高層混凝土建筑抗震結構設計研究

趙 進

（湖北鵬程規(guī)劃建筑設計有限公司，湖北 荊州 434300）

隨著我國經濟水平的提升和人們物質生活質量的提高，人們對于城市高層建筑的性能尤為重視，特別是建筑的抗震性能以及穩(wěn)定性。近幾年，由于發(fā)生的一些地震災害導致城市中的高層建筑受到了嚴重的破壞，不但造成了巨大的經濟損失，還給人們帶來了生命財產安全的威脅。因此，國家和社會加大了對建筑抗震性能的重視程度，要求建筑企業(yè)以及相關的結構設計工作人員必須合理地設計高層混凝土結構，提高高層建筑結構的抗震性能。

1 震中高層混凝土建筑的破壞方式

1.1 剪切式破壞

一旦地震發(fā)生，建筑物所遭受的破壞首先是剪切式的破壞，會出現(xiàn)不同程度的裂縫。剪切裂縫指在發(fā)生地震的過程中，由于建筑結構承受了剪切力的作用形成了不同程度的裂縫。而剪切裂縫在形成的過程中通常會出現(xiàn)以下情況：一是如果建筑物結構的彎矩的強度超過了其所能承受的范圍時就會逐漸裂開，然后在建筑的截面位置會出現(xiàn)水平彎曲的裂縫；二是因為建筑物需要承擔越來越重的壓力和作用力，所以會導致裂縫不斷地擴大，而這時的建筑結構也會朝著斜的方向進行剪切；三是當箍筋慢慢承受不住作用力時，剪切裂縫又會加大，這時就產生了剪切式的破壞。

1.2 彎曲式破壞

在地震發(fā)生時，高層混凝土建筑除了會遭到剪切式的破壞，還會產生彎曲式的破壞。彎曲式破壞指建筑結構會受到水平地震的作用力，因為該作用力壓力比較大，所以建筑結構無法保持平衡，建筑結構的外部保護區(qū)域也會慢慢地被破壞，從而導致整個建筑物結構主體失去其有效的承受力。在地震持續(xù)發(fā)生的過程中，建筑結構的主體依然會受地震影響，如果地震持續(xù)時間的越長，那么對建筑物主體結構的破壞也就越大，當其超過所能承受的最大程度時，建筑結構就會徹底地被破壞，呈現(xiàn)彎曲式崩塌。

2 地震破壞高層建筑的特征

2.1 地基破壞特征

一旦發(fā)生了地震，高層的混凝土建筑的地基就會遭受嚴重的損壞。高層混凝土建筑的破壞情況和其所在的地基條件有密切關系，如果處在承受負荷能力差的土層上，地震發(fā)生時會導致土體出現(xiàn)液化的情況，進而造成建筑物呈現(xiàn)下沉的趨勢，而建筑結構的上部也會產生程度不同的傾斜。情況更加嚴峻時，建筑物還可能會出現(xiàn)不均勻的下沉的情況，造成建筑物受力不一，從而出現(xiàn)裂縫或是建筑物倒塌的問題。

2.2 構件破壞特征

部分高層混凝土建筑的結構設計利用了框架剪力墻。一旦地震發(fā)生，建筑物內部的柱子會遭受到巨大的破壞，而其柱子所受到的作用力和破壞要比板和梁都大。另外，在剪力墻窗臺的下面也可能會出現(xiàn)交叉性的裂縫。

2.3 結構體系破壞特征

由于建筑物在不同的位置具有不同的結構特征，因此在地震發(fā)生的過程中，對其結構體系的破壞也會呈現(xiàn)不同的特征。剪力墻結構的剛度性能好，可以承受的壓力也比較大，但是由于其自身的結構比較大，因此在布置的過程中，其靈活性不強，不能有效實現(xiàn)大空間的要求；而框架結構的靈活性比剪力墻結構好，能夠有效實現(xiàn)空間上的要求，但是其壓力承受能力比較弱，在抗地震中的表現(xiàn)較差。

2.4 建筑剛度破壞特征

在設計高層混凝土建筑結構的過程中，比較常見的有矩形平面式的設計。一旦地震發(fā)生，那么建筑物的電梯井就會產生較為嚴重的位置變化，這時就會導致建筑的結構受到嚴重的損壞。其中一個重要的原因是在設計高層建筑的電梯井過程中，通常都會使用剛性的設計，而這種設計如果碰到地震，容易造成電梯井在地基結構中的位置發(fā)生變化，還會出現(xiàn)比較明顯的擺動，建筑的整體結構的剛度會因此受到更為嚴重的破壞。

3 高層混凝土建筑抗震結構設計要點

3.1 制訂科學合理的設計方案

在設計高層混凝土建筑結構的過程中，相關的工作人員需要制訂科學合理的設計方案，這在一定程度上也有利于加強建筑結構的抗震性能。因為很多高層的混凝土建筑的結構通常都是采用框架結構，所以在開展施工建設之前，需要選擇適合的框架結構，這都需要在制訂設計方案之前進行排查和選擇，然后將其列入設計方案中，提高設計的科學性和嚴謹性。在設計高層混凝土建筑結構中采用框架結構，相關工作人員可以通過計算從而實現(xiàn)成本投入的最小化，因此框架結構在建設工程項目中被廣泛使用。

