混凝土建筑抗震結構設計

劉卓清

摘 要：高層混凝土結構建筑的抗震能力直接關系著人們的生命安全以及財產安全，因此，建筑設計師在進行高層建筑時，應考慮高層建筑的抗震問題，采取相應的安全防患措施，加強對高層混凝土結構建筑的抗震性能，不斷通過實踐積累經驗，從而保障建筑物的安全性和可靠性。

關鍵詞：高層建筑；抗震；結構設計；探析

1 前言

隨著我國經濟的發展，高層建筑越來越多，混凝土在高層建筑中的應用也逐漸廣泛，高層建筑結構抗震設計，關乎人們生活的穩定和社會經濟的發展，本文就對高層混凝土建筑的抗震結構進行探討。

2 建筑抗震的理論分析

擬靜力理論。擬靜力理論是20世紀10～40年代發展起來的一種理論，它在估計地震對結構的作用時，僅假定結構為剛性，地震力水平作用在結構或構件的質量中心上。地震力的大小當于結構的重量乘以一個比例常數（地震系數）。

反應譜理論。反應譜理論是在加世紀40～60年代發展起來的，它以強地震動加速度觀測記錄的增多和對地震地面運動特性的進一步了解，以及結構動力反應特性的研究為基礎，是加理工學院的一些研究學者對地震動加速度記錄的特性進行分析后取得的一個重要成果。

動力理論。動力理論是20世紀70-80年廣為應用的地震動力理論。它的發展除了基于60年代以來電子計算機技術和試驗技術的發展外，人們對各類結構在地震作用下的線性與非線性反應過程有了較多的了解，同時隨著強震觀測臺站的不斷增多，各種受損結構的地震反應記錄也不斷增多。進一步動力理論也稱地震時程分析理論，它把地震作為一個時間過程，選擇有代表性的地震動加速度時程作為地震動輸入，建筑物簡化為多自由度體系，計算得到每一時刻建筑物的地震反應，從而完成抗震設計工作。

3 高層建筑結構抗震設計的基本內容

3.1 應重視建筑結構的規則性

建筑設計應符合抗震概念設計的要求，不應采用嚴重不規則的設計方案。合理的建筑布置在抗震設計中是頭等重要的，提倡平、立面簡單對稱。因為震害表明，對稱建筑在地震時較不容易破壞，容易估計出其地震反應，宜于采取相應的抗震構造進行細部處理。

3.2 抗震概念設計應堅持的措施和原則

結構構件應具有必要的承載力、剛度、穩定性、延性等方面的性能結構構件應遵守“強柱弱梁、強剪弱彎、強節點弱構件、強底層柱（墻）”的原則。對可能造成結構的相對薄弱部位，應采取措施提高抗震能力。承受豎向荷載的主要構件不宜作為主要耗能構件。

3.3 抗震措施

在滿足抗震設防要求的高層建筑除應滿足強度、剛度要求外，還要滿足延性的要求。鋼筋混凝土材料本身自重較大，所以對于高層建筑的底層柱，隨著建筑物高度的增加，其所承擔的軸力不斷增加，而抗震設計對結構構件有明確的延性要求，在層高一定的情況下，提高延性就要將軸壓比控制在一定的范圍內而不能過大，這樣則必然導致柱截面的增大，從而形成短柱，甚至成為剪跨比小于1.5的超短柱。眾所周知，短柱的延性很差，尤其是超短柱幾乎沒有延性，在建筑遭受本地區設防烈度或高于本地區設防烈度的地震影響時，很容易發生剪切破壞而造成結構破壞甚至倒塌。

4 提高高層建筑抗震設計的措施

4.1 選擇具有抗震效果的建筑材料

建筑材料的選擇對建筑抗震效果也有一定的影響，隨著材料技術的不斷進步，具有抗震功能的新材料不斷面世，在建筑行業也受到廣大設計者的青睞，在建筑時盡量采用框架剪力墻的結構，以鋼結構為基礎進行建設，在宏觀上提高了建筑的剛性和延性，有助于提高建筑結構的穩定性。鋼結構相比于目前采用的混凝土結構，遇有更高的強度和韌性，在重量比上也要優于混凝土結構，具有更好的抗震性能。

4.2 盡可能設置多道抗震防線

當發生強烈地震之后往往伴隨多次余震，如只有一道防線，則在第一次破壞后再遭余震，將會因損傷積累導致倒塌。抗震結構體系應有最大可能數量的內部、外部冗余度，有意識地建立一系列分布的屈服區，主要耗能構件應有較高的延性和適當剛度，以使結構能吸收和耗散大量的地震能量，提高結構抗震性能，避免大震時倒塌。

4.3 客觀考慮位移問題

對于我國建筑抗震結構設計來說，大多以承載力作為重要的基礎，而設計人員則采取線彈性方法，對小幅度震動情況下的結構變形力、內力等進行分析，采取組合內力方法，對構件的截面進行驗證，以此確保結構的可靠性、穩定性。另外，為了更好地針對基礎位移狀況實行抗震設計，應該充分了解結構變形情況和配筋之間的關系，有針對性地采取設計方法，當建筑結構進入到抗震階段后，對其變形力進行細致分析與探討。

4.4 減少地震時能量的輸入

在具體的設計中，采用基于位移的結構抗震方法，對具體的方案進行定量的分析，使結構的變形能力能夠滿足預期地震作用下的變形需求。在驗算結構的承載力之外，還要對結構在大震作用下的層間位移角限值或位移延性比進行控制；根據建筑構件的變形和建筑結構的位移之間的關系，確定構件的變形值；根據建筑截面的應變大小和應變分布，來確定建筑構件的構造需求。

4.5 抗側力體形的優化

對一般性構造的高樓，剛比柔好，采用剛性結構方案的高樓，不僅主體結構破壞輕，而且由于地震時的結構變形小，隔墻，圍護墻等非結構部件將得到保護，破壞也會減輕。提高結構的超靜定次數，在地震時能夠出現的塑性鉸就多，能耗散的地震能量也就越多，結構就愈能經受住較強地震而不倒塌。改善結構屈服機制，使結構破壞十按照整體屈服機制進行，而不是樓層屈服機制。設計結構時遵循強節弱桿、強柱弱梁、強剪弱彎，強壓弱拉的原則。在進行結構設計時，應該選定構件中軸力小的水平桿件，作為主要耗能桿件，并盡可能使其發生彎曲耗能。

4.6 豎向布置力求均勻

結構豎向布置均勻，可以最大限度的使其豎向剛度、強度變化均勻，這樣可以有效的避免出現薄弱層。從建筑結構的特點看，臨街的建筑物，往往會因為商業的需要，底部幾層有大空間的設置。非臨街的建筑物，底部也可能門廳、餐廳或停車場，而出現大空間。在這種結構中，上部的鋼筋混凝土抗震墻或豎向支撐或砌體墻體到此被中止，而下部須采取框架體系。也就是說，上部各層為全墻體系或框架抗震墻體系，而底層或底部兩三層則為框架體系，整個結構屬“框托墻”體系。

參考文獻：

[1] 葛建國.淺析高層建筑抗震概念設計[J].中國西部科技（學術）.2013.

[2] 陳天華.高層混凝土建筑抗震結構設計探析[J].中國科技信息.2013.