高层建筑混凝土结构设计中的抗震设计

张超

摘    要：目前，高层建筑结构已逐渐成为建筑工程的一种重要结构形式，设计混凝土结构时，设计人员应综合比较各种结构设计方案，选择最合理的结构型式，以满足安全性、耐久性、经济性和美观性的要求。

关键词：高层建筑;混凝土结构;抗震设计

1  引言

为了保证建筑的承载力和抗震性能满足相关要求，设计人员需要对高层混凝土建筑的抗震设计进行优化。本文论述了高层混凝土建筑的结构特点和抗震设计要求，介绍了抗震设计的要点，最后提出了切实可行的设计策略。

2  高层混凝土建筑结构抗震设计要求

高层混凝土建筑抗震设计的主要目的是优化建筑的抗震性能，保证其在频繁地震作用下的安全性和稳定性，在发生设防地震灾害时，仍可通过后期维护和修理使用;万一发生罕见的地震灾害，主体建筑结构不会倒塌。高层混凝土建筑的抗震设计应充分考虑各种影响因素，严格遵守设计标准和相关规范。在抗震设计中，设计人员应遵循强剪弱弯、强柱弱梁的基本原则，注意建筑的应力平衡和合理性，提高整个建筑的可靠性。同时，在高层混凝土建筑抗震设计中，设计人员应准确分析计算建筑的结构刚度，综合考虑地质环境、物理力学、建筑材料性能和设备性能等关键因素。

3  建筑结构抗震设计要求分析

3.1  基于刚度设计优化高层建筑抗震性能

在建筑结构抗震设计中，刚度是一个重要的设计指标，它将直接影响整个建筑在地震作用下的抗震性能。因此，设计人员应采取科学有效的措施来提高建筑物的刚度，以减少地震对建筑物的负面影响。在设计过程中，应特别注意建筑结构的抗扭刚度，防止建筑结构被地震破坏，造成建筑严重变形，达不到工程性能要求。同时，在设计过程中应充分考虑结构的整体性，以保证各构件和子结构满足规范要求，提高建筑物的稳定性和抗震能力。

3.2  提高建筑物构件的延性

在建筑结构抗震设计中，设计人员需要采取有效措施提高建筑构件的延性，从而优化建筑结构的变形能力，增加地震作用传递过程中的能耗，减少地震作用对建筑结构的破坏。也就是说，整个建筑的抗震性能是通过结构构件自身的能量消耗来提高的，为了提高建筑性能，设计人员可以采用顶部刚性、底部柔性的框支剪力墙结构，这样可以显著提高建筑结构的抗震性能。此外，在建筑结构抗震设计过程中，必须考虑转换层以下楼板构件的延性，如果结构为框架体系和框架核心筒体系，应采取各种措施提高框架柱的延性。

3.3  避免产生共振

在建筑结构抗震设计中，设计人员应认识到共振的危害，并在设计过程中避免共振，当建筑物的固有频率与场地的振动频率一致或相似时，就会发生共振。在这种情况下，地震对建筑物的作用被放大，这对建筑物的承载力和整体指标产生不利影响，为防止此类问题的发生，设计人员应根据相关规范估算建筑场地的特征周期，有针对性地调整建筑的刚度和质量，以改变建筑的固有频率，增大两者之间的差异，从而有效地避免共振，减少地震的危害，提高建筑的整体抗震承载力。

4  高层混凝土建筑结构抗震设计要点

4.1  科学选址

施工前，应进行科学的选址，由于施工现场的地质、地形和水文条件是影响建筑物抗震性能的主要因素，设计人员应充分了解和勘察施工现场的环境和条件。如果在现场发现危险因素，应及时解释，并选择其他位置。在勘察过程中，应特别注意地形、地质和水文条件的勘察，同时应加强记录的准确性，以优化建筑物的结构设计方案。

