高層混凝土建筑抗震結構設計探討

文/李曉磊、都成成、李蘭文 成都基準方中建筑設計有限公司濟南分公司 山東濟南 250000

1、高層混凝土建筑抗震破壞形式分析

1.1 剪切破環

地震發生時，建筑物首先出現的就是剪切裂縫。剪切裂縫簡單而言就是在地震期間建筑結構受到剪切力的作用而形成的，在剪切裂縫形成時一般會經歷以下幾個階段：當彎矩的強度在達到一定程度時就會慢慢開裂，緊接著，截面就會出現水平彎曲的裂隙；由于建筑物受到的作用力不斷增大，裂縫也會逐漸擴大，這時建筑結構開始出現斜方向的剪切裂縫；當箍筋慢慢屈服，剪切裂縫就會越來越大，就會發生剪切破壞。

1.2 彎曲破壞

建筑結構除了會受到剪切破壞還會受到一定程度的彎曲破壞。彎曲破壞指的是高層混凝土建筑結構在水平地震荷載的作用下，由于受力的作用比較大，迫使建筑結構逐漸失去穩定性，外部保護區域逐漸分崩離析，進而使高層混凝土建筑結構主體喪失承載力。在地震持續期間，建筑結構主體會不斷的受到地震的影響，持續的時間越長，對建筑物主體結構的影響也就越大，當荷載強度到達建筑主體結構的臨界點時，建筑結構就會被徹底瓦解，建筑物就會出現崩裂、坍塌的現象。

2、地震對高層混凝土建筑的破壞性

2.1 對地基的破壞

發生地震時，地震對高層混凝土建筑地基的破壞較為明顯。另外，如果建筑設計是在軟土層上，對建筑地基的破壞更是顯而易見的。其主要原因就是在軟土地基在遭遇地震時，地基沉降的情況會比較嚴重，進而導致建筑結構的主體地基結構發生傾斜。對于高層混凝土建筑結構而言，在遭遇地基沉降時，側傾情況會更加嚴重，最終會因為傾斜程度的不斷增加使建筑主體遭到破壞。

2.2 對建筑結構的整體性破壞

現階段我國大部分的高層建筑都是采用混凝土框架結構進行建造的，但如果這種結構遭到了地震的襲擊就會致使建筑整體的平面性受到影響，進而導致建筑平面結構發生位移。除此以外，高層混凝土建筑設計普遍都采用交叉立柱體系的設計方式，就造成了其建筑主體在遭遇地震時，受到的剪切破壞會進一步的加重。

2.3 對建筑剛度的破壞

在高層混凝土建筑結構設計中，矩形平面式設計也是較為普遍的。當建筑物遭遇地震時，如果電梯井的偏移嚴重，就會造成對建筑結構更大的破壞。其主要原因就是在對于高層建筑中電梯井的設計時，都會采用剛性設計。這種設計在遇到地震時，就會導致電梯井在地基結構出現偏移時出現明顯的晃動，進一步加重地震對建筑結構整體的剛度破壞。

3、提升高層混凝土建筑抗震結構設計水平的有效對策

3.1 嚴格把控建筑材料

在進行高層混凝土建筑抗震結構設計時，需要嚴格把控建筑材料，提升建筑工程的抗震能力。如今，材料市場魚龍混雜，許多商家盲目追求經濟利益，故意出售假冒偽劣的原材料，致使我國建筑質量提升困難。在選擇結構材料時，要充分參考抗震設計理念，根據具體的建筑工程項目以及建筑工程結構，選擇出科學合適的結構材料，保證抗震效果得到充分展現。其中結構材料和結構形式之間相互影響，因此是首要考慮指標，主要包括以下幾個方面：強度和重力比值；勻稱；正交各向問題；連續性和延展性。同時，建筑材料應根據施工進度的要求分別進入施工現場，在進入現場前管理人員應對材料的數量和質量進行再次審核，防止材料掉包或摻假情況的發生。施工單位應設置專門的材料擺放區域，根據材料的類型、特點等，對材料進行合理的分類和擺放，由專業的管理人員進行管理，并對材料的用量進行合理分發，每天記錄材料的剩余，對提升建筑物的抗震強度具有重要意義。

3.2 設計抗震建筑方案

設計抗震建筑方案是在建筑施工前必須進行的，在設計抗震建筑方案時，應對建筑結構進行重點設計，能夠提高建筑抗震系數，保障建筑物在地震來臨時的安全。設計人員必須事先掌握房屋內地震作用的傳遞路徑，在對其進行構建設計時，應注意盡量內部應力實現均勻性，從而提升整體建筑結構的穩定性。在進行抗震結構設計時，需要針對抗震規范、抗震結構體系進行設計，根據實際施工設計簡圖，明確相應的抗震傳遞途徑，從而有效避免因為局部問題導致整個結構構件被破壞，以此保證抗震能力受打擊。方案設計人員應充分考慮建筑場地的特點，對建筑物的抗壓能力進行優化設計，不同等級的地震所產生的影響有很大的不同，設計人員要計算、推演好不同等級的地震對建筑所產生的影響，還要進行布局的合理設計，最大程度的確保高層混凝土建筑結構各種設施之間保持平衡分布。施工單位應嚴格按照設計方案進行，有利于確保建筑物的剛度符合抗震標準。

3.3 設置建筑抗震防線

針對不同的抗震設防烈度，地震效應增大系數會形成不同的數值，因此在實際應用抗震設計理念的過程中，必須要引起注意。對建筑結構的承載能力進行計算，對部分薄弱的環節加強建設，將薄弱部位的承重力轉移到高強度環節上，從而實現壓力的分布。建筑抗震防線的設置應保證低震級時不壞，中震級時能夠修理，大震級時不會導致建筑物倒塌。防線設計人員應根據建筑物的結構，沿著建筑物的豎直方向設立防線，防線的設置數量應保持均勻的原則，最好能夠對稱設計。抗震防線應設置多道，將防線與建筑物的其他結構進行科學連接，能夠形成合力，有利于在地震來臨時提高建筑物的抗震性能，減少建筑物倒塌造成的損害。

結語：

綜上所述，在高層混凝土建筑工程的結構設計中，抗震結構設計是重要的環節之一。設計人員必須充分了解最新的抗震設計理念，并在此基礎上積極運用先進的設計方法，合理選擇建筑結構材料以及結構形式，提高高層混凝土建筑結構布局的合理性，同時設置建筑抗震防線的方式來增強建筑結構的抗震性能，從而全面提高高層混凝土建筑結構的穩固性和安全性。