高层混凝土建筑抗震结构设计探究

    严峥嵘

    摘 要：文章首先说明了高层混凝土建筑在地震中的受损特征，然后重点分析了高层混凝土建筑的抗震结构设计策略，以期能够进一步提升高层混凝土建筑抗震性能。

    关键词：高层混凝土建筑;抗震;结构设计

    文章编号：2095-4085（2020）04-0045-02

    近年来我国范围内地壳活动频繁，全国多地区发生了不同程度的地震。特别是城市，建筑繁多人员密集，空旷地域少。当地震强度较高时，给人们的生命安全和财产安全造成了重大威胁。所以，城市中高层混凝土建筑进行抗震防震设计至关重要。需要从结构整体性出发，结构化繁为简，运用科学的分析方法和研究手段，设计出最佳的抗震结构。

    1 高层混凝土建筑在地震中的受损特征

    1.1 地基受损特征

    地基承载着建筑物的全部重量，对地上建筑起到支撑作用。地震来临时，强大的外力会使地基液化，地上建筑迅速下沉和倾斜。当地震发生时，地基沉降会出现不均匀性，地上建筑就会产生裂痕或坍塌。可见地震对地基的破坏是致命的。高层建筑地基加固防震设计至关重要。

    1.2 刚度受损特征

    高层建筑遇到地震作用时会迫使建筑扭曲变形、倾斜或者坍塌，对建筑结构的刚度破坏极为严重。因此高层建筑抗震设计时要保证建筑形体简单、规则，受力均匀，外观对称，保证结构的刚度分布均匀一致。避免体型过度复杂导致的设计不平衡问题使刚度分布不均匀，面临地震时，结构刚度受损严重。当高层建筑复杂不规则时要对立面进行加固防震设计。

    1.3 构件受损特征

    从混凝土建筑受到地震破坏时，剪力墙结构的节点区域往往破坏最为严重，而板和梁则相对较轻。这种结构形式受地震破坏很容易产生交叉性裂痕破坏，而裂痕往往在剪力墙窗台下方表现出来。

    1.4 结构体系受损特征

    高层建筑的混凝土剪力墙结构具有较强的刚度和较大的承载力，但其本身质量较大，不适合在大空间应用。而框架结构简单，灵活性较高，在大空间中应用较广。但是框架结构的承载力远不如剪力墙结构的承载力，抗震性能大打折扣。在抗震设计中，为使结构体系受破坏性有所降低，往往采用剪力墙结构和框架结构联合和应用，来提高高层混凝土建筑物的承载力和抗震效果。

    2 高层混凝土建筑的抗震结构设计策略

    2.1 高层混凝土建筑主体基础设计

    在进行抗震结构设计前，要先对高层混凝土建筑所需要的施工现场进行地质勘察。主要是了解施工现场的地质条件、地质结构、地理环境条件以及地质活动情况，运用科学的分析方法和处理技术，对掌握的勘察数据进行分析，科学选取地基最佳的抗震加固方法，提高高层建筑结构的抗震性能。当前高层建筑较为常用的结构是底框结构。混凝土在该结构中呈现出上重下轻特征，结构刚度分布不均匀，框架部分的整体抗震性能较低。所以，设计人员要重点对高层建筑地基抗震加固进行设计，确保底框结构的安全性以提升框架结构的抗震性能。

    2.2 高层混凝土建筑结构设计

    高层混凝土建筑结构设计分为平面结构设计、竖向结构设计和对称结构设计三个方面。在抗震设计中，这三方面需要分别进行抗震设计。对于平面结构抗震设计，原则上采取结构简单化让地震能量得以向外传递。此时的计算数值与现实符合度较高，平面结构的抗震性能也达到最佳状态。抗震性能较佳的平面结构有方形、圆形和矩形。而L型和十字形受力易发生位移变形，故不采用。对于竖向结构抗震设计，要保证结构分布和荷载分布的均匀性，调整竖向结构的刚度和强度，使其处于较均匀的状态，提高竖向抗震性能。抗震效果较佳的竖向结构立面形状有矩形，三角形和梯形。对于对称结构的抗震设计，主要是避免地震后建筑出现扭曲现象，通过对称来进行抗震，可以避免重心偏移问题，削弱地震作用对对称结构的影响，从而使对称结构表现出较强的抗震效果。

    2.3 科学使用多元化抗震结构设计

    高层混凝土建筑抗震设计需要形成一个抗震体系，需要在混凝土结构内部形成多个抗震体系，从而形成一个整体的抗震结构，增加抗震屈服时间，尽可能的使用双向抗侧力设计。多道抗震防震设计原则如下。（1）处于同一平面主要构件要处于屈服状态。（2）其他抗侧力部件要处于弹性状态。（3）保证构件的抗侧移值。（4）改变短柱配筋率，变短柱为长柱，提高抗震能力。

    2.4 综合运用多种抗震计算方法

    高层建筑抗震设计中，要准确计算抗震结构受地震作用影响而产生的位移数值，常常采用定量方式进行计算。进行抗震设计时，要保证位移数值处于控制标准范围内，使抗震设计达到标准要求。对于高层建筑主体承载力计算中，需要将结构变形和位移两者进行综合考量，从而确定主体结构的变形情况，也就是在地震作用下，层间位移角的变化多少以及延性位移的变化多少。同时，为降低破坏程度，在抗震设计输入地震波时，一般以最低数值作为输入原则。

    2.5 高层混凝土建筑抗震加固设计

    首先，高层混凝土建筑的柱子抗冲剪能力低，是抗震加固设计的重要一环。加固设计时可选用螺旋复合箍筋进行柱子加固，以提高其抗震能力。其次，高层混凝土建筑遇到地震时，短柱的抗弯能力要明显高于其抗剪能力。当地震作用高于抗剪能力而低于抗弯能力时，短柱还未来得及表现其抗弯性就已经被剪力摧毁。所以，高层建筑抗震加固设计时要重点对短柱抗震抗剪力进行科学调整，使其与自身的抗弯能力同时起抗震作用。常用的加固方法是在短柱的竖向进行分体设计。再对每一柱体进行箍筋调配，缩小其抗弯性，提高其抗剪性，使短柱转变为长柱，从而提高抗震效果。

    3 结 语

    在地震中高层混凝土建筑的地基、建筑结构刚度、构件、结构体系等各个方面都会受到损坏，出现变形、坍塌等现象，严重威胁着人民的生命和财产安全。相关设计及施工工作人员都应当引起重视，尤其需要重点关注高层混凝土建筑主体基础设计、结构设计、抗震加固设计等方面，以提升高层建筑的抗震性能。

    参考文献：

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    [2]陆涛.探析高层混凝土建筑抗震结构设计[J].建筑技术开发，2019，46（13）：9-10.

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