抗震設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。相關(guān)設(shè)計(jì)人員必須在開展結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作之前，進(jìn)行受力試驗(yàn)，充分考慮并結(jié)合每個(gè)構(gòu)件的承載能力，準(zhǔn)確判斷局部構(gòu)件的承載能力是否符合荷載要求。但是，除了局部構(gòu)件的穩(wěn)定性需要再次確定以外，整體構(gòu)件的穩(wěn)定性不能因?yàn)榫植繕?gòu)件的穩(wěn)定性增強(qiáng)后而受到忽視。簡(jiǎn)單來(lái)說，局部構(gòu)件的受力效果、剛性程度、承載力的協(xié)調(diào)狀況都需要根據(jù)構(gòu)件形式的不同進(jìn)行適度調(diào)整。另外，現(xiàn)場(chǎng)建設(shè)人員需要有效保證局部構(gòu)件受力均勻，不能因?yàn)槟硞€(gè)部位承載力較強(qiáng)，就減小這個(gè)部位的強(qiáng)度，因?yàn)檫@會(huì)增加其他部位的荷載，當(dāng)發(fā)生地震時(shí)，就會(huì)影響整個(gè)建筑物的穩(wěn)定性。

四、現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)及加固處理措施

1.建筑材料的選擇。

建筑材料的選擇對(duì)抗震效果有著決定性的影響。一些位于地震帶附近的國(guó)家為了保證建筑的抗震效果會(huì)選擇更加優(yōu)質(zhì)的建筑材料，并且會(huì)鼓勵(lì)建筑設(shè)計(jì)者創(chuàng)新和研發(fā)新的建筑材料來(lái)對(duì)抗地震災(zāi)害，從而保護(hù)居民。通過對(duì)建筑抗震效果的調(diào)查可以看出，磚瓦類型的建筑抗震效果較差，所以采用磚瓦結(jié)構(gòu)的建筑越來(lái)越少，而采用箱體式結(jié)構(gòu)類型能夠提升建筑的抗震效果，其應(yīng)用范圍在不斷擴(kuò)大。結(jié)合目前建筑行業(yè)的發(fā)展，防震材料的應(yīng)用已經(jīng)有了較好的思路，既能夠滿足建筑抗震的數(shù)據(jù)需求，還能夠兼顧建筑方的適用性和經(jīng)濟(jì)性。在傳統(tǒng)的防震設(shè)計(jì)中，在建筑物的底部鋪設(shè)粘土和砂石用來(lái)吸收地震發(fā)生時(shí)所產(chǎn)生的能量?，F(xiàn)代防震設(shè)計(jì)的理念在原有的基礎(chǔ)上進(jìn)行了較大程度的升級(jí)，借助瀝青材料對(duì)建筑的基底加以改造，既能夠保證抗震效果，也能夠增強(qiáng)建筑物日常使用的穩(wěn)定性。另外，在墻體建筑材料的使用上，可以選擇材質(zhì)較輕的材料，這樣就能夠減輕建筑自身的重量，在地震發(fā)生時(shí)減少建筑的承載力，從而保證抗震效果。

2.優(yōu)化抗震結(jié)構(gòu)的功能及體系。

高層混凝土建筑在當(dāng)今社會(huì)中得到了廣泛應(yīng)用，促進(jìn)了建筑行業(yè)的發(fā)展，但是高層混凝土建筑施工對(duì)建筑的綜合施工效果提出了更加多元化的要求，對(duì)建筑的整體抗震性能提出了更加嚴(yán)格的要求。設(shè)計(jì)人員需要優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)，在減少工程造價(jià)的同時(shí)，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(jié)構(gòu)體系入手，對(duì)高層混凝土建筑的抗震結(jié)構(gòu)進(jìn)行綜合性改良。在具體的施工過程中，施工人員需要應(yīng)用剪力墻、筒體結(jié)構(gòu)、懸掛等施工方法，來(lái)提高高層混凝土建筑的抗震結(jié)構(gòu)體系和整體結(jié)構(gòu)體系的科學(xué)性。施工人員在應(yīng)用框架核心筒結(jié)構(gòu)時(shí)，可能會(huì)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(qiáng)度不足，無(wú)法滿足相應(yīng)的施工需求，從而嚴(yán)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(wú)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(zhì)量的前提下獲得更加可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

