高层混凝土建筑抗震结构设计探讨

摘 要：

建筑的抗震设计与建筑的质量息息相关，要针对不同的建筑风格采用不同的抗震结构设计，寻找最适合建筑的抗震结构设计。尤其是高层建筑，受到地震的影响较大。本文阐述了高层混凝土建筑抗震结构设计的要求，分析了高层建筑抗震设计中经常出现的问题，提出了改善高层混凝土建筑抗震结构设计的有效对策。

关键词：高层混凝土；抗震；结构；设计分析

中图分类号：TV331 文献标识码： A

在我国现在的高层建筑中，钢筋混凝土框架结构是应用最普遍，最常用的结构形式。结构抗震的本质就是延性，提高延性可以增加结构抗震潜力， 增强结构抗倒塌能力。设计人员在合理体现框架结构的延性设计时，应进一步增大作用效应以提高结构设计的可靠度，以提高建筑物的抗震性能。

一、高层结构的特点分析

高层建筑从本质上讲是一个竖向悬臂结构，垂直荷载主要使结构产生轴向力与建筑物高度大体为线性关系；水平荷载使结构产生弯矩。从受力特性看，垂直荷载方向不变，随建筑物的增高仅引起量的增加；而水平荷载可来自任何方向，当为均布荷载时，弯矩与建筑物高度呈二次方变化。从侧移特性看，竖向荷载引起的侧移很小，而水平荷载当为均布荷载时，侧移与高度成四次方变化。由此可以看出，在高层结构中，水平荷载的影响要远远大于垂直荷载的影响，水平荷载是结构设计的控制因素，结构抵抗水平荷载产生的弯矩、剪力以及拉应力和压应力应有较大的强度外，同时要求结构要有足够的刚度，使随着高随着高度增加所引起的侧向变形限制在结构允许范围内。

二、高层建筑抗震结构设计的基本原则

1、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

（1）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。

（2）对可能出现相对薄弱部位，应采取措施提高抗震能力。

（3）承受竖向荷载的主要构件不宜作为主要耗能构件。

2、尽可能设置多道抗震防线

（1）一个抗震结构体系应由若干个延性较好的分体系组成，并由延性较好的结构构件连接协同工作。

（2）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。

（3）适当处理结构构件的强弱关系，同一楼层内宜使主要耗能构件屈服后，其他抗侧力构件仍处于弹性阶段，使“有效屈服”保持较长阶段，保证结构的延性和抗倒塌能力。

（4）在抗震设计中某一部分结构设计超强， 可能造成结构的其他部位相对薄弱， 因此在设计中不合理的加强以及在施工中以大带小， 改变抗侧力构件配筋的做法， 都需要慎重考虑。

3、对可能出现的薄弱部位， 应采取措施提高其抗震能力

（1）构件在强烈地震下不存在强度安全储备， 构件的实际承载能力分析是判断薄弱部位的基础。

（2）要使楼层（部位）的实际承载能力和设计计算的弹性受力的比值在总体上保持一个相对均匀的变化， 一旦楼层（部位）的比值有突变时，会由于塑性内力重分布导致塑性变形的集中。

（3）要防止在局部上加强而忽视了整个结构各部位刚度、承载力的协调。

（4）在抗震设计中有意识、有目的地控制薄弱层（部位），使之有足够的变形能力又避免薄弱层发生转移，这是提高结构总体抗震性能的有效手段。

三、改善高层混凝土建筑抗震结构设计的有效对策

1.选定建设位置

根据震后的情况来分析，我们知道，建筑物通常会因为其所处的地理位置不同而受到不同的地震作用，因此在震后其差别也由于地质原因差别很大，而导致这些差异的主要原因就是地质条件不同。因此，在建设项目进行地址选定时，应注意选择的地点其地质是否拥有良好的抗震性，其次应在选址时注意到，进行高层建筑应院里变电站、是有保存设施等有潜在危险的场地，以防在地震之外还具有其他因素的安全问题。

