高层混凝土建筑抗震结构设计解探讨

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摘要:针对高层建筑的安全问题，在优化设计的理念下，结合新技术、新观点，从高层建筑的设计原则和设计内容两方面展开论述，以期提高抗震结构的设计水平，促进我国高层建筑抗震结构设计技术的发展。

关键词:高层建筑，抗震，结构设计，传力体系

中国人口问题是整个社会的问题，如何安置这么庞大的人口数量，建筑业承担着巨大的考验。老旧房屋占地多，抗震性能低，在舒适性上也达不到日益增长的居民要求，所以高层建筑的出现可以很好的解决这个矛盾，在保证舒适度的前提下，如何安全合理的建造高层建筑就显得尤为重要。近二十年，我国高层建筑的建造速度让世界惊叹，随着设计水平和施工水平的提高，高层建筑的种类和结构形式层出不穷，但是说到根本，抗震性能才是高层建筑尤为应当重视的问题，随着抗震规范的不断更新，对于高层建筑的要求也越来越严格，加之现在兴起的隔震减震技术，也为高层建筑的抗震性能提高了一个新的台阶。

1设计原则

1)保证建筑物整体性。建筑物由竖向受力构件和水平受力构件组成，两个方向要保证整体性，同样两个方向之间要求连接的整体性。墙体为竖向受力构件，梁为水平受力构件，楼板将所有构件连接，使构件协同工作。在抗震规范中，对于楼板开洞的面积比有严格的要求，就是要防止楼板不连续，建筑物整体性差，所以对于楼梯间和电梯间区域，由于楼板开洞面积较大，设计时需要在洞口周边加强，也是保证整体性的要求。而且连续的楼板可以提供很强的抗侧力，保证各抗侧力构件的受力传递，促进协同工作，一同承受地震力。对于错层、大面积开洞的情况，我们设计时要尽量避免，对于方案确实要求的，必须增加牢靠的构造措施，考虑楼板不连续带来的整体性问题。2)保证建筑物传力体系简单。结构设计中，传力体系是一个建筑合理的必要条件，在规范中也有明确的规定。我们常常说的计算简图，就是要求结构形成简单的受力传力体系，在建筑物承受地震荷载时，各受力构件通过清晰的传力路径，将地震力分级化简并分别承受。对于高层建筑，只有合理简单的地震作用传递路径，才能在计算模型中精确的模拟出内力和位移，便于准确的分析受力构件的分配情况，使设计更加与真实情况符合，达到地震作用的可靠预测。3)保证结构设计参数的正确。对于高层建筑，常用的结构设计软件有PKPM和YJK，这两个软件对于常规的建筑建模输入内容大同小异。对于一个高层建筑计算的准确性，首先保证各项参数的准确。比如:抗震等级、构造措施是否提高一度、嵌固层位置、场地等级、底部加强区的划分等等。此外，建筑荷载、风荷载也是考虑的重要因素。一个小小的参数勾选，直接决定了整个建筑模型的真实性，所以在结构模型输入时要尤为细心，并且对于结算结果要有甄别。