3.2 混凝土框架結構設計要點

在建設高層混凝土的框架結構的過程中，需要有效提高建筑結構的抗震性能，因此需要注意以下要點：一是要對建筑的框架結構進行受力分析，工作人員要對高層混凝土建筑的結構的受力特點以及其在使用中的特點進行全面分析，這樣才能進一步對其受力的情況進行準確計算，并畫出其簡圖以及受力體系，再展開全方位的受力分析。二是需要分析高層混凝土建筑的框架結構各方面的特性，確?？蚣芙Y構的硬度、穩(wěn)定性以及延展性都達到抗震的標準。

4 高層混凝土建筑抗震設計的優(yōu)化對策

4.1 加強抗震防線設計

隨著人們對高層建筑抗震效果的重視程度的提高，相關設計人員除了要確保建筑基本的設計標準以及安全建設標準，還需要提高現(xiàn)代混凝土結構的抗震性能。在設計高層混凝土建筑的過程中，需要加強抗震防線的設計。如果發(fā)生地震，那么建筑物可以處于多條防線的保護下，盡可能地防止出現(xiàn)混凝土結構坍塌的情況，從而增強建筑結構的平衡性。因此，設計人員需要根據(jù)國家所制定的相關標準，科學設計混凝土結構的抗震級別，不斷提高混凝土結構的安全性和穩(wěn)定性。

4.2 合理選擇設計位置

在建設高層混凝土建筑的過程中，還應該合理地選擇其設計的位置，設計人員要親自到施工場地了解和掌握相關布局以及場地的地質情況，同時也要綜合考慮該地段的建筑是否存在社會價值和商業(yè)價值。針對地質情況以及地形條件比較復雜的位置區(qū)域，強化各個不同層面的管理和控制，不能將建筑物設計得太高，需要有效確保地基的設計和安排的科學性。而具體的設計和建設情況還應該根據(jù)實際情況進一步有效分析，不同種類的高層建筑物之間需要進行更加具體的對比分析。

4.3 合理選擇結構類型

在設計高層混凝土建筑結構的過程中，相關的工作人員應該結合該建筑的實際需要以及建筑的結構，合理地選擇相適應的建筑結構類型，同時還需要結合建筑物的類型以確定設計方案。針對底層住房空間比較大的樓層，需要在建筑物的外圍設計保護結構，這有利于提高建筑物整體的平衡性，以保證建筑的安全性。針對樓層比較高的建筑物，還需要增強抗震能力的設計，以此提高建筑的穩(wěn)定性。另外，為了確保車輛能夠正常出入，還需要為其預留一定的通行位置。

4.4 提高基礎機構設計的合理性

高層混凝土建筑工程的設計和施工具有一定的難度，而其整體質量的好壞和基礎機構的設計有著非常密切的聯(lián)系。建筑的底框結構具有較強的實用性，可以適用于比較多的建筑項目，而且能帶來一定的經濟效益。但是底框結構也有一個比較大的問題，就是在具體的施工建設過程中，存在剛度分布不統(tǒng)一的問題，容易導致主體出現(xiàn)裂開的情況，這不利于保證建筑物結構的穩(wěn)定性和安全性。

4.5 加強對建筑承受力的考慮

在具體設計建筑結構的過程中，需要對建筑物的壓力承受能力進行合理的分析和計算，這是優(yōu)化高層混凝土建筑抗震結構的重要因素。因此，有關的設計工作人員應該加強對建筑承受力的考慮和重視，采用一定的彈性策略，以保證高層建筑工程的平衡性以及安全性。為了提高建筑的抗震能力，在設計的過程中可以適當減少水平方向的側移程度，同時減少建筑物本身的重量。除此之外，在具體的設計環(huán)節(jié)中，對于比較重要的數(shù)據(jù)還要進行更加具體的分析，全面考慮其給建筑抗震結構設計帶來的影響。

4.6 妥善落實建筑抗震性能的加固設計

通過分析目前我國的高層建筑抗震設計情況可知，很多建筑的抗震方式比較簡單，抗震的能力也不強。因此，當建筑物遇到強烈的地震發(fā)生時，就會產生不同程度的破壞和坍塌，從而造成嚴重的人員傷亡事故。為此，在設計高層混凝土建筑抗震結構的過程中，需要妥善落實建筑抗震性能的加固設計工作。在具體的施工過程中，施工人員要科學合理地分布建筑結構的剛度和強度，防止出現(xiàn)薄弱層。

5 結束語

綜上所述，隨著社會物質生活水平的提高，人們對于建筑的安全性和穩(wěn)定性有了更高的要求。因此，在設計高層混凝土建筑抗震結構的過程中，相關工作人員要綜合考慮多方面的因素，加強抗震防線的設計，提高基礎機構設計的合理性，保證建筑地基的平穩(wěn)性，全面提高建筑的抗震性能。