高层混凝土建筑抗震结构设计研究

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0引言

随着城市化进程的加快，城市人口的增加，高层建筑逐渐成为了建筑行业的发展趋势。而在高层建筑的发展过程中，高层建筑的安全问题也逐渐凸显了出来，如何提高高层混凝土建筑的抗震性能成为建筑行业需着重考虑的问题。但在提高高层混凝土建筑抗震性能时应首先明确高层混凝土建筑抗震结构设计的要求，才能抓住抗震设计的核心，提高高层混凝土建筑的抗震性能。

1高层混凝土建筑抗震结构设计的要求

高层混凝土建筑在抗震结构设计中应保证建筑在遭受强震的过程中不倒，在中等地震中经过维护还能继续使用，在轻微的地震中保持稳固，将损坏降低到最小。高层混凝土建筑抗震结构设计要达到抗震设计的要求，应做到刚柔并进，综合考虑建筑的受力情况，做好强剪弱弯的设计，并根据高层建筑结构的特点，进行具体的设计，保证高层混凝土建筑抗震结构设计符合要求。

1．1综合性要求

在对高层混凝土建筑进行抗震结构设计时应注意建筑的刚度设计要求，利用物理学中的力学知识合理判断结构设计中的力学特点，了解机械设备的运行、建筑材料的要求以及具体的施工场地。根据这些因素确定混凝土建筑结构设计中的刚度值，充分考虑各部分的建筑结构的连接设计，在设计过程中根据实际情况予以不断调整，逐渐提高高层混凝土建筑抗震结构设计的性能，使抗震结构的设计能够抵抗强等级的地震，即使建筑结构在发生轻微变形的情况下，建筑也能通过自我的调整，保证建筑的安全性［1］。

1．2具体要求

高层混凝土建筑抗震结构设计在规划设计环节，需要充分考虑各方面的因素，尤其应着重考虑关键部分的连接点作用与不同构件的受力情况，设计人员应根据要求，保证各连接点与构件在地震中能发挥其作用。而在刚度方面，应注意刚度值的具体要求，若高层混凝土建筑的刚度值过低，建筑在强震中会受到严重的破坏，直接损坏建筑的主体结构，而在地震过后余震的作用下，建筑很可能会直接倒塌。除了混凝土建筑抗震结构设计中的刚度值问题，建筑的延展性也应引起重视，保障建筑的强度与刚度在合理的范围内，促进高层混凝土建筑抗震结构设计效用的发挥。

2地震发生过程中高层混凝土建筑的破坏特点

2．1地基破坏特点

高层混凝土建筑在地震发生过程中，若地基的土层较软弱，地基会因土体的液化而发生沉降，进而破坏地基，造成建筑上部结构发生倾斜，最终使得建筑在地震作用下发生坍塌;除此之外，高层建筑若在一些危险地带修建，尤其是在一些泥石流、滑坡等多发地段，在地震发生时，危险地带在地震的作用力下会产生二次性伤害，导致建筑的基础发生不均匀沉降，引发建筑裂缝的产生，并在共振效应下，损坏建筑的上部结构，引发无可挽回的结果。

2．2结构体系破坏特点

高层混凝土建筑为框架填充墙结构时，在地震的作用力下，建筑整个平面中的内框架柱上部容易引发剪切型的破坏，窗洞会因窗下墙的作用引发短柱性的损坏。但建筑若为框架剪力墙结构则不易遭受严重的破坏。而在底框结构中，由于底层的刚度较低，在地震的影响才会遭受严重的破坏，并且使用的若是框架填充墙结构，底层的框架为敞开式的，在没砌墙时刚度也较低，也易遭受严重的破坏。

2．3刚度破坏特点

高层混凝土建筑的主体结构一般使用的是矩形平面结构，一旦发生地震，建筑内的电梯井会产生偏心作用，因此在强扭转振动下会加重地震的作用力，加重破坏程度。而对于一些不对称的平面结构中，地震产生的扭转振动会严重影响结构的稳定性，造成建筑的损毁。

2．4构件破坏特点

不同的构件有不同的抗震性能。在高层混凝土建筑的框架剪力墙结构中，板与梁更容易遭受破坏，而剪力墙的窗台下部位置也容易产生交叉裂缝;但框架柱由于设置了螺旋箍筋，加大了层间的位移角，因此，在地震作用下不易遭受破坏。

