淺談高層建筑的抗震設計與抗震結構

高利學

（河北冶金建設集團勘察設計有限公司，河北 邯鄲 056003）

1 對建筑工程震能力產生影響的主要因素

1.1 建筑結構的抗震設計標準

建筑結構抗震設計標準要根據國家對不同地區地震可能發生的情況以及對地震的危害程度所進行的初步預測來確定不同地區的基本設防烈度。設防烈度的確定是對抗震標準進行設計的主要參考依據，只有抗震烈度測量預測的準確性，才能夠保障抗震設計標準的科學性與正確性。建筑施工單位根據抗震設計標準以及工程項目開發對住宅使用性能的要求，來進行抗震設計，提高建筑物抗震設計的烈度，設計烈度與建筑物的抗震能力成正比，與建筑工程造價成反比。

1.2 建筑工程抗震設計是否合理

所謂抗震設計主要是對建筑的結構形式進行合理的設計，并對建筑結構抗震措施加以選擇，保障建筑結構具有穩定的抗震性，在地震災害威脅的情況下要確保建筑結構不倒。高層建筑物對抗震設計有著比普通建筑更高的設計要求，通常選擇現澆剪力墻結構、框架——剪力墻結構作為高層建筑物的首選結構類型。這種類型的建筑結構強度高、在外力的強烈作用下，能夠維持建筑結構的平穩性，抗震效果非常明顯。建筑工程抗震設計的合理性是確保建筑抗震性能的基本保障。

1.3 建筑工程施工質量

建筑工程施工質量直接影響建筑物的使用性能，在地震振幅的強烈刺激下，建筑物的穩固性很難得到保障，為此必須對建筑物施工質量進行嚴格的控制，規范建筑施工工序，加強質量監督與檢驗工作，提高建筑物的整體質量，保障建筑物的高抗震性。

2 選擇適合的抗震結構與高質量的建筑材料

2.1 建筑結構體系對建筑抗震性能的重要作用

現階段在我國建筑結構體系中主要包含了框架結構體系、框架-剪力墻結構體系、剪力墻結構體系與筒體結構體系等主要結構體系表現形式。這些結構體系根據建筑物的實際需要被廣泛的運用到高層建筑物中。而目前國外在地震多發區，已經開展廣泛的采用鋼結構體系，作為提高建筑結構防震的主要結構體系，我國目前所采用的多為鋼筋混凝土結構，其抗震性能遠遠比不上鋼結構的抗震性能。鋼結構在強度、韌性以及延展性上具有明顯的優勢。

通過對地震區建筑房屋的倒塌情況進行調查我們可以發現，鋼結構建筑物的倒塌機率是最小的。我國工程建造開發者在進行高層建筑物設計時，為了節省用鋼數量，往往采用框架-核心筒體系。在混合結構震層中所產生的剪應力的八成以上都由內部的混凝土來承擔。鋼筋混凝土結構在外力的作用下容易出現彎曲變形，為了減少建筑結構的側移，往往需要采用小的鋼結構對框架-核心筒結構加以輔助，這不但沒能達到節省建筑鋼材用量的目的，還增加了建筑結構的負擔，不利于建筑整體結構穩固性的發揮，為此我國要積極推進鋼結構在建筑領域的應用。

2.2 建筑材料對建筑物抗震效果的影響與應用

建筑材料的使用性能對建筑物的質量有著決定性的影響，而高質量的建筑物又具有良好的抗震效果，為此若想提高建筑物的抗震性，首先要確保建筑材料的質量。在對建筑材料進行選擇時，通常要選擇強度高、安全性好，以及具有良好耐久性的建筑材料，研究實踐表明，高性能的建筑材料在提高建筑結構的使用性能與使用壽命方面具有不可替代的作用。

