试论高层混凝土建筑抗震结构设计

张强　李鹏飞

摘要：本文从当前混凝土建筑抗震设计中存在的问题出发，对混凝土结构建筑抗震结构设计的有效措施进行了分析和讨论。

关键词： 混凝土结构； 抗震结构； 设计

前言：混凝土结构是现代建筑中最为常见的结构形式，具有整体性好、可模性好、耐久性和耐火性好，造价低，维护成本低的优点，因此得到了非常广泛的应用。抗震结构设计作为混凝土结构建筑设计的重要内容，直接影响着建筑整体的抗震性和稳定性，需要建筑设计人员的充分重视。

1 建筑抗震结构设计的必要性

在建筑设计，尤其是高层建筑设计中，做好抗震结构设计是非常必要的。在当前經济发展的带动下，我国的城市化进程不断加快，城市规模的扩大和城市人口的增加使得城市的人地矛盾日益凸显。在这样的背景下，高层建筑得到了迅猛发展，并且迅速成为城市建筑发展的主流方向。但是，建筑高度越高，其自身的重量也就越大，对于震动的抵抗能力越差，如果高层建筑的设计还按照普通建筑设计的方法，一旦遭遇地震，必然会导致建筑的损坏或倒塌，引发严重的后果。因此，在设计人员应该充分重视建筑抗震结构设计，确保结构能够在强度、刚度、延性等方面达到最佳，实现“小震不动、中震可修、大震不倒”的目的，保障建筑的使用安全。

2 建筑抗震设计中存在的问题

从当前的发展情况看，我国在建筑抗震设计中，存在着一些不足和问题，需要相关人员的充分重视。这些问题主要表现在：

（1） 缺乏全面的地质勘查。许多建筑工程在设计初期，并没有对拟建场地进行全面的地质勘查，存在着地质资料不全的问题，影响了地基设计的合理性，从而给建筑整体结构带来了很大的安全隐患。

（2） 缺乏可靠的建筑材料。对于建筑工程而言，结构材料直接决定了建筑整体的性能和质量，在相同条件下，材料性能越好，则建筑整体的稳定性和质量也就越好，抵抗地震作用的能力也越强。但是当前许多建筑设计和施工单位为了减少施工成本，往往会选择质量相对较差的材料，虽然能够满足建筑的质量要求，但是其抗震性能难以保证。

（3） 缺乏合理的平面布局。在抗震设计中，要求建筑的平面和立面布局应该规整、对称，确保质量分布和刚度变化的均匀，这样才能保证建筑整体的抗震性能。但是，当前许多建筑在平面设计中存在着严重的不对称现象，影响了建筑的整体刚度及抗震性能。

（4） 缺乏规范的防震缝设计。根据相关规范和标准，当高层建筑存在以下三种情况时，需要设置相应的防震缝： 一是平面各项尺寸都超过了《钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规程》的限值而且没有相应的加强措施； 二是各部分结构的刚度或者荷载相差悬殊同时也没有采取相应的应对措施； 三是建筑存在较大的错层。而从目前来看，许多建筑在设计过程中，并没有重视防震缝的设计，严重影响了建筑整体的稳定和安全。

3 混凝土结构建筑抗震结构设计的有效措施

在混凝土结构建筑抗震结构设计中，需要满足两个方面的需求，一是刚度需求，设计人员必须明确建筑施工现场的地形地貌、建材特性等，对建筑整体结构的刚度进行合理设计，同时以建筑结构的连接设置为辅助，对其进行一定的调整，提升建筑的抗震性能； 二是受力需求，根据地震灾害数据显示，如果混凝土建筑刚度比较柔软，则其在地震作用下，主体结构会出现严重损坏，甚至可能导致崩塌。因此，应该充分考虑建筑结构中连接点和构建的受力需求，采取合理有效的措施，进行相应的减震消灾。在现有技术条件下，混凝土结构建筑的抗震结构包括抗震层、防震缝和抗震支座等，这里分别对其设计进行简要分析。

