關于高層混凝土建筑結構的抗震設計探討

文/韓曉英 唐山中鼎建筑設計咨詢有限公司 河北唐山 063000

1、高層混凝土建筑結構設計的要點分析

1.1 結構構件的選擇合理性

首先，需要根據具體的建筑物需求選擇合理的結構構件。結構構件應該在整體高層建筑物的結構形式確定之后進行系統化的選擇，不同的建筑物選擇的結構構件不同，應該對一些剛度比較弱的梁給予一定的加強，對于一些承受豎向荷載的主要構件不宜作為主要的耗能構件，因為豎向結構比較脆弱，很容易因為受力不均勻而造成局部的坍塌，直接存在比較明顯的安全隱患。而且結構構件盡可能要延性比較好，要考慮到工程的近期和遠期。

1.2 水平剛度的控制

當地震來臨時，高層混凝土建筑結構受到地面運動的影響，其受到地震水平力作用的影響更大，容易引發側移甚至坍塌等地震災害，所以設計高層混凝土建筑的時候，結構設計者對橫墻承載力的計算和分析提出了更高的要求。在高層建筑結構設計中，建筑結構抗震性能的水平剛度是設計的關鍵一環，高層建筑中的樓蓋將地震的作用力傳送至橫墻，使結構形成抗傾覆的力矩，為了避免側移過大甚至坍塌的情況發生，結構設計師應使豎向構件產生足夠的軸力，進而使建筑物的高度與水平力彎矩成正比。

1.3 強化抗震防線的設置

抗震防線一定要在不同的工程環節都要設置。高層混凝土建筑工程可以進行分級，分系統，一般可以在比較脆弱的建筑物結構處多設置一些抗震防線，所謂的抗震防線是為了在受到一定的外界力的時候，防止產生連帶的危險，比如說只設置一道抗震防線，一旦再發生余震，很可能造成進一步的損壞積累，抗震防線一般是從最外層的主體構件到內部的一些脆弱構件延伸。當然了，所說的構件的強弱關系可以說也是一個彈性變化的關系，在主體的構件受到一定的影響之后，第一道防線被打破，然而，后續還有一段受力距離才會影響第二道防線，也就是所謂的有效屈服階段。

1.4 整體性與能力設計

混凝土結構設計的整體性越強就越能增強結構的強度，在極大程度上確保混凝土結構的上部，在承受強大荷載時能夠保持其整體結構不變。在地震發生的時候，還能夠盡可能的減少混凝土構件或二次結構構件的掉落。在混凝土結構設計中，對稱設計也是一種有效避免地震破壞混凝土結構的方法，可以避免混凝土結構單側倒塌。同時，這也是對設計者能力的要求，在設計過程中設計者應了解震害的破環力，精確把握混凝土結構強度的安全度。

2、高層建筑混凝土結構設計的抗震設計措施

2.1 根據用地情況合理進行高層混凝土建筑的布局選址

首先，最為重要的就是需要在高層建筑施工之前進行布局和選址的確定，有一些有商業價值的地方但是地形和地勢比較復雜，不適宜建設比較高的建筑物，亦或者選址的土壤結構不適合地基的安排，這都需要根據具體情況而定。對比不同類型的高層建筑物，居住區空間的設計可能會更加復雜，在相關設計之前還需要考慮到樓層的布局，還有人居需要來確定整體高層的空間結構和抗震防線的設計。

2.2 建筑扭轉效應控制措施

高層建筑混凝土結構抗震設計工作中，其相關的設計人員應當注重做好垂直向作用力以及橫向作用力的防治措施，同時還應當提升總體的位移標準要求，充分考慮扭轉力的效應，讓混凝土整體的位移和其保持高度的一致性。另外，其相關的工作人員還要對位移結構的剛度峰值進行測量，實時的記錄下位移結構剛度的最大數值和最小數值。高層建筑設施受到地震作用力，會產生一定橫向、垂直等的作用力，在其作用力的影響下，其建筑設施所遭受的破壞程度較為嚴重。地震等自然災害具有極強的突發性以及隨機性，人們根本無法精準的預測出地震發生的時間以及強度，所以，建筑從業單位的設計人員必須要對其建筑設施的周圍環境進行分析，設定好建筑扭轉效應的控制措施。

2.3 選擇符合要求的構件

合適的構件需要根據不同的建筑需要和結構需要進行選擇，因為，不同的建筑物的抗震結構設計不同，像居住區高層建筑樓層比較高，對于建筑物的穩定性和抗震能力要求更高，如果底層仍然是居住空間可以設置較多的墻體來支撐，如果底部是商業，則不能像高層建筑一樣設置較多的外圍穩定性墻體進行支撐，而需要留出預留的空間給商業使用。這就需要承重墻體直接落地，使底層與上面所有層的墻體形成一個整體穩定的結構。

2.4 建筑結構設計優化

在高層建筑結構的抗震設計中對稱均勻為其設計主要原則，根據綜合抗震能力概念，在建筑結構的抗震設計中應充分考慮到建筑結構構造和承載力大小對于地震作用進行衡量，在地震時建筑物受到地震作用大小在一定程度上和建筑物的動力特性，承載力分布，剛度合理性及延性大小有著密切的關系。房屋是由樓蓋和縱向、橫向承重構件所組成的結構體系，具有空間剛度，而建筑結構抗震能力大小在一定程度上取決于建筑結構整體穩定性及空間剛度大小。為了使建筑物抗震性能提高與改善，在建筑結構設計中應確保所有構件的延性較高，并通過屋蓋、現澆樓等多種方法增強結構整體的穩定性和結構空間剛度，在適當部位設置構造柱，配置構造鋼筋，使結構整體作用增強。為確保在地震作用下鋼筋混凝土結構的動力反應具有一定的延性，就需要將塑性變形集中在具有良好延性能力的構件上，如選擇可接受塑性變形機構，通過人為方式使構件抗剪能力增強，在不強烈地震作用下，為充分發揮出結構延性前出現非延性剪切破壞，即強剪弱彎。或采用同樣的構造方式確保塑性鉸部位具有一定的塑性損耗和轉動能力。

結語：

在現代化進程中，城市建筑的高度持續呈現出遞增的趨勢，為盡可能的提高高層建筑的合理利用率，對其結構形式的要求也愈來愈復雜化。從長遠角度來看，我國的高層建筑結構抗震設計應根據當前的抗震設計現狀及其不足之處，明確設備與結構之間的聯系性，根據抗震概念知識與設計經驗，設計人員應作出明確的判斷，找出經濟合理性與結構安全性之間的連接點，從而找到一種切實可行的抗震設計方法，明確地震區域中高層建筑未來發展主要方向，進而推動社會經濟和科技的不斷邁進，滿足人們的需求。