混凝土是目前我國建筑工程領域所普遍運用的人工石材，它產生于1824年，它的出現極大的改變了世界建筑工程領域的發展狀況，為促進我國建筑工程領域的發展起到了極大的推動作用。但混凝土建筑材料卻屬于脆性材料，從建筑結構抗震的角度進行分析，混凝土材料不利于建筑結構的抗震性，為此不應作為結構性材料應用到建筑結構當中。為解決這一問題，建筑工程領域展開了廣泛的研究與討論。目前主要通過對建筑結構進行科學合理設計以及采用鋼筋來化解混凝土的脆性。同時也可以通過對混凝土自身的性能加以改變來實現對混凝土脆性的改良，達到提高混凝土材料抗震效果的目的。

通常狀況下對混凝土自身的性能進行改良，提高混凝土建筑結構的抗震性能主要從以下幾個方面加以著手：首先，要對混凝土攪拌過程中的用水量進行嚴格的控制，水對混凝土的水化反應以及混凝土的和易性都產生至關重要的影響，決定混凝土的性能，為此在混凝土加工、攪拌、運輸、使用的全過程要通過會混凝土用水量的控制，來確保混凝土的強度及其耐久性。然而為了確保混凝土建筑結構的抗震性能，我們不能一味的增加混凝土的強度，因為混凝土強度與極限壓成反比，當混凝土的強度達到一定高度時，在外力作用下一旦混凝土遭到破壞，此時混凝土的脆性特征就會變得更加明顯，為此必須在考慮增強混凝土強度的同時要考慮增強混凝土的韌性，只有這樣才能夠確保混凝土具有較好抗震性能。

提高混凝土的使用性能還可以采用聚合物改性，這樣可以顯著提高混凝土的抗滲性、抗侵蝕能力，改善漿體與集料界面的結合，而且摻加達到一定量時，脆性的混凝土開始呈現聚合物良好的延性特征，在國際上已經開發成功的超高強水泥彈簧，即是該應用的一個極端例證。

在保證混凝土足夠的堿度防止鋼筋銹蝕破壞以及碳化破壞的同時，適宜摻加摻合料可降低混凝土結構中主要存在于孔隙和漿體與集料界面的氫氧化鈣的含量，改善界面結構，提高混凝土的抗滲性。

集料質量也是影響混凝土質量、尤其是混凝土的耐久性的重要因素。例如，用堿活性集料或含有害組分的集料制備的混凝土不僅可導致混凝土耐久性的降低和壽命的縮短，而且可能在突發災害中加速破壞而導致巨大損失。2003年土耳其地震后對倒塌建筑調查的結果表明，由于不當使用含氯離子高的海砂作為集料制備混凝土是導致增強鋼筋加速銹蝕而使混凝土建筑在震中倒塌的主要原因。

當然，從通用水泥自身也可提出許多有益于提高混凝土耐久性的要求，如適宜控制水泥比表面積和水化熱、降低水泥中氯離子含量、堿含量等。此外，還可以從根本上調整水泥品種，例如選用低水化放熱、高后期強度、尤其是抗折強度高、抗侵蝕性好的低熱硅酸鹽水泥，即高貝利特水泥，對于重點工程建設是一種更好的技術途徑。高貝利特水泥低熱高強的特性表明，它是配制高強高性能混凝土的理想的膠凝材料，所配制的高貝利特大體積混凝土抗裂性優越、且具有良好的體積穩定性和優越耐久性，已在國家重點工程應用中得到證明。

結束語

良好的抗震設計與抗震結構對建筑物抵抗地震災害的威脅起到良好的保護作用，為確保我國建筑使用者的生命財產安全提供了可靠的保障，我國必須努力通過合理的設計創造出高性能的抗震結構，提高我國建筑物的抗震效果，對人們的生命財產安全實施全面的保護，避免汶川地震的慘劇再次上演。

[1]王麗霖.我國高層建筑抗震結構設計初探[J].山西建筑，2011，(03).

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[3]陳維東.高層建筑結構抗震設計存在的問題及其對策[J].中國高新技術企業，2009，(05).