3.充分了解周邊環(huán)境，因地制宜展開設(shè)計(jì)。

高層混凝土建筑的設(shè)計(jì)建造過程中，應(yīng)將對(duì)地震等有關(guān)自然災(zāi)害的預(yù)防囊括在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中。故而，對(duì)建筑位置的合理選擇，能夠顯著提高相關(guān)結(jié)構(gòu)的抗震能力。位置的選擇應(yīng)依托于相應(yīng)科學(xué)理論，并在對(duì)備選位置周邊地形地貌進(jìn)行廣泛勘探后挑選適合位置后開展工程建設(shè)。這期間應(yīng)注意高層混凝土建筑周邊不應(yīng)出現(xiàn)變電站、發(fā)電廠等安全不穩(wěn)定因素，并盡量將位置選擇在平緩地帶，避開山坡、沼澤等不利于抗震的地點(diǎn)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的制定應(yīng)在國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)體系框架內(nèi)，而實(shí)際施工過程中的結(jié)構(gòu)自身應(yīng)具備一定的空間調(diào)節(jié)能力。以確保外力影響下結(jié)構(gòu)建筑結(jié)構(gòu)具備一定的結(jié)構(gòu)延伸能力，具有依托記憶形狀恢復(fù)至先前形狀的能力。這一做法能夠有效增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的抗震性能，并以這一延展性方案延長(zhǎng)建筑的耐久性。例如，抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)對(duì)建筑周邊環(huán)境進(jìn)行實(shí)地考察，通過構(gòu)建不同專業(yè)人員組成的實(shí)地勘察組，對(duì)施工地點(diǎn)以及周邊環(huán)境的地質(zhì)狀況實(shí)現(xiàn)有效勘測(cè)。以此完善設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，對(duì)建筑中的關(guān)鍵連接點(diǎn)進(jìn)行附加式穩(wěn)固措施，在材料的選擇過程中應(yīng)兼顧材料的剛性和可延展性，主要是依托實(shí)地市場(chǎng)調(diào)研的方式，結(jié)合抽樣檢查等方式，對(duì)材料的實(shí)際特點(diǎn)與特性進(jìn)行了解，堅(jiān)持“只選對(duì)的，不選貴的”的原則，以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)材料和新型抗震材料的兼顧運(yùn)用，從而在材料方面提升建筑的抗震性。

4.有效開展建筑平面布置。

在高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程中，建筑設(shè)計(jì)人員應(yīng)該堅(jiān)持合理性、對(duì)稱性、均勻性的基本原則，有序地完成平面布置工作。一般而言，在水平地震波的作用下，建筑的各個(gè)樓層都會(huì)產(chǎn)生明顯偏移。具體來(lái)說，建筑的各個(gè)樓層都會(huì)產(chǎn)生完全變形、整體平移、整體扭動(dòng)及剪切變形。因此，不同的結(jié)構(gòu)需要應(yīng)用不同的控制方式，只有這樣，才能有效控制變形?？刂品绞桨s減柱距離、縮減梁距離、設(shè)置鋼臂、應(yīng)用雙重抗側(cè)體系、設(shè)置豎向支撐等。設(shè)計(jì)人員需要采取交錯(cuò)式的設(shè)計(jì)方法來(lái)擴(kuò)大建筑房屋的跨度，從而有效提高建筑整體結(jié)構(gòu)的抗震能力，并且不會(huì)對(duì)建筑薄弱層位置造成拉伸影響，不會(huì)引起較大的位移和形變，最終使得高層建筑物的整體抗震能力達(dá)到國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。

5.合理選擇鋼結(jié)構(gòu)類型。

由于鋼結(jié)構(gòu)的抗震體系并不屬于單一類型，種類較為豐富且較為多元化，所以在進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)建筑的施工過程中，需要按照建筑施工所使用的材料以及鋼結(jié)構(gòu)建筑的實(shí)際高度，對(duì)相關(guān)的施工工藝展開科學(xué)選擇。應(yīng)保證所選擇的鋼結(jié)構(gòu)類型能夠與具體的抗震等級(jí)要求相符合，可對(duì)施工活動(dòng)順利開展形成有效促進(jìn)作用，從而為后續(xù)各項(xiàng)操作的高質(zhì)量開展奠定良好基礎(chǔ)。

6.結(jié)合實(shí)際條件優(yōu)化抗震方案。

建筑抗震方案是抗震設(shè)計(jì)的核心，也是施工準(zhǔn)備的前提條件?？茖W(xué)的抗震方案在項(xiàng)目建設(shè)的過程中能夠起到指導(dǎo)性的作用，對(duì)建筑的安全有一定的保證。在方案設(shè)計(jì)時(shí)首先需要考慮的就是建筑的整體結(jié)構(gòu)，這也是提升抗震系數(shù)的重要手段。在混凝土建筑施工的過程中還需要充分考察施工現(xiàn)場(chǎng)，尤其是對(duì)當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)情況和地質(zhì)外貌，要做到充分了解，避免在建設(shè)的過程中出現(xiàn)數(shù)據(jù)偏差。一定要經(jīng)過嚴(yán)格的分析和計(jì)算，不斷優(yōu)化建筑的抗震能力?？傮w來(lái)說，抗震方案的設(shè)計(jì)是在科學(xué)分析的基礎(chǔ)上展開，在執(zhí)行過程中不斷改良和完善，最終對(duì)建筑的抗震性提供最佳的保障。

