高层混凝土建筑抗震结构设计关键要素探究

高层混凝土建筑抗震结构设计关键要素探究

王少华

身份证号码：620122199406081411

摘要：随着建筑业的快速发展，对建筑施工质量的要求也在提高。高层混凝土结构是当今建筑最常见的结构形式之一，其耐久性、耐火性均较好，适应灾害能力强，总体表现较好。与其他结构相比，混凝土结构具有合理强价比，是建筑工程可持续发展首选结构类型。所以混凝土结构被广泛应用于高层建筑，对建筑物整体抗震性能有着直接影响。专业性技术人员应着重分析高层混凝土结构抗震设计问题，这样有利于从根本上确保高层混凝土建筑抗震设防合理性，为日后可持续发展提供便利。本文就高层混凝土建筑抗震结构设计关键要素展开探讨。

关键词：高层混凝土；抗震结构设计；关键要素

引言

随着我国全面建设社会主义现代化国家新发展阶段的开启，都市化的进程也日益加快。高层建筑的数量和规模也显著增加，为了适应我国建筑行业更高要求的发展，满足高层建筑其复杂、安全、稳固的需要，重视高层建筑的抗震设计是我们目前的重点研究方向。由于地震灾害的发生往往无法有效预测时间和预估震级的大小，因此对于高层建筑结构的安全是一个巨大的考验和隐患。

1高层混凝土建筑震害特点

高层混凝土建筑在地震作用下的损伤可以划分为4个主要方面，即地基损伤，结构体系损伤，刚度损伤和构件损伤。如果建筑物整体位于柔弱土层之上，地震很容易对地基造成破坏。在地震作用下，土体液化可引起基础沉降，进而使高层混凝土建筑物上部发生倾斜，同时地基的不均匀沉降现象也会导致建筑物开裂。并且当结构本身结构周期和场地周期一致时，会产生共振效应继而造成更严重的结构破坏状况。如果地震作用下建筑物结构形式为框架结构，那么在地震作用下框架柱将出现剪切型破坏。如果地震作用下建筑物结构形式为剪力墙结构，那么在地震作用下将出现弯曲型破坏。且因窗下墙作用，窗洞局部出现短柱型损伤。高层建筑采用矩形平面式为主要构造时，建筑物内电梯井及其他构造一旦出现偏心现象，地震引起的扭转震动作用将使震害损伤大大增加。

2高层建筑结构中抗震设计的内容和原则

“抗震设计”顾名思义，要满足地震对于高层建筑结构带来的不良影响，通常包括以下几点：（1）考虑高层建筑所处的地质环境、场地条件的因素是否会加剧地震效果的影响，工程师应该做出详细的地勘报告选择合适的高层建筑施工地点；（2）评估高层建筑结构体系的参考和结构平面的设计、布置是否满足抗震设计规范的要求，尽量选择合理的体系，避免不规则的结构类型和平面布置；（3）为了确保高层建筑结构的整体稳定性，需进行合理的荷载布置，以及刚度、延性、隔震的计算分析等。高层建筑结构的抗震设计内容需要严格按照国家制定发布的实时抗震规范要求，结合严谨的工程方法分析建筑的结构位移、刚度、内力极限状态，以及隔震效果等因素，满足高层建筑安全适用的基本要求，在保证建筑性能的基础上达到最好的抗震设计效果。高层建筑结构中抗震设计的原则是为了满足建筑结构的科学性和合理性提出的，是为了满足抗震设计过程中所需达到的行业要求提出的。为了达到更高要求的抗震设计效果，设计与施工单位都应该严格遵循“三水准”设防目标。

3高层混凝土建筑抗震结构设计关键要素

3.1合理选材和优化结构设计

唯有确保选材得当，才能使建筑自身抗震能力大大提高。在选材时，应持有适当性原则，在控制造价的同时，使建筑取得最佳抗震能力。选用建筑材料时，材料参数要清楚。确保物料自身具有一定的抗震性能，要针对材料参数进行研究，不能只注重材料自身的承载力，最大限度的保证建筑能够抵御地震灾害的发生。在选材过程中，要与建筑延性的要求相结合，设计与施工时，充分地考虑了施工的各种要素。如选用轻质墙体材料，减轻建筑整体质量，以此减少地震作用，提高抗震能力。

