高层混凝土建筑抗震结构设计探究

袁贝贝

（新疆四方建筑设计院有限公司 新疆 830042）

高层混凝土建筑抗震结构设计探究

袁贝贝

（新疆四方建筑设计院有限公司 新疆 830042）

进入新时期以来，随着我国城市化进程日益加剧，当前高层混凝土建筑作为有效缓解城市建设用地紧张的重要建筑形式而实现快速发展。然而需要注意的是，当建筑物高度越高时，其抵抗诸如风或地震的能力与建筑物高度成反比，并且我国部分地区属于地震频发带，因而做好高层混凝土建筑抗震设计已经成为广大建筑企业的重要工作之一。因此，本文将对结构以及地震作用下破坏的特点展开论述，并在此基础上探究出一些高层混凝土建筑抗震结构设计策略。

高层混凝土；建筑抗震；结构设计；对策

一、高层混凝土建筑的结构及其地震作用下破坏特点概述

1.高层建筑结构

通长情况下，将建筑物高度大于28米，且楼层数大于10层的混凝土建筑称之为高层混凝土建筑。从专业角度而言，高层混凝土建筑结构即竖向悬臂结构，其所受到的轴向力与弯矩是由垂直荷载与水平荷载所造成的，建筑轴向力与高度是一种线性关系，随着高度的增加，其所受到的轴向力也会随之增大，并且高层混凝土建筑的弯矩与水平位移和层数是呈现上升曲线的关系。由此可知，高层混凝土建筑结构的水平荷载的影响要远大于垂直荷载的影响，从设计上来看，水平荷载结构的抵抗能力较低，从而致使荷载产生拉应力、剪力以及弯矩，所以必须要求结构有一定的刚度。随着楼层的增加，还会产生侧向变形，因此在设计中，必须将其限制在结构范围当中。

2.地震作用下高层建筑的破坏特点

2.1 地基破坏特点

对高层混凝土建筑来说，其一旦遭受地震时会导致建筑地基因剧烈震动而产生不均匀沉降现象，该沉降不仅会造成建筑裂缝的产生，同时更会对其结构造成极大的破坏，更为严重的是当建筑结构自振周期与地震作用的周期接近时，会致使建筑结构因共振效应而遭受巨大破坏。此外，当高层建筑混凝土地基属于软弱土层地质时，在遭受地震时，其地基不均匀沉降程度会因土体液化而大于别的地质情况，这就意味其地基破坏程度也更加严重。

2.2 刚度破坏特点

建筑主体结构如果采用Y形或L形等不对称的平面形状，会在地震力作用下，极易产生扭转，使得地震破坏程度更为严重，所以建筑平面形状宜简单、规则、对称，质量、刚度和承载力分布宜均匀，减少偏小的同时平面长度也不宜过长，不应采用严重不规则的平面布置。体型复杂、平立面不规则的建筑，应根据不规则的程度、地基基础条件和技术经济等因素的比较分析，确定是否设置防震缝。

2.3 结构体系特点

结合实践来看，许多高层混凝土建筑结构多采用剪力墙以及框架剪力墙结构形式，这两类建筑结构在遭受地震作用时它们的结构体系破坏特点各有不同。剪力墙结构整体性好，刚度大，承载力要求也容易满足，但剪力墙间距不能太大，平面布置不灵活，不能满足公共建筑的使用要求，结构自重也往往比较大。剪力墙中的连梁在水平荷载作用下的破坏可分为两种，即脆性破坏（剪切破坏)和延性破坏(弯曲破坏)。连梁在发生脆性破坏时就丧失了承载力，在沿墙全高所有连梁均发生剪切破坏时，各墙肢丧失了连梁对它的约束作用，将成为单片的独立墙。这会使结构的侧向刚度大大降低，变形加大，墙肢弯矩加大，并且进一步增加P—Δ效应，并最终可能导致结构的倒塌。连梁在发生延性破坏时，梁端会出现垂直裂缝，受拉区会出现微裂缝，在地震作用下会出现交叉裂缝，并形成塑性绞，结构刚度降低，变形加大，从而吸收大量的地震能量，同时通过塑性铰仍能继续传递弯矩和剪力，对墙肢起到一定的约束作用，使剪力墙保持足够的刚度和强度。在这一过程中，连梁起到了一种耗能的作用，对减少墙肢内力，延缓墙肢屈服有着重要的作用。框架剪力墙结构是由若干个框架和剪力墙共同作为竖向承重结构的建筑结构体系。框架结构建筑布置比较灵活，可以形成较大的空间，但抵抗水平荷载的能力较差，而剪力墙结构则相反。框架一剪力墙结构使两者结合起来，取长补短，在框架的某些柱间布置剪力墙，从而形成承载能力较大、建筑布置又较灵活的结构体系。在这种结构中，框架和剪力墙是协同工作的，框架主要承受垂直荷载，剪力墙主要承受水平荷载。

