高層混凝土建筑抗震結構設計分析

王博王識

（1.鞍山鋼都集團建筑設計有限公司 遼寧鞍山 114031 2.上海寶冶集團有限公司 上海市 200941）

地震對建筑物的破壞性較大，且地震伴有隨機性、不可確定性等特點，地震之后常伴隨出現(xiàn)余震，余震有時也會產生嚴重的危害。當前，高層建筑采用混凝土結構是我國建筑普遍形式，對于高層混凝土建筑在抗震效果方面的設計，以降低地震造成的危害為根本目的，保障人民生命財產安全。結構抗震設計過程中必須掌握建筑物所處場地的地質情況，應用科學方法使高層混凝土建筑結構的抗震性能得到穩(wěn)步提升，避免出現(xiàn)地震時造成嚴重危害。

1 高層建筑抗震設計的作用

高層建筑設計過程中不能輕視抗震設計方面。對比普通建筑，高層建筑的構造、規(guī)模、具體構件都呈現(xiàn)出明顯的不同。如果高層建筑設計、施工質量不達標，將造成難以挽回的損失。所以，設計環(huán)節(jié)必須注重設計標準滿足國家及行業(yè)標準。抗震設計的結構延性、剛度最終決定高層建筑工程整體質量，必須重視高層建筑中的抗震設計。

2 高層建筑結構采取抗震設計的具體設計

2.1 水平荷載

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(xiàn)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(xiàn)正比關系。

2.2 側向位移控制

高層建筑進行抗震結構設計時還應注重側向位移控制。鑒于高層建筑的具體施工過程面對建筑物樓層逐漸增高，側向位移現(xiàn)象將很難合理控制。側向位移狀況還將伴隨樓層高度的增加逐步加重位移的程度，體現(xiàn)出側向位移和建筑物高度的四次方呈正比關系。一旦施工過程中沒有很好的控制側向位移幅度，將對高層建筑穩(wěn)定性造成影響。高層建筑有可能因此引發(fā)倒塌、墻面開裂等狀況，危害到人民群眾的生命、財產安全。所以，不能輕視高層建筑抗震結構設計以及施工過程中的側向位移控制。

2.3 抗震設計的三水準原則

高層混凝土抗震結構設計必須注重地震力造成的影響。建筑物的抗震水平要求能夠在較小級別地震時建筑物保持不壞，在遭受設防地震時建筑物可修，而遭遇較大級別嚴重地震時建筑物保持不倒，即“小震不壞，中震可修，大震不倒。”

3 高層混凝土建筑抗震結構設計的具體方法

3.1 科學地分析判斷高層建筑的建設場地和建設環(huán)境

高層建筑的設計應考慮到在遭遇地震時建筑物仍然能夠為人們提供安全保障，因此建筑的選址對不利地段，應提出避開要求；當無法避開時應采取有效的措施，對危險地段不能建造。高層建筑的場地選址應力求保證發(fā)生地震時能夠降低地震力的輸入，使地震波不至于對高層建筑造成嚴重的損害，使高層建筑的抗震性能明顯增強。

3.2 進一步優(yōu)選結構設計方案

對于高層混凝土建筑結構設計方案的進一步優(yōu)選是建筑物抗震性能不斷提升的重要方式。設計時確定結構方案必須考慮到建筑延性的要求。延性是指建筑物處于地震災害的情況下，結構并不能被嚴重破壞、倒塌，而是有一定的變形能力以消耗地震力。設計時開展結構設計必須綜合考慮到建豎向、水平受力效果，采取合適的方式設計建筑結構是保障建筑物具備較高抗震能力的根本。

3.3 進一步加強抗震驗算

截面抗震驗算應保證結構在設防烈度下進入彈塑性狀態(tài)。能夠把大部分結構變形改變成眾值烈度地震作用下構件承載力驗算。構件截面抗震驗算應選擇非抗震承載力設計值與承載力抗震調整系數(shù)相結合。具體計算時應將地震作用效應值乘以抗震調整系數(shù)。在經過抗震驗算的進一步設計，能夠使建筑抗震設計有效性進一步增強，發(fā)揮抗震設計的效果。

3.4 增設抗震防線

構建抗震結構體系宜增設抗震防線，聯(lián)合延性較好的分體系，連接這些構件，形成協(xié)同配合的效果。框架-抗震墻體系包括抗震墻和延性框架，二者互相補充形成了較強的抗震效果。抗震結構體系內必須設定一定范圍的贅余度，分為內、外兩部分。根據相關規(guī)則構建規(guī)律分布的屈服區(qū)，使建筑結構能夠將地震能量充分消耗或者吸收，降低地震帶來的破壞程度。建筑基本周期和地震卓越周期一旦接近，冗余設計能夠發(fā)揮其功能。如果第一道抗側力防線被破壞，還有第二道、第三道防線能夠繼續(xù)起到保護作用，逐步緩解共振效果，減輕地震帶來的破壞作用。

總結以上，伴隨國民經濟的進步，高層建筑紛紛拔地而起，高層建筑是城市中較為尋常的建筑形式，但由于我國經濟條件仍低于發(fā)達國家，我國高層建筑抗震標準相對較低，針對于我國高層建筑設計過程中呈現(xiàn)出的問題，特別是高層建筑抗震設計方面問題，提出科學性應對方式，從總體上使高層建筑抗震性能得到進一步增強。

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