3.2抗震设计过程中建筑的抗震防线的设置

构件抗震结构体系、联合延性较好的分体系，连接这些构件形成协同配合的效果。抗震结构体系内必须设定一定范围的赘余度。根据相关构件分布的屈服区，使建筑结构能够将地震能量充分吸收或释放，从而降低地震的破坏程度。设置多道防线，例如第一道抗侧力防线破坏了，还有第二道、第三道继续发挥作用。设计时还要注重延性和水平刚度的控制，延性是建筑物处于地震灾害的情况下，结构不能被严重破坏和倒塌，而是有一定的变形能消耗地震力。在高层建筑中，在水平力的作用下建筑会出现侧移，而这种侧移随楼层的增加而加大。在地震来临时，受地面运动的影响会有水平地震力的传播，建筑物极易受到影响，甚至会导致建筑出现侧移、倒塌的现象，严重影响建筑的服务能力，不利于建筑的功能和安全。所以抗震设计时要注重对水平刚度的合理控制，建筑结构设计要有足够的抗水平力措施。

3.3高层建筑结构中消震和隔震的优化

隔震技术和消能隔震技术也是高层建筑结构抗震设计中最常见的应用技术，对结构采取隔震、消震的施工处理，能够大大提高建筑的抗震性能。所谓隔震技术，是指通过隔震装置将建筑物上下部隔离开来，减轻地震作用对其的破坏程度，因此，将其隔震装置进一步保护和优化可以更为有效地达到抗震的目的。所谓消震技术，其原理是将上部的建筑结构与基础分离开，有效隔离掉地震引起的冲击力，以此保证高层建筑结构的稳定性。消震技术中常用到架构兼顾型的阻尼元件，对其性能、质量的优化，也能更好的提升高层建筑结构的抗震效果。

3.4做好结构参数的选择与计算

要做好建筑结构的设计工作，尤其是抗震设计工作，需要对建筑结构的参数进行选择，如果参数的选择错误，会对建筑结构的抗震性能造成很大的影响，因此在设计之前，设计人员就应当对建筑结构的设计参数进行科学选择，不能够确定的参数通过鉴定勘测机构对现场进行确定。在模拟地震灾害所建立的模型当中进行计算与分析，甚至可以按照比例建造建筑物的模型，并在振动台上模拟地震作用进行试验，找到建筑结构抗震的薄弱点，进行计算与加强，从而保证建筑结构在地震中的受力合理与科学性。

3.5严格控制扭转效应

通常情况下，地震后，建筑水平方向、竖直方向均能触发更强的力，建筑内部同样存在扭转作用力。建筑也正由于经受着来自几个方向上的力，实际破坏程度是极其严重的，比如，房屋倒塌，房屋倾斜。地震的发生是突发性的、偶然性等特征，人很难事先预知，不稳定的因素很多。因此在抗震结构的设计中，设计人员需十分重视扭转效应的影响，严格加以控制。《高层建筑混凝土结构技术规程》明确规定了在考虑偶然偏心影响地震作用下楼层竖向构件的位移比与周期比要求，并指出不能使用特别不规则的结构类型。在建筑结构方案阶段，结构设计人员应通过计算机建立高层结构模型，模拟地震工况，进行整体计算分析，严格按规范要求控制单体周期比小于0.9，控制位移比小于1.5甚至小于1.2。通过调整高层建筑结构构件布置，避免不规则结构，合理调整周期比与位移比参数，严格控制建筑扭转效应，杜绝不合理结构布置方案，最大程度预防地震破坏。

结语

在现阶段的高层建筑结构抗震设计过程中，专业人员应该合理选材和优化结构设计、加强抗震设计过程中建筑的抗震防线的设置、加强高层建筑结构中消震和隔震的优化、做好结构参数的选择与计算、做好结构参数的选择与计算、严格控制扭转效应，严格根据国家制定的规范要求，高效率、高质量的进行高层建筑结构的抗震设计。

参考文献

[1]王雷.刍议高层混凝土建筑的抗震结构设计策略[J].工程抗震与加固改造,2021,43(01):172.

[2]王会荣.高层混凝土建筑的抗震结构设计研究[J].工程技术研究,2020,5(18):200-201.

[3]王明锋.高层混凝土建筑抗震结构设计的思考与实践[J].城市建筑,2020,17(26):82-83.