高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計要點分析

包蘇榮

摘 要：為滿足當(dāng)代社會發(fā)展要求，高層混凝土建筑融入抗震設(shè)計，以提高高層建筑質(zhì)量。在建筑結(jié)構(gòu)中增加抗震設(shè)計，既能夠提高高層建筑的安全性，還能夠提高高層建筑的經(jīng)濟性，能夠大力推進建筑行業(yè)發(fā)展趨勢。因此本文仔細研究分析了高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)中的抗震設(shè)計，為建筑行業(yè)發(fā)展助力。

關(guān)鍵詞：高層建筑；混凝土結(jié)構(gòu)；抗震

地震的特點是破壞性、隨機性強，因此每當(dāng)發(fā)生地震就會給人們帶來重大損失。為提高人們生命財產(chǎn)安全，需要在高層建筑中融入抗震設(shè)計，提高建筑質(zhì)量。進行抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計，工程師需要充分了解抗震材料、施工技術(shù)等內(nèi)容，并考慮經(jīng)濟性因素，采用科學(xué)合理的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計，增強高層建筑的抗震性，提高建筑質(zhì)量，以此更好地保護人們的生命及財產(chǎn)安全。

1 高層建筑抗震要求分析

當(dāng)前，我國高層建筑增多，并且樓層數(shù)不斷增高，為了保證高層建筑樓層數(shù)增多的情況下仍舊有較高的抗震性，當(dāng)發(fā)生地震，震級較低時，需要建筑物整體結(jié)構(gòu)保持完整；而當(dāng)震級為中等水平時，建筑物需要保證在進行維護后，仍然能夠繼續(xù)使用；當(dāng)發(fā)生大地震時，需要保證建筑物整體不傾倒，因此在設(shè)計時，需要憑借剛?cè)崤浜系姆绞皆O(shè)計建筑物結(jié)構(gòu)，以“強剪強彎”為設(shè)計理念，提高建筑物整體的穩(wěn)定性和抗震性。

為了滿足上述要求，在設(shè)計時應(yīng)當(dāng)準(zhǔn)確把握建筑結(jié)構(gòu)的剛度值，并調(diào)查和測量建筑物周邊的地質(zhì)條件，還要了解建筑材料、機械等的性能，從整體角度出發(fā)，計算出建筑結(jié)構(gòu)的剛度，然后設(shè)計緩沖效果，使建筑物滿足穩(wěn)定性和抗震性要求，能夠抵御較強的地震災(zāi)害。

2 高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)特點及地震的破壞特點

2.1 高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)特點

高層混凝土建筑一般都是高于28m、樓層數(shù)超過10層、混凝土結(jié)構(gòu)的建筑。高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)實際上是一種豎向的懸臂結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)上的彎矩以及軸向力都是因水平荷載與垂直荷載造成的，建筑物的高度與軸向力呈線性關(guān)系。高層混凝土建筑水平位移和層數(shù)，與彎矩具有上升曲線關(guān)系，且軸向力和高度呈正比關(guān)系。我們從受力特性的角度來說，當(dāng)水平荷載分布比較均勻的情況下，高度和彎矩具有二次方變化關(guān)系，當(dāng)垂直荷載方向保持不變的時候，高層建筑增加高度所引發(fā)的受力也是很小的。

2.2 發(fā)生地震時高層建筑的破壞特點

地基受到破壞后，高層建筑體會出現(xiàn)傾斜，如果高層建筑位于危險地帶，在遇到地震后，地基會出現(xiàn)不均勻的下沉現(xiàn)象，嚴(yán)重的會導(dǎo)致建筑體出現(xiàn)裂痕。如果高層建筑結(jié)構(gòu)周期和當(dāng)時場地周期相同，就會造成共振現(xiàn)象，對建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生極大的破壞性影響。

建筑結(jié)構(gòu)體系遭到破壞，建筑物內(nèi)框架上方容易遭到剪切型破壞，窗洞也會出現(xiàn)短柱性破壞。相比而言框架剪力墻結(jié)構(gòu)遭到地震破壞的程度較小。

剛度遭到破壞。建筑物主體結(jié)構(gòu)如果采用的是矩形平面，在發(fā)生地震后，發(fā)生扭轉(zhuǎn)振動現(xiàn)象，加劇地震破壞力。而如果建筑物主體結(jié)構(gòu)采用的是L型或者三角形等不對稱平面設(shè)計，在扭轉(zhuǎn)振動的過程中也會加劇地震災(zāi)害的破壞程度。

