高层混凝土建筑抗震结构设计讨论

曹永圣

（山西省建筑设计研究院 山西太原 030013）

前言

在高层建筑的设计与建造中，安全性与稳定性是首要考虑的问题，因此，抗震性能才是高层建筑尤为应当重视的问题。

1 高层混凝土建筑抗震结构设计要点

1.1 水平荷载控制

水平荷载决定着高层建筑结构设计的整体效果。水平荷载包括风荷载和水平地震作用。水平荷载的大小将直接决定了高层建筑的抗震水平。原因在于：①高层建筑物重力荷载以及高层的水平荷载使建筑产生轴力、剪力以及弯矩，其中轴力、剪力与高层建筑物自身高度一次方呈现正比关系。②水平荷载使高层建筑结构产生的弯矩，在构件中形成的轴力作用将和楼房高度两次方呈现正比关系。

1.2 建筑物侧移控制

在高层混凝土建筑中，在水平荷载的作用下建筑结构通常会出现侧移，而这种侧移也会随着楼层数的增加而逐渐加大。若建筑结构侧移的尺度过大，则建筑结构的本身就会产生一定的内力。在内外力的作用下，偏心力在超过一定数值时，就会导致高层混凝土建筑出现大的位移甚至倾倒。同时，建筑结构在受到地震荷载影响下，会出现水平的剪切力，也会导致建筑物产生侧移的情况。因而在对高层混凝土建筑进行抗震结构设计时，要保证建筑物结构的稳定性、刚度及强度，避免出现侧移情况。

1.3 水平刚度的控制

当地震来临时，受地面运动影响，高层混凝土建筑结构更容易受到水平作用力的影响，出现侧移甚至坍塌情况，这对高层混凝土建筑横墙的承载力提出了一定要求。在抗震结构设计中，建筑物结构的水平刚度是最为重要的设计要点。高层混凝土建筑的楼盖要把地震的作用力传递给横墙，让建筑结构产生抗倾覆的力矩，同时在结构的竖向构件内形成一定的轴力，从而让建筑结构的高度与水平力弯矩形成正比，避免发生侧移甚至坍塌的情况。因而，这就需要注意水平刚度的合理控制。

2 高层混凝土建筑抗震结构设计机理

2.1 隔震

高层混凝土建筑结构隔震设计，主要是指在高层混凝土建筑的下部，设置相应的隔震层。该隔震层在地震的作用力下，产生相应的水平变化，让地震的作用力不会影响到上部的高层建筑。它能够让高层混凝土建筑的上部建筑物与地基之间的共振减少，吸收更多的振动能量作用。隔震的主要构件分为三个部分：①铅制的缓冲性构件。该构件主要是利用纯度较高的铅材料，在经过塑性变形后制成的构件；②钢制的缓冲性构件。该构件主要是对钢材料进行塑性变形后制成的构件，能够起到衰减震动的效果；③叠层式橡胶，它是一种把钢板与厚度数为毫米的一些橡胶重叠交互接合，在压力与热的施加下制成的弹性较高的构件。它能够防止地基出现共振情况，让高层建筑抗震结构保持着垂直状态。

2.2 减震

主要的减震方式有三种：①消能减震。主要是利用高层混凝土建筑结构的附加阻力值，当阻力值达到至高点时，会导致建筑结构的地震作用力减弱。该方式也就是在建筑结构中的一些部位中，设置上相应的耗能元件，在发生振动时，形成滞回的变形，将能量耗散，如摩擦力的电阻器、金属的阻力器、粘滞的阻力器等；②跷动式减震。它允许上部结构和下部基础脱离，通过上部结构的晃动来隔震。与传统的隔震技术的区别在于，它放松的是转动约束而不是水平约束；③机械式的减震。该方法主要是在高层混凝土建筑内部利用钢支撑，并与外部的钢管之间不粘结；或在钢管混凝土或者外包钢筋混凝土与钢支撑之间，进行无粘结漆的涂抹，形成一定的滑移界面，从而起到减震的效果。

3 高层混凝土建筑抗震结构设计对策

3.1 做好材料及质量把关

建筑材料的选用会对建筑体的质量造成直接影响，所以要根据工程各个方面进行选择，抗震需要既经济又实惠。抗震结构是一项复杂工程，抗震设计中应将建筑的抗震等级、建筑类型、场地、材料、施工因素等考虑进来，与经济相互结合，采用较好的结构形式。在混凝土浇筑及地基施工时，这些施工工序都会对整个建筑体的结构、稳定性、抗震性产生直接影响，针对这些重要工序施工中使用的材料必须要符合规定，这样才能确保建筑整体的抗震性能达到要求标准。把握好工程质量，确保工程施工高效、规范的开展，也很好的避免工程在具体施工中各种问题的发生，良好的工程施工质量对于提高建筑工程的整体抗震性有着重要意义。

3.2 设定多重抗震防线

在创建抗震构造这一系统期间，要设定多重防线，把部分具备较优延性的分体系加以融合，并把这类构件加以关联，全方位凸显出其自身的协调功能。抗震墙这一系统要经由抗震墙及延性框架组成，二者协同运用，能够深层次增强抗震构造本身的特性。抗震构造这一系统内还应设立充分的赘余度，包含内部与外部。并依据有关规定创建规范布局的屈服处，使建筑构造能全方位吸入或是耗费地震能量。系统内还应添加冗余设定，进而提升抗震构造本身的可靠性。在建筑自身的根本周期及地震卓越周期相近过后，冗余设定就能全方位凸显出功能。就算第一处抗侧力防线被损坏，第二处与第三处防线也会取代第一处防线，凸显出维护功能，以舒缓共振，并减弱地震产生的损坏。

3.3 各层结构参数设置

在建筑结构抗震设计中，抗震结构体系尤为重要，要按照抗震规范进行设计，算出明确简图及抗震传递途径，形成多种抗震途径。建造建筑设计的基木框架，运用先进的设计理念与专业技能相结合设计出切实有效的设计方案，其关键部位要做出详尽准确的注明。在设计环节中，可以借助地震模拟，明确建筑受力情况，合理设计结构参数，对于结构各部分的实际受力情况进行科学计算，内容应包括柱梁变形及墙体承载能力等多个方面。在实施结构规划时，必须全面掌握建筑施工技术和所处位置等各项实际情况，明确设计工作的重点和关键环节，优化设计框架，改善设计效果。同时建立系统完善、内容详尽的建筑结构设计信息数据库，方便工程师对相关案例的提取，以此总结经验。

4 结语

总而言之，高层混凝土建筑抗震结构设计对于提高高层建筑的抗震能力具有重要意义，提高对高层建筑抗震结构的设计水平十分重要。

[1]满国君，付艺璇，姜云鹏.关于高层混凝土建筑抗震结构设计探析[J].河南科技，2017，23（12）：168～233.

[2]吴磊.高层建筑混凝土结构设计中的抗震设计分析[J].门窗，2017（7）：140.