探析高層混凝土建筑抗震結構設計

郭丹

摘要：高層建筑抗震結構設計是一個長期、復雜甚至循環往復的過程，為了提高高層建筑的穩定性，保證人民的生命安全，本文從高層混凝土建筑抗震結構設計的要求、影響建筑物抗震效果的因素，以及高層混凝土建筑抗震結構設計這三個方面對高層混凝土建筑抗震結構設計進行分析、闡述。

關鍵詞：高層;混凝土;抗震;結構設計

一、隨著城市建筑的不斷增高，建筑物的抗震設計關系的許多方面利益，任何過程中產生的錯誤和遺漏都將導致巨大的事故，因此，我們應該嚴格按照設計規范、根據經驗，使得我們的抗震結構設計更加的完善。

二、高層混凝土建筑抗震結構設計的要求

就現在的情況而言，要想使高層混凝土建筑達到良好的抗震效果，例如，在地震較弱的時候，整體結構保持穩定牢固不破損;遇到中等程度的地震，能夠經過相關的維修仍可投入使用;地震較為嚴重時，高層建筑要做到不傾倒，就需要在設計時，綜合考慮剛柔配合，結構各方受力科學合理，根據具體的情況來針對性進行規劃，必須按照“強剪弱彎”的設計規范標準來提高建筑結構的整體穩定性。

一方面，高層混凝土建筑在設計規劃時，一定要把握好結構剛度值的大小，經過精確的計算分析，充分了解地質地形條件、所用建材性能、機械設備運行參數、物理力學知識等內容，最終確定高層結構的整體剛度強弱或者某個結構設施的剛度，依靠連接設置的調節作用，力求保證抗震能力的提高，盡量讓整個建筑波動受力保持在地質所能支持的范圍之間。也就是說，如果其基礎結構產生小幅度的變形，結構的自我調節功能就會使得整體結構不發生大幅度改變，在經過一些維護工作之后，仍然具有使用價值。

另一方面，在結構設計以及規劃時，結構工程師一定要著重關鍵構件和連接點的受力情況，采取相關措施進行有效調節，可以達到消災減震的目的，盡最大程度地降低地震災害帶來的損失。根據有關地震災害統計，剛度過于柔和的高層混凝土建筑受到強大的震動作用后，其主體結構受到了一定程度的損毀，然而在余震的相繼作用之下，就會受到持續損壞導致崩塌。總之，對于高層混凝土建筑抗震結構的設計，一定要保證其結構具備適宜的剛度，還要改善其延性等特點，進而增強其整體結構的抗震性能。

三、影響建筑物抗震效果的因素

（一）建筑物自身的結構設計

建筑物的結構設計是影響抗震效果極為關鍵的一個因素，建筑物若要達到抗震目的，無論點式住宅或是板式住宅，都必須進行合適的結構設計，保證抗震措施合理，能夠基本實現小震不壞、中震可修、大震不倒這樣的目標，提高建筑結構的抗震性能。如果建筑物的結構較為復雜，荷載較大或荷載分布不均勻，質心與剛心不一致，將會加劇地震的作用影響力，增強破壞性。所以，建筑物的結構平面布置應盡量保證質心和剛心重合，提高建筑物的抗震能力。在建筑結構的設計中，出屋面建筑部分不宜太高，以降低地震過程中的鞭梢影響;平面布置不規則的房屋注意偏離建筑結構剛心遠端的抗震墻等等。

（二）建筑結構建造材料和施工過程

建筑結構的材料是影響抗震效果非常重要的因素，但是這個因素往往被人們忽視，工作人員需要明確這樣一點：在一般情況下，地震對建筑物作用力的大小與建筑物的質量成正比。在同等地震環境下，建筑物使用的材料越好，其受到的地震作用力也相對較小;反之，建筑物就會遭到地震很大的作用力。建筑結構施工過程同施工材料共同影響整個建筑工程的質量，在施工過程中，每一個環節都可以影響建筑結構抗震效果。所以，高層建筑在具體施工中，要加強監管和規范，嚴格做好高層建筑施工管理，從建筑結構的質量上來提高抗震效果。