7.建立構(gòu)件受力模型，建立“框-剪力”結(jié)構(gòu)。

在對(duì)抗震結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體分析時(shí)，需要建立各構(gòu)件的受力模型。以此確認(rèn)結(jié)構(gòu)不同部位的不同受力情況，并依托受力模型進(jìn)行常見地震情況下建筑的應(yīng)力方向、大小分析。以此為基礎(chǔ)采取適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)性補(bǔ)充措施，以增強(qiáng)地震發(fā)生時(shí)建筑抗震性能的穩(wěn)定性。這期間應(yīng)尤其注重豎向結(jié)構(gòu)上建筑的重力分布，以確保結(jié)構(gòu)縱向上各組分受力均勻、結(jié)構(gòu)受力合理且在適中范圍內(nèi)、各受力結(jié)構(gòu)間未發(fā)生交錯(cuò)，應(yīng)確保各受力組分間層次分明，各司其位。在此基礎(chǔ)上對(duì)整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化補(bǔ)充，對(duì)補(bǔ)充結(jié)構(gòu)做出對(duì)應(yīng)的美學(xué)設(shè)計(jì)，以確保建筑抗震性能與美學(xué)特征的雙重提升。抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中主體結(jié)構(gòu)下包含多個(gè)延性分體系，各延性分體系間應(yīng)進(jìn)行有效的協(xié)同連接。例如，可建立“框-剪力”結(jié)構(gòu)，以此形成多肢剪力墻結(jié)構(gòu)分系。因?yàn)楦吡叶鹊卣鸷笸杏嗾鸬陌l(fā)生，故而單一抗震防線的建立并不能有效應(yīng)對(duì)余震。因此設(shè)計(jì)人員應(yīng)模擬地震發(fā)生情況，在同一平面主體構(gòu)建達(dá)到屈服程度后，確保其余抗側(cè)力部件仍能處在彈性延展過程，以此實(shí)現(xiàn)主體結(jié)構(gòu)有效屈服能力的躍升。由于鋼筋混凝土自身自重較大，故而底層柱軸力相較于建筑高度成反比態(tài)勢(shì)，在設(shè)定固定層高前提下，整軸壓比的抬升是提升固件延性的主要措施，但軸壓比不能過大，不然會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)短柱的形成。結(jié)構(gòu)短柱延性極差，極易導(dǎo)致在地震中發(fā)生剪切破壞，進(jìn)而使得建筑整體坍塌。以實(shí)踐過程中結(jié)構(gòu)短柱的加固為例，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)在結(jié)構(gòu)短柱已經(jīng)發(fā)生的情況下對(duì)其進(jìn)行加固，有兩個(gè)主要的加固設(shè)計(jì)方向。首先是對(duì)螺旋復(fù)合箍筋的使用，由于建筑框架柱的抗剪能力應(yīng)符合強(qiáng)剪弱彎及剪壓比指標(biāo)，而短柱結(jié)構(gòu)對(duì)這一標(biāo)準(zhǔn)并不適用。這時(shí)應(yīng)加入螺旋復(fù)合箍筋，以此提升框架柱抗沖剪能力，對(duì)混凝土約束實(shí)現(xiàn)優(yōu)化，使得短柱抗震能力得到提高。除此之外，還可選用分體柱形式，即將支柱循其豎向進(jìn)行設(shè)縫，將整體短柱化為若干分體柱，并通過分體柱配筋在柱肢間安裝隔板、摩擦阻尼器等連接件提高柱子的延性及整體抗變形能力。使得地震發(fā)生時(shí)短柱的破壞方式由應(yīng)力剪切向整體彎曲轉(zhuǎn)換，從而使得短柱功能向長(zhǎng)柱轉(zhuǎn)變，以此實(shí)現(xiàn)抗震能力的提升。

五、結(jié)束語(yǔ)

總而言之，在地震頻發(fā)的環(huán)境下，加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)和加固處理是非常必要的，當(dāng)基于合理的角度上明確建筑結(jié)構(gòu)的具體形式之后，就需要科學(xué)地布置建筑物的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)，只有這樣才能夠最大限度地避免因抗震不利而造成的嚴(yán)重后果。因此，不斷創(chuàng)新和優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，是保障人們生命財(cái)產(chǎn)安全的重點(diǎn)，更是建筑行業(yè)得以持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。