探讨高层混凝土建筑抗震结构设计

探讨高层混凝土建筑抗震结构设计

韩津楠

珠海华发建筑设计咨询有限公司广东珠海519000

摘要：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、建筑结构的布置等进行详细的分析，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。

关键词：高层；混凝土；抗震；结构设计

1.高层混凝土建筑抗震结构设计的要求

就现在的情况而言，要想使高层混凝土建筑达到良好的抗震效果，例如，在地震较弱的时候，整体结构保持稳定牢固不破损；遇到中等程度的地震，能够经过相关的维修仍可投入使用；地震较为严重时，高层建筑要做到不倾倒，就需要在设计时，综合考虑刚柔配合，结构各方受力科学合理，根据具体的情况来针对性进行规划，必须按照“强剪弱弯”的设计规范标准来提高建筑结构的整体稳定性。

一方面，高层混凝土建筑在设计规划时，一定要把握好结构刚度值的大小，经过精确的计算分析，充分了解地质地形条件、所用建材性能、机械设备运行参数、物理力学知识等内容，最终确定高层结构的整体刚度强弱或者某个结构设施的刚度，依靠连接设置的调节作用，力求保证抗震能力的提高，尽量让整个建筑波动受力保持在地质所能支持的范围之间。也就是说，如果其基础结构产生小幅度的变形，结构的自我调节功能就会使得整体结构不发生大幅度改变，在经过一些维护工作之后，仍然具有使用价值。

另一方面，在结构设计以及规划时，结构工程师一定要着重关键构件和连接点的受力情况，采取相关措施进行有效调节，可以达到消灾减震的目的，尽最大程度地降低地震灾害带来的损失。根据有关地震灾害统计，刚度过于柔和的高层混凝土建筑受到强大的震动作用后，其主体结构受到了一定程度的损毁，然而在余震的相继作用之下，就会受到持续损坏导致崩塌。

总之，对于高层混凝土建筑抗震结构的设计，一定要保证其结构具备适宜的刚度，还要改善其延性等特点，进而增强其整体结构的抗震性能。

2.高层混凝土建筑抗震结构设计的基本原则

在地震发生区进行高层混凝土建筑的抗震结构设计时，应考虑高层建筑的抗震性能。在合理抗震结构设计的基础上，能够使高层建筑物达到小震不坏、中震能修、大震不倒的设计原则。

第一，在进行框架结构的设计时，尽量保持节点的完整性，分散使梁、柱端的塑性铰，发挥高层混凝地建筑整体结构的抗震能力。为使钢筋砼结构在地震作用下能够存在较强的延性和承载力，应尽可能根据结构的设计要求，如“强柱弱梁”、“强剪弱弯”、“强底层柱”、“强节点弱构件”的原则，同时注意柱截面尺寸的合理性，使柱的轴压比得到有效控制。

第二，尽量设置多道抗震防线。通常在强烈地震发生后会存在多次的余震，如只设一道防线，则会加剧建筑物的破坏度，甚至造成高层建筑坍塌。抗震结构体系应具备最大数量的内部、外部冗余度以及各种分布的屈服区，同时，其结构构件具有较强的延性和较高的刚度，能吸收大量的地震能量，增强结构抗震性能，降低地震对高层建筑物的破坏程度。

第三，加强短柱的受压承载力，这样有利于减小柱截面面积、增大剪跨比，从而使整个结构的抗震性能得到明显提高。加强短柱的受压承载力最简单的方法便是增强混凝土的强度等级，也就是通过高强度的混凝土来使柱子的受压承载力得以加强，从而使轴压比得以降低。但由于高强度混凝土材料自身延性低的缘故，在采用时最好能与其他措施加以配合。

3.改善高层混凝土建筑抗震结构设计的有效对策

3.1加强建材的选择

对于建筑工程而言，其材料属于基础，因此在抗震方案设计中，不可忽视建材的选择。为了提高建材的的抗震性能，不仅需要对建材承受力进行分析，还应应加强建材的抗震性能参数分析，从整体上进行所有建材的参数变异性的分析。换句话说，从抵抗地震来选择建材就应控制好建筑结构的延性，为了达到这个方面的需求，就需要选择满足抗震需求同时也经济适用的建材。