二、高层混凝土建筑抗震结构设计策略探究

1.增设抗震防线

一般情况下，大型地震过后都会产生余震，因此，如果仅仅设置一道抗震防线，则一旦出现余震将该道抗震防线破坏，则极易对高层建筑的主体结构造成严重的破坏，甚至还有导致建筑倒塌的情况发生。因此，在设计时，设计人员可以采用增设抗震防线的形式来提高建筑的抗震能力，避免该类情况的出现。抗震防线的形式种类较多，可以采用框架剪力墙的结构形式。框架剪力墙是具有多道抗震防线的结构，并且性能较为稳定。其中，其第一道抗震防线即为剪力墙，同时，这也是最为重要的抗侧力构件。所以，在设计过程中，应尽量加设剪力墙的数量，以保证高层建筑结构具有较强的抗地震能力。除此之外，如果由于地震作用力过大而导致剪力墙发生开裂的情况，应将各层框架部分根据墙与框架的协同工作来科学分配地震剪力。

2.采取抗震加固设计

为了有效提高高层混凝土建筑抗震能力，广大建筑企业应在其建设中采取抗震加固设计。对此，笔者认为可以通过以下两方面设计实现。首先，采取分体柱设计。一般来说，高层混凝土建筑短柱具有较好的抗剪与抗弯性能，但前者要弱于后者，因而这就造成了建筑在遭受地震时短柱抗弯性能尚未完全体现，便产生剪坏破坏，从而导致高层混凝土建筑出现结构破坏。鉴于短柱抗剪性能与抗弯性能不对等而产生的破坏，这就要求建筑企业通过采取相应措施确保其抗剪与抗弯性能相等。因此，我们可以通过采取分体柱设计方式实现，该设计主要是通过在柱子竖向设缝，随后将其划分为各分体柱后，设计人员应在分体柱配筋布置诸如分隔板、摩擦阻尼器以及通缝等连接键。通过采取分体柱设计在合理减小抗弯能力基础上，使得短柱转变为长柱，进而将其抗震能力实现提升。其次，采用螺旋复合箍筋，在高层混凝土建筑中框架柱的建设不但要使其抗剪能力和强剪弱弯与剪压比相符，同时框架柱的端部抗弯能力则应控制在强柱弱梁限值标准。而当其短柱在强柱弱梁和强剪弱弯时，那么将有效地避免建筑结构出现剪切性破坏。对此，建筑企业在建设中可以通过采用螺旋复合箍筋的方法解决，不同与其他箍筋，螺旋复合箍筋不但有助于促使柱子抗冲剪能力实现提升，同时也能够有利于短柱抗震性能提升。

3.减少地震能力的输入

首先，应正确处理位移问题。在高层混凝土建筑抗震结构设计中，应以计算承载力为设计基础，并使用弹性策略对结构进行计算与分析，从而确保建筑结构的安全性与稳定性。与此同时，还应充分考虑建筑结构的横向弯矩，以尽可能降低水平方向上的侧移，减轻建筑的自身重量。其次，应将地震的与其作用进行综合考虑，通过科学的预算、计算来对其变形问题进行分析。再次，应着重考虑构件承载力，对地震位移与层间侧移间的延性比进行详细计算，以确保高层混凝土建筑抗震结构的实用与稳定。

三、结束语

总而言之，地震具有极强的破坏性与随机性，并且容易发生余震，具有极强的危害性。而现阶段，高层建筑混凝土结构作为我国重要的建筑结构形式之一，如何做好其抗震设计，尽可能降低地震对高层建筑混凝土结构的危害成为了设计人员的重要课题。在进行抗震结构设计时，应全面分析建筑物所处的地质条件，并运用科学的方法来提升高层混凝土建筑结构的抗震性能，为人们的生命财产安全提供可靠的保障。

[1]郭靳时，孔枫，孙健.结构隔震设计方法与应用[J].吉林建筑工程学院学报，2005，（01）：15-17.

[2]陈英鹏. 关于高层混凝土建筑结构的抗震设计探讨[J]. 中国建筑金属结构，2013，06：179.

[3]汪梦甫，周锡元. 基于性能的建筑结构抗震设计[J]. 建筑结构，2003，33（3）：59-61.

[4]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，2006，36（7）：15-20.

[5]查桂华. 对多层高层建筑抗震结构概念设计的几点认识[J]. 马钢职工大学学报，2001，02：27-30.

TU7

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1007-6344（2016）03-0108-01

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