2设计内容

1)选址的正确性。万丈高楼平地起，一个高层建筑的地基及周边场地的情况对于高层建筑的安全尤为重要，也是首当其冲的。在进行建筑场地选址的时候，需要进行震害评估和环境评估，对于场地是否处于地震断裂带、是否存在泥石流滑坡尤为要避免，对于地基土层的不良性，如湿陷性、液化性、软弱性，若避免不了，需严格按照地基处理技术规程的相关要求进行地基处理。这就要求地质勘查报告的准确性和客观性，尤其是高层建筑，下部土层分布、厚度、种类和性状一定要探查清楚。经过地基处理的高层建筑，一定要设置多道防线，不仅依靠地基处理，还应对基础的整体性和上部结构的整体性予以加强。要把地震力恰当的模拟到建筑物各个受力构件，采用分项系数法，系统性的提高各构件的抗震能力。适当提高抗震措施，有利于提高不良地质土层上高层建筑的安全性和抗震性。2)控制高层建筑的层间位移角限值。在抗震设计时，高层建筑的模型分析结果中层间位移角是个重要的评判指标，也是定量的指标，旨在满足地震作用下高层建筑的变形性能。在对建筑结构的承载性能进行验算的基础上，对建筑结构在地震作用下的层间位移角限值、位移延性比进行科学合理性的掌控。尽量保证安全合理。此值应小于并接近规范要求的限值视为最优方案，同样要满足两个方向的位移角限值相近的原则，保证建筑在两个方向承受地震力的能力相当，切忌出现不均匀的现象。这个值的关键在于竖向受力构件的布置分布情况、混凝土强度和构件尺寸，根据SETWA验算结果，分析建筑抗力分散情况，合理输入参数，将地震给高层建筑造成的影响减少到最小。3)隔震与减震的运用。近几年，隔震减震技术蓬勃发展，我省住建局提出了强制性要求，就是中小学和医院新建项目对于隔震减震的设置要求。运用隔震减震可以提高建筑的延性，也属于抗震措施的一种，对于整个建筑在承受地震力时的能量消耗起到一定的作用，但这个作用的定量性较难，虽然现在的YJK软件可以模拟隔震减震构件的输入，但在计算分析时，也是模糊的。所以现在高层建筑减震隔震设计还停留在构造和概念阶段，对于定量的消耗地震力需要大量的实验数据进行验证。4)结构体系的选择。结构体系，是受力体系，也是传递荷载的体系，关系到建筑物安全。高层建筑结构设计中，结构体系的选择是一个建筑合理经济的根本。对于住宅，要求的墙体构件较多，纯剪力墙结构很适用;对于办公楼、综合体建筑，筒体结构可以很好的满足使用功能;对于超高层、超限工程，钢结构是不二之选。在选取合适的结构类型过程中，我们要保证结构安全的前提下，尽可能的满足建筑使用功能。随着我国钢材生产量和质量双双提高的情况下，很多新兴的结构形式，比如钢骨混凝土结构、钢结构、钢管混凝土结构为高层建筑所用，这样既能够使得构件截面尺寸大大缩减，又对于建筑结构抗震性能的改善是非常有利的。5)结构自重的控制。地震力作用的大小，与结构自身重量有着紧密的联系，相同条件下，建筑质量大的，地震力破坏也就越大。地震力就是根据质量越大，分配越大的原则进行分配的，所以在结构设计时，控制个别构件的自身质量，有利于地震力平均分配。这也就是我们在建模时，要在过长的墙段上开洞，就是为了减小它的整体刚度，避免地震力的聚集。研究表明，合理优化建筑自身重量，对于控制成本、控制安全都是有好处的。为了极大限度的减轻建筑物自重，需要对于填充墙体的材料进行优选，既要满足使用需要，又要满足强度要求，所以新型建筑围护材料的出现有效的帮助了结构设计师。6)多道防线齐抗震。安全体系其实就是防御体系的设置，对于一个高层建筑，一道安全体系很难保证建筑的安全，当遇到偶然荷载或破坏冲击荷载的情况下，一道体系的破坏会导致整个体系的失效，所以我们在抗震设计时常采用两个或两个以上的体系共同组成的结构抗震体系。因为大震常伴随着余震，火灾常伴随着水患等等类似的灾害都会伴随着其他问题，所以要防止当某一结构损伤引发结构的整体坍塌。在高层设计时，剪力墙作为竖向受力构件，我们采取“大分散小集中”的方式来布置，就是为了最大限度的保证结构构件冗余度。对于混凝土结构，还要建立完整的屈服体系，也就是主要受力构件，要具备较高的延性和刚度，在受到地震时，可以在第一道防线损坏的情况下，还有第二道、第三道防线。

3结语

中国，继续以高速发展屹立于世界，将会是世界上建造高层最多的国家，每一种材料，每一种结构形式都需要进行抗震分析，尤其是抗震对材料的要求也会尤为突出。我们设计人员不仅仅要会使用常用的结构分析软件，也要专研一些高级别的结构软件，提高对抗震分析尤其是整体结构分析的准确性。还要提高模拟到实践的结合方式，不断改进建模手段，强化模型合理化，即从线性分析向非线性分析的转变，从确定性分析向非确定性分析的转变，从振型分解反应分析向时程分析法的转变。高层建筑的安全与社会的稳定密不可分，高层建筑的安全也体现了一个设计师的水平。在抗震设计的过程中，需要各专业从自己的角度提出合理化的建议，在高效配合的前提下，完成抗震设计。设计优劣也是施工的根本，在优化设计上，要结合新理念、新技术，提高对高层建筑抗震结构的设计水平，进而促进我国高层建筑的抗震结构设计技术的发展。

参考文献:

［1］祝英杰，谷伟．结构抗震设计［M］．北京:北京大学出版社，2009．

［2］华颖．抗震概念设计在高层建筑结构设计中的应用［J］．中华民居，2013(6):78-80．•42•

作者:郭雪 单位:山西晋设拓凡建筑设计咨询有限公司