高層混凝土建筑的抗震結構設計研究

王嘉峰

沈陽原構設計咨詢有限公司 遼寧 沈陽 110000

1 引言

建筑行業快速發展，為適應多樣化的建筑功能需求，高層建筑的結構形式也日趨復雜多樣。除傳統的框架結構、剪力墻結構、框架剪力墻結構、筒體結構等基本形式外，超高層建筑、復雜高層建筑、鋼結構高層建筑、型鋼-混凝土混合結構高層建筑得到越來越廣泛的應用。建筑高度的增加和布置的不規則性給結構分析和設計帶來更多復雜性和挑戰性，有必要進行更系統深入的研究。

2 建筑工程結構抗震設計研究的關鍵意義

從目前情況來看，地震是人們平時生活中最常發生的自然災害之一，同時地震災害產生以后的危害性、破壞性非常大，并且也具備了很強的不可預估性。因此，一經發生地震，影響程度將特別大，倘若人們居住的建筑沒有抗震能力，就會危及民眾的個人安全以及財產安全?？梢?，建設物本身的抗震能力具有了特別關鍵的作用。在很早以前，我國在對建筑結構抗震標準方面就提出了“小震不壞、中震可修、大震不倒”的準則，所以大部分結構設計人員都意識到了建筑結構抗震能力的重要性，并且按相關規范、標準要求進行建筑結構抗震設計，以保證建筑抗震能力得到顯著的提升，繼而保障建設物的整體安全穩固性，這樣就能最大程度上降低地震對民眾生命財產安全的影響程度。因此結構設計人員的責任重大，如何使建筑在地震來臨時發揮出應有的抗震能力，保證人民生命安全與財產安全是結構抗震設計人員需要重點研究的內容。

3 高層建筑受力特性

3.1 荷載作用 由于建筑物嵌固部位位于地面或地面以下，在分析水平作用下的力學性能時，可以近似將建筑物整體看成嵌固于地面的懸臂結構，水平作用的彎矩和變形效應將隨建筑物高寬比的增大而顯著加大。對于高度較低的單層、多層建筑，水平荷載效應較小，主要考慮豎向作用影響。對于高層建筑，隨著房屋高度增大，風荷載、水平地震作用成為結構受力分析應考慮的主要因素。對于高層建筑中大跨度、長懸臂、連接體、懸挑等結構、帶轉換層的高層建筑以及高抗震設防烈度地區的高層建筑，還應充分考慮豎向地震作用影響。

3.2 幾何非線性 高層建筑的幾何非線性主要指P-Δ重力二階效應。建筑結構在水平荷載作用下產生側移，使作用在結構上的重力荷載產生偏心，從而形成附加彎矩作用和彎曲變形，給結構受力帶來不利影響。同等水平荷載作用下，結構剛度越小，產生側移越大，同時結構自重越大，偏心彎矩也隨之越大。因此結構的剛重比是控制P-Δ效應的主要指標，當剛重比小于一定值時，就必須考慮幾何非線性性的不利影響?？紤]二階效應時，應區分結構的變形形態，對于剪切型變形結構(如框架結構)應分層計算PΔ效應影響，而對于彎剪型變形結構(如剪力墻結構、框架剪力墻結構、筒體結構等)應整體計算結構的P-Δ效應影響。

4 建筑結構抗震設計重點

4.1 抗震結構材料的選擇要求 建筑結構抗震設計在材料上的選擇需要綜合考慮選建筑成本、結構剛度、延性、強度等因素。常用建筑結構的抗震設計要求為:(1)為滿足抗震設計的要求，砌體結構需要按照規范規定設置保持結構穩定的圈梁與構造柱；(2)鋼筋混凝土結構要對抗震結構構件的截面尺寸有合理的選擇，并且保證相應的配筋率，不能少筋多筋。使結構發生的剪切破壞與脆性破壞；(3)大跨度結構下選擇預應力混凝土構件應嚴格規范要求進行計算，并按計算結果配置預應力鋼筋。

4.2 抗震等級的確定 建筑結構的抗震等級，是保證抗震措施的重要參數，因此，正確地確定抗震等級，才能保證建筑抗震能力?？蚣芙Y構、抗震墻結構的抗震等級按規范表格直接確定，而框剪結構，應根據規定的水平力作用下結構底層框架部分承受的地震傾覆力矩與結構總地震傾覆力矩的比值確定相應的抗震等級，當比值小于等于10%時，剪力墻部分抗震等級按剪力墻結構，框架部分抗震等級按框剪結構；當比值大于10%但小于等于50%時，按框剪結構確定抗震等級；當比值大于50%時，框架部分抗震等級按框架結構，剪力墻部分抗震等級按框架結構。

4.3 結構抗震計算 進行結構抗震驗算，是目前保證建筑抗震能力的最主要的手段之一，也是我們進行結構抗震設計時接觸最多的內容。進行抗震驗算之前，先要通過建筑所處地理位置，查區劃圖或者《建筑抗震設計規范》確定地震動參數。一般情況下，我們只需要驗算水平地震作用，但當遇到大跨度、長懸挑等結構形式時，要注意驗算豎向地震作用。隨著建筑規模越來越大，復雜程度也明顯增加，結構抗震計驗算已基本通過結構分析軟件來進行，比如國內常用的PKPM、YJK。通過抗震驗算，我們可以得到地震作用下建筑的變形、構件的內力等結果和數據。通過對結果和數據的分析，反過來調整結構布置，從而使建筑的變形、構件的內力滿足規范限值要求，完成抗震計算。由此可知，結構抗震驗算，是一項需要反復試算、推敲、調整，從而選取最優結構布置的過程，通過這個過程，結構抗震設計的主要工作基本完成。

5 結束語

高層建筑是現代化城市發展的主要載體之一，成為諸多城市的地標性建筑。隨著我國城鎮化進程的加劇，為滿足人們對建筑美觀、舒適等多樣化需求，圍繞高層建筑的理論研究、分析設計和建造實踐正在不斷發展完善。高層建筑的結構理論分析和設計實踐在目前相對成熟的標準經驗基礎上，還有很多方面值得深入研究和創新發展。