高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析

高溪 宋國嬌

（1.同圓設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250101；2.山東農(nóng)業(yè)工程學(xué)院，山東 濟(jì)南 250100）

0 引言

隨著我國建筑行業(yè)的迅速發(fā)展，高層建筑在建筑行業(yè)中已經(jīng)占據(jù)重要地位，因此，人們對(duì)高層建筑抗震性的要求也越來越高。高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)作為一種抗震能力比較好的新型建筑結(jié)構(gòu)，在建設(shè)高層建筑時(shí)得到了越來越多的應(yīng)用機(jī)會(huì)，并且取得了很好的實(shí)用效果。

1 高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求分析

（1）設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)時(shí)，需要全面考慮部件性能的平穩(wěn)性與安全性。同時(shí)設(shè)計(jì)人員還需要全面了解建筑材料自身具有的性能，并且在設(shè)計(jì)過程中詳細(xì)分析建筑構(gòu)件相連位置的構(gòu)建剛度之間存在的偏差，如果剛度存在較大的差異，既不能實(shí)現(xiàn)良好的抗震效果，同時(shí)又會(huì)直接影響建筑物的正常運(yùn)用。

（2）在對(duì)高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員可以依據(jù)構(gòu)件的受力形式對(duì)構(gòu)件進(jìn)行區(qū)分，將其分為不同的結(jié)構(gòu)類型，在此基礎(chǔ)上再根據(jù)其破壞形式的不同分為脆性破壞和延性破壞。根據(jù)構(gòu)件的不同特性對(duì)構(gòu)件進(jìn)行布置，充分發(fā)揮延性破壞構(gòu)件具有的優(yōu)勢(shì)，以此來提高建筑物的抗震性能。

2 高層建筑結(jié)構(gòu)采取抗震設(shè)計(jì)的具體設(shè)計(jì)

2.1 水平荷載

水平荷載，指的是物體受水平方向的作用力，在建筑中比較常見的就是風(fēng)荷載和地震荷載。水平荷載對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整體效果有著決定作用。高層建筑從本質(zhì)上講是一個(gè)豎向懸臂結(jié)構(gòu)，重力荷載主要使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生軸力與建筑物高度大體上是線性關(guān)系。水平荷載使高層建筑產(chǎn)生彎矩，彎矩隨著高度的增加呈曲線上升趨勢(shì)，和建筑物高度的兩次方是正比關(guān)系。因此，水平荷載是高層建筑設(shè)計(jì)的主要因素。

2.2 側(cè)向位移控制

側(cè)向位移對(duì)高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)同樣有著重要作用。在高層建筑施工中，隨著建筑物層數(shù)的不斷增加，很難再對(duì)側(cè)向位移進(jìn)行精確控制。側(cè)向位移的程度將會(huì)隨著樓層高度的不斷增加而增大。在高層建筑的施工中，如果對(duì)側(cè)向位移幅度控制力度不夠，一定會(huì)降低高層建筑的穩(wěn)定性。在這種情況下，高層建筑物很可能會(huì)出現(xiàn)墻體倒塌或是墻面開裂的情況，對(duì)人民群眾的生命安全和財(cái)產(chǎn)安全產(chǎn)生危害。

2.3 抗震設(shè)計(jì)的三水準(zhǔn)原則

根據(jù)我國（《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范GB 50011—2010》）要求，建筑抗震以“三個(gè)水準(zhǔn)”為抗震設(shè)防目標(biāo)，即小震不壞、中震可修、大震不倒。建筑物在施工過程中做到這三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，就可以保證人民的生命、財(cái)產(chǎn)安全。在進(jìn)行構(gòu)件設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)在遵循“強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”的基礎(chǔ)上，確保其破壞形式為延性破壞，這樣不僅可以保證建筑物的安全性，還能為人們?cè)诘卣鹬汹A得寶貴的逃生時(shí)間。

3 高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)建議

3.1 合理的選擇建設(shè)位置

建筑工程在施工過程中，建設(shè)項(xiàng)目施工現(xiàn)場的實(shí)際地質(zhì)情況關(guān)系著建筑結(jié)構(gòu)抗震性能，建設(shè)項(xiàng)目開始建設(shè)之前，需要大量搜集關(guān)于項(xiàng)目所在地的水文地質(zhì)材料，使建筑項(xiàng)目水文地質(zhì)數(shù)據(jù)接近于實(shí)際數(shù)據(jù)，防止因數(shù)據(jù)偏差影響抗震參數(shù)的獲取值。項(xiàng)目在建設(shè)之前，需要搞好可行性的研究工作，針對(duì)潛在的災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行詳細(xì)評(píng)估，在施工過程中選擇地震災(zāi)害系數(shù)較小的位置進(jìn)行施工建設(shè)，詳細(xì)互粉建筑場地的類型。

3.2 選擇良好的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案

建筑項(xiàng)目在施工過程中，需要基于抗震性能的基礎(chǔ)上，盡可能提高建筑內(nèi)部的美觀性與施工技術(shù)的實(shí)操性。截面抗震計(jì)算需要基于結(jié)構(gòu)設(shè)防烈度的基礎(chǔ)上，處于彈塑性狀態(tài)，可以將大多數(shù)變形結(jié)構(gòu)改變?yōu)楸娭盗叶鹊卣鹱饔孟碌牧慵休d力驗(yàn)算。構(gòu)件截面抗震驗(yàn)算需要系統(tǒng)的整合承載力抗震調(diào)整系數(shù)和非抗震承載力設(shè)計(jì)值，在展開詳細(xì)計(jì)算過程中需要使用地震作用效應(yīng)值與抗震調(diào)整系數(shù)進(jìn)行相乘。