（三）建筑物所處地質環境情況

在地震中，對建筑物造成破壞的原因是多方面的，比如巖石斷層、山體崩塌、地表滑坡等使得地表發生運動，造成建筑物的破壞，或海嘯、水災等次生災害對建筑物造成破壞。在造成建筑物破壞的諸多原因中，有些是可以通過工程措施加以預防的。所以，在選擇建筑工地的位置之前，要進行詳盡的勘探工作，分析地形和地質條件，避開不利地段，挑選對建筑物抗震有利的地點。

四、高層混凝土建筑抗震結構設計

（一）減少地震發生時能量的輸入

在具體的設計中，積極采用基于位移的結構抗震方法，對具體的方案進行定量分析，使結構的變形彈性滿足預期地震作用力下的變形需求。對建筑構件的承載力進行驗收的同時，還要控制建筑結構在地震作用下的層間位移限值;并且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;根據建筑界面的應變分布以及大小，來確定建筑構件的構造需求。對于高層建筑，在堅固的場地上進行建筑施工，可以有效減少地震發生作用時能量的輸入，從而減弱地震對高層建筑的破壞。

（二）運用高延性設計、推廣消震和隔震措施

在我國，許多高層建筑進行抗震設計時，多采用延性結構，也就是適當控制建筑結構的剛度，允許地震時結構的構件進入到具有很大延性的塑性狀態，從而消耗地震作用時的能量，使地震反應減小，減弱地震給高層建筑帶來的破壞。如果某高層建筑的承載能力較小，但是具有較高的延性，那么在地震中它也不容易倒塌，因為延性構件可以吸收較多的能量，經受住很大的結構變形。

（三）高度的確定

按我國現行高層建筑混凝土結構技術規程規定，在一定設防烈度和一定結構型式下，鋼筋混凝土高層建筑都有一個適宜的高度。這個高度是我國目前建筑科研水平，經濟發展水平和施工技術水平下，較為穩妥的，也是與目前整個土建規范體系相協調的。可實際上，已有許多混凝土結構高層建筑的高度超過了這個限制。對于超高限建筑物，應當采取科學謹慎的態度：一要有專家論證，二要有模型振動臺試驗。在地震力作用下，超高限建筑物的變形破壞性態會發生很大的變化。因為隨著建筑物高度的增加，許多影響因素將發生質變。

（四）材料的選用和結構體系

由于結構以鋼筋混凝土核心筒為主，變形控制要以鋼筋混凝土結構的位移限值為基準。但因其彎曲變形的側移較大，靠剛度很小的鋼框架協同工作減小側移，不僅增大了鋼結構的負擔，且效果不大，有時不得不加大混凝土筒的剛度或設置伸臂結構，形成加強層才能滿足規范側移限值;此外，在結構體系或柱距變化時，需要設置結構轉換層。加強層和轉換層都在本層形成大剛度而導致結構剛度突變，常常會使與加強層或轉換層相鄰的柱構件剪力突然加大，加強層伸臂構件或轉換層構件與外框架柱連接處很難實現強柱弱梁。因此在需要設置加強層及轉換層時，要慎重選擇其結構模式，盡量減小其本身剛度，減小其不利影響。在高層建筑中，應注意結構體系及材料的優選。

五、結語：

由于高層建筑抗震設計屬于繁重而復雜的過程，需要從多方面同時入手，因此，在進行抗震結構設計時應當對高層建筑所處的地質和環境進行詳細的分析和研究，選用適合的抗震結構，進而提高高層建筑的抗震性能，提高建筑物的安全性。

參考文獻：

[1]孫小童. 建筑設計施工過程中抗震措施的應用 [J] 山西建筑2017（7）

[2]李彤.淺談高層建筑結構的抗震設計 [J] 建筑結構學報 2015（8）