論高層混凝土建筑抗震結構優化設計措施

常銀昌

深圳市建研檢測有限公司 深圳福田 518049

摘要：隨著社會的進步，經濟逐步發展，我國的建筑行業也取得了很大的進步，高層混凝土建筑日益增多。但是，目前地震頻發，并且很難被避免和預防，因此建筑的抗震設計十分重要，尤其對于高層混凝土建筑而言，更是具有重要意義。在高層混凝土建筑的施工中，要確保其具備較好的抗震結構和抗震能力，并且要注意對其后期進行維護。本文主要針對高層混凝土建筑的抗震結構設計進行了分析和探討。

關鍵詞：高層；混凝土；抗震；結構優化

1.高層建筑抗震結構優化設計與概念設計

建筑結構設計是建筑結構設計工程師對所要施工建筑的外形和空間構造的表達，分上部結構設計和基礎設計兩部分。而建筑結構的優化設計是指設計的建筑結構在滿足約束需求條件下，按預定目標設計出最優化方案的設計方法。

在歷年的地震災害中，結構工程師逐漸認識到工程結構中宏觀的“概念設計”比“數值設計”的抗震更為重要，所以對“概念設計”越來越重視。抗震概念設計就是再結構的宏觀整體基礎上，根據結構系統及結構整體的要求，正確處理結構體系、剛度分布、構件延性等問題，從宏觀角度對其進行鑒別、選擇處理。因此，在進行抗震設計時，結構工程師要充分理解結構抗震的特點，抓住關鍵問題，用正確的思維才能得到科學合理的結構設計。

2.高層混凝土建筑抗震結構設計中易出現的問題

2.1地基的選取不合理

由于城市人口的增多和相對空間的縮小，不少建筑商忽略了這一問題，哪里商業空間大就在哪里建。高層建筑應選擇位于開闊平坦地帶的堅硬土場地或密實均勻中硬土場地，遠離河岸，不應垮在兩類土壤上，避開不利地形、不采用震陷土作天然地基，避免在斷層、山崖、滑坡、地陷等抗震危險地段建造房屋。高層建筑的地基選取不恰當可能導致抗震能力差。

2.2結構布置不合理

高層混凝土建筑結構設計不合理的情況下，很容易在地震影響下導致扭轉破壞、薄弱層破壞、應力集中以及防震縫處碰撞等情況。

2.3較低的抗震設防烈度。現在許多專家提出，現行的建筑結構設計安全度已不能適應國情的需要，建筑結構設計的安全度水平應該大幅度提高。我國現行抗震設防標準是比較低的，中震相當于在規定的設計基準期內超越概率為10%的地震烈度，較低的抗震設防烈度放松了高層建筑的抗震要求。

3.高層混凝土建筑抗震結構優化設計方法

3.1減少地震發生時能量的輸入

在具體對高層混凝土建筑的抗震結構進行設計時，要積極采用基于位移的結構抗震方法，對于具體的方案進行定量分析，這樣可以使抗震結構的變形彈性滿足預期地震作用力下的變形需求。在對建筑構件的承載力進行驗收時，要控制建筑結構在地震作用下的層間位移限制。對于高層建筑而言，選擇一個較為堅固的場地可以有效減少地震發生時的能量的輸入，在很大程度上提高建筑的抗震能力，從而減少地震所帶來的損失。

3.2運用高延性設計、推廣消震和隔震措施

目前我國的很多高層建筑的抗震設計都采用了延性結構。延性結構指的是通過適當對建筑結構的剛度進行控制，可以使得地震發生時結構的構件進入到具有很大延性的塑性狀態，從而可以在一定程度上延緩地震發生時產生的能量，使地震反應減小，這樣可以降低地震給高層建筑帶來的破壞程度，減少損失。可以利用阻尼器來提高建筑物的抗震能力，阻尼器可以對地震能量進行有效吸收，從而達到減震的目的，也可以使高層建筑避免受到地震較大程度的破壞。

