高层混凝土建筑抗震结构设计问题研究

何 涛 马 青

（青岛旅游集团有限公司，山东 青岛 266000）

0 引言

随着国民经济的不断发展，城市人口不断增加，为了实现人居环境的要求，不断涌现很多高层建筑。高层建筑在实现人类居住需求的同时也存在不少需要解决的问题，其中之一是存在的抗震结构设计问题。由于高层建筑受到较大的振动或地震影响，为了确保人居环境的舒适以及建筑安全，务必高度重视其抗震结构设计。

1 高层混凝土建筑抗震结构设计面临的问题

1.1 不正确地选择建筑场址

有关单位在选择高层建筑物地基的情况下，务必把握地基所处的气候状况、自然环境、地理位置等，确保万无一失，尽可能地选择平坦开阔、牢固、扎实的地基。可是，不少单位常常以松散土壤、软土等作为地基，如果出现地震，那么建筑物较易坍塌或下陷，从而在一瞬间破坏建筑物的主体构造，使人们的生命受到严重威胁。

1.2 不合理地设计建筑物结构

在出现地震的情况下，首先受到严重破坏的是建筑物的主体框架结构，然后是建筑物重点受力支柱出现变形。延性结构机制的理论是在建筑物其他位置转嫁地震受到的破坏性，从而使非弹性形变形成，使结构的次要构件对地震形成的能量进行消耗，从而显著保护建筑物的整体结构。因为延性结构抗震性能是建筑物抗震结构的主要依托，具备较强的延性能力，具备理想的抗震效果，所以工程技术工作者在设计建筑物结构情况时应注重建筑物延性的提升。然而，在操作实践中，往往难以理想地设计建筑物的延性结构，如果没有有效地处理好相关情况，那么造成地震，形成破坏而未曾向延性构件传递即消失，从而丧失保护性能，因而难以确保建筑物消耗地震能力，最终破坏建筑物。

1.3 建筑物高度不达标

针对建筑物的高度来说，我国颁布了不少制度与规范，而且要求各建筑单位务必严格贯彻实施。然而，依旧存在一部分建筑单位为了实现最大化的利益而存在侥幸心理，屡次违反规范标准，在进行建设时肆意将建筑物的高度提升，超出我国的相关要求或规定，从而大大降低了建筑物的抗震性能，在地震出现的情况下较易大面积、大范围地破坏建筑物。

1.4 建筑应用不合理的材料

建筑单位采购者需要根据我国要求的指标合理地选择建筑物应用的一系列材料，确保符合建筑工程，从而实现建筑设计以及建设质量的提升[1]。并且当前高层混凝土建筑结构设计经常应用混凝土核心筒技术，如果有些单位应用不合理的材料和建筑结构设计，那么会导致建筑物形成弯曲变形或者是坍塌的严重后果。

1.5 建筑抗震设计缺少足够的强度

当今，国内根据GB50011—2010《建筑抗震设计规范》进行建筑抗震结构设计，工程技术工作者需要仔细把握与认真贯彻实施其中的要求、规定，确保设计出的建筑抗震强度指标符合相应的规范，且采取有效的对策来提升建筑抗震设计强度，最终使“大震不倒、中震能修、小震不坏”的目标实现。然而，在实际设计中，有的建筑单位的设计强度往往缺少足够的强度。

2 高层混凝土建筑抗震结构设计的应对措施

2.1 正确选择建筑场址

高层建筑的安全受到其周边地基、场地环境等要素的制约。为此，在选择建筑场地时，开展环境和地质灾害评估显得非常关键，特别是应该积极地避免使建筑物面临地震断裂带、滑坡、泥石流等自然环境。如果在进行建设时不能够避开特殊（软弱性、液化性、湿陷性）的土层或土壤[2]，应事先根据地基处理技术的有关规范，科学地设计与加固地基。除此之外，务必明确建筑物下面土层的性状、厚度、分布和类别等，做好高层建筑的地质勘查报告，对于经过地基处理的高层建筑而言，还需要整体性地巩固与强化其上部结构以及基础部分，且结合分项系数法在建筑物的一系列受力构件中适度地模拟地震力，从而实现一系列构件抗震性能的综合性提升。

2.2 选择适宜的建筑结构体系

在设计高层混凝土建筑结构时，结构体系不仅属于受力体系，而且也属于荷载的传递体系，与建筑物的安全密切相关。在开始设计其结构时，应全面地思考和探究建筑物施工材料的选择、内部的应用功能、四周的场地条件和环境等要素，这是由于在地震出现的情况下，各个建筑物由于结构特点的不同，因此其结构破坏状态也存在区别。