4.2  注重结构规则性与均衡性

在高层混凝土建筑的结构设计中，应注意结构的规律性，排除不合理的设计方案，合理的建筑结构布局规划可以显著提高结构的抗震性能。一般来说，对称建筑结构受地震波影响较小，整体性能指标较为稳定，因此，设计人员应采取切实可行的抗震措施，合理有效地加强整个建筑结构的抗震性能。

4.3  合理利用防震缝

在不规则建筑的设计中，设计人员应根据实际情况增加抗震缝，在设置抗震缝的过程中，要充分结合建筑要求、抗震设防烈度等因素，使抗震缝两侧的建筑相互独立，形成抗震性能优良的平面单体。在设计过程中，建筑物的高度与抗震缝的宽度密切相关，当高度小于15m时，抗震缝的宽度不应小于100mm，如果建筑高度超过15m，可结合抗震设防烈度和工程设计高度增加抗震缝宽度。此外，抗震缝的宽度应根据实际结构进行调整，在抗震缝宽度设计过程中，设计人员应保证框架-剪力墙结构的抗震缝宽度大于框架结构的70%，在结构设计阶段，主要影响因素与框架结构基本相同，在剪力墙结构抗震缝宽度的设计过程中，应保证该值满足框架结构参数的50%以上。

4.4  优化调整结构抗震设计方案

高层混凝土建筑的结构设计方案必须符合国家规定，充分发挥混凝土结构的延性特点，减少对主体结构的不利影响，设计人员需要准确分析不同等级地震波对高层混凝土建筑结构的影响程度，协调各构件的性能，综合考虑各种因素，优化高层混凝土建筑结构的抗震性能。此外，相关人员应加强对地震信息的研究，结合现有抗震措施，加强对关键构件的处理，以减少混凝土结构的不利影响，提高抗震效果。

4.5  优化结构参数计算

在建筑工程抗震设计中，应合理选择建筑结构参数，如果参数选择不合理，将直接影响建筑结构的抗震性能，因此，在结构设计前，设计人员应合理选择建筑结构的设计参数，并根据相关规范确定重要指标。设计人员可以在建立地震灾害结构设计模型的过程中准确计算模型参数，按照相应的比例建立建筑模型，对振动台进行模拟试验，找出建筑结构中的不足，在现有设计的基础上采取科学有效的优化措施，以增强建筑结构在地震中的承载能力。

4.6  整体性与能力设计

混凝土结构设计的完整性直接关系到其强度，整体性越强，混凝土结构的强度就越强，同时，混凝土结构强度的加强可以促进整个结构在强应力条件下的稳定性。在突然地震的情况下，混凝土或构件的下落可以被控制到最小程度，在设计混凝土结构时，发挥对称设计的作用，可以避免地震对混凝土结构的严重不利影响，防止混凝土结构的单侧倒塌。不仅如此，这也是对设计师能力的要求，对于设计人员来说，在进行与设计相关的工作时，需要对地震灾害的实际破坏能力有深刻的了解，并准确控制混凝土结构强度的安全度。

4.7 合理布局建筑平面與立面

在结构设计的相关工作中，应注意建筑平面和立面的规律性，因为它是建筑的一项重要的基本内容，在建筑平面和立面的规划过程中，应注意保持其规则性和简洁性，使刚度中心与结构质量中心重合。此外，在建筑平面和立面的设计中，不可避免地要采用比较严重的不规则设计方案。因此，应注意在适当的位置设置抗震缝，以便将形状复杂、平面不规则的建筑划分为相对规则的独立单元，在充分考虑建筑造型和使用功能满意度等相关因素后，建筑立面外观设计必须遵循简洁、典雅的原则，以有效提高工程的抗震性能。

5  结束语

地震灾害是不可预测和不可控制的，并将造成严重的财产损失和人员伤亡，因此，加强高层混凝土建筑的抗震设计尤为重要。设计人员应充分考虑高层混凝土建筑结构的设计要求，结合实际情况制定完整、合理、可实施的抗震设计方案，不断优化整个结构的抗震性能，增强建筑的安全性和稳定性，确保人民生命安全。

参考文献：

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