高层混凝土建筑抗震结构设计研究

2020-03-12赵进

工程技术研究 2020年23期

赵进

（湖北鹏程规划建筑设计有限公司，湖北荆州 434300）

随着我国经济水平的提升和人们物质生活质量的提高，人们对于城市高层建筑的性能尤为重视，特别是建筑的抗震性能以及稳定性。近几年，由于发生的一些地震灾害导致城市中的高层建筑受到了严重的破坏，不但造成了巨大的经济损失，还给人们带来了生命财产安全的威胁。因此，国家和社会加大了对建筑抗震性能的重视程度，要求建筑企业以及相关的结构设计工作人员必须合理地设计高层混凝土结构，提高高层建筑结构的抗震性能。

1 震中高层混凝土建筑的破坏方式

1.1 剪切式破坏

一旦地震发生，建筑物所遭受的破坏首先是剪切式的破坏，会出现不同程度的裂缝。剪切裂缝指在发生地震的过程中，由于建筑结构承受了剪切力的作用形成了不同程度的裂缝。而剪切裂缝在形成的过程中通常会出现以下情况：一是如果建筑物结构的弯矩的强度超过了其所能承受的范围时就会逐渐裂开，然后在建筑的截面位置会出现水平弯曲的裂缝；二是因为建筑物需要承担越来越重的压力和作用力，所以会导致裂缝不断地扩大，而这时的建筑结构也会朝着斜的方向进行剪切；三是当箍筋慢慢承受不住作用力时，剪切裂缝又会加大，这时就产生了剪切式的破坏。

1.2 弯曲式破坏

在地震发生时，高层混凝土建筑除了会遭到剪切式的破坏，还会产生弯曲式的破坏。弯曲式破坏指建筑结构会受到水平地震的作用力，因为该作用力压力比较大，所以建筑结构无法保持平衡，建筑结构的外部保护区域也会慢慢地被破坏，从而导致整个建筑物结构主体失去其有效的承受力。在地震持续发生的过程中，建筑结构的主体依然会受地震影响，如果地震持续时间的越长，那么对建筑物主体结构的破坏也就越大，当其超过所能承受的最大程度时，建筑结构就会彻底地被破坏，呈现弯曲式崩塌。

2 地震破坏高层建筑的特征

2.1 地基破坏特征

一旦发生了地震，高层的混凝土建筑的地基就会遭受严重的损坏。高层混凝土建筑的破坏情况和其所在的地基条件有密切关系，如果处在承受负荷能力差的土层上，地震发生时会导致土体出现液化的情况，进而造成建筑物呈现下沉的趋势，而建筑结构的上部也会产生程度不同的倾斜。情况更加严峻时，建筑物还可能会出现不均匀的下沉的情况，造成建筑物受力不一，从而出现裂缝或是建筑物倒塌的问题。

2.2 构件破坏特征

部分高层混凝土建筑的结构设计利用了框架剪力墙。一旦地震发生，建筑物内部的柱子会遭受到巨大的破坏，而其柱子所受到的作用力和破坏要比板和梁都大。另外，在剪力墙窗台的下面也可能会出现交叉性的裂缝。

2.3 结构体系破坏特征

由于建筑物在不同的位置具有不同的结构特征，因此在地震发生的过程中，对其结构体系的破坏也会呈现不同的特征。剪力墙结构的刚度性能好，可以承受的压力也比较大，但是由于其自身的结构比较大，因此在布置的过程中，其灵活性不强，不能有效实现大空间的要求；而框架结构的灵活性比剪力墙结构好，能够有效实现空间上的要求，但是其压力承受能力比较弱，在抗地震中的表现较差。

2.4 建筑刚度破坏特征

在设计高层混凝土建筑结构的过程中，比较常见的有矩形平面式的设计。一旦地震发生，那么建筑物的电梯井就会产生较为严重的位置变化，这时就会导致建筑的结构受到严重的损坏。其中一个重要的原因是在设计高层建筑的电梯井过程中，通常都会使用刚性的设计，而这种设计如果碰到地震，容易造成电梯井在地基结构中的位置发生变化，还会出现比较明显的摆动，建筑的整体结构的刚度会因此受到更为严重的破坏。

