浅析高层混凝土建筑抗震结构设计

浅析高层混凝土建筑抗震结构设计

杨庆巧1高晶2

杨庆巧1高晶2(1.北京中外建建筑设计有限公司；2.身份证：230302198601015629116000)

摘要：高层建筑工程由于建筑高度较高，对于施工技术和施工工艺的要求也相对较高。因而高层混凝土建筑抗震结构设计需不断进行优化，提高高层混凝土建筑的施工质量，推动建筑行业快速发展。本文首先介绍了高层混凝土建筑的结构特点和破坏特点，其次对高层混凝土建筑抗震结构设计进行优化，最后提出高层混凝土建筑抗震结构设计的方法。

关键词：高层建筑抗震设计结构优化

1高层混凝土建筑的结构特点及破坏特点

1.1高层混凝土建筑的结构特点高层混凝土建筑指的是建筑物高于28m，并且楼层超过十层的混凝土建筑。高层混凝土建筑结构其实说白了就是一种竖向的悬臂结构。高层混凝土建筑结构上的弯矩和轴向力是水平荷载跟垂直荷载导致的，建筑的高度跟轴向力实际上呈现线性关系。高层混凝土建筑的层数与水平位移，跟弯矩是呈上升曲线的关系，并且轴向力是与高度成正比例。从受力特性方面来说，当水平荷载离分布较均匀时，建筑的高度跟弯矩是呈二次方变化关系，而当垂直荷载方向不变时，高层建筑的增加高度所带来的受力也很小。

1.2发生地震时高层建筑的破坏特点

（1）构件的破坏特点采用框架剪力墙结构的建筑中，柱会比板和梁破坏严重，剪力墙的窗台下部位置比较容易发生交叉性裂缝。而框架柱因为设置了螺旋箍筋，所以，层间位移角比较大，框架柱在地震时具有较强的抵抗力。

（2）结构体系破坏特点如果高层混凝土建筑是框架填墙结构，一旦发生地震，建筑平面的内框架柱上部就易发生剪切型破坏，而窗洞部分因为窗下墙的作用会导致短柱性破坏。框架剪力墙结构受地震的破坏程度比较轻。底框结构因为底层具有较低的刚度，一旦发生地震，就会受到严重的破坏，而如果使用框架填墙结构，因为底层框架是敞开式，没砌墙时具有较低的刚度，所以，底层会受到严重的破坏。

（3）地基破坏特点如果高层建筑是处于软弱土层上，就比较容易发生破坏，因为土体液化会引起基础沉降，最终会出现上部建筑结构的倾斜，在一些危险地段所修的高层建筑，如果遇到地震，建筑的基础就会出现不均匀沉降，甚至导致建筑物出现裂缝，并且一旦高层建筑自身的结构周期跟场地周期相同时就会出现共振效应，严重的破坏结构。

（4）刚度破坏特点建筑的主体结构使用矩形平面式，建筑中的电梯井等如果发生偏心，在扭转振动的作用下会加重地震破坏度，而L形和三角形等对称性不强的平面形式，地震中更容易受到扭转振动的破坏，加重震害。

2高层混凝土建筑抗震结构设计的优化

2.1结构尺寸的优化在给定结构的几何形状和材料的情况下，求出满足约束条件的最优构件截面，即进行结构构件尺寸的最小造价设计。

2.2结构体系的优化结构体系的优化是先从结构的概念设计入手，使结构的平面布置尽量规则、对称，立面和竖向规则，侧向刚度均匀变化。同时，通过计算和定量分析，对关系到体系整体性能的设计变量，如框架结构的柱网布置、框架－剪力结构中的剪力墙的数量、平面布置和刚度特征值等进行优化。

2.3结构功能的优化建筑使用对结构功能的要求和造价影响很大，主要决定于工程建成后用户对工程总的使用功能上的要求，然后在实现总功能要求的目标和有关约束条件下进行对各个结构功能要求的优化。

2.4结构体系选择的优化对高层建筑而言，可选用框架结构、框一剪结构、剪力墙结构、筒体结构、悬挂结构等形式。由于对结构的强度、刚度、动力特性、造价、抵御自然灾害的能力、美学效应以及其他社会效应的众多要求，结构选型是一个综合性很强的决策问题，它要求力学、结构学、建筑学、美学、经济学等学科的密切配合才能很好地解决。

