混凝土建筑抗震結構設計有效對策探討

高繼紅

（唐山中鼎建筑設計咨詢有限公司 河北唐山 063000）

0 引言

地震災害對于建筑物的危害性較大，為了達到提高建筑物抗震性能的目的，越來越多的抗震結構得到了研究和應用。本文簡要分析了高層混凝土建筑的結構特點和破壞特點，并對抗震結構設計的有效對策進行了深入的探究，希望能為我國的高層建筑設計帶來一定的工作參考。

1 高層混凝土建筑的結構特點

高層混凝土建筑是目前我國建筑業的主流建筑形式，其泛指高度超過28m，層數超過10層的建筑物。高層混凝土建筑與傳統的多層混凝土建筑之間有著本質上的區別，尤其是針對抗震結構的設計要求更是發生了翻天覆地的變化。從結構角度來看，高層混凝土建筑屬于一種豎向的懸臂結構，建筑自身的彎矩、軸向力等參數的具體情況主要取決于建筑自身的水平荷載與垂直荷載，高層混凝土建筑的高度與軸向力之間存在著線性關系，而層數則與水平位移、彎矩之間存在著上升曲線的關系。而從受力情況的角度來看，當高層混凝土建筑的水平荷載分布均勻時，建筑自身的高度與彎矩之間的關系為二次方關系，而當建筑物垂直荷載方向沒有發生改變的情況，建筑高度的增加并不會對建筑結構造成較大的受力。

2 地震時高層混凝土建筑的破壞特點

2.1 地基破壞

地基破壞的情況在地震階段當中較為少見，其僅僅發生在條件特殊的情況之下。當建筑物建立在軟土層上時，土體會因為地震力的影響而出現液化的情況，并導致建筑物的地基出現不均勻沉降，而修建在地基上方的建筑結構也會出現不同程度的傾斜、裂縫等情況，一旦當地基的沉降、破壞情況達到某種程度時，建筑上部結構會出現明顯的結構破壞情況，且多數無法再進行修復。

2.2 結構體系破壞

建筑結構體系破壞的情況主要會發生在框架填墻結構的高層混凝土建筑當中。在地震力的影響之下，建筑的內框架柱上部會出現剪切型破壞，而低框結構則由于自身的剛度相對較低，故其往往會在地震當中受到嚴重的破壞。

2.3 剛度破壞

一般情況下，高層混凝土建筑的主體結構以矩形平面式結構為主，若建筑的電梯井在地震力的影響之下出現偏心的情況，則會加劇地震力對于建筑結構的破壞程度，導致建筑結構受到扭轉振動的破壞。

2.4 混凝土構件破壞

以框架剪力墻為主的高層混凝土建筑當中，柱的受破壞情況一般會過于板和梁的破壞情況，尤其是剪力墻的窗臺位置最容易受到破壞。

3 抗震結構設計的有效對策

3.1 優化結構設計方案

在開展抗震結構設計工作時，設計人員需要明確認識到不同的結構設計將直接影響到具體的抗震性能及工程造價，且每一個微小環節的變更均會造成連鎖影響。因此，抗震結構設計的優化需要從建筑工程項目的規劃階段開展，貫徹整個設計環節，盡量避免施工階段出現設計變更的情況。首先，設計人員需要充分考慮建筑抗震結構的基本性能，通過合理、科學的定量分析對高層混凝土建筑的抗震體系進行優化設計，并在整體設計方案的指導之下，不斷實現對于各個結構基本特點、布置方式及剪力墻的設計方案，且需要考慮到每一個抗震結構的實用性和綜合性能。其次，在滿足抗震性能的基礎上，可以進一步追求抗震結構的美觀性，要確保抗震結構整齊、對稱，盡量不使建筑物的美觀性受到較大的負面影響。同時，優化設計方案的過程中需要著重考慮建筑結構的抗震抗倒塌能力的提高，設計人員需要考慮到不同等級地震對于建筑結構所造成的影響，并對這一過程進行持續的計算，確保最終的計算結果能夠與實際情況之間相互吻合，并在這一接觸上確保各項抗震結構能夠保持一定的平衡性，并側重于建筑結構與縱向重力作用之間的關系。最后，抗震結構的設計需要具有一定的條理性和層次感，防震措施的選擇需要結合施工現場的地質條件作出準確的判斷，促使建筑整體結構能夠滿足上下力的受力均衡。實踐證明，合理的結構重力設置可以有效降低地震發生時對于建筑物所造成的水平作用力和豎向作用力，確保建筑不會出現裂縫、倒塌的情況。

3.2 材料的選擇

從某種角度來看，高層混凝土建筑的材料選擇將直接影響到建筑物的抗震等級和綜合質量。在選擇材料時，需要確保其質量達到設計標準，并在這一基礎上再進一步追求材料選擇的經濟性。由于高層混凝土建筑抗震結構的設計具有復雜化的特點，故抗震結構設計需要兼顧建筑物自身的抗震要求、建筑類型、施工條件和材料因素等。需要注意的是，質量與價格之間永遠是一種相對的關系，二者之間如何取舍、如何衡量均是設計人員需要考慮到的問題。在確定了建筑結構、建筑形式的基礎上，才可以進一步對施工流程作出選擇和判斷，不同的施工流程會影響到高層混凝土建筑的穩定性和抗震性能，設計人員需要在設計圖紙當中明確標注各個施工環節的具體施工流程，確保施工方可以規范施工。

3.3 扭轉效應的控制

地震對于高層混凝土建筑的影響包括水平作用力、豎向作用力和扭轉作用力三種，而在作用力呈現出復雜化的背景之下，地震對于建筑自身所造成的實際破壞很難準確進行判斷和計算。在開展設計工作的過程中，設計人員需要明確認識到扭轉效應所帶來的破壞力，在結構位移的基礎上，對位移最小值和最大值進行計算，并確保建筑結構的位移可以保持一致。若在出現地震的情況下，建筑實際位移超過了預先設計的結構標準，則要對最大位移和最小位移的剛度進行計算，盡量使其保持同步性。若前期的模擬設計環節發現了抗震結構存在問題時，需要及時對問題區域進行調整和改善，盡可能的實現對于扭轉效應的有效控制。

3.4 結構參數的設置

在建筑結構體系不同的基礎上，建筑物的建筑效果及經濟效益也會存在本質上的區別。因此，在開展抗震結構設計工作的過程中，需要格外注重抗震結構體系的構建，嚴格按照抗震規范開展設計工作，并明確計算抗震傳遞途徑，構建多元化的傳遞方案。抗震結構設計框架初步制定之后，需要充分體現符合時代發展規律的設計理念以及專業的設計技能，尤其是關鍵的結構部位，更需要進行詳細準確的說明，確保施工方能夠準確了解設計方的初衷和設計目的。同時，設計過程中可以借助地震模擬的方式對結構參數進行優化，模擬在不同地震等級的情況下，建筑各個結構的實際受力情況，如柱梁變形、墻體承載能力等內容。而在建筑結構的規劃環節當中，需要明確規劃工作的重點難點，對設計框架進行進一步的優化，促使設計效果不斷提升。若在條件允許的情況下，還可以針對建筑結構信息構建數字化信息庫，便于后續的調整、修改以及信息提取。

4 結語

綜合來看，在新時代的要求之下，高層建筑的抗震結構設計需要從建筑的實際環境出發，應用先進、科學的設計理念和抗震技術，切實提高建筑物自身的抗地震、抗倒塌能力，提高建筑物的綜合性能、安全性與穩定性，盡量降低地震現象對于建筑物的破壞。