（ 1） 抗震层。抗震层一般位于建筑基础的顶部，是最为基本的抗震构造形式，能够最大限度地对地震能量进行隔离，从而保证建筑的使用安全。在实际设计中，为了保证安装和维护的便利性，需要在抗震层顶部梁底与基础面之间留出 0. 8m 以上的空间。从建筑功能方面分析，为了对抗震层顶部的楼板进行有效利用，可以以地下室或者半地下室的形式，将抗震层设置在地下室柱顶或者墙顶。同时，为了对构件的受力情况进行改善，当水平剪力较大时，可以在柱体中设置相应的减震器，将抗震层的剪力和弯矩分别传递到柱或者墙的上下端。

（2） 防震缝。防震缝是指为了防止地震对于建筑的破坏，在适当位置设置的缝隙，可以将建筑分为若干形体简单、结构刚度均匀的独立部分。简单来讲，防震缝是为了减轻或者防止相邻结构单元在地震作用下相互碰撞而预先设置的间隙。通过设置防震缝，可以对复杂的建筑结构进行分割，形成相对规则的结构单元，从而减少建筑的扭转、改善结构抗震性能。在对防震缝进行设计时，设计人员应该结合实际情况，保证其宽度的合理性，如果完全按照规范要求，则在强烈地震作用下，仍然可能会发生碰撞； 如果防震缝宽度过大，则会影响建筑立面设计。对于体形相对规则的混凝土结构建筑，可以不设置防震缝，而如果建筑的结构非常不规则，而且建筑场地并没有限制，则应该设置防震缝，同时防震缝的宽度应该能够满足抗震支座在遭遇强烈地震时的位移要求，并考虑建筑与周围构造物之间可能出现的相对运动。

（ 3） 抗震支座。抗震支座多用于地震影响比较大的部分或者伸缩梁较大，需要通过滑动释放内应力的部分。通常来讲，要想保证对地震作用的有效隔离，抗震支座必须具备几个方面的性能，一是应该能够承担上部建筑的荷载，同时变形较小，具备良好的竖向刚度和竖向承载力； 二是在水平方向上必须具备较小的水平刚度，以延长结构的自振周期，减少上部结构的加速度反应及下部结构的层间剪力； 三是必须有适当的阻尼，以限制结构位移； 四是抗震支架的使用寿命不能少于建筑结构的使用年限。对于建筑设计人员而言，不仅需要熟悉抗震支座的各项性能，而且还应该熟练掌握其实验方法，以保证抗震支座的耐久性和相关力学性能。

在对抗震支座进行设计和选择时，通常需要注意以下几个方面的内容： ①地震波设计： 指通过人工地震波的方式，对抗震支座的性能进行检验。假定地震震级为 8 级，震中距 50km，则在弹性分析时，输入速度为 25cm/s，在弹塑性分析时，输入速度为 50cm/s。②抗震装置计算：在输入地震波对抗震装置的相关参数进行计算时，去大震时固有周期目标值为 3s，等效粘性阻尼比的目标值为 10%。③上部结构截面计算： 采用基于长期应力和一次设计用剪力的地震应力，对上部结构的构件进步性容许应力设计。此时，以一次设计用建立超过输入 25cm/s 的地震反应建立； 当输入波为 50cm/s 时，以上部结构基本上不屈服为目标进行设计。④设计准则： 对应地震动为 25Cm/s 和 50cm/s 的地震反应分析，对于抗震支座最大位移量的确定方法为： 取叠合橡胶垫的容许水平位移 37.5mm 的 1/1.5 为输入波水平达 50cm/s 时的最大位移，再取此值的 1/1.5 为输入水平达 25cm/s 时的最大值。

4 结语

总而言之，在经济发展的带动下，我国的建筑行业得到了飞速发展和进步，高层建筑的不断涌现，对于建筑的稳定性和安全性也提出了更高的要求。在混凝土结构建筑中，做好抗震结构设计是非常重要的，直接影响着建筑整体的稳定和安全，需要相关设计人员的充分重视。

参考文献：

[1] 梁爱莉；建筑结构概念设计及应用[J]；彭城职业大学学报；2001.04；

[2 ]张强；非线性建筑结构的抗震控制研究[D]；天津大学；2008；

[3 ]宁小东；高层建筑方案阶段的结构概念设计[J]；邵阳学院学报（自然科学版）；2006.02.