关于高层混凝土建筑结构的抗震设计探讨

陈英鹏

（佳木斯市建筑设计研究院，黑龙江 佳木斯 154002）

1 高层混凝土建筑抗震结构的抗震性能的研究

高层混凝土建筑抗震的基本理论分为三个部分：拟静力理论是假定建筑结构为刚性，地震力的大小相当于建筑结构的重量乘以一个定量的比例常数；反应谱理论是以强地震动加速度的观测和对地震地面运动特性的了解；动力理论是把地震看做一个时间过程，选择有代表性的地震动加速度作为地震动输入，观测建筑物每一刻的地震反应，进而知道高层建筑的抗震设计工作。

2 高层混凝土建筑抗震设计中需要注意的问题

从高层混凝土建筑地震的形变特征来看，由于地震造成的结构破坏有两种原因：一种是一次超越型，即由于地震振动引起的结构位移超过结构的变形承受的能力，最终使结构的强度下降导致高层建筑在地震作用下倒塌；另一类是反复损伤型，在地震的作用下引起结构的弹性和塑性变形循环，结构因损伤累积以及低周疲劳效应而破坏。高层建筑的防震底盘和裙房顶面与主楼相接处面积突然减小时，即相邻楼层质量突变较大时，则造成反复损伤类型的地震损坏；建筑结构的平面布置不合理，电梯井等抗侧力构件存在偏心的布置，因发生扭转振动而使震害加重，就导致建筑结构的反复损伤。钢筋混凝土结构在整体设计上存在较大的不对称性，钢筋混凝土多肢剪力墙的窗下墙通常会出现斜向或交叉裂缝，使得这些结构存在着层间屈服强度。在强烈地震作用下，结构的薄弱层率先屈服，弹塑性变形急剧变大，并形成弹塑性变形集中的现象。

高层混凝土建筑最初设计阶段缺乏岩土工程勘察资料或资料不全，一些设计师在初审通过之后就直接进入了施工图设计阶段，没有岩土工程的前期勘察资料，使得设计缺少最重要的设计缺少了必要的依据，如果选取的参数再计算过程中出现问题，则结构设计和工程预算的相应参数需要重新选取。除此之外，如果不能正确选取建筑施工场地和施工技术也会对高层建筑的抗震能力造成负面影响，包括以下几点：（1）选取的地基不合理，高层建筑开发商不能正确的选择地基，没能避免选在两类土壤上和避开不利地形、不采用震陷土作天然地基，甚至有些地基建在断层、山崖、滑坡、地陷等抗震危险地段；（2）选用的材料不科学，导致体系结构不合理。我国建筑结构变形控制要以钢筋混凝土结构的位移限值为基准，其中主要以钢筋混凝土核心筒建筑形式为主，但因其弯曲变形的侧移较大，靠刚度很小的钢框架协同工作减小侧移，不仅增大了钢结构的负担，而且效果不大，有时不得不加大混凝土的刚度或设置伸臂结构，形成加强层才能满足规范侧移限值，但是这样还常常会出现部分建筑物高度过高，在震力作用下，超高限建筑物的变形破坏性会发生很大的变化，使得高层建筑物的抗震能力下降。

3 高层混凝土建筑抗震的设计方法

3.1 选取合理的建筑结构参数，对于复杂结构进行多遇地震作用下的内力和变形分析时，应采用不少于两个不同的力学模型，目前主要有两种计算理论：剪摩理论和主拉应力理论，它们有各自的适用范围：砖砌体一般采用主拉应力理论，而砌块结构可采用剪摩理论。先计算出结构在弹性状态下的地震作用效应，与风、重力荷载效应组合，并引入承载力抗震调整系数，进行构件截面设计，从而满足第一水准的强度要求。其次是选择建筑场地时，应掌握地震活动情况，根据工程地质和地震地质的有关资料，对抗震危险地段作出综合评价。对地震多发地段，应提出避开要求，当无法避开时应采取积极有效的措施，仔细的划分高层建筑地段的岩石、半岩石和密实的地基土对房屋抗震最有利，是最好的建筑场地；而松软的粘性土，尤其是易发生砂土液化的地区，都对房屋的抗震不利。同一结构单元的基础不宜设置在性质截然不同的地基上；同一结构单元不宜部分采用天然地基不采用桩基。

3.2 在高层建筑中设置多道抗震防线，强烈地震之后往往伴随多次余震，如只有一道防线，则在第一次破坏后再遭余震，将会因损伤积累导致倒塌。地震时高层建筑物的破坏程度，主要取决于钢筋混凝土结构变形的程度。多发地震的高层钢筋混凝土建筑的抗震要求按延性框架结构进行设计，所以建筑结构的承载力与刚度须加强结构局部薄弱区，保证了建筑构造的整体性和变形能力，才可以减少地震的破坏性，提高了建筑的抗震力，综合考虑抗震的多道防线，尽量避免薄弱层的出现，加强概念设计，以理论概念指导正常使用极限状态的验算等。在高层建筑的结构设计中始终要重视构件的延性性能，加强薄弱部位；合理控制钢筋的锚固长度，尤其是钢筋的直线段锚固长度，考虑温度应力的影响。

3.3 高层建筑混凝土结构在设计是要注意按规整、对称、均匀等原则考虑平面的布置，高层结构各楼层的侧移发生在水平地震作用下，其中包括整体弯曲变形、剪切变形、整体平移和整体转动，对不同的结构应采取不同的措施以控制结构的变形。减小结构侧移的途径主要有：减小框架的柱距和梁距，采用弯双重抗侧力体系，设置刚臂，竖向支撑的交错布置，变平面构件为立体构件，围护结构参与抗震，倾斜立面的利用，扭转体型的应用，双曲线圆筒的应用，加大房屋等有效宽度。在抗震设计中有意识、有目的地控制薄弱层(部位)，使之有足够的变形能力又不使薄弱层发生转移，这是提高结构总体抗震性能的有效手段。

4 结语

高层建筑混凝土结构是我国主要的建筑结构形式之一，如何设计好高层建筑混凝土结构的抗震结构是我国当代社会所要考虑的重要问题，作为建筑设计人员，在高层建筑的前期要做好地基勘探工作和计算设计工作，主义建筑的平面布置和混凝土材料的选用，加强高层建筑混凝土结构的防震功能。

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[2]李国强，张洁.上海地区高层建筑采用钢结构与混凝土结构的综合经济比较分析，建筑结构学报，2000，21(2):75-79.