高層混凝土建筑抗震結構設計討論

曹永圣

（山西省建筑設計研究院 山西太原 030013）

前言

在高層建筑的設計與建造中，安全性與穩定性是首要考慮的問題，因此，抗震性能才是高層建筑尤為應當重視的問題。

1 高層混凝土建筑抗震結構設計要點

1.1 水平荷載控制

水平荷載決定著高層建筑結構設計的整體效果。水平荷載包括風荷載和水平地震作用。水平荷載的大小將直接決定了高層建筑的抗震水平。原因在于：①高層建筑物重力荷載以及高層的水平荷載使建筑產生軸力、剪力以及彎矩，其中軸力、剪力與高層建筑物自身高度一次方呈現正比關系。②水平荷載使高層建筑結構產生的彎矩，在構件中形成的軸力作用將和樓房高度兩次方呈現正比關系。

1.2 建筑物側移控制

在高層混凝土建筑中，在水平荷載的作用下建筑結構通常會出現側移，而這種側移也會隨著樓層數的增加而逐漸加大。若建筑結構側移的尺度過大，則建筑結構的本身就會產生一定的內力。在內外力的作用下，偏心力在超過一定數值時，就會導致高層混凝土建筑出現大的位移甚至傾倒。同時，建筑結構在受到地震荷載影響下，會出現水平的剪切力，也會導致建筑物產生側移的情況。因而在對高層混凝土建筑進行抗震結構設計時，要保證建筑物結構的穩定性、剛度及強度，避免出現側移情況。

1.3 水平剛度的控制

當地震來臨時，受地面運動影響，高層混凝土建筑結構更容易受到水平作用力的影響，出現側移甚至坍塌情況，這對高層混凝土建筑橫墻的承載力提出了一定要求。在抗震結構設計中，建筑物結構的水平剛度是最為重要的設計要點。高層混凝土建筑的樓蓋要把地震的作用力傳遞給橫墻，讓建筑結構產生抗傾覆的力矩，同時在結構的豎向構件內形成一定的軸力，從而讓建筑結構的高度與水平力彎矩形成正比，避免發生側移甚至坍塌的情況。因而，這就需要注意水平剛度的合理控制。

2 高層混凝土建筑抗震結構設計機理

2.1 隔震

高層混凝土建筑結構隔震設計，主要是指在高層混凝土建筑的下部，設置相應的隔震層。該隔震層在地震的作用力下，產生相應的水平變化，讓地震的作用力不會影響到上部的高層建筑。它能夠讓高層混凝土建筑的上部建筑物與地基之間的共振減少，吸收更多的振動能量作用。隔震的主要構件分為三個部分：①鉛制的緩沖性構件。該構件主要是利用純度較高的鉛材料，在經過塑性變形后制成的構件；②鋼制的緩沖性構件。該構件主要是對鋼材料進行塑性變形后制成的構件，能夠起到衰減震動的效果；③疊層式橡膠，它是一種把鋼板與厚度數為毫米的一些橡膠重疊交互接合，在壓力與熱的施加下制成的彈性較高的構件。它能夠防止地基出現共振情況，讓高層建筑抗震結構保持著垂直狀態。

2.2 減震

主要的減震方式有三種：①消能減震。主要是利用高層混凝土建筑結構的附加阻力值，當阻力值達到至高點時，會導致建筑結構的地震作用力減弱。該方式也就是在建筑結構中的一些部位中，設置上相應的耗能元件，在發生振動時，形成滯回的變形，將能量耗散，如摩擦力的電阻器、金屬的阻力器、粘滯的阻力器等；②蹺動式減震。它允許上部結構和下部基礎脫離，通過上部結構的晃動來隔震。與傳統的隔震技術的區別在于，它放松的是轉動約束而不是水平約束；③機械式的減震。該方法主要是在高層混凝土建筑內部利用鋼支撐，并與外部的鋼管之間不粘結；或在鋼管混凝土或者外包鋼筋混凝土與鋼支撐之間，進行無粘結漆的涂抹，形成一定的滑移界面，從而起到減震的效果。

3 高層混凝土建筑抗震結構設計對策

3.1 做好材料及質量把關

建筑材料的選用會對建筑體的質量造成直接影響，所以要根據工程各個方面進行選擇，抗震需要既經濟又實惠?？拐鸾Y構是一項復雜工程，抗震設計中應將建筑的抗震等級、建筑類型、場地、材料、施工因素等考慮進來，與經濟相互結合，采用較好的結構形式。在混凝土澆筑及地基施工時，這些施工工序都會對整個建筑體的結構、穩定性、抗震性產生直接影響，針對這些重要工序施工中使用的材料必須要符合規定，這樣才能確保建筑整體的抗震性能達到要求標準。把握好工程質量，確保工程施工高效、規范的開展，也很好的避免工程在具體施工中各種問題的發生，良好的工程施工質量對于提高建筑工程的整體抗震性有著重要意義。

3.2 設定多重抗震防線

在創建抗震構造這一系統期間，要設定多重防線，把部分具備較優延性的分體系加以融合，并把這類構件加以關聯，全方位凸顯出其自身的協調功能。抗震墻這一系統要經由抗震墻及延性框架組成，二者協同運用，能夠深層次增強抗震構造本身的特性。抗震構造這一系統內還應設立充分的贅余度，包含內部與外部。并依據有關規定創建規范布局的屈服處，使建筑構造能全方位吸入或是耗費地震能量。系統內還應添加冗余設定，進而提升抗震構造本身的可靠性。在建筑自身的根本周期及地震卓越周期相近過后，冗余設定就能全方位凸顯出功能。就算第一處抗側力防線被損壞，第二處與第三處防線也會取代第一處防線，凸顯出維護功能，以舒緩共振，并減弱地震產生的損壞。

3.3 各層結構參數設置

在建筑結構抗震設計中，抗震結構體系尤為重要，要按照抗震規范進行設計，算出明確簡圖及抗震傳遞途徑，形成多種抗震途徑。建造建筑設計的基木框架，運用先進的設計理念與專業技能相結合設計出切實有效的設計方案，其關鍵部位要做出詳盡準確的注明。在設計環節中，可以借助地震模擬，明確建筑受力情況，合理設計結構參數，對于結構各部分的實際受力情況進行科學計算，內容應包括柱梁變形及墻體承載能力等多個方面。在實施結構規劃時，必須全面掌握建筑施工技術和所處位置等各項實際情況，明確設計工作的重點和關鍵環節，優化設計框架，改善設計效果。同時建立系統完善、內容詳盡的建筑結構設計信息數據庫，方便工程師對相關案例的提取，以此總結經驗。

4 結語

總而言之，高層混凝土建筑抗震結構設計對于提高高層建筑的抗震能力具有重要意義，提高對高層建筑抗震結構的設計水平十分重要。

[1]滿國君，付藝璇，姜云鵬.關于高層混凝土建筑抗震結構設計探析[J].河南科技，2017，23（12）：168～233.

[2]吳磊.高層建筑混凝土結構設計中的抗震設計分析[J].門窗，2017（7）：140.