混凝土建筑抗震结构设计

刘卓清

摘 要：高层混凝土结构建筑的抗震能力直接关系着人们的生命安全以及财产安全，因此，建筑设计师在进行高层建筑时，应考虑高层建筑的抗震問题，采取相应的安全防患措施，加强对高层混凝土结构建筑的抗震性能，不断通过实践积累经验，从而保障建筑物的安全性和可靠性。

关键词：高层建筑；抗震；结构设计；探析

1 前言

随着我国经济的发展，高层建筑越来越多，混凝土在高层建筑中的应用也逐渐广泛，高层建筑结构抗震设计，关乎人们生活的稳定和社会经济的发展，本文就对高层混凝土建筑的抗震结构进行探讨。

2 建筑抗震的理论分析

拟静力理论。拟静力理论是20世纪10～40年代发展起来的一种理论，它在估计地震对结构的作用时，仅假定结构为刚性，地震力水平作用在结构或构件的质量中心上。地震力的大小当于结构的重量乘以一个比例常数（地震系数）。

反应谱理论。反应谱理论是在加世纪40～60年代发展起来的，它以强地震动加速度观测记录的增多和对地震地面运动特性的进一步了解，以及结构动力反应特性的研究为基础，是加理工学院的一些研究学者对地震动加速度记录的特性进行分析后取得的一个重要成果。

动力理论。动力理论是20世纪70-80年广为应用的地震动力理论。它的发展除了基于60年代以来电子计算机技术和试验技术的发展外，人们对各类结构在地震作用下的线性与非线性反应过程有了较多的了解，同时随着强震观测台站的不断增多，各种受损结构的地震反应记录也不断增多。进一步动力理论也称地震时程分析理论，它把地震作为一个时间过程，选择有代表性的地震动加速度时程作为地震动输入，建筑物简化为多自由度体系，计算得到每一时刻建筑物的地震反应，从而完成抗震设计工作。

3 高层建筑结构抗震设计的基本内容

3.1 应重视建筑结构的规则性

建筑设计应符合抗震概念设计的要求，不应采用严重不规则的设计方案。合理的建筑布置在抗震设计中是头等重要的，提倡平、立面简单对称。因为震害表明，对称建筑在地震时较不容易破坏，容易估计出其地震反应，宜于采取相应的抗震构造进行细部处理。

3.2 抗震概念设计应坚持的措施和原则

结构构件应具有必要的承载力、刚度、稳定性、延性等方面的性能结构构件应遵守“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件、强底层柱（墙）”的原则。对可能造成结构的相对薄弱部位，应采取措施提高抗震能力。承受竖向荷载的主要构件不宜作为主要耗能构件。

3.3 抗震措施

在满足抗震设防要求的高层建筑除应满足强度、刚度要求外，还要满足延性的要求。钢筋混凝土材料本身自重较大，所以对于高层建筑的底层柱，随着建筑物高度的增加，其所承担的轴力不断增加，而抗震设计对结构构件有明确的延性要求，在层高一定的情况下，提高延性就要将轴压比控制在一定的范围内而不能过大，这样则必然导致柱截面的增大，从而形成短柱，甚至成为剪跨比小于1.5的超短柱。众所周知，短柱的延性很差，尤其是超短柱几乎没有延性，在建筑遭受本地区设防烈度或高于本地区设防烈度的地震影响时，很容易发生剪切破坏而造成结构破坏甚至倒塌。

4 提高高层建筑抗震设计的措施

4.1 选择具有抗震效果的建筑材料

建筑材料的选择对建筑抗震效果也有一定的影响，随着材料技术的不断进步，具有抗震功能的新材料不断面世，在建筑行业也受到广大设计者的青睐，在建筑时尽量采用框架剪力墙的结构，以钢结构为基础进行建设，在宏观上提高了建筑的刚性和延性，有助于提高建筑结构的稳定性。钢结构相比于目前采用的混凝土结构，遇有更高的强度和韧性，在重量比上也要优于混凝土结构，具有更好的抗震性能。

4.2 尽可能设置多道抗震防线

当发生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。抗震结构体系应有最大可能数量的内部、外部冗余度，有意识地建立一系列分布的屈服区，主要耗能构件应有较高的延性和适当刚度，以使结构能吸收和耗散大量的地震能量，提高结构抗震性能，避免大震时倒塌。

4.3 客观考虑位移问题

对于我国建筑抗震结构设计来说，大多以承载力作为重要的基础，而设计人员则采取线弹性方法，对小幅度震动情况下的结构变形力、内力等进行分析，采取组合内力方法，对构件的截面进行验证，以此确保结构的可靠性、稳定性。另外，为了更好地针对基础位移状况实行抗震设计，应该充分了解结构变形情况和配筋之间的关系，有针对性地采取设计方法，当建筑结构进入到抗震阶段后，对其变形力进行细致分析与探讨。

4.4 减少地震时能量的输入

在具体的设计中，采用基于位移的结构抗震方法，对具体的方案进行定量的分析，使结构的变形能力能够满足预期地震作用下的变形需求。在验算结构的承载力之外，还要对结构在大震作用下的层间位移角限值或位移延性比进行控制；根据建筑构件的变形和建筑结构的位移之间的关系，确定构件的变形值；根据建筑截面的应变大小和应变分布，来确定建筑构件的构造需求。

4.5 抗侧力体形的优化

对一般性构造的高楼，刚比柔好，采用刚性结构方案的高楼，不仅主体结构破坏轻，而且由于地震时的结构变形小，隔墙，围护墙等非结构部件将得到保护，破坏也会减轻。提高结构的超静定次数，在地震时能够出现的塑性铰就多，能耗散的地震能量也就越多，结构就愈能经受住较强地震而不倒塌。改善结构屈服机制，使结构破坏十按照整体屈服机制进行，而不是楼层屈服机制。设计结构时遵循强节弱杆、强柱弱梁、强剪弱弯，强压弱拉的原则。在进行结构设计时，应该选定构件中轴力小的水平杆件，作为主要耗能杆件，并尽可能使其发生弯曲耗能。

4.6 竖向布置力求均匀

结构竖向布置均匀，可以最大限度的使其竖向刚度、强度变化均匀，这样可以有效的避免出现薄弱层。从建筑结构的特点看，临街的建筑物，往往会因为商业的需要，底部几层有大空间的设置。非临街的建筑物，底部也可能门厅、餐厅或停车场，而出现大空间。在这种结构中，上部的钢筋混凝土抗震墙或竖向支撑或砌体墙体到此被中止，而下部须采取框架体系。也就是说，上部各层为全墙体系或框架抗震墙体系，而底层或底部两三层则为框架体系，整个结构属“框托墙”体系。

参考文献：

[1] 葛建国.浅析高层建筑抗震概念设计[J].中国西部科技（学术）.2013.

[2] 陈天华.高层混凝土建筑抗震结构设计探析[J].中国科技信息.2013.