2.改进结构设计方案

工程师使用的高层混凝土建筑结构设计方案应符合国家规定，让建筑的结构能够有拥有足够的空间进行自我调节，并且能在混凝土结构的延性下，恢复到正常状态，以减少主体结构变形所导致的不利，使结构能够长期保持稳定。应计算在不同程度地震下，高层混凝土结构建筑所收到的影响，协调各种设施之间的情况，充分的考虑重力情况，尽可能保证结构条理清晰，层次明了，使得高层混凝土结构建筑的抗震性得到提升。相关工作人员应研究地震信息，根据研究在实际建筑中添加防震措施，对于关键部分应做到细致处理，使的结构所受重力能够降低，进一步提升抗震效果。

3.控制扭转效应

地震作用分为三种，分别是水平作用、扭转作用以及竖向作用，而地震之所以会产生巨大的破坏力，正是因为多种力量的综合而导致的。地震的爆发具有随时性，这要求在高层建筑结构设计中强调扭转的作用。如果没有设置相关的位移标准，就应选取最大位移部分以及最小位移部分的刚度，保持结构位移的一致性。一旦发现不合理的地方，应及时做出调整，将地震扭转作用的不利降到最低。

4.研究高层混凝土建筑各层结构参数设置

通过在模拟地震中对设施的分析，我们能够根据得到的数据对各层的参数进行设置。例如高层混凝土结构建筑中的墙体承载能力等方面。在预处理阶段，应在充分了解羡慕的地形条件、质量检测等多个方面的基础上，建立设计的框架，应用设计理念做出说明，完成高层混凝土结构建筑的设计工作。在高层混凝土结构设计工作中，最好能够建立设计信息库，便于工程师用查找案例并总结的方法来展开工作。在研究结构综合受理情况时，应选出相应的模型，并以此对建筑结构的合理性进行判断。要对计算机运算结构展开研究，为以后的计算机运算提供一句。高层混凝土建筑要处理包括站东周期、扭转角度等多种参数，因此，对于高结构的设计应经过反复推敲，确保其具有良好的抗震能力。

5.重视结构的规则性

在进行高层混凝土结构建筑设计时，应重视高层结构的规则性，对于严重不规则的设计方案买，不能进入选择的行列。合理的布置能够对结构的抗震起到有效的提升，在设计中应提倡平、立面的对称。经过对震害的研究我们呢可以发现，对称建筑在地震中受到的伤害最低，对于采取抗争措施和处理都较为便利。

6.加强建筑结构消震和隔震设计

在消能减震与隔震设计方面，可以选择密实度高的地基，还能运用下列几点措施。首先，在选择结构构件材料上，要选择延性好的，以消耗地震能量，确保在地震作用下建筑物不倒塌；其次还可依据建筑的实际需求，设计适宜的隔震系数，设置某种隔震装置在基础和上部结构之间进行设置，致使地震能量降低向上部的输入，进而使上部结构振动降低，基础隔震类型主要有摩擦滑移隔震、叠层橡胶支座隔震、支承式摆动隔震、混合隔震、滚动隔震等；除此之外，改变结构体系的动力特性，可对结构自身的某些构件作构造上的处理，或附加子结构系统或消能装置在结构的一些部位。当前常用的消能减震装置有摩擦阻尼器、金属屈服阻尼器、勃弹性阻尼器、勃性液体阻尼器、铅挤压阻尼器等。

7.设置多道抗震防线

由两个与两个以上同时延性较好的分体系组成一个好的抗震结构体系，这是由于发生地震时，通常带有余震，若只有一道防线，很难防止由于某一结构损伤而导致整个结构坍塌。所以，在构建抗震结构体系时，首先要有最大可能数量的内外部冗余度，其次要建立一套分布完整的屈服体系，最后该体系的主要耗能构件一定要有较高的延性与充足的刚度，以确保建筑物在遭遇地震灾害时，由于强烈的地震作用第一道防线崩溃的状况下，抵挡后续地震波的冲击还需要第二道、第三道防线。