高層混凝土建筑抗震結構設計研究

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0引言

隨著城市化進程的加快，城市人口的增加，高層建筑逐漸成為了建筑行業(yè)的發(fā)展趨勢。而在高層建筑的發(fā)展過程中，高層建筑的安全問題也逐漸凸顯了出來，如何提高高層混凝土建筑的抗震性能成為建筑行業(yè)需著重考慮的問題。但在提高高層混凝土建筑抗震性能時應首先明確高層混凝土建筑抗震結構設計的要求，才能抓住抗震設計的核心，提高高層混凝土建筑的抗震性能。

1高層混凝土建筑抗震結構設計的要求

高層混凝土建筑在抗震結構設計中應保證建筑在遭受強震的過程中不倒，在中等地震中經過維護還能繼續(xù)使用，在輕微的地震中保持穩(wěn)固，將損壞降低到最小。高層混凝土建筑抗震結構設計要達到抗震設計的要求，應做到剛柔并進，綜合考慮建筑的受力情況，做好強剪弱彎的設計，并根據高層建筑結構的特點，進行具體的設計，保證高層混凝土建筑抗震結構設計符合要求。

1．1綜合性要求

在對高層混凝土建筑進行抗震結構設計時應注意建筑的剛度設計要求，利用物理學中的力學知識合理判斷結構設計中的力學特點，了解機械設備的運行、建筑材料的要求以及具體的施工場地。根據這些因素確定混凝土建筑結構設計中的剛度值，充分考慮各部分的建筑結構的連接設計，在設計過程中根據實際情況予以不斷調整，逐漸提高高層混凝土建筑抗震結構設計的性能，使抗震結構的設計能夠抵抗強等級的地震，即使建筑結構在發(fā)生輕微變形的情況下，建筑也能通過自我的調整，保證建筑的安全性［1］。

1．2具體要求

高層混凝土建筑抗震結構設計在規(guī)劃設計環(huán)節(jié)，需要充分考慮各方面的因素，尤其應著重考慮關鍵部分的連接點作用與不同構件的受力情況，設計人員應根據要求，保證各連接點與構件在地震中能發(fā)揮其作用。而在剛度方面，應注意剛度值的具體要求，若高層混凝土建筑的剛度值過低，建筑在強震中會受到嚴重的破壞，直接損壞建筑的主體結構，而在地震過后余震的作用下，建筑很可能會直接倒塌。除了混凝土建筑抗震結構設計中的剛度值問題，建筑的延展性也應引起重視，保障建筑的強度與剛度在合理的范圍內，促進高層混凝土建筑抗震結構設計效用的發(fā)揮。

2地震發(fā)生過程中高層混凝土建筑的破壞特點

2．1地基破壞特點

高層混凝土建筑在地震發(fā)生過程中，若地基的土層較軟弱，地基會因土體的液化而發(fā)生沉降，進而破壞地基，造成建筑上部結構發(fā)生傾斜，最終使得建筑在地震作用下發(fā)生坍塌;除此之外，高層建筑若在一些危險地帶修建，尤其是在一些泥石流、滑坡等多發(fā)地段，在地震發(fā)生時，危險地帶在地震的作用力下會產生二次性傷害，導致建筑的基礎發(fā)生不均勻沉降，引發(fā)建筑裂縫的產生，并在共振效應下，損壞建筑的上部結構，引發(fā)無可挽回的結果。

2．2結構體系破壞特點

高層混凝土建筑為框架填充墻結構時，在地震的作用力下，建筑整個平面中的內框架柱上部容易引發(fā)剪切型的破壞，窗洞會因窗下墻的作用引發(fā)短柱性的損壞。但建筑若為框架剪力墻結構則不易遭受嚴重的破壞。而在底框結構中，由于底層的剛度較低，在地震的影響才會遭受嚴重的破壞，并且使用的若是框架填充墻結構，底層的框架為敞開式的，在沒砌墻時剛度也較低，也易遭受嚴重的破壞。

2．3剛度破壞特點

高層混凝土建筑的主體結構一般使用的是矩形平面結構，一旦發(fā)生地震，建筑內的電梯井會產生偏心作用，因此在強扭轉振動下會加重地震的作用力，加重破壞程度。而對于一些不對稱的平面結構中，地震產生的扭轉振動會嚴重影響結構的穩(wěn)定性，造成建筑的損毀。

