混凝土建筑抗震结构设计有效对策探讨

高继红

（唐山中鼎建筑设计咨询有限公司 河北唐山 063000）

0 引言

地震灾害对于建筑物的危害性较大，为了达到提高建筑物抗震性能的目的，越来越多的抗震结构得到了研究和应用。本文简要分析了高层混凝土建筑的结构特点和破坏特点，并对抗震结构设计的有效对策进行了深入的探究，希望能为我国的高层建筑设计带来一定的工作参考。

1 高层混凝土建筑的结构特点

高层混凝土建筑是目前我国建筑业的主流建筑形式，其泛指高度超过28m，层数超过10层的建筑物。高层混凝土建筑与传统的多层混凝土建筑之间有着本质上的区别，尤其是针对抗震结构的设计要求更是发生了翻天覆地的变化。从结构角度来看，高层混凝土建筑属于一种竖向的悬臂结构，建筑自身的弯矩、轴向力等参数的具体情况主要取决于建筑自身的水平荷载与垂直荷载，高层混凝土建筑的高度与轴向力之间存在着线性关系，而层数则与水平位移、弯矩之间存在着上升曲线的关系。而从受力情况的角度来看，当高层混凝土建筑的水平荷载分布均匀时，建筑自身的高度与弯矩之间的关系为二次方关系，而当建筑物垂直荷载方向没有发生改变的情况，建筑高度的增加并不会对建筑结构造成较大的受力。

2 地震时高层混凝土建筑的破坏特点

2.1 地基破坏

地基破坏的情况在地震阶段当中较为少见，其仅仅发生在条件特殊的情况之下。当建筑物建立在软土层上时，土体会因为地震力的影响而出现液化的情况，并导致建筑物的地基出现不均匀沉降，而修建在地基上方的建筑结构也会出现不同程度的倾斜、裂缝等情况，一旦当地基的沉降、破坏情况达到某种程度时，建筑上部结构会出现明显的结构破坏情况，且多数无法再进行修复。

2.2 结构体系破坏

建筑结构体系破坏的情况主要会发生在框架填墙结构的高层混凝土建筑当中。在地震力的影响之下，建筑的内框架柱上部会出现剪切型破坏，而低框结构则由于自身的刚度相对较低，故其往往会在地震当中受到严重的破坏。

2.3 刚度破坏

一般情况下，高层混凝土建筑的主体结构以矩形平面式结构为主，若建筑的电梯井在地震力的影响之下出现偏心的情况，则会加剧地震力对于建筑结构的破坏程度，导致建筑结构受到扭转振动的破坏。

2.4 混凝土构件破坏

以框架剪力墙为主的高层混凝土建筑当中，柱的受破坏情况一般会过于板和梁的破坏情况，尤其是剪力墙的窗台位置最容易受到破坏。

3 抗震结构设计的有效对策

3.1 优化结构设计方案

在开展抗震结构设计工作时，设计人员需要明确认识到不同的结构设计将直接影响到具体的抗震性能及工程造价，且每一个微小环节的变更均会造成连锁影响。因此，抗震结构设计的优化需要从建筑工程项目的规划阶段开展，贯彻整个设计环节，尽量避免施工阶段出现设计变更的情况。首先，设计人员需要充分考虑建筑抗震结构的基本性能，通过合理、科学的定量分析对高层混凝土建筑的抗震体系进行优化设计，并在整体设计方案的指导之下，不断实现对于各个结构基本特点、布置方式及剪力墙的设计方案，且需要考虑到每一个抗震结构的实用性和综合性能。其次，在满足抗震性能的基础上，可以进一步追求抗震结构的美观性，要确保抗震结构整齐、对称，尽量不使建筑物的美观性受到较大的负面影响。同时，优化设计方案的过程中需要着重考虑建筑结构的抗震抗倒塌能力的提高，设计人员需要考虑到不同等级地震对于建筑结构所造成的影响，并对这一过程进行持续的计算，确保最终的计算结果能够与实际情况之间相互吻合，并在这一接触上确保各项抗震结构能够保持一定的平衡性，并侧重于建筑结构与纵向重力作用之间的关系。最后，抗震结构的设计需要具有一定的条理性和层次感，防震措施的选择需要结合施工现场的地质条件作出准确的判断，促使建筑整体结构能够满足上下力的受力均衡。实践证明，合理的结构重力设置可以有效降低地震发生时对于建筑物所造成的水平作用力和竖向作用力，确保建筑不会出现裂缝、倒塌的情况。

3.2 材料的选择

从某种角度来看，高层混凝土建筑的材料选择将直接影响到建筑物的抗震等级和综合质量。在选择材料时，需要确保其质量达到设计标准，并在这一基础上再进一步追求材料选择的经济性。由于高层混凝土建筑抗震结构的设计具有复杂化的特点，故抗震结构设计需要兼顾建筑物自身的抗震要求、建筑类型、施工条件和材料因素等。需要注意的是，质量与价格之间永远是一种相对的关系，二者之间如何取舍、如何衡量均是设计人员需要考虑到的问题。在确定了建筑结构、建筑形式的基础上，才可以进一步对施工流程作出选择和判断，不同的施工流程会影响到高层混凝土建筑的稳定性和抗震性能，设计人员需要在设计图纸当中明确标注各个施工环节的具体施工流程，确保施工方可以规范施工。

3.3 扭转效应的控制

地震对于高层混凝土建筑的影响包括水平作用力、竖向作用力和扭转作用力三种，而在作用力呈现出复杂化的背景之下，地震对于建筑自身所造成的实际破坏很难准确进行判断和计算。在开展设计工作的过程中，设计人员需要明确认识到扭转效应所带来的破坏力，在结构位移的基础上，对位移最小值和最大值进行计算，并确保建筑结构的位移可以保持一致。若在出现地震的情况下，建筑实际位移超过了预先设计的结构标准，则要对最大位移和最小位移的刚度进行计算，尽量使其保持同步性。若前期的模拟设计环节发现了抗震结构存在问题时，需要及时对问题区域进行调整和改善，尽可能的实现对于扭转效应的有效控制。

3.4 结构参数的设置

在建筑结构体系不同的基础上，建筑物的建筑效果及经济效益也会存在本质上的区别。因此，在开展抗震结构设计工作的过程中，需要格外注重抗震结构体系的构建，严格按照抗震规范开展设计工作，并明确计算抗震传递途径，构建多元化的传递方案。抗震结构设计框架初步制定之后，需要充分体现符合时代发展规律的设计理念以及专业的设计技能，尤其是关键的结构部位，更需要进行详细准确的说明，确保施工方能够准确了解设计方的初衷和设计目的。同时，设计过程中可以借助地震模拟的方式对结构参数进行优化，模拟在不同地震等级的情况下，建筑各个结构的实际受力情况，如柱梁变形、墙体承载能力等内容。而在建筑结构的规划环节当中，需要明确规划工作的重点难点，对设计框架进行进一步的优化，促使设计效果不断提升。若在条件允许的情况下，还可以针对建筑结构信息构建数字化信息库，便于后续的调整、修改以及信息提取。

4 结语

综合来看，在新时代的要求之下，高层建筑的抗震结构设计需要从建筑的实际环境出发，应用先进、科学的设计理念和抗震技术，切实提高建筑物自身的抗地震、抗倒塌能力，提高建筑物的综合性能、安全性与稳定性，尽量降低地震现象对于建筑物的破坏。