高层混凝土建筑抗震结构设计探讨

严栋

【摘 要】为了提高土地利用率，高层建筑不断被建设，面对地震，高层建筑物面临的威胁更大，安全性受到更大的影响。但是由于高层建筑抗震设计属于繁重而复杂的过程，需要从多方面同时入手，因此，在进行抗震结构设计时应当对高层建筑所处的地质和环境进行详细的分析和研究，选用适合的抗震结构，进而提高高层建筑的抗震能录，提高建筑物的安全性。

【关键词】高层；混凝土建筑；抗震；结构设计

一、高层建筑结构的特点

高层建筑从直观上来说规模较大，所需的成本也较高。高层建筑从本质上来看是一种处于竖向的悬臂梁的建筑结构，其垂直载荷可使该结构产生一定的轴向力[1]。由于高层混凝土建筑和其本身结构是成线性关系的，因此导致建筑结构产生一定的弯矩。对高层建筑而言其垂直方向的荷载一般是不会产生很大的变化，只是随着建筑的层数的增加而导致高层建筑在垂直方向的荷载数量上的增加。如果高层建筑自身荷载分布是呈均勻分布的话，高层建筑和弯矩之间即会产生一种二次方变化的关系，对高层建筑而言其侧移性在竖直方向上的偏移量都较少，如果高层建筑的水平方向的荷载是处于均匀分布的状态则此时高层建筑的水平偏移量即会和高层建筑的具体高度产生四次方的变化关系。综上可知，对高层建筑而言对其影响较大的荷载主要是高层建筑的水平荷载。在高层混凝土建筑的水平荷载作用的过程中会产生一定程度上的剪应力、拉应力和弯矩。因此在高层混凝土建筑过程中需要在保证高层建筑有较大的抗压强度的同时还需要保持一定的结构刚度。从而保证高层混凝土建筑在增加高度的同时能够将高层混凝土建筑的水平偏移量控制在合理范围之内。

1、选择正确的结构体系

高层建筑在设计过程中在充分考虑建筑的实际功用的同时也还需要考虑一下建筑高度和建筑实际抗震性能之间的关系，在合理建筑高度和较好抗震性能之间选择一个平衡点，考虑上述要素之后还需要综合考虑楼层建筑所处的具体环境，综合上述因素之后选择一个最优的建筑结构设计方案。在建筑结构设计过程中常用的建筑结构主要由以下三种类型：框架、筒体、剪力墙和剪力-板柱墙建筑结构体系。当建筑结构采用框架式结构进行设计时需要在设计过程中能够灵活的布置和设计建筑室内的空间。框架式的结构建筑体系适合那些建筑层数不多，总体建筑高度较低，并且建筑的水平方向的荷载对建筑本身并不会产生较大的影响建筑进行设计。在实践过程中可以得知，框架式的结构建筑是一种主要是以剪应力为基础的柔性的建筑结构，这种建筑结构在实际设计过程中受到的限制很多，主要是适用于那些建筑高度较低并且不需要抗震特性设计的场合。这种建筑结构在实践过程中主要依靠建筑结构中的混凝土墙来承受建筑结构中的所有水平方向和竖直方向上的载荷，也就是所谓的刚性结构。建筑剪力墙自身的结构强度较大，同时抗侧向弯曲强度比较大，虽然建筑本身在水平力的长期作用情形下会产生比较大的侧向变形，但是这种建筑结构在实际中的整体空间效果还是比较良好。相互对比一下，这种建筑结构在实际设计过程中设计的剪力墙自重比较大，因此很难满足用户对入住建筑空间的整体预期。当建筑结构中采用框架-剪力墙形式的结构时，可以在实际设计过程中增加剪力墙的结构设计，也就是一种刚柔相济的一种建筑结构形式。在这种建筑结构形式中需要框架和剪力墙一起来承担起建筑本身的水平方向的载荷，但是由于框架和剪力墙在刚度方面存在比较大的差异，因此在实际称重过程中产生的变形情况也是不同的。所以在实际过程中需要对建筑结构中的各楼层的变形量进行适当的控制来保证剪力墙和框架承重过程中产生的变形量之间的协同。对建筑结构而言，剪力墙在受力过程中主要是弯曲变形，结构受力主要是剪切变形。通过变形之间的稳定有效的调节可以使框架在剪力墙的有效协助下能够实现抗震的效果。同时因为这种结构的抗震效果能够非常突出的表现剪力墙和框架各自的优点，因此非常适用于各种各样的建筑结构使用。对于板柱结构形式的建筑结构来说其在实际过程中可以适当性的加入一些类似井筒之类的构件，并且在实际承重过程中，建筑结构中的侧向力主要是由剪力墙构件来承担，所以在实际中建筑结构的侧向强度能够产生很大程度上的提升。在实际应用过程中这种建筑结构形式主要是应用在7、8级抗震建筑中，但是需要注意一点即是在实际过程中这种结构形式应用的楼层高度不能太高。