2．4構件破壞特點

不同的構件有不同的抗震性能。在高層混凝土建筑的框架剪力墻結構中，板與梁更容易遭受破壞，而剪力墻的窗臺下部位置也容易產生交叉裂縫;但框架柱由于設置了螺旋箍筋，加大了層間的位移角，因此，在地震作用下不易遭受破壞。

3加強高層混凝土建筑抗震結構設計的方法

3．1做好建筑主體結構的基礎設計

建筑主體結構的基礎設計是建筑結構抗震性能提高的最基本問題，因此應重視建筑基礎的設計。在設計過程中應注意將結構相同的單元設置在地基性一致的地面上，并保持結構一致，對于地基位置上較軟弱的土層應進行處理，以免承載力的不同引發(fā)地基沉降，并運用適當的處理方法增加地基礎結構的剛度，加強基礎承載力的同時，使承載力保持在一致的水平上。并且應注重底框的運用，因為底框雖然經濟實用，運用用途廣，但結構體系分布不均勻，易引發(fā)結構的不均勻變形，甚至在嚴重的地震作用下，造成建筑部分開裂。因此，在使用底框時應在設計時增加一些措施以使底框能保持較均勻的剛度，避免不均勻造成變形的出現。

3．2增加抗震防線的設計

高層混凝土建筑的抗震結構并不是由某一部分構成的而是由不同的延性分體組成的，并且不同的延性分體并不是單獨的工作，例如框剪結構是由剪力墻和框架分體組合而成的多肢剪力墻結構體系，在通力合作下能在余震過程中發(fā)生作用，增加建筑的抗震性能。而增加抗震防線的重要性在于即使一道防線破壞，另一道防線也會繼續(xù)發(fā)生作用，減輕地震對建筑的破壞。因此，設計人員應建立一個由多構件組合而成的抗震防線體系，保證同一平面內的主要構件屈服，其他的抗側力部件能在發(fā)生彈性時，延長主體結構屈服的力度與時間，保證主體結構較強的延性以及抗側移性。此外，在設計過程中，若有的構件出現抗側移值過大的狀況，減弱了其他構件的強度，應適當增強構件的抗側移能力，在設計中注意多重抗震防線的設計［3］。

3．3綜合多種抗震計算方法

在對高層混凝土建筑抗震計算中，位移計算的正確性不容忽視，并且應對結構設計方案進行定量分析，控制主體結構的變形量，保證在中、低地震等級中，建筑的主體結構不會發(fā)生變形。在計算主體結構的承載力過程中，應對高烈度地震中結構的層間位移以及延性位移進行實時性的計算，具體算出建筑構件位移與結構變形間的關系，得出建筑主要構建的變形值，并對建筑截面的應變情況予以分析，計算得出構建的合理構造值，最大限度的降低主體構件在地震發(fā)生中的破壞程度。

3．4抗震的加固設計

在高層混凝土建筑抗震結構設計中，因主要構件應滿足一定的延性要求，在樓層較高時，通過調節(jié)軸壓比以增強構件的延性，但軸壓比又不應過小，否則會造成結構短柱，延性也會受到影響，在高強度的地震作用下，造成建筑的坍塌，因而應進行加固設計。首先，在地震的加固設計中應選擇螺旋復合箍筋，因為螺旋復合箍筋能有效地提高建筑中柱子的抗沖擊力，從而提高短柱的抗震能力。其次，框架柱的抗剪能力應與強剪弱彎以及剪壓比相對應，并且柱子頂端的抗彎能力應在強柱弱梁值的范圍內，使短柱在強柱弱梁或強剪弱彎時也不會破壞剪切性，增加建筑的抗震力度。最后，因為短柱的抗剪性較弱，在地震中常出現在抗彎能力還沒起作用時已發(fā)生了剪性破壞，所以在設計過程中應減少短柱的抗彎能力，使其與抗剪力保持平衡，在地震發(fā)生時滿足短柱的抗彎屈服。但為了減弱短柱的抗彎強度，將柱子沿豎向設縫的情況，將其劃分成多個分體柱，并利用通縫或分隔板等連接鍵，增加建筑構件的抗震性能，促進建筑的抗震加固設計。

4結語

高層混凝土建筑抗震結構設計的重要性是不言而喻的，只有明確抗震設計的要求并根據具體建筑結構的抗震特點，才能在設計的過程中結合建筑各體系的破壞特點，有針對性地提高高層混凝土建筑的抗震結構設計，減輕地震對高層混凝土建筑結構的破壞，從而保障人們的生命財產安全。

作者：李璐 單位：太原理工大學建筑設計研究院