構(gòu)建的破壞特點。采取框架剪力墻結(jié)構(gòu)，在遭遇地震時，建筑物的柱要比梁和板受到的破壞更強，窗臺下方容易出現(xiàn)交叉性裂縫。但是因為框架柱中包含螺旋箍筋，因此當(dāng)建筑物層間位移較大時，框架柱仍然具有很強的抵御地震的能力。

3 高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計策略

3.1 選定建筑物的具體位置

在分析統(tǒng)計地震對建筑物造成的破壞數(shù)據(jù)后，我們發(fā)現(xiàn)建筑物遭到的破壞位置都是不同的，建筑物的抗震性也是不同的。這是因為地質(zhì)條件在一定程度決定了建筑物的穩(wěn)定性和抗震性。所以，在設(shè)計建筑結(jié)構(gòu)時，需要根據(jù)當(dāng)?shù)氐木唧w情況進行設(shè)計。一是在設(shè)計前進行綜合考察，測量建筑物所處地質(zhì)環(huán)境是否能夠滿足抗震性要求。二是建筑物應(yīng)當(dāng)遠離油庫等危險的建筑，以免在發(fā)生地震后遭受二次災(zāi)害。

3.2 優(yōu)化建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計

在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，設(shè)計師必須以抗震性要求為設(shè)計前提，增強建筑物調(diào)節(jié)變形余量，在發(fā)生地震時，減少建筑物主體的被破壞程度，保證建筑物結(jié)構(gòu)能夠維持穩(wěn)定和平衡。在設(shè)計開始階段，應(yīng)當(dāng)結(jié)合建筑物所處位置的地震頻度、地震烈度等相關(guān)數(shù)據(jù)，仔細地計算不同地震等級對設(shè)計的建筑結(jié)構(gòu)造成的破壞程度，結(jié)合計算結(jié)構(gòu)加強建筑構(gòu)件布局，使建筑物的各個板塊都能受力均衡，提高整體的抗壓性能。在設(shè)計建筑結(jié)構(gòu)時，應(yīng)當(dāng)重點考慮建筑物承受的豎向重力，保證因重力帶來的壓力和重力能均勻分布，以此實現(xiàn)建筑物剛度的設(shè)計要求。另外，為了進一步實現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)強度，還應(yīng)當(dāng)保證建筑結(jié)構(gòu)有序，不出現(xiàn)交錯現(xiàn)象，提高建筑物整體的抗震性。

3.3 減輕扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的破壞

當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生后，地震會對建筑物產(chǎn)生3個作用力，即水平方向作用力、垂直方向作用力以及扭轉(zhuǎn)力作用力。在這3種作用力的作用下，建筑物會遭受很大的破壞，會出現(xiàn)墻體破裂、倒塌等現(xiàn)象。當(dāng)前，技術(shù)手段下并不能準(zhǔn)確地預(yù)測地震發(fā)生的時間，因而地震發(fā)生的時間具有隨機性特點，必須通過科學(xué)合理的安全設(shè)計避免因地震帶來極大的損失。在查看大量研究數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，我們發(fā)現(xiàn)建筑物主體的剛性如果不符合要求，在遭受強烈的地震后會受到很大的破壞，有的甚至在余震時發(fā)生倒塌現(xiàn)象。如果建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計沒辦法參考結(jié)構(gòu)位移標(biāo)準(zhǔn)，那么為了保證建筑物具有足夠的抗震性，應(yīng)當(dāng)以最大位移剛度，降低最小的位移剛度，最大限度地減少地震對建筑的破壞性。

3.4 控制建筑結(jié)構(gòu)具體參數(shù)

為了增強高層建筑的穩(wěn)定性與安全性，因此需要嚴(yán)格控制每個部件的受力程度，需要確定每一樓層的參數(shù)。在進行設(shè)計前，需充分地調(diào)查建筑周圍的環(huán)境、位置、地形等相關(guān)數(shù)據(jù)，總結(jié)數(shù)據(jù)特點，再設(shè)計高層建筑的整體結(jié)構(gòu)，且進行抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計。在考慮受力情況時，需要受力模型輔助，精準(zhǔn)地計算受力情況，以保證高層建筑的穩(wěn)定性、安全性。

因為地震隨機性和破壞性較強，所有在高層設(shè)計中必須融入抗震設(shè)計，以此保障人民生命安全。因此工程師應(yīng)當(dāng)充分了解和掌握抗震結(jié)構(gòu)及其設(shè)計、施工要領(lǐng)，在此基礎(chǔ)上設(shè)計出合理的抗震結(jié)構(gòu)方案。

參考文獻

[1]蘇相俊，倪金濤.混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計安全度和規(guī)范性相關(guān)問題探究[J].科技與創(chuàng)新，2016，（4）：112-113.

（作者單位：大連經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)規(guī)劃建筑設(shè)計院）