高層混凝土建筑抗震結構設計探討

彭孝光，孫德峰

（北京三磊建筑設計有限公司，北京 100011）

隨著當前我國高層建筑的不斷發展，高層混凝土建筑結構的應用同樣也面臨著較高的要求，尤其是一些相對復雜的高層建筑結構，利用混凝土構件進行施工處理需要從多個角度進行綜合考慮，確保整體高層建筑混凝土結構更為安全可靠。從高層混凝土建筑結構的設計環節入手進行分析，抗震設計作為比較關鍵的一個方面，更需要引起設計人員的高度重視，力求抗震結構設計科學合理，避免在任何環節出現嚴重的安全隱患，最終確保高層混凝土建筑能夠安全可靠運用。

1 高層混凝土建筑抗震結構設計的必要性

高層建筑中應用混凝土結構是比較常見的形式。高層混凝土建筑結構往往需要重點考慮到整體安全性和穩定性，對于整體結構體系的抗震性能同樣也需要加大關注力度，避免在該方面存在嚴重安全隱患。因此，在高層混凝土建筑設計中就需要充分考慮到抗震設計方面的要求。高層混凝土建筑抗震結構設計的必要性首先表現在后期建筑物的長期應用中。因為高層建筑物往往涉及大量的使用人員，如果在應用過程中存在著明顯安全隱患，勢必會帶來較為惡劣的隱患，人民群眾的生命財產安全得不到較好保護。所以，地震災害作為不容忽視的一個危險來源，需要引起高層建筑設計人員的高度重視，在結構設計中充分考慮抗震設計需求，提升整體高層建筑物抗震性能。另外，對于未來我國高層混凝土建筑工程的發展而言，其結構往往更為復雜多樣，這種創新性發展不僅僅需要得到技術層面的支持，往往還需要重點從設計層面予以適應性調整，促使結構設計方案同樣也能夠緊跟整體高層建筑工程發展步伐。抗震設計作為其中重要組成部分，同樣也應該加大關注力度，以求較好推動整個高層混凝土建筑行業的創新發展，避免該方面形成阻礙因素。

2 高層混凝土建筑抗震結構設計要求

2.1 構件性能要求

在高層混凝土建筑抗震結構設計中，設計人員需要考慮到各個構件面臨的新要求，避免因為構件方面的缺陷和隱患，導致最終整體建筑工程結構體系的抗震性能受損。基于混凝土構件的應用，其往往需要表現出多個方面的優勢性能，比如在承載能力、穩定性以及剛度等方面，都應得到較好保證，避免在后續長期應用中出現輕易受損現象。結合抗震性能的要求來看，往往還需要確保混凝土構件具備較為理想的延性，可以較好地實現對于地震作用力的有效控制。因此，在高層混凝土建筑抗震結構設計中需要重點考慮到混凝土材料以及鋼筋材料的科學應用，對于混凝土強度等級以及配筋率等，都需要加大關注力度，以求抗震性能可以在各個構件方面得到較好保障。

2.2 抗震防線設計要求

在高層混凝土建筑抗震結構設計中，關注于抗震防線的合理設計同樣也是關鍵任務。一般需要在高層建筑混凝土結構體系中設置多層抗震防線，以求形成更為理想可靠的保障機制。比如對于很多高層建筑混凝土結構體系的設計而言，往往涉及延性框架以及抗震墻等組成部分，這也就需要促使這些不同結構體系均能夠具備較強抗震性能，形成多道抗震防線，以抵抗地震作用力帶來的不良破壞。此外，從地震災害的作用機制上來看，往往存在著較多的余震，如果高層建筑混凝土結構體系在第一次地震災害后出現了明顯受損現象，則很容易在面臨余震時出現較大安全隱患，如此也就需要構建多道抗震防線，促使高層建筑混凝土結構能夠具備較強的地震災害應對能力，切實做到大震不倒。

2.3 重點部位抗震要求

對于高層混凝土建筑抗震結構設計工作的開展，為了更好地提升建筑整體抗震性能，往往還需要重點把握好各個關鍵部位，尤其是對于整個結構體系中存在的一些薄弱點，更是需要重點分析，切實做好該方面的抗震設計工作。基于此，高層建筑混凝土結構設計人員需要切實做好計算分析工作，重點分析明確各個樓層受力狀況，分析結構構件的強弱關系，進而較好地保證各個部位可以得到針對性處理，使整體結構體系具備較強抗震性能。當然，針對這些重點部位進行抗震設計的同時也需要關注于整體性原則，避免過于關注某一部分的抗震設計，造成整個高層建筑混凝土結構體系不夠協調，或者是影響到后續高層建筑的實際應用功能，應具備較強整體性設計概念。

