试论高层混凝土建筑抗震结构设计

试论高层混凝土建筑抗震结构设计

孙莹

中大国信工程管理有限公司

摘要：高层建筑的抗震性能关系到人民的生命财产安全，地震造成的巨大灾难给人们敲响了警钟，如何提高高层建筑的抗震性能，增强混凝土结构的整体稳定性，是当前建筑企业重点研究的内容。

关键词：高层建筑；混凝土结构；抗震结构设计；

高层建筑的抗震性能关系到人民的生命财产安全，但是就目前情况来看，建筑结构的抗震性能还存在一定问题，由于地震造成的巨大灾难给人们敲响了警钟，所以，提高高层建筑结构的抗震性能成为现代建筑重点研究的课题。

一、高层混凝土建筑抗震结构的分析

现代高层建筑结构形式主要是一个垂直于地面的竖向悬臂结构。其建筑的垂直荷载主要使建筑结构产生一个与地球引力相抗衡的轴心力；建筑的水平荷载使建筑结构产生弯矩。从建筑结构的受力特点进行分析可以看出：当建筑的垂直荷载方向保持不变时，随着建筑高度的不断增加仅仅会引起量的增加而已，而这时水平荷载的方向就可以来自四面八方；而当建筑为平均分布荷载时，建筑的高度就和弯矩呈现出二次方的变化。

再从建筑的侧移特点来看：建筑竖直方向荷载引起的建筑位移是比较小的，而水平方向的荷载作为平均分布的荷载时，建筑的高度就和其侧移呈现出四次方的变化。在高层混凝土建筑结构中，水平方向的荷载对建筑结构的影响是要远远大于垂直方向荷载对建筑结构的影响的，所以在进行高层混凝土建筑建设时，水平荷载是在进行结构设计时需要重点控制的影响因素，所以除了在保证高层建筑结构抵抗水平荷载产生的弯矩、剪力以及压、拉应力时，要具有较大的强度以外，还要保证高层建筑结构具有足够的刚度，使得建筑随着高度的不断升高，所引起的侧向变形能控制在结构规范允许的范围之内。

二、高层混凝土建筑的抗震结构体系选择

在进行高层混凝土建筑结构设计时，应当根据所建设工程的具体使用功能、房屋的高度与宽度的比值、抗震设防的类别、场地的类别以及建筑地基的实际情况、建筑所用的结构材料和施工工艺等相关因素，进行综合的比对分析，从而选择出最为合适的建筑结构体系。高层建筑的钢筋混凝土结构可以采用框架、剪力墙、框架-剪力墙、简体和板柱-剪力墙的结构体系。

建筑的结构框架可以为建筑在进行室内空间的布置时提高其灵活性。当建筑的层数较少的时候，水平方向的荷载对建筑结构的影响是比较小的，所以采用框架结构是比较合理的设计。框架结构主要受到剪力作用的影响，属于柔性结构，其在建筑层数较多时就会受到限制，所以框架结构主要用在非抗震设计以及层数相对较少的建筑当中。

建筑的剪力墙结构中，其剪力墙是沿着建筑的横向方向和纵向方向，进行正交布置或者是多轴斜线交布置的，是由钢筋混凝土墙体来承受建筑所有的水平方向和竖直方向的荷载，是属于以弯曲变形为主的刚性结构。所以剪力墙这种结构的抗侧力刚度相对较大，在水平方向的作用力下侧面方向的变形相对较小，具有良好的空间一体性。但剪力墙结构的缺点就是其结构的自重比较大，在进行建筑的平面布置时具有局限性，很难满足建筑内部需要建设大空间结构的要求。所以剪力墙结构更多的是运用在墙体的布置以及对于建筑的面积要求不大的建筑工程中，这样既弥补了剪力墙的缺点，减少了非承重隔墙的数量，同时也使建筑更加的美观，具有整体性。

建筑的框架-剪力墙结构主要是指：在建筑框架结构中的适当部位，增添设置一些剪力墙，是刚性结构与柔性结构的融合体系，能提升高层建筑大开间的使用空间。在这种体系当中，建筑的主要结构是由若干道单片剪力墙以及框架相互构成的，在这样的结构体系当中，框架和剪力墙将共同承担起建筑水平方向的受力。而从这两者的受力特点进行分析后，可以看出由于两者的变形方式不同，所以在进行协同工作时，框架结构能协助顶部剪力墙进行抗震，底部剪力墙能协助框架进行抗震，以此发挥出各自的抗震最佳效果，提升了建筑的抗震性能，被广泛运用在高层混凝土建筑抗震的设计上。