2.5基于最优设防烈度的抗震结构优化设计对抗震结构而言，在决定了结构的类型、布局和材料之后，应该对结构的抗震设防水平进行决策，在设防水平决定之后，再进行结构的尺寸优化，这就是基于最优设防烈度的抗震优化设计。

3高层混凝土建筑抗震结构设计的方法

3.1改进结构设计方案高层混凝土建筑抗震结构设计方案要严格符合我国建筑工程的抗震能力要求和标准，其主体结构要能够调整其空间变形，在强大的结构延伸作用下，能够自动恢复到原来的状态，这样可以消除高层混凝土建筑结构主体变形的不利影响，确保高层混凝土结构处于牢固、稳定的平衡状态。在评定地震作用力对高层混凝土结构造成的不同程序影响时，要科学合理的进行构件布局，最大程度地协调和控制高层混凝土建筑结构各个部分的受力情况，提高建筑结构的抗震能力，重点考虑高层混凝土建筑竖向结构受重力的情况，使其匀称平和、受力平衡，达到高层混凝土建筑的刚度设计要求，确保高层混凝土建筑结构不交错、有层次、不紊乱、有条理，提高高层混凝土建筑结构的整体稳定性和抗震能力。

另外，要结合高层混凝土建筑施工位置周围实际的地质情况，在设计抗震结构时加入适当的防震措施，严格处理高层混凝土建筑的重点关键部位，降低整个高层混凝土建筑承受的均匀重力，确保建筑的均匀对称，利用这种重力变化规律，逐渐改变高层混凝土建筑的不规则竖向和水平的作用力，从而提高高层混凝土建筑的抗震效果。

3.2科学选定建设位置经过综合分析地震的灾害情况，高层混凝土建筑的建设位置对于其抗震效果有着直接的影响，因此在建设高层混凝土建筑时，要科学选定建设位置，充分考虑到高层混凝土建筑周围的地质条件和地形地貌情况，一方面高层混凝土建筑的建设位置要远离石油储存场所、变电站、火电厂等地方，避免一些不安全因素的影响；另一方面，高层混凝土建筑的建设位置不能处于山坡、丘陵等位置，这些地方的抗震能力较低。

3.3设置合理的高层混凝土建筑结构参数通过模拟地震发生时对高层混凝土建筑的各种受力情况，设置合理的结构参数，计算和分析各个结构的施受力情况，如计算柱梁变形、墙体承载能力等。在设计和规划高层混凝土建筑抗震结构时，在充分了解高层混凝土建筑的质量检测、施工工艺、施工材料、地形条件、建设位置等方面内容基础上，把握高层混凝土建筑抗震结构设计的要点，优化和改进抗震设计的基本框架，在高层混凝土建筑抗震结构设计的关键位置进行详细的说明，不断提高高层混凝土建筑抗震结构设计水平。

构建完善的高层混凝土建筑抗震结构设计数据库，便于设计师查找相关资料和案例，深入研究高层混凝土建筑结构的综合受力情况，确定科学合理的力学模型，利用主拉盈利和剪摩理论，科学判断高层混凝土建筑抗震结构的合理性。高层混凝土建筑结构参数包括整体结构的刚度比例、扭转角度、震动周期等，对于高层混凝土建筑抗震结构设计需要多次协调和反复研究，设置合理的结构参数。

3.4控制扭转效应地震会产生扭转作用、竖向作用以及水平作用，在这些作用的综合影响下，会产生巨大的破坏力，导致房屋建筑物倒塌、地裂等。地震的发生时会面临很多不确定的因素，并且具有随机性，因此在设计高层混凝土建筑抗震结构时，不能仅仅考虑到地震的竖向作用和水平作用，还要充分考虑到地震的扭转作用，设置抗震结构的位移标准，测定最小位移和最大位移结构的刚度，保持房屋混凝土建筑的整体结构都具有一致的位移，确保房屋混凝土建筑抗震结构的每一个部分都能够达到设计标准，对房屋混凝土建筑的整体性能进行可行性研究，及时发现问题，及时进行研究和调整，最大程度地提高房屋混凝土建筑的抗震能力。

参考文献：[1]孙小华，余军.高层混凝土建筑抗震结构设计探析[J].城市建筑，2013，10[2]满国君，付艺璇.关于高层混凝土建筑抗震结构设计探析[J].河南科技，2013，12[3]降海芹.高层建筑抗震结构的施工与现场管理[J].城市建设理论研究，2011(32)