3.3 增加抗震防線

高層建筑抗震結(jié)構(gòu)的各種延性零件能夠進(jìn)行有效的銜接，其是由多個(gè)延性分體所組成。比如，剪力墻結(jié)構(gòu)是由剪力墻與框架分體共同組合而成的多支剪力墻結(jié)構(gòu)，在發(fā)生大地震之后還會(huì)發(fā)生余震，所以，建筑項(xiàng)目只設(shè)計(jì)一層抗震防線顯然不合理，如果這層防線遭遇到余震的損壞，就會(huì)嚴(yán)重破壞高層主體結(jié)構(gòu)，甚至導(dǎo)致整個(gè)建筑項(xiàng)目發(fā)生坍塌。設(shè)計(jì)人員需要科學(xué)合理的設(shè)計(jì)抗震設(shè)防系統(tǒng)，同時(shí)還需要使相同平面當(dāng)中的主要零件處于屈服的狀態(tài)，然而剩下的抗側(cè)力零件會(huì)就一致處于彈性階段，如此一來就會(huì)提高建筑項(xiàng)目主體結(jié)構(gòu)屈服所堅(jiān)持的時(shí)間，有利于增強(qiáng)建筑項(xiàng)目主體結(jié)構(gòu)的延性和抗側(cè)移性能?；炷两ㄖ拐鸾Y(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)過程中分容易因?yàn)槟骋粋€(gè)結(jié)構(gòu)的零件出現(xiàn)抗側(cè)移值太大的情況，在一定程度上出現(xiàn)零件強(qiáng)度嚴(yán)重降低的現(xiàn)象。然而在設(shè)計(jì)建筑項(xiàng)目整體抗震防線過程中，需要增強(qiáng)構(gòu)件抗側(cè)移性能，權(quán)衡施工過程中存在的以大代小的情況，提高抗側(cè)力有關(guān)構(gòu)件的配筋率。

3.4 抗震加固設(shè)計(jì)

高層建筑在施工過程中針對(duì)抗震提出了明確的要求，在這種情況下，高層建筑不僅需要與延性、剛度的要求相吻合，還需要遵循相應(yīng)的強(qiáng)度規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，由于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)自重較大，特別是建筑工程的高度和底層柱之間的軸力一直需要維持正比例關(guān)系，主部件需要符合延性提出的大量要求，針對(duì)層高進(jìn)行既定處理過程中，需要科學(xué)的調(diào)整對(duì)軸壓比，如此一來使部件的延性得到明顯提高。但是，需要確保軸壓比不能超過正常范圍，這樣可以有效地避免出現(xiàn)結(jié)構(gòu)短柱的情緒，同時(shí)還會(huì)使延性受到一定的約束，如果遇到強(qiáng)度較高的地震時(shí)，就會(huì)損壞剪切，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致建筑項(xiàng)目整體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)坍塌，這時(shí)，需要采取有效的方案加固設(shè)計(jì)抗震結(jié)構(gòu)。

3.5 科學(xué)合理的選擇分柱體

因?yàn)槎讨箯澞芰h(yuǎn)遠(yuǎn)超過了抗剪能力，所以當(dāng)遭遇地震時(shí)，抗彎能力還沒有全面發(fā)揮自身的作用就出現(xiàn)剪壞、損壞等現(xiàn)象，在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，需要適當(dāng)?shù)墓芸囟讨箯澬阅埽@就需要短柱接近于抗剪強(qiáng)度，如此一來，遇到地震時(shí)，短柱就可以使抗彎能力的實(shí)際屈服強(qiáng)度得到滿足。在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，施工人員通常會(huì)采用控制抗彎強(qiáng)度的方法，實(shí)際上就是設(shè)計(jì)豎向的縫隙，把短柱按照相應(yīng)比例劃分為多個(gè)分體柱，在柱肢間可以設(shè)計(jì)連接鍵，以便于使分體柱配筋的要求得到滿足，從而增強(qiáng)部件的抗震性能，提高部件的強(qiáng)度系數(shù)。選擇分體柱過程中，雖然不能增強(qiáng)柱子抗剪能力，但是基于減少抗彎性能的基礎(chǔ)上，可以提高柱子抗變形的能力，以便于使短柱逐漸改變?yōu)殚L柱，進(jìn)而增強(qiáng)短柱抗震的性能。

4 結(jié)論

目前，隨著社會(huì)的快速進(jìn)步，擴(kuò)大了建筑項(xiàng)目的建設(shè)范圍，面對(duì)這種發(fā)展形勢(shì)，人們對(duì)高層建筑的要求越來越嚴(yán)格。這就需要工作人員在設(shè)計(jì)高層建筑施工方案過程中需要全面考慮建筑項(xiàng)目建設(shè)的場地，通過全面分析高層混凝土建筑項(xiàng)目建設(shè)的實(shí)際地質(zhì)環(huán)境之后，需要優(yōu)化設(shè)計(jì)抗震結(jié)構(gòu)，進(jìn)而增強(qiáng)高層混凝土建筑的抗震能力，從而使高層建筑的可靠性與安全性得到有效保證。