高层混凝土建筑抗震设计探究

刘嘉君

我国处于亚欧板块和太平洋板块的交接地点，属于地震多发国家。我国很多城市处于地震带上，发生地震灾害的可能性较高。如果对于高层建筑的抗震结构设计不当，一旦产生地震，便会有损坏情况发生，更甚者导致整个建筑发生坍塌，造成的后果不堪设想。唐山大地震和汶川地震就是血淋淋的例子。因此，必须要对高层建筑抗震结构设计予以充分重视，结构设计者在进行高层混凝土建筑结构设计时，必须充分考虑建筑整体的抗震性能，通过科学合理的分析和研究，设计出有效提升建筑物抗震性能的结构，达到“小震不动、中震可修、大震不倒”的效果，更好确保建筑的稳定性与安全性。

但在建筑抗震设计实际工作中仍然存在诸多方面问题，因此本文将针对现阶段高层混凝土建筑的抗震结构设计中出现的问题进行分析，对正确科学的设计方案进行探究，为相关工作提供参考借鉴。

一、高层混凝土建筑抗震设计存在的问题

（一）建筑场地选址的不正确。随着我国建筑工程项目的逐年递增，城市的土地资源变得非常紧缺。因此，有的单位违背建筑物地基应该选择土壤扎实、牢固以及平坦广阔的原则，如选择存在泥石流、滑坡以及处于地震断裂带、有软土或者土壤松散且分布不均匀的场地作为建筑用地，如发生地震，这种场地上的建筑物最容易出现下陷和崩塌，建筑物的主体结构会瞬间被破坏，给人民群众生命和财产带来毁灭性灾难。

（二） 不注重建筑体型对称及规则性设计问题。建筑体型包括建筑的平面形状和主体的空间形状的设计。震害表明，许多平面形状复杂，如平面上的外凸和凹进、侧翼的过多伸悬、不对称的侧翼布置等在地震中都遭到了不同程度的破坏。唐山地震就有不少这样的震例。平面形状简单规则的建筑在地震中未出现较重的破坏，有的甚至保持完好无损。沿高度立体空间形状上的复杂和不规则在地震时都会造成震害。特别是在建筑结构刚度发生突变的部位更易产生破坏。

（三）不注重结构的延性设计。地震发生时，建筑物结构的主体框架是首当其冲受到严重破坏的，紧接着就是建筑物的主要支柱受力后会发生严重变形，由于建筑物本身的抗震强度主要依托延性结构的抗震性能，延性能力越强，抗震效果越好，所以工程技术人员在建筑物结构设计时，要充分考虑采取怎样措施来提高建筑物的延性。但是在实践操作工作过程中，建筑物的延性构件设计时经常会出现一些不尽人意的地方，如短柱等，如果没有合理地解决这些问题，导致地震产生的破坏还没有传到延性构件就会消失，失去应有保护作用，也就无法保证建筑物对地震能量的消耗，从而对建筑物造成破坏。

二、改善建筑抗震设计问题的有效措施

笔者结合自身多年从事抗震设计工作的实践认为：应该正确认识当前建筑物抗震设计过程中存在的具体问题，采取选择好建筑地基、使用合理的建筑材料以及设置多道抗震防线等具体措施来有效提高建筑物的抗震功能。

（一）进行正确选址。地震对建筑的破坏是从地基开始。因此在进行建筑场地选址的时候，进行地震灾害和环境评估工作十分重要，尤其对于建筑场地存在泥石流、滑坡以及处于地震断裂带等自然现象和环境要着力避免，要尽量避开地质松软，结构不稳定的场地和地基。不应在风险区域上施工建造高层建筑。如果在建筑过程中实在无法避开湿陷性、液化性、软弱性等特殊土壤和土层，需提前按照地基处理技术规程的相关要求对地基进行合理的加固和设计。对建筑物地下的土层分布、厚度、种类和性状等状况务必要探查清楚，做好高层建筑的地质勘查报告工作，经过地基处理后的高层建筑，还应对基础和上部结构的整体性进行加强和巩固。

（二）重视建筑方案的结构抗震设计。建筑方案设计是否考虑抗震要求，从总体上起着直接的控制主导作用。结构设计很难对建筑设计有较大的修改。所以在建筑方案、初步设计阶段中结构设计者就应参与考虑抗震的要求，对结构构件系统进行合理的布置，使建筑结构的质量和刚度分布均匀协调，使建筑结构的抗震性能和抗震承载力得到较大的改善和提高;如果建筑方案设计没有考虑抗震要求，那可能就会给结构的抗震设计带来较多困难，使结构的抗震布置和设计受到建筑布置的限制，甚至造成设计的不合理。有时为了提高结构构件的抗震承载力，不得不增大构件的截面或配筋用量，造成不必要的投资浪费。由此可见，建筑方案设计是否考虑抗震要求，对整个建筑起着很重要的作用。