3 高层混凝土建筑抗震结构设计要点

3.1 制订科学合理的设计方案

在设计高层混凝土建筑结构的过程中，相关的工作人员需要制订科学合理的设计方案，这在一定程度上也有利于加强建筑结构的抗震性能。因为很多高层的混凝土建筑的结构通常都是采用框架结构，所以在开展施工建设之前，需要选择适合的框架结构，这都需要在制订设计方案之前进行排查和选择，然后将其列入设计方案中，提高设计的科学性和严谨性。在设计高层混凝土建筑结构中采用框架结构，相关工作人员可以通过计算从而实现成本投入的最小化，因此框架结构在建设工程项目中被广泛使用。

3.2 混凝土框架结构设计要点

在建设高层混凝土的框架结构的过程中，需要有效提高建筑结构的抗震性能，因此需要注意以下要点：一是要对建筑的框架结构进行受力分析，工作人员要对高层混凝土建筑的结构的受力特点以及其在使用中的特点进行全面分析，这样才能进一步对其受力的情况进行准确计算，并画出其简图以及受力体系，再展开全方位的受力分析。二是需要分析高层混凝土建筑的框架结构各方面的特性，确保框架结构的硬度、稳定性以及延展性都达到抗震的标准。

4 高层混凝土建筑抗震设计的优化对策

4.1 加强抗震防线设计

随着人们对高层建筑抗震效果的重视程度的提高，相关设计人员除了要确保建筑基本的设计标准以及安全建设标准，还需要提高现代混凝土结构的抗震性能。在设计高层混凝土建筑的过程中，需要加强抗震防线的设计。如果发生地震，那么建筑物可以处于多条防线的保护下，尽可能地防止出现混凝土结构坍塌的情况，从而增强建筑结构的平衡性。因此，设计人员需要根据国家所制定的相关标准，科学设计混凝土结构的抗震级别，不断提高混凝土结构的安全性和稳定性。

4.2 合理选择设计位置

在建设高层混凝土建筑的过程中，还应该合理地选择其设计的位置，设计人员要亲自到施工场地了解和掌握相关布局以及场地的地质情况，同时也要综合考虑该地段的建筑是否存在社会价值和商业价值。针对地质情况以及地形条件比较复杂的位置区域，强化各个不同层面的管理和控制，不能将建筑物设计得太高，需要有效确保地基的设计和安排的科学性。而具体的设计和建设情况还应该根据实际情况进一步有效分析，不同种类的高层建筑物之间需要进行更加具体的对比分析。

4.3 合理选择结构类型

在设计高层混凝土建筑结构的过程中，相关的工作人员应该结合该建筑的实际需要以及建筑的结构，合理地选择相适应的建筑结构类型，同时还需要结合建筑物的类型以确定设计方案。针对底层住房空间比较大的楼层，需要在建筑物的外围设计保护结构，这有利于提高建筑物整体的平衡性，以保证建筑的安全性。针对楼层比较高的建筑物，还需要增强抗震能力的设计，以此提高建筑的稳定性。另外，为了确保车辆能够正常出入，还需要为其预留一定的通行位置。

4.4 提高基础机构设计的合理性

高层混凝土建筑工程的设计和施工具有一定的难度，而其整体质量的好坏和基础机构的设计有着非常密切的联系。建筑的底框结构具有较强的实用性，可以适用于比较多的建筑项目，而且能带来一定的经济效益。但是底框结构也有一个比较大的问题，就是在具体的施工建设过程中，存在刚度分布不统一的问题，容易导致主体出现裂开的情况，这不利于保证建筑物结构的稳定性和安全性。

4.5 加强对建筑承受力的考虑

在具体设计建筑结构的过程中，需要对建筑物的压力承受能力进行合理的分析和计算，这是优化高层混凝土建筑抗震结构的重要因素。因此，有关的设计工作人员应该加强对建筑承受力的考虑和重视，采用一定的弹性策略，以保证高层建筑工程的平衡性以及安全性。为了提高建筑的抗震能力，在设计的过程中可以适当减少水平方向的侧移程度，同时减少建筑物本身的重量。除此之外，在具体的设计环节中，对于比较重要的数据还要进行更加具体的分析，全面考虑其给建筑抗震结构设计带来的影响。

4.6 妥善落实建筑抗震性能的加固设计

通过分析目前我国的高层建筑抗震设计情况可知，很多建筑的抗震方式比较简单，抗震的能力也不强。因此，当建筑物遇到强烈的地震发生时，就会产生不同程度的破坏和坍塌，从而造成严重的人员伤亡事故。为此，在设计高层混凝土建筑抗震结构的过程中，需要妥善落实建筑抗震性能的加固设计工作。在具体的施工过程中，施工人员要科学合理地分布建筑结构的刚度和强度，防止出现薄弱层。