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摘要:新时期下,建筑高度的不断增加,结构越发复杂,对于抗震性能的要求越来越高。基于此,就需要高度重视高层建筑结构的抗震设计,以降低地震带来的影响,保障人们的生命财产安全。且在抗震设计中,还要兼顾建筑的美观性、安全性、实用性,将各种损失与危害降到最低。
关键词:高层建筑;结构设计;抗震
一、高层建筑结构抗震设计存在的问题
(一)选址问题
现阶段,我国高层建筑结构抗震设计中,还存在着选址问题。第一,在建筑工程的选址时,忽视了地质地形的勘察调研。或者采用的手段方法陈旧,未能深入、全面了解区域情况。比如是否处于地震带、抗震烈度与等级、岩土坚硬情况、是否开阔平坦等,都将影响着地基建设与抗震性能。第二,在选址时,未能结合建筑工程项目的实际情况,以及结合当地的抗震需求,导致各项资料信息不够全面与真实。
(二)材料问题
第一,随着建筑行业的高速发展,很多先进的、新型的技术,也广泛应用到施工建设中。如钢结构、钢筋混凝土结构等,都是常见的建筑结构之一。第二,在高层建筑结构的施工建设中,既要满足其安全与质量需求,还要满足其抗震要求。因此就需要对材料进行改良优化,且调整其性能参数。然而现阶段的建材市场,由于材料种类较多,监管不严,导致材料质量参差不齐,无法满足施工建设的需求。甚至部分厂商,在材料结构的生产加工中,存在着偷工减料的现象,导致材料质量不过关,无法满足抗震设计的要求。
(三)结构问题
结构问题,主要表现在:第一,现阶段的很多高层建筑工程项目高度,远远超过了相应的限定值。然而在结构抗震设计中,仍旧沿用传统的方式手段,未能综合考虑多种因素,导致设计方案不够合理。第二,在结构设计中,为了有效控制柱的断面尺寸,因此就需要对钢筋、混凝土材料进行调整。然而在实际设计中,即使采用了高强度混凝土材料,而柱的断面尺寸大小也未发生明显的变化。且在限制柱的轴压比时,导致柱处于大偏压状态,其塑形变形能力较小,最终出现结构延性较差的现象。第三,很多高层建筑,在底部柱的设置时,其长细比小于标准值。且未能严格遵循相应的规范标准,进行柱参数的调整与设计,最终无法满足抗震要求。
(四)标准问题
抗震烈度标准,是指建筑物在抗震设计时设定的可以承受的地震烈度。我国不同地区的建筑物抗震烈度标准不同,且会定期调整。此外,在高层建筑结构的抗震设计中,还要严格遵循相应的抗震等级标准,才能保障建筑工程的质量与安全。然而现阶段,还存在着设计标准问题。第一,很多设计人员在高层建筑设计中,未能严格遵循相应的标准规范,也忽视了建筑结构的使用功能因素。导致设计方案存在着很多问题,无法满足相应的抗震要求。第二,不同的高层建筑物类别在抗震设计时,不仅要考虑抗震等级、抗震烈度,还要考虑建筑场地等。然而很多设计人员,未能严格遵循相应的标准规范,从全局、长远的角度出发,导致抗震设计不够合理。
二、高层建筑结构抗震设计优化措施
(一)做好勘察选址
抗震设计时的勘察与选址,是设计的关键与要点之一。只有保障选址的合理性,才能保障后续设计的合理性。第一,先基于施工合同、高层建筑工程项目的要求,以及《建筑工程勘察规范》、《高层建筑岩土工程勘察规程》等,进行勘察方案与计划的编制。接下来进行勘察方法的制定,以及勘察工作的布置。一般情况下,需要基于当地的岩土情况、高程、地下水等情况,进行勘察钻孔的布设。第二,在高层建筑场地环境及岩土工程条件勘察调研时,需要先对于现场的地形、地貌、地质构造、环境工程地质条件等,展开详细深入的了解。接下来进行地层岩性以工程地质特征的调研分析,然后展开地表水和地下水的勘察调研,最后进行不良地质作用及地质灾害的勘察调研。此外,还要进行场地地震效应的评定,确定适宜的施工场地。第三,在选址之后,还要基于周边建筑物、地下管线及构筑物、拟建周边环境条件与工程地质条件等,做好基坑工程安全等级的评定,制定科学合理的施工方案。比如地下室抗浮设计、抗腐蚀设计、基坑支护设计、地下室设计等。