（三）进行合理的结构设计。在进行结构设计时，应遵循以下设计要点：一是结构对称性设计。非对称的建筑结构因为重量、重心偏离等因素，在地震作用力的影响下会产生质量与刚度不对称的扭转、震动等，极易导致建筑物遭到破坏，抗震性能大为下降。为避免出现此类现象，建筑物设计应尽量使用对称结构。二是平面结构设计。事实证明，受到地震作用后，异形结构容易发生较大位移现象，所以尽可能少做外凸和内凹的体型，尽可能少做不对称的侧翼和过长的伸翼，尽量不要选择L形、十字形等结构。必要时，针对较为复杂或者平立面不规则较突出的高程混凝土建筑，应考虑增加防震缝的设计。一般情况下，应尽可能地使平面和空间的形状简洁、规则，高层建筑的平面结构设计以方形、矩形和圆形最好，一方面以简单实用为原则，另一方面也可以让地震力的传递更加明确。三是竖向结构设计。高层建筑的竖向结构设计应重视均匀性，刚度均匀变化，防止结构刚度和承载力突变。

（四）设置多道抗震防线。设置出多道的防震线就是指在抗震结构的体系，受地震作用影响，一些延性好的构件在起初要达到屈服，扮演第一道抗震防线的作用，对于其他的部件是需要在第一道抗震防线屈服之后才能够进行屈服的，这样就能够形成第二、第三等多道抗震防线，与此同时，这样的结构体系为保证结构的抗震安全发挥重要的作用和功效。

（五）充分运用隔震等高延性结构抗震。高延性结构可有效吸收地震能力，减轻地震对高层建筑的破坏。目前随着建筑抗震设计技术的不断发展，隔震措施越来越多被设计工作者在高烈度地区开始使用，如阻尼器等，消耗地震产生时释放的作用力，大大的削弱了地震造成的破坏。以此提高高层建筑的抗震能力，确保高层建筑可接受最大限度的变形而不至于发生坍塌。

（六）提高短柱抗震性能。通常情况下，高层混凝土建筑的短柱的抗剪能力，要弱于其抗弯性能。这造成了当地震发生时，建筑物收到地震力的作用，短柱还没有展现其抗弯性能，就已经因为承受的剪切力高于其承受能力，而产生破坏，最终导致高层混凝土建筑产生损坏。因此，在进行相关结构设计时，必须采取有效的措施确保短柱的抗剪与抗弯性能向匹配，确保其延性要求，这样就可以大幅度增强其抗震性能，确保建筑结构的安全。改善短柱抗震性能措施可以有以下几种（1）可适当加大混凝土的强度，从而减小轴压比，减小柱子截面尺寸，提高剪跨比，使短柱变为长柱。（2）选用螺旋复合箍筋。充分考虑强剪弱弯以及剪压比进行框架柱设计，保持其抗剪能力，在强柱弱梁限值标准下，设计柱子端部的抗弯能力。强柱弱梁发生强剪弱弯过程中的短柱，剪切性破坏不会产生，通过复合螺旋箍筋，能够使柱子抗冲剪能力得到进一步增强，增加短柱抗震能力。（3）选用分体柱。相较于抗剪性能，在抗弯性上短柱的能力更强，但是地震发生时，通常抗弯能力尚未出现之时，地震产生的剪切作用已经形成很大破坏。所以对于短柱抗弯能力可以合适的减少，确保其保持与抗剪强度相一致，这样才能使地震发生时，短柱能够更好的保证抗彎曲屈服作用。通常可采用分体柱进行设计，利用分体柱，虽然不能将柱子的抗剪性能增强，然而在使其抗弯能力降低的同时，促进柱子抗变形能力不断增强，使短柱转变为长柱，增强了短柱的抗震效果。

（七）加强建筑物内部的薄弱部分。地震来临时会产生较大作用力，建筑结构的设计应具备一定的变形能力，用来削减地震的作用力，对于建筑房屋中薄弱环节的抗震能力更要特别注意加强，避免在地震作用下过早的屈服产生较大变形损坏而影响整体建筑抗震性能。在设计过程中，对于那些薄弱部位应该乘以内力增大系数，要及时对薄弱部分进行加强，采取有效措施增强其强度和刚度，这样就可以极大提高其承载力。

三、结语

综上所述，高层混凝土建筑结构的安全和稳定，关系着城市居民的自身安全。通过对其抗震结构的优化设计，可以大大的提升人民的生活质量，减少地震发生时所造成的损失。相关的设计人员应加强对抗震结构的学习和了解，通过严谨的计算和科学的合理的分析，设计出符合抗震要求的高层混凝土建筑结构。