高層混凝土建筑抗震結構設計探究

袁貝貝

（新疆四方建筑設計院有限公司 新疆 830042）

高層混凝土建筑抗震結構設計探究

袁貝貝

（新疆四方建筑設計院有限公司 新疆 830042）

進入新時期以來，隨著我國城市化進程日益加劇，當前高層混凝土建筑作為有效緩解城市建設用地緊張的重要建筑形式而實現快速發展。然而需要注意的是，當建筑物高度越高時，其抵抗諸如風或地震的能力與建筑物高度成反比，并且我國部分地區屬于地震頻發帶，因而做好高層混凝土建筑抗震設計已經成為廣大建筑企業的重要工作之一。因此，本文將對結構以及地震作用下破壞的特點展開論述，并在此基礎上探究出一些高層混凝土建筑抗震結構設計策略。

高層混凝土；建筑抗震；結構設計；對策

一、高層混凝土建筑的結構及其地震作用下破壞特點概述

1.高層建筑結構

通長情況下，將建筑物高度大于28米，且樓層數大于10層的混凝土建筑稱之為高層混凝土建筑。從專業角度而言，高層混凝土建筑結構即豎向懸臂結構，其所受到的軸向力與彎矩是由垂直荷載與水平荷載所造成的，建筑軸向力與高度是一種線性關系，隨著高度的增加，其所受到的軸向力也會隨之增大，并且高層混凝土建筑的彎矩與水平位移和層數是呈現上升曲線的關系。由此可知，高層混凝土建筑結構的水平荷載的影響要遠大于垂直荷載的影響，從設計上來看，水平荷載結構的抵抗能力較低，從而致使荷載產生拉應力、剪力以及彎矩，所以必須要求結構有一定的剛度。隨著樓層的增加，還會產生側向變形，因此在設計中，必須將其限制在結構范圍當中。

2.地震作用下高層建筑的破壞特點

2.1 地基破壞特點

對高層混凝土建筑來說，其一旦遭受地震時會導致建筑地基因劇烈震動而產生不均勻沉降現象，該沉降不僅會造成建筑裂縫的產生，同時更會對其結構造成極大的破壞，更為嚴重的是當建筑結構自振周期與地震作用的周期接近時，會致使建筑結構因共振效應而遭受巨大破壞。此外，當高層建筑混凝土地基屬于軟弱土層地質時，在遭受地震時，其地基不均勻沉降程度會因土體液化而大于別的地質情況，這就意味其地基破壞程度也更加嚴重。

2.2 剛度破壞特點

建筑主體結構如果采用Y形或L形等不對稱的平面形狀，會在地震力作用下，極易產生扭轉，使得地震破壞程度更為嚴重，所以建筑平面形狀宜簡單、規則、對稱，質量、剛度和承載力分布宜均勻，減少偏小的同時平面長度也不宜過長，不應采用嚴重不規則的平面布置。體型復雜、平立面不規則的建筑，應根據不規則的程度、地基基礎條件和技術經濟等因素的比較分析，確定是否設置防震縫。

2.3 結構體系特點

結合實踐來看，許多高層混凝土建筑結構多采用剪力墻以及框架剪力墻結構形式，這兩類建筑結構在遭受地震作用時它們的結構體系破壞特點各有不同。剪力墻結構整體性好，剛度大，承載力要求也容易滿足，但剪力墻間距不能太大，平面布置不靈活，不能滿足公共建筑的使用要求，結構自重也往往比較大。剪力墻中的連梁在水平荷載作用下的破壞可分為兩種，即脆性破壞（剪切破壞)和延性破壞(彎曲破壞)。連梁在發生脆性破壞時就喪失了承載力，在沿墻全高所有連梁均發生剪切破壞時，各墻肢喪失了連梁對它的約束作用，將成為單片的獨立墻。這會使結構的側向剛度大大降低，變形加大，墻肢彎矩加大，并且進一步增加P—Δ效應，并最終可能導致結構的倒塌。連梁在發生延性破壞時，梁端會出現垂直裂縫，受拉區會出現微裂縫，在地震作用下會出現交叉裂縫，并形成塑性絞，結構剛度降低，變形加大，從而吸收大量的地震能量，同時通過塑性鉸仍能繼續傳遞彎矩和剪力，對墻肢起到一定的約束作用，使剪力墻保持足夠的剛度和強度。在這一過程中，連梁起到了一種耗能的作用，對減少墻肢內力，延緩墻肢屈服有著重要的作用。框架剪力墻結構是由若干個框架和剪力墻共同作為豎向承重結構的建筑結構體系。框架結構建筑布置比較靈活，可以形成較大的空間，但抵抗水平荷載的能力較差，而剪力墻結構則相反。框架一剪力墻結構使兩者結合起來，取長補短，在框架的某些柱間布置剪力墻，從而形成承載能力較大、建筑布置又較靈活的結構體系。在這種結構中，框架和剪力墻是協同工作的，框架主要承受垂直荷載，剪力墻主要承受水平荷載。

