關于高層混凝土建筑結構的抗震設計探討

彭勝男

（南通理工學院 江蘇南通 226000）

引言

為了更好地優化高層建筑結構設計，作為設計師必須充分意識到做好抗震設計工作的重要性，它是高層建筑結構的基礎。在進行設計工作之前，必須結合高層建筑工程的實際情況，把握高層建筑結構設計的要點，將抗震技術更好地運用到高層建筑結構設計中，在提高高層建筑結構設計水平的同時，確保建筑物的質量。

1 高層建筑混凝土結構的抗震設計的現狀

首先，根據近年來的高聰混凝土建筑在抗震設計和施工過程中的一些問題，總結了現如今高層建筑的抗震性的現狀。雖然說抗震設計已經相較于以前的建筑有了很好的改變，但是，仍然是存在一些比較致命的問題。①有一些建筑物只追求了局部的建筑物高度，而忽視了相關性能的問題，因為我國有明確的建筑法，如果是利用建筑物混凝土結構技術進行施工，需要在考慮結構和形式的基礎上，以一個規范內的適宜高度進行施工。這個適宜高度有一個規定，如果超過這個適宜的高度，一旦發生了一些外力，比如說地震力等大的破壞力，就直接對其建筑物的抗震能力有消極的影響。不但是建筑物的穩定性有影響，甚至于整體建筑物的安全性受到威脅甚至會造成一定的人員傷亡。②在進行高層建筑物基址的選擇過程中會有一些建筑工程在未經過考察就直接進行地基的安裝。因為現在城市空間越來越小了，建筑商在選擇合適的空間的時候往往只考慮到建筑物安排的商業空間，而沒有考慮地基選取位置會直接影響高層建筑物的抗震能力和穩定性。除此之外，高層混凝土建筑物還要選擇合理的建筑材料，目前來看，我國常見的和最為標準的建筑結構就是鋼框架，鋼筋混凝土核心筒結構，其變形控制需要以混凝土結構的一些位移限制值為基準。

2 工程概況

某高層建筑分為地上結構與地下結構，地下結構為1層，主要作為停車場及設備室，高度4.50m；地上結構為30層，總高度99.00m，建筑面積14535.82m2，其中1～6層位商用層，7～30層位住宅層，轉換層設置于6層。因為轉換層設置處于較高層，根據相關規范[3]中的規定，本工程應當為帶高位轉換層的不規則項的超高層建筑結構。

3 高層建筑結構抗震設計的要素分析

3.1 高層建筑結構平面和豎向布局的抗震設計重點

墻體和柱子之間的平面位置與高層建筑結構的抗震性能有著直接的關系，因此，要科學合理地分布高層平面和豎向的位置，這是高層建筑抗震技術的首要設計方向。為了科學地分布平面和豎向的位置，需要在抗震設計過程中遵循以下兩個原則：①要使豎向和平面結構構件保持整潔；②將剛度的重心與質量的中心相結合。但在對豎向進行設計時，為了達到豎向位置的平衡，需適度降低高層建筑的剛度重心，減少高層建筑豎向結構的錯向頻率，做好對高層建筑結構的豎向高度、剛度和強度的控制，確保其分配均勻，嚴格控制高出屋面的高度，才能有效地預防“鞭梢效應”的出現。因此，在進行高層建筑抗震設計工作之前，要制定科學、合理的設計方案，以避免后期設計過程中出現問題。可通過設置抗震縫對建筑進行劃分，用抗震縫把建筑分割開來，這樣既可以確保建筑物整體形狀的美觀，還能使其他功能得到發揮。

3.2 結構抗震設計計算要點

基于抗震性能的高層建筑結構設計的結構抗震設計計算要滿足如下要求：①在進行彈性和非線性的分析計算中，要合理正確地選擇結構整體計算模型，以及構件和節點的計算參數。②在對具有水平轉換構件的結構抗震設計計算中，對不落地柱和墻體的轉換梁以及框支梁的相鄰層計算層數和層高要注意區分清楚，要正確劃分轉換厚板有限元的類型。③對剪力墻抗震設計計算，要正確選擇非線性分析中的計算模型和各種計算參數；對采用滑動支座的結構進行大震下的抗震設計計算，采用的計算模型應考慮支座兩側結構的相互作用和影響；對平面尺寸凹凸不規則，以及平面內局部開設大洞口的結構進行抗震設計計算時，應根據開設洞口大小、數量和分布位置以及抗側力構件的布置形式等合理建立計算模型。④要正確合理選擇分片剛性樓蓋和整體非剛性樓蓋的結構抗震設計計算模型，比如樓板在大震下不能處于基本彈性狀態時，要先研究出合理的計算模型后再進行抗震設計驗算。⑤對于采用了消能減震措施的結構，在進行抗震結構設計計算時要合理選擇構件和整體結構的有效阻尼比，另外要注意節點和構件的計算參數對整體結構計算的影響。⑥對于結構體系復雜，難以準確反映各構件受力狀態的抗震結構設計，應采用各種不同的力學模型進行設計計算，然后予以分析對比；另外，有時還需要進行對應的模型試驗來確定計算的可信程度。

3.3 地震作用下的結構變形

《抗規》、《高規》都對高層建筑，尤其是結構復雜的高層建筑變形情況進行了規定，因為在地震作用下如果結構發生較大變形，極有可能造成結構變形而失去承載力，進而受損。《高規》中規定對于A級高度的高層建筑，樓層豎向構件水平位移及層間位移不宜大于該樓層均值的1.2倍，不應大于該樓層均值的1.5倍。樓層層間最大位移與層高比值不大于1/1000。通過數據分析發現，無論是X向還是在Y向地震作用下，轉換層下部結構的樓層位移情況增速相對具備規律性，可以用近似的直線進行表示，轉換層上部結構的樓層位移也具備規律性，但是在轉換層部分卻有一定程度的突變，轉換層下部過度到轉換層上部時，樓層位移曲線的斜率有明顯減小的趨勢。

3.4 高層建筑結構整體抗震性能的技術要點分析

①地基是高層建筑抗震設計的基礎，在對地基進行設計時，要確保地基的穩定性，要選用穩定性能較強的地基，以防地基出現變形、下陷的情況，對一些相同結構的單元，必須確保地基的統一性，才能充分發揮地基的抗震性能。②在設計過程中，要確保建筑結構分布的對稱性和均勻性，平均分布建筑的承受力，利用對稱性來降低地震帶來的影響，從而避免由于應力集中而產生的建筑坍塌或扭曲情況。在對高層建筑整體結構進行設計時，應采用多元化的設計方法來提升抗震性能，例如對容易發生坍塌的地方，應采取相應的加固措施，以降低出現危險的幾率。③必須確保高層建筑物結構設計的牢固性，最大限度的減輕建筑物自重，從而降低對地基的壓力。如果發生地震，也能緩解地震對高層建筑造成的沖擊力，為人員的迅速撤離提供時間，這對于一般震級的地震抵抗效果非常明顯。

4 結束語

高層混凝土建筑抗震結構設計已經取得了不錯的進步，雖然存在一定的問題，但是，根據抗震防線的設計等實驗，可以根據不同地區不同受力情況進行合理的抗震結構設計，盡可能根據情況設計合理的抗震防線，保證高層建筑混凝土材料和結構以及構件的安排符合高層穩定性的抗震能力，以及減少安全隱患，保證高層混凝土建筑的質量。