高層建筑鋼筋混凝土抗震設計的思考

孫亮

摘 要：抗震設計是建筑結構設計重要環節，高層建筑結構對抗震性能有更高要求，其抗震設計更是整個工程建設的核心環節，因此必須引起相關主體的足夠重視。對此，本文本文在簡要分析建筑抗震設計存在問題的基礎上，重點探討了高層建筑鋼筋混凝土抗震科學設計的要點，以期為廣大業內同仁提供有益思考。

關鍵詞：高層建筑；混凝土結構；抗震設計

地震作用影響因素的復雜性使精確的抗震計算有一定的困難，因此建筑抗震問題必須引起足夠重視。高層建筑層數多、高度高，結構也比一般建筑復雜，隨著高層建筑的增多，一旦遭遇地震，將會造成巨大損失，高層結構抗震設計越來越重要。所以，采取有效措施，做好高層建筑結構的抗震設計，防患于未然，對提升高層建筑抗震能力有重要意義。

1 建筑抗震設計存在的問題分析

要研究高層建筑結構的抗震設計，必須先分析高層建筑抗震設計存在的問題及影響因素。

1.1 地基選取問題

高層建筑不應跨在兩類土壤上建造，應避免在斷層、山崖、滑坡、地陷等抗震危險地段建造房屋，不用震陷土作天然地基，遠離河岸，宜選擇開闊平坦地帶的堅硬土場地或密實均勻中硬土場地。高層建筑地基選取不當會影響高層建筑抗震能力。

1.2 結構體系與材料問題

建筑物所用材料和結構體系逐漸被重視，其選擇對于抗震有重要意義。鋼筋混凝土建筑結構在變形控制過程中要考慮混凝土的位移限制，鋼筋混凝土的彎曲變形側移較大，如利用鋼框架減少位移又會增加鋼筋負荷，輔助效果也不明顯，所以結構模式要避免負面作用產生，慎重選擇。

1.3 建筑物高度問題

高層建筑需要有合理的建設高度，在這種高度下抗震設計才會穩定安全，但是在高層建筑越來越多的今天，超過國家高度要求的高層建筑日益增多，相對應的，符合國家標準的抗震設計規范很可能不再適用，超高層建筑理論經驗總結的不足使建筑結構在地震中的表現具備更多不確定性，當遇到震力時，地震的破壞力可能會被放大，造成生命財產損失。

2 高層混凝土建筑抗震結構科學設計要點

2.1 確保主體結構合理性

高層建筑工程混凝土主體結構設計是否合理，直接決定著建筑質量優劣，因此必須確保其設計合理性。相同結構單元一定要設置在地基性質相差不大的地面上，如果地基中存在承載力不相同的復雜土層結構，那么就要采取針對性措施進行加固處理，以確保地基承載力的硬性要求。此外，底框結構具有經濟性、普適性、實用性等優勢，但此類結構布局存在剛度分布失衡的問題，很容易造成工程整體結構的變形，嚴重的可能會帶來開裂問題，所以在高層混凝土結構設計時，設計人員必須在充分考慮高設防烈實際需求的基礎上，對此種結構進行合理選擇或改進處理，以確保建筑整體結構的剛度均勻，以確保建筑結構抗震性能的合理性。

2.2 設置多個抗震防線

高層建筑抗震結構主要可分為數個延性分體系，且各延性構件之間互相協調連接，例如：框架剪力墻結構，即為結合剪力墻和框架分體所構成。由于在大型的地震后，往往會出現余震，若是僅僅布設一道抗震防線，則一旦其被余震破壞，將直接導致高層建筑結構受損嚴重，甚至是出現倒塌問題。對此，設計人員應設置好結構構件的抗震設防體系，保證同一平面主要構件已經屈服時，而剩余的抗側力部件均處在彈性階段，有效延長建筑主體結構有效屈服的持續時間。建筑工程抗震設計過程中，會產生某一個結構構件抗側移值過大，以致于其他構件強度較低，對此必須合理強化構件抗側移能力，對施工中的“以大帶小”以及改變抗側力構件配筋的做法進行反復權衡。

2.3 采取多種抗震計算的方法

在高層混凝土建筑的結構設計中，必須做好抗震結構位移的科學計算，定量分析結構設計方案，把主體結構變形量有效控制在一個合理的范圍內，即使遭遇一般地震也不會產生變形問題。在對主結構的承載力進行計算的過程中，必須要對高烈度地震下，結構層間位移角、延性位移加以計算、分析，嚴格根據建筑構件位移與結構變形關系，得到主要構件變形數值，其后根據建筑物截面應變的情況，進一步明確構件構造要求。同時，在建筑結構設計時，必須整建筑場地條件優良，盡可能地降低地震輸入能量，減小高層建筑主體結構所受到的沖擊，保證建筑安全。

2.4 抗震加固設計

（1）螺旋復合箍筋的應用。框架柱抗剪能力需和強剪弱彎、剪壓比相符，而柱子端部抗彎能力也需達到強柱弱梁限值標準，短柱在強柱弱梁和強剪弱彎時，不會出現剪切破壞，螺旋復合箍筋主要優點在于能夠提高柱子抗沖剪能力，使得短柱的抗震性能得以提升。（2）分體柱的應用。短柱抗彎性能要比抗剪性能強，因此在遭遇地震時，往往抗彎能力未能夠發揮作用，就已經出現剪壞破壞?；诖耍谠O計過程中，應適當地對短柱抗彎能力予以弱化，使其與抗剪強度接近，令短柱能夠在地震開始階段就滿足抗彎屈服強度。在實際設計中，經常通過減少抗彎強度的形式，也即是把柱子沿著豎向設縫，將其劃分成各個分體柱，而分體柱配筋可于柱肢間布置適量的連接鍵，易達到增強構件剛度和抗震性能的目的，連接鍵主要使用的是通縫、分隔板、摩擦阻尼器等。選用分體柱，雖然無法增強柱子抗剪性能，而降低了其抗彎能力，也就是實現柱子抗變形性能的有效提建筑節能高，真正實現“短柱”向“長柱”的轉變，大大增強短柱抗震能力。

總而言之，在高層建筑混凝土結構抗震設計中，設計人要在充分考慮地基選取、結構體系與材料、建筑物高度等方面影響因素的基礎上，采取針對性措施加以改進優化，包括確保主體結構合理性、設置多個抗震防線、采取多種抗震計算的方法和抗震加固設計等，只有如此，才能有效確保高層建筑抗爭性能的有效性，才能提高高層建筑的使用壽命，才能進一步拓展混凝土結構設計的發展空間。

參考文獻

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（作者單位：中國航天建設集團有限公司大連設計研究院）