3加强高层混凝土建筑抗震结构设计的方法

3．1做好建筑主体结构的基础设计

建筑主体结构的基础设计是建筑结构抗震性能提高的最基本问题，因此应重视建筑基础的设计。在设计过程中应注意将结构相同的单元设置在地基性一致的地面上，并保持结构一致，对于地基位置上较软弱的土层应进行处理，以免承载力的不同引发地基沉降，并运用适当的处理方法增加地基础结构的刚度，加强基础承载力的同时，使承载力保持在一致的水平上。并且应注重底框的运用，因为底框虽然经济实用，运用用途广，但结构体系分布不均匀，易引发结构的不均匀变形，甚至在严重的地震作用下，造成建筑部分开裂。因此，在使用底框时应在设计时增加一些措施以使底框能保持较均匀的刚度，避免不均匀造成变形的出现。

3．2增加抗震防线的设计

高层混凝土建筑的抗震结构并不是由某一部分构成的而是由不同的延性分体组成的，并且不同的延性分体并不是单独的工作，例如框剪结构是由剪力墙和框架分体组合而成的多肢剪力墙结构体系，在通力合作下能在余震过程中发生作用，增加建筑的抗震性能。而增加抗震防线的重要性在于即使一道防线破坏，另一道防线也会继续发生作用，减轻地震对建筑的破坏。因此，设计人员应建立一个由多构件组合而成的抗震防线体系，保证同一平面内的主要构件屈服，其他的抗侧力部件能在发生弹性时，延长主体结构屈服的力度与时间，保证主体结构较强的延性以及抗侧移性。此外，在设计过程中，若有的构件出现抗侧移值过大的状况，减弱了其他构件的强度，应适当增强构件的抗侧移能力，在设计中注意多重抗震防线的设计［3］。

3．3综合多种抗震计算方法

在对高层混凝土建筑抗震计算中，位移计算的正确性不容忽视，并且应对结构设计方案进行定量分析，控制主体结构的变形量，保证在中、低地震等级中，建筑的主体结构不会发生变形。在计算主体结构的承载力过程中，应对高烈度地震中结构的层间位移以及延性位移进行实时性的计算，具体算出建筑构件位移与结构变形间的关系，得出建筑主要构建的变形值，并对建筑截面的应变情况予以分析，计算得出构建的合理构造值，最大限度的降低主体构件在地震发生中的破坏程度。

3．4抗震的加固设计

在高层混凝土建筑抗震结构设计中，因主要构件应满足一定的延性要求，在楼层较高时，通过调节轴压比以增强构件的延性，但轴压比又不应过小，否则会造成结构短柱，延性也会受到影响，在高强度的地震作用下，造成建筑的坍塌，因而应进行加固设计。首先，在地震的加固设计中应选择螺旋复合箍筋，因为螺旋复合箍筋能有效地提高建筑中柱子的抗冲击力，从而提高短柱的抗震能力。其次，框架柱的抗剪能力应与强剪弱弯以及剪压比相对应，并且柱子顶端的抗弯能力应在强柱弱梁值的范围内，使短柱在强柱弱梁或强剪弱弯时也不会破坏剪切性，增加建筑的抗震力度。最后，因为短柱的抗剪性较弱，在地震中常出现在抗弯能力还没起作用时已发生了剪性破坏，所以在设计过程中应减少短柱的抗弯能力，使其与抗剪力保持平衡，在地震发生时满足短柱的抗弯屈服。但为了减弱短柱的抗弯强度，将柱子沿竖向设缝的情况，将其划分成多个分体柱，并利用通缝或分隔板等连接键，增加建筑构件的抗震性能，促进建筑的抗震加固设计。

4结语

高层混凝土建筑抗震结构设计的重要性是不言而喻的，只有明确抗震设计的要求并根据具体建筑结构的抗震特点，才能在设计的过程中结合建筑各体系的破坏特点，有针对性地提高高层混凝土建筑的抗震结构设计，减轻地震对高层混凝土建筑结构的破坏，从而保障人们的生命财产安全。

作者：李璐 单位：太原理工大学建筑设计研究院