3 高層混凝土建筑抗震結構設計方法

3.1 恰當選擇結構體系

在高層混凝土建筑抗震結構設計中，設計人員往往需要首先關注結構體系的恰當選擇，不同結構體系表現出了不同的抗震性能機制，在后續具體抗震優化設計過程也需要針對性地處理。總的來看，為了較好地確保高層混凝土建筑結構具備較強抗震性能，需要確保建筑結構平面布置相對規則，體現較強對稱性特點，豎向受力構件能夠在整體結構應用上具備較為理想的傳力效果，避免存在較為嚴重的傳力間斷問題，如此也就可以較好提升其整體結構抗震性能。

在高層混凝土建筑結構抗震設計中選擇結構體系還需要考慮到抗側力構件的有效連續布置。抗側力構件往往在高層建筑結構體系中發揮著重要抗震性能，應該結合不同結構區域的抗震需求，予以合理布置和運用。比如在框架剪力墻結構體系應用中，剪力墻構件是主要的著抗側力構件，屬于第一道抗震防線，應該從高層混凝土建筑結構的各個不同組成部分入手進行深入分析，確保樓梯間、主體結構、電梯間等都能夠得到有效兼顧，且剪力墻之間的間距應該適宜合理，避免間距過大帶來嚴重威脅。此外，在剪力墻結構的具體布置中，往往需要優先設置為L型、T型或者是[型，進而促使其具備更強的整體作用效果，抗震性能得到提高。針對不同結構體系中的樓蓋也需要滿足構造要求，確保樓蓋結構整體性與豎向構件協調有序，能夠作為水平隔板傳遞水平力，更好地提升高層混凝土建筑結構抗震效果。

3.2 合理應用概念設計

高層建筑混凝土結構的抗震設計往往還需要借助于概念設計，這也是當前抗震設計行業中得到廣泛認同的重要手段。在高層建筑混凝土結構抗震設計中，不僅要通過計算分析滿足承載力要求，還要重視高層建筑結構的整體性分析及相關理論概念的應用，否則，同樣也容易出現明顯設計隱患，整體的抗震性能得不到較好的保障。基于此，概念設計的應用極為必要，其主要就是要求設計人員能夠重點圍繞著高層建筑結構的整體進行綜合分析，借助于結構系統觀點，確保高層建筑混凝土結構的整體反應、材料選用、截面處理以及細部構造等問題得到全方位關注，如此也就可以更好提升其抗震設計效果。

綜上，未來高層建筑混凝土結構抗震設計工作人員需要重點關注概念設計應用模式，了解概念設計的具體要求和手段，然后著眼于具體高層混凝土建筑結構體系進行整體分析，力求各個構件的布置和應用較為協調合理，墻體開洞、不同構件截面積、配筋率以及預應力筋的應用等可以得到綜合分析，同時關注于各個結構細節，以求整體結構具備較強延性和承載力，可以在地震作用下表現出較強的整體穩定性。

3.3 有效應對地震能量

高層混凝土建筑抗震結構設計工作的開展還需要充分考慮到地震災害發生時的具體表現，如果能夠較好地提升高層建筑混凝土結構對于地震作用的變形能力，必然也就表現出了較強抗震性能，尤其是對于地震發生時的能量輸入狀況，更是需要加大研究力度。設計人員基于該方面的優化處理，主要就是為了較好地降低地震能量的輸入，進而規避高層混凝土建筑結構面臨的破壞性影響。

對于該方面的優化設計而言，設計人員可以利用基于位移的結構抗震方法，結合具體高層建筑混凝土結構設計方案進行定量分析，重點研究相應混凝土結構體系在地震作用下可能出現的變形趨勢，針對變形可能性進行定量計算分析，以此研究其可以承擔的地震能量值，如此也就可以反過來推導適宜的設計方案，盡量降低層間位移程度。當然，在一定條件下，為了較好降低地震發生時帶來的地震能量輸入值，計入地基與結構動力的相互影響，往往還需要考慮到基礎結構的優化處理，確保高層建筑能夠具備較為穩定可靠的基礎結構體系，在堅固的基礎條件下不容易出現較高的地震能量輸入，降低結構樓層的地震剪力。

3.4 優選抗震裝置

在高層混凝土結構抗震設計優化中，為了較好地提升整體抗震效果，還需要重點關注抗震裝置的恰當選擇和運用，利用一些合理的隔震以及消能減震裝置，加大對高層建筑混凝土結構的保護力度，避免高層建筑受到嚴重損壞。隨著當前我國建筑行業的發展，相應消能減震裝置同樣也越來越先進，在高層建筑混凝土結構中可以進行恰當選用，比如調諧質量阻尼器（TMD）就能夠較好地作用于高層建筑結構體系，確保高層建筑具備更強的抗震性能，可以在地震力作用力下形成有效應對效果；各類抗震支架的準確選擇和應用同樣也較為重要，需要結合不同高層建筑混凝土結構進行搭配運用。

4 結束語

綜上所述，高層建筑混凝土結構的應用要想表現出較強的穩定效果，需要在前期設計工作中充分關注抗震性能的優化，抗震設計工作的開展需要重點考慮到高層建筑混凝土結構的整體性，同時關注各個細節和薄弱環節，利用適宜合理的抗震手段和抗震裝置，提升高層建筑混凝土結構抗震性能。