2、加强高层结构的有效布设。对于高层独立的具体单元而言，在设计过程中应当充分保证建筑结构的具体简约性、刚度和规则性，并且还需要保证建筑结构在承载载荷过程中受力均匀。同时对于建筑结构的竖向的体型来说应当在实际设计过程中保证其竖向体型的均匀性和规则性，这种要求能够避免出现较大的内收、外挑。至于建筑结构的侧向上的刚度来说其在设计过程中最好保证建筑外形是上大下小，变化需要均匀。并且还需要符合一定的规范。首先，在设计建筑结构中应该保证设计建筑能够承载住预期的载荷，保证建筑结构所需的刚度及变形能力，同时在设计过程中需要及时避免由于建筑结构本身的原因而导致建筑结构丧失了承受建筑载荷的能力。其次，对于建筑结构在实践中经常出现问题的一系列较薄的位置需要进行相应的调整和改善。最后，建筑结构的竖直方向上的承载能力和刚度应该分布合理化，避免由于建筑结构局部的变形或者是局部的扭转而产生了一系列负面影响。

二、高层建筑的结构在抗震设计上的基本方法

为了减少地震的能量输入，可以将高层建筑的建造场所设置在场地比较厚实的场所，达到在地震产生时减少对高层建筑的损伤的目的。现在建筑当中采用的抗震结构设计基本上都是传统形式的抗震结构体系，也就是所谓的“延性结构体系”，在实际设计建筑过程中需要能够适当的掌握建筑结构物的刚度。在实际设计过程中可以提高建筑结构的阻尼，在选用建筑结构材料时可以采用一些具备高延性的构件，从而能够提高建筑结构的实际过程中的耗能的能力，减少地震产生时对建筑结构的冲击作用，从而减少建筑楼层在地震发生时产生的剪力。高层建筑设计时，结构材料的选择是非常重要的，要尽可能的选用抗震能力较好的抗震材料，从而改变过去那种只对结构抗震的可靠度做考虑研究而无视其他因素。

1、抗震结构基本方案。高层建筑由于和低层建筑在受力方面有较大不同，因此在设计高层建筑过程中不仅需要保证高层建筑的合理结构刚度还需要保证高层建筑结构良好的抗震性能。在建筑结构抗震设计过程中实质上即是减少地震能量对建筑物的冲击，达到抗震的目的。为了达到这一目的在实际建筑结构抗震体系设计过程中需要注意以下一些问题。在设计抗震层时抗震层顶部和基础面之间的间隙至少需要达到0.7米，同时为了充分利用建筑的使用功能可以将维修层改造成地下室，此时将地震层放置在地下室的墙顶或者是柱顶中即会达到比较好的效果。当在设计过程中要想获得较良好的构件受力的情况，并且水平方向上的剪力又是比较大时，此时应将抗震器放置在地下室的柱中。

2、抗震性能提高策略。在设计工程建筑过程中由于高层建筑和低层建筑在建筑受力方面有着很大的不同，因此在实际设计过程中对一些处在地震频发区域的高层建筑要将建筑结构的刚度，强度，建筑的可变形量控制在合理范围内，在达到抗震功能要求的同时进行最大程度上的外形优化。在设计建筑结构的框架形式当中需要保证抗震结构设计中节点不会轻易受到外界的破坏，同时需要保证抗震结构设计过程中的梁柱顶端自身的塑性要尽可能的分散，只有这样才能够充分发挥建筑结构整体的抗震性能。

总结：

地震发生具有随机性、强破坏、伴随余震次数多等特点，给社会带来巨大的损失，而建筑抗震能力的强弱直接关系着人们的生命财产安全。因此，结构工程师在规划高层混凝土建筑结构时，应该充分研究以往地震对建筑作用的资料，在各面了解建筑的施工技术、工艺流程、管理、经济、实用性能的基础上，采取合理有效的对策增强其结构的抗震性能，使其具有良好的抗震效果。

参考文献：

[1]孙小华，余军.高层混凝土建筑抗震结构设计探析[J].城市建筑，2013（10）：52.

[2]王牧春.谈高层混凝土建筑抗震结构设计[J].中国建筑金属结构，2013（06）：180.

[3]梁兴文，邓明科，李晓文，等.钢筋混凝土高层建筑结构基于位移的抗震设计方法研究[J].建筑结构，2013，