3.3重視建筑材料的選擇

在高層建筑的抗震方案設計中，建筑結構材料也有著十分重要的作用，材料選擇得好也可以在一定程度上增加高層建筑的抗震能力。在對建筑材料進行選擇時，首先要先對建筑材料的參數進行抗震性能上的分析，從整體上對材料的參數變異性進行研究，不能只是關注建筑材料的承載力而不注意其他參數的影響。如果要求高層建筑可以抵抗地震災害，那么在選取建筑材料時要把握好建筑結構的延性需求。因此，在實際設計和施工時，要綜合考慮高層建筑施工的各個因素，以此為依據來選擇符合抗震需求并且經濟適用的建筑結構材料。

3.4增加抗震防線的建設

在對高層混凝土建筑的抗震結構進行設計時，可以通過增加抗震防線來增強建筑對地震的抵抗能力。抗震防線有很多種，比如可以借助具有多個肢節和壁式框架的“框架剪力墻”等防震結構。框架剪力墻是具有良好的性能的多道防線抗震結構，其中的剪力墻是其第一道抗震防線，并且也是最主要的抗測力構件。因此，有必要對高層建筑設置多道抗震防線。在一個高層建筑的抗震體系下，應該由多個延性較好的分體系組成，當第一道抗震防線遭到沖擊時，其他的抗震防線便能夠接替第一道防線繼續抵擋隨后的地震沖擊，通過多道防線的協同合作，可有效地防止高層建筑的倒塌。

3.5 降低高層建筑結構的自重

如若是在相同的地基承載能力條件下，降低高層建筑結構的自身重量可以使在不增加地基以及其造價的情況下，可以在相關的規定范圍內，尤其是在軟土層的地基上，可以增加高層建筑的層數。研究顯示，由于高層建筑的高度很大，重心也相應較高，所以，建筑的重量越大，受地震作用的傾覆力矩的效應就越大。

4.高層混凝土建筑抗震結構設計注意的幾點

4.1在進行高層混凝土建筑抗震結構規劃與設計時，應該經過精確的計算與分析，合理的掌握結構剛度，充分的了解施工現場的地質條件、所有設備的運行參數、建材的性能以及物理力學知識，以此確定高層混凝土建筑結構的整體高度大小，并設置科學的連接，以此實現對剛度的合理調整。

為了提高高層混凝土建筑的抗震能力，應該盡可能的將建筑波動受力控制在地質支撐范圍以內，即當高層混凝土建筑基礎結構出現變形之后，抗震結構通過自身的調節，能夠盡可能的降低整體結構的變形幅度，然后通過有效的維護工作，保證高層混凝土建筑的安全和使用價值。

4.2在進行高層混凝土建筑抗震結構設計時，設計人員應該正確的分析關鍵部位或者重要部件和其他部件之間連接點的受力狀況，通過合理的計算，采取有效的措施進行調整，以此提高高層混凝土建筑的抗震能力，當地震災害發生之后，能夠最大限度的降低地震給建筑物帶來的損失。

此外，通過對當地歷年的地震災害進行分析，如果高層混凝土建筑采用柔和剛度設計，當地震災害發生之后，將會導致主體內部結構遭到損壞，在余震的作用下，會導致建筑結構發生連鎖反應，對建筑結構造成持續破壞，最終導致建筑倒塌。對此，在進行高層混凝土建筑抗震結構設計時，應該充分的研究與分析混凝土抗震結構，以此保證高層建筑的結構剛度滿足相關的設計規范，同時對強化建筑結構的延伸性，進而提高高層建筑的抗震性能，最大限度的降低地震災害給建筑造成的損失。

5.結語

總之，高層建筑的抗震結構設計是整個建筑工程的關鍵環節，但是在我國高層建筑的抗震結構設計上處于起步階段，仍需要進一步的完善。總之，設計人員要嚴格按照規范的規定進行設計，對自己設計的每一項工程負責，不斷學習、汲取前人的經驗和教訓，才能真正地做好結構設計。

參考文獻：

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