二、高層混凝土建筑抗震結構設計策略探究

1.增設抗震防線

一般情況下，大型地震過后都會產生余震，因此，如果僅僅設置一道抗震防線，則一旦出現余震將該道抗震防線破壞，則極易對高層建筑的主體結構造成嚴重的破壞，甚至還有導致建筑倒塌的情況發生。因此，在設計時，設計人員可以采用增設抗震防線的形式來提高建筑的抗震能力，避免該類情況的出現。抗震防線的形式種類較多，可以采用框架剪力墻的結構形式。框架剪力墻是具有多道抗震防線的結構，并且性能較為穩定。其中，其第一道抗震防線即為剪力墻，同時，這也是最為重要的抗側力構件。所以，在設計過程中，應盡量加設剪力墻的數量，以保證高層建筑結構具有較強的抗地震能力。除此之外，如果由于地震作用力過大而導致剪力墻發生開裂的情況，應將各層框架部分根據墻與框架的協同工作來科學分配地震剪力。

2.采取抗震加固設計

為了有效提高高層混凝土建筑抗震能力，廣大建筑企業應在其建設中采取抗震加固設計。對此，筆者認為可以通過以下兩方面設計實現。首先，采取分體柱設計。一般來說，高層混凝土建筑短柱具有較好的抗剪與抗彎性能，但前者要弱于后者，因而這就造成了建筑在遭受地震時短柱抗彎性能尚未完全體現，便產生剪壞破壞，從而導致高層混凝土建筑出現結構破壞。鑒于短柱抗剪性能與抗彎性能不對等而產生的破壞，這就要求建筑企業通過采取相應措施確保其抗剪與抗彎性能相等。因此，我們可以通過采取分體柱設計方式實現，該設計主要是通過在柱子豎向設縫，隨后將其劃分為各分體柱后，設計人員應在分體柱配筋布置諸如分隔板、摩擦阻尼器以及通縫等連接鍵。通過采取分體柱設計在合理減小抗彎能力基礎上，使得短柱轉變為長柱，進而將其抗震能力實現提升。其次，采用螺旋復合箍筋，在高層混凝土建筑中框架柱的建設不但要使其抗剪能力和強剪弱彎與剪壓比相符，同時框架柱的端部抗彎能力則應控制在強柱弱梁限值標準。而當其短柱在強柱弱梁和強剪弱彎時，那么將有效地避免建筑結構出現剪切性破壞。對此，建筑企業在建設中可以通過采用螺旋復合箍筋的方法解決，不同與其他箍筋，螺旋復合箍筋不但有助于促使柱子抗沖剪能力實現提升，同時也能夠有利于短柱抗震性能提升。

3.減少地震能力的輸入

首先，應正確處理位移問題。在高層混凝土建筑抗震結構設計中，應以計算承載力為設計基礎，并使用彈性策略對結構進行計算與分析，從而確保建筑結構的安全性與穩定性。與此同時，還應充分考慮建筑結構的橫向彎矩，以盡可能降低水平方向上的側移，減輕建筑的自身重量。其次，應將地震的與其作用進行綜合考慮，通過科學的預算、計算來對其變形問題進行分析。再次，應著重考慮構件承載力，對地震位移與層間側移間的延性比進行詳細計算，以確保高層混凝土建筑抗震結構的實用與穩定。

三、結束語

總而言之，地震具有極強的破壞性與隨機性，并且容易發生余震，具有極強的危害性。而現階段，高層建筑混凝土結構作為我國重要的建筑結構形式之一，如何做好其抗震設計，盡可能降低地震對高層建筑混凝土結構的危害成為了設計人員的重要課題。在進行抗震結構設計時，應全面分析建筑物所處的地質條件，并運用科學的方法來提升高層混凝土建筑結構的抗震性能，為人們的生命財產安全提供可靠的保障。

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TU7

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1007-6344（2016）03-0108-01

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