通常重点应用框架、剪力墙、剪力墙和框架相统一模式的高层建筑结构体系。这几种模式具备各自的缺陷和优势[3]。其中，剪力墙结构的优势在于具备较高的承载性能和较大的侧向刚度，基于水平力影响下的侧移比较小，具备优良的整体性能，而其缺陷在于结构本身种类和体积较大，在布置空间时缺少方便性和灵活性，难以适应大空间的布置需要。框架结构的优势在于可以灵活地布置室内空间，而其缺陷在于不是非常适宜在高层建筑中应用。并且，框架结构的主导结构是剪切变形的柔性结构，难以实现理想的抗震效果[4]。为此，当今高层建筑中较少应用框架结构。当今，高层混凝土建筑的抗震设计大都应用剪力墙和框架相统一的模式，即有效地体现剪力墙结构和框架结构的优势作用，确保互相完善、协作分工，将剪力墙添置在比较薄弱的框架结构中，从而实现建筑物本身抗震能力与承载性能的提升。

然而，也面临相应的风险，这是由于剪力墙跟框架的刚度差异性较大，在碰到外力的一瞬间会形成程度不同和大小不一的位移，因此，在实际应用中应密切注意两者的变形协调。建构高层混凝土建筑的内部结构也需要坚持实用、简约、规则的原则，确保整体结构体系具备充足的变形与承载性能，这样建筑中的各个组成部分能够相互配合与协调，从而实现整体结构体系的共同支撑，这就要求技术工作者在进行设计时，结合横向与竖向结构承载性能的区别，加固处理建筑的薄弱之处以及确保布局的合理。像是高层住宅建筑需要比较多的墙体构件，适宜使用的结构是纯剪力墙；针对大型综合体建筑选用筒体结构就可以有效地实现其应用功能；而针对超限和超高层大型建筑物，最为理想的选择是钢结构。

总之，高层混凝土建筑抗震结构设计应坚持的基本原则是选用适宜的结构种类，以尽量地实现建筑的应用功能。

2.3 实施合理的建筑结构设计

务必合理地进行结构设计，这是影响高层混凝土建筑抗震结构设计的根本。因此，在进行结构设计时，需要做到以下3 点。1）实施对称结构设计。非对称结构由于偏离重心、重量等要素影响，在地震时会形成震动和扭转现象，这非常容易破坏建筑物，从而大大地降低其抗震能力。为了防止这种情况的形成，务必实施对称结构的建筑设计。2）实施平面结构设计[5]。实践表明，在地震影响下，异性结构较易形成大位移的情况，因此尽可能地避免选用十字形、L 形结构。因此，高层混凝土建筑需要坚持实用和简单的原则，以圆形、矩形、方形的平面结构设计为宜，这样能够尤为明确地传递地震力。3）实施竖向结构设计。高层混凝土建筑实施竖向结构设计需要注重均匀性，一般应用三角形、梯形、矩形的竖向结构立面形状。

2.4 设计多道抗震防线

在地震出现时，一般会形成次生灾害问题，例如水患、火灾、余震等，在瞬间受到破坏冲击荷载的影响下，为了确保高层混凝土建筑物的安全，只构建一道安全防御体系难以实现应有的效果，有些情况下会造成整体体系失去效能，为了避免或降低由于个别位置、构件受到破坏而影响整体建筑物的安全性，一般会选择至少2 个结构的防震体系，从而大大地强化实现建筑物防护效能。针对地震出现时会形成比较大的作用力问题，需要确保建筑结构设计具备相应的变形性能，以此对地震作用力进行消减，并且尤为关注建筑物薄弱之处的抗震性能，不能由于损坏薄弱之处而使整体建筑的抗震性能受影响。事实上，有效统一建筑设计与建筑抗震设计的方式即为了确保结构的整体性，这样，结构间形成一种整体效应，各个部件间的共同作用可以很好地防范和减小地震破坏性，从而实现满意的抗震成效[6]。当然，各部件间的稳定连接也可以提升建筑抗变形性能与抗震性能。与此同时，在设计高层建筑时，作为竖向受力构件的剪力墙可以确保构件的冗余度，较为适宜地选用“小集中和大分散”模式。除此之外，还需要主受力构件具备较为理想的刚度与延性，为此，非常有必要创建完善的结构屈服体系，这样一来，在受到地震损坏首道防线时，还具备保护作用的第二道和第三道防线。

3 结语

综上所述，高层混凝土建筑抗震结构的发展依旧任重道远，基于我国不断提升的综合国力，科技水平也持续提升，我们对发展高层建筑充满信心。当前，尽管注重节能与环保是高层建筑设计的主导方向，但是安全仍然是人们高层建筑的首选，因此，对高层建筑的抗震设计势在必行，相信在不久的将来，会有更好的抗震设计方案，从而为人类的发展做出积极的贡献。