三、高层混凝土建筑的抗震结构布置

在进行高层混凝土建筑的独立结构单元布置时，应该使得建筑结构平面的形状相对简单、规则、刚度和承载力都能均匀的分布。建筑的竖直方向体型应该规则、均匀，避免有过大的外挑和内敛。建筑结构的侧向刚度应该是下部刚度大上部刚度小，并逐渐的进行变化。其高层建筑在进行结构布置时应该遵循以下几点要求：

1、在进行高层混凝土建筑的结构布置时应该具有必要的承载能力、足够大的刚度以及变形能力。

2、在进行高层混凝土建筑的结构布置时，应该注意避免因为部分建筑结构或者是构件遭受损坏，从而导致了建筑结构的整体丧失对重力、荷载以及地震的承受能力。

3、在进行高层混凝土建筑的结构布置时，对可能出现的薄弱环节进行严格的审核，并且及时采取相应的有效措施来进行应对。

4、在进行高层混凝土建筑的结构布置时，其建筑结构的竖直方向和水平方向的布置，应该使建筑的刚度以及承载力进行合理的分布，避免因地震时引起的局部突变和扭转效益的发生，具有多道抗震设防的特点。

四、高层混凝土建筑的抗震结构计算

目前国内外在进行高层混凝土建筑抗震结构的计算时，都开始广泛的采用电脑软件，特别是在面对一些比较复杂的建筑结构形式时，电脑软件能对其提供巨大的帮助。在运用电脑软件进行建筑抗震结构的计算时，要求建筑结构的工程师必须具有清晰的结构概念，能准确在计算机上建立出反映工程实际情况的模型，还要能对其计算结果是否具有准确性、合理性做出分析。

在利用计算机进行对高层混凝土建筑的抗震结构计算时，要求计算机软件的技术条件应该符合相关的标准规范，并且在进行特殊结构处理计算时，还要阐明其内容方面相关的科学依据。在面对复杂结构下，多发地震灾害的建筑内力和变形的分析时，至少要采用两个不同的力学模型进行研究计算，对计算出来的结果进行准确的分析、确认无误后，才能进行相关建筑工程的抗震结构设计。

五、提高高层混凝土建筑结构的抗震性能

由于高层混凝土建筑的受力特点与低层建筑的受力特点有所不同，所以在地震频发区，进行高层混凝土建筑结构的设计时，除了在保证建筑结构具有足够良好的强度以及刚度以外，还必须具有一定的塑性变形能力，来减少地震对高层混凝土建筑的破坏。

高层混凝土建筑如果采用框架结构的设计，应该保证节点基本不会受到破坏，同一楼层中各个梁柱的两端屈服历程越长越好，而梁柱两端的塑性铰的出现应尽可能相对分散，以此充分发挥出整体框架结构的抗震能力。

六、结语

随着经济快速增长，也给高层建筑的发展带来了契机，但是由于频发的地震灾害给人们造成的无法弥补的伤害，将人们关注的焦点集中在了高层建筑的抗震性能方面，比如08年的汶川地震和前不久暴发的雅安地震，都给四川人民乃至全国人民造成了无法磨灭的创伤。

为了保证高层混凝土建筑具有良好的抗震性，在地震灾害来临之际可以有效的对人民的生命财产安全提供保护，在进行建筑结构的抗震设计时，就必须要通过其受力的特点、建筑结构的体系、建筑结构的布置以及计算进行详细的分析，然后再进行建造。只有这样才能保证高层混凝土建筑拥有良好的抗震能力，才能使人们的生命财产安全受到有效保护。

参考文献：

[1]陈天华.高层混凝土建筑抗震结构设计探析[J].中国科技信息,2011,(16)

[2]卢伟.高层建筑抗震结构设计之探讨[J].价值工程,2011,30(5)

[3]宫彩红.试析高层混凝土建筑抗震结构设计[J].城市建设理论研究（电子版）,2012,(9)