3.2选择良好的抗震结构体系

（1）抗侧力构件应布置合理。如在框架―剪力墙结构中，剪力墙宜均增布置在建筑物的周边附近、楼梯间、电梯间、平面形状变化及恒载较大的部位，剪力墙间距不宜过大；平面形状凹凸较大时，宜在凸出部分的端部附近布置剪力墙；纵、横剪力墙宜组成L型、T型和[型等形式；剪力墙宜贯通建筑物的全高，避免刚度突变；剪力墙开洞口宜上下对齐；抗震设计时，剪力墙的布置宜使结构各主轴方向的侧向刚度接近。

（2）结构的整体性要好。高层建筑结构中，楼盖对于结构的整体性起到非常重要的作用。楼盖相当于水平隔板，它不仅聚集和传递惯性力到各个竖向抗侧力的子结构，而且要使这些子结构能协同承受地震作用，特别是当竖向抗侧力子结构布置不均匀或布置复杂或各抗侧力子结构水平变形特征不同时，整个结构就要依靠楼盖使各抗侧力子结构能协同工作。楼盖体系最重要的作用是提供足够的平面内刚度和抗力，并与竖向各子结构有效连接。所以房屋的顶层、结构转换层、平面复杂或开洞过大的楼层、作为上部结构嵌固部分的地下室楼层应采用现浇楼盖结构。

3.3建筑布置宜规则

高层建筑应重视体形和结构的总体布置。由于建筑体形不合理或结构总体布置不合理而造成的地震灾害，在国内外的大地震中都有所见。抗震设计选择的建筑平面和立面布置宜对称、规则，避免采用严重不规则的结构。结构的刚度宜均匀变化，竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自下而上逐渐减小，避免有刚度和承载力突然变小的楼层，造成薄弱层的出现，地震时薄弱层破坏导致结构失效。

3.4高度的确定

按我国现行高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3-2002）规定，在一定设防烈度和一定结构型式下，钢筋混凝土高层建筑都有一个适宜的高度。这个高度是我国目前建筑科研水平、经济发展水平和施工技术水平下，较为稳妥的，也是与目前整个土建规范体系相协调的。可实际上，已有许多混凝土结构高层建筑的高度超过了这个限制。对于超高限建筑物，应当采取科学谨慎的态度：一要结构方案有专家论证，二要有模型振动台试验。在地震力作用下，超高限建筑物的变形破坏性态会发生很大的变化。因为随着建筑物高度的增加，许多影响因素将发生质变，即有些参数本身超出了现有规范的适宜范围，如安全指标、延性要求、材料性能、荷载取值、力学模型选取等。

3.5推广使用隔震和消能减震设计

目前我国和世界各国普遍采用的传统抗震结构体系是“延性结构体系”，即适当控制结构物的刚度，但容许结构构件在地震时进入非弹性状态，并具有较大的延性，以消耗地震能量，减轻地震反应，使结构物“裂而不倒”。采取软垫隔震、滑移隔震、摆动隔震、悬吊隔震等措施，改变结构的动力特性，减少地震能量输入，减轻结构地震反应，是一种很有效的防震措施。提高结构阻尼，采用高延性构件，能够提高结构的耗能能力，减小地震作用，减小楼层地震剪力。随着社会的不断发展，对各种建筑物和构筑物的抗震减震要求越来越高，地震控制体系具有传统抗震体系所难以比拟的优越性，在未来的建筑结构中将得到越来越广泛的应用。

3.6建筑结构抗震性能的提升

高层建筑与一般建筑之间的区别在于受力特性上，尤其是在地震区开展高层建筑结构设计时，除了要保证足够大的刚度与强度，更应具备良好的抗震性能。对高层建筑结构进行抗震设计与研讨，使得建筑结构抗震性能得到提升，最终实现“小震不坏，中震可修，大震不倒”的目标。为了实现这样的目标，有些地区在进行结构抗震设计的时候利用了塑性变形来吸收地震产生的能量，从而实现地震破坏的减小，这种方法已经得到了一定的推广及应用，取得了良好的效果。

4.结语

随着经济社会的发展，高层建筑的不断增多，抗震结构设计的作用显得越来越重要。随着高层结构体系结构形式复杂，分析难度大，全面细致的考虑结构各个构件和每个组成部分，成为今后高层建筑结构体系的设计和考虑的重点。建筑结构设计工作者也应在以后的设计过程中明确结构设计的重点。

参考文献：

[1]覃敏强.建筑高层框架结构布置[J].大众科技.2010（05）

[2]蒋晓燕，谢建民.某高层建筑震害调查与分析[J].建筑技术，2010（11）.