(二)优化施工材料
材料的性能质量,以及合理使用,也影响着高层建筑结构的抗震性能。因此,在设计优化中,还要注重施工材料的优化。第一,混凝土材料。根据高层建筑工程项目的实际情况,进行混凝土材料强度等级的选择,且需要满足相应的抗渗等级要求。一般情况下,基础垫层、构造柱、圈梁等构件,混凝土材料的强度等级为C20;桩基承台、外墙、地下室底板与顶板、剪力墙与柱、梁板等,混凝土材料的强度等级为C30;后浇带结构,需要使用比原来高一等级的微膨胀混凝土。第二,砌体材料。为了满足高层建筑的抗震性能需求,保障建筑工程项目的质量与安全,可以将非承重砌体材料应用其中,且仅限于填充墙。地下室内的砌块,采用加气混凝土砌块,强度等级为A3.5;室外的砌块采用多孔砖,强度等级为MU15。地下室内的砂浆材料,需要使用专用砌筑砂浆,强度等级为Mb5.0;室外的砂浆材料,需要使用专用的水泥砂浆,强度等级为M5。第三,钢筋材料。不仅要达到国家的绿色建筑标准要求,而且要满足抗震等需求。可以采用HRB400级钢筋材料,且钢筋质量需要符合国家标准《钢筋混凝土用热轧带肋钢筋》的规定,做好性能、参数的规范。第四,预埋件及型钢。预埋件可以采用Q235B钢,主钢梁、钢柱可以采用Q345钢。第五,钢绞线材料。钢绞线的极限强度标准值为fptk=1860MPa。
(三)做好结构优化
高层建筑结构的抗震设计优化,还要做好结构优化工作。第一,基于建筑工程项目的实际情况,将地面以上建筑划分为两个或三个结构抗震设计单元。第二,参照《高层建筑混凝土结构技术规程》中的要求,进行嵌固层的判别。主要为地下室首层、地下一层的等效剪切刚度计算,以及刚度比计算,从而确定嵌固端。第三,根据建筑工程项目的实际情况,进行各结构体系、抗震等级等确定。如地上建筑结构,主要为框支剪力墙,采用现浇楼盖,底部加强区剪力墙的抗震等级为二级,非底部为四级,框支梁为二级,框支柱为一级。地下建筑结构,主要为框架结构,采用现浇楼盖,底部加强区剪力墙的抗震等级为二级,框支柱为一级,框架为四级。
(四)严格遵循标准
在高层建筑结构抗震设计优化中,需要严格遵循相应的标准规范,才能保障设计方案的合理性、可行性。第一,设计人员要严格遵循《建筑工程抗震防设分类标准》、《高层建筑混凝土结构技术规程》、《建筑地基处理技术规范》、《建筑抗震设计规范》等。然后结合高层建筑的类型与功能,采用先进的手段展开设计工作。第二,基于设计条件和参数,进行设计标准等确定。在高层建筑结构设计标准确定中,需要基于建筑工程结构破坏可能产生的后果严重性,如造成的经济损失、人员伤亡、社会影响等,进行建筑结构安全等级的确定。接下来根据工程的密集程度、使用功能、规模、地震破坏所造成的影响与损失等,进行抗震设防类别的确定。然后基于抗震设防标准、抗震等级、建筑场地类别,进行结构阻尼比、场地特征周期、周期折减系数等确定。最后基于高层建筑的楼面和屋面情况,进行设计荷载的确定。如卫生间、客厅、卧室、阳台、地下车库等不同区域的活荷载标准值与组合值系数。
参考文献
[1] 王斌斌.高层建筑结构抗震设计优化措施[J].工程建设与设计,2022(7):26-28.
[2] 王清泓.高层建筑结构抗震设计存在的问题及其对策研究[J].中国建筑金属结构,2021(10):66-67.