高层混凝土建筑抗震结构设计要点分析

孙国红

华东建筑设计研究院有限公司大连分公司，辽宁 大连 116001

高层混凝土结构作为当下建筑中最为常见的结构形式之一，具有耐久性能良好、整体性能好、耐火性能好等特点，同时混凝土结构强度高、造价低，能够更好地促进建筑工程的可持续发展，因此得到广泛的运用。抗震结构设计作为混凝土建筑设计的核心内容，直接对建筑物的整体稳定性和抗震性产生影响，因此结构设计人员需要重点分析高层混凝土抗震设计，这有助于从根源上保障高层混凝土建筑的合理性。

1 高层混凝土建筑抗震结构设计重心

在高层混凝土建筑结构设计过程中，设计人员应对相关数据进行分析，明确当前高层建筑的抗震刚度，确保建筑结构能够满足施工地区的抗震要求，从根源上保障建筑结构的安全性及延展性。

目前，一般采用计算机软件进行高层建筑结构分析和设计，对计算结果的合理性、可靠性进行判断是结构设计的主要任务之一。这项工作需以力学概念和丰富的工程经验为基础，从结构总体和局部两个方面进行考虑。具体包括所选用的计算软件是否恰当，结构的振型、周期、位移形态和量值、地震作用的分布和楼层地震剪力的大小、有效参与质量、截面配筋设计等是否在合理的范围，总体和局部的力学平衡条件是否得到满足。判断力学平衡条件时，应针对重力荷载、风荷载作用下的单工况内力展开。针对局部构件尤其是受力复杂的构件（如转换构件等），应分析其内力或应力分布是否与力学概念、工程经验相一致。对结构刚度值进行精准控制，做到小震不坏、中震可修、大震不倒。同时，需重视高层混凝土基础结构的刚度设计，并考虑基础结构对上部建筑刚度值的影响。合理的刚度能够保障高层混凝土在建筑结构基础发生细微变化时，通过自身体系、建筑材料的力学性能达到协同工作的目的，使高层混凝土建筑结构不会受到极大的破坏，经过合理的维修检测后能够正常运行，达到抗震性能设计的要求。

为了保障高层混凝土建筑结构设计具备良好的安全性、可靠性、经济性，应对高层建筑结构进行合理设计。结构应具有必要的承载力、刚度、稳定性、延性、耗能等性能。在设计中，设计人员应合理地布置抗侧力构件，减少地震作用下的扭转效应；结构刚度、承载力沿房屋高度应均匀、持续分布及保持完整，不宜抽柱或梁，使传力途径发生变化。震害表明，若设计中竖向构件在平面内或沿高度方向不对齐，不能形成完整的框架，可能在地震中由于扭转效应和传力路径中断等损坏结构。

2 高层混凝土建筑抗震结构设计现状

2.1 建筑结构高度设计难度大

近年来，大部分建设单位在施工过程中受到多种因素的影响，频繁发生不按图施工现象。同时，部分建设单位为了获取更大的经济效益，对图纸进行了改动，导致实际建筑高度可能超过原有设计高度，相关指标发生改变，对结构整体的力学性能产生严重负面影响，使结构无法满足国家的相关标准，不在安全高度范围内。一旦出现地震灾害，高层建筑结构将导致不可预测的后果，对人们的生命安全产生严重的威胁。

2.2 建筑地基缺乏科学性

在对高层混凝土建筑结构抗震进行设计时，地基基础类型的选择极为重要。因此，从岩土的勘察到基础的设计，需严格要求质量，确保地基基础设计的可靠性、安全性、经济性。在土方开挖后，应对土壤稳定性进行控制，确保地基基础的合理性，保障高层建筑结构抗震性能够达到预期效果。

2.3 建筑选材不够合理

目前，我国高层建筑不仅以钢筋混凝土结构为主，钢结构、钢-钢筋混凝土混合结构也较多。越来越多的建设者、设计师更加重视建筑选材，以确保材料力学性能合理，从根源上保障抗震结构能够满足实际需求。不断优化建筑材料力学性能，有助于从根源上提高建筑物的抗震性能。

3 高层混凝土建筑抗震结构设计方式

3.1 科学选定建筑场地

根据大量数据分析可知，高层混凝土建筑场地直接影响抗震效果。加上对于地震灾害情况的分析能够明确地知晓，只有保持地基基础持力层的稳定性，才能从根本上保障建筑结构抗震效果达到预期。因此，在建设高层混凝土建筑时，首先，应重视建设场地的选择，确保建设场地具有科学性、合理性，还需充分考虑到高层建筑结构周围的地形地貌、地质条件等，尽可能避免地震断裂带区域，从而保障结构的稳定性。其次，高层混凝土建筑的建设场地不能处于易发生地质灾害区域，例如滑坡、坍塌发生地，这种部位的抗震性能极差，安全系数达不到要求，将对居民人身、财产安全将产生严重的影响。

3.2 对结构设计方案加以控制

根据震害经验，体型复杂的房屋容易破坏甚至倒塌。由于结构所受地震作用的不确定性和复杂性，单纯依赖计算分析很难有效地控制结构的整体抗震性能，必须同时做好概念设计。合理的建筑布置和正确的结构选型是抗震设计的重要概念。

3.3 控制扭转效应

地震将产生严重的扭转效应、水平拉扯以及竖向剪切作用，在这些作用的共同影响下，将对整体建筑结构产生严重的破坏，导致房屋建筑结构出现断裂、坍塌等现象（见图1）。同时，地震发生时存在诸多不确定因素，并且具有一定的随机性，需要充分降低扭转效应对建筑结构的影响，以最大限度地保障结构抗震性能达到预期。因此，在设计高层混凝土抗震结构时，需结合地震水平作用引起的扭转效应。为此，需要对抗震结构位移目标进行合理控制。在结构受到地震灾害时，保障侧向位移在合理范围内的最大结构刚度，并设计相应力学性能的侧向构件，确保高层混凝土建筑物整体结构均在可控范围内，从根源上保障混凝土建筑抗震结构的各分部分项工程能够达到设计标准。同时，应不断深化高层混凝土结构的力学性能，确保及时发现设计问题，并进行调整与修改，在最大程度上保障高层混凝土建筑的抗震能力达到预期。

图1 地震引起的建筑物倒塌

3.4 控制结构内部具体参数

为了不断提升高层建筑的安全性和稳定性，设计人员应严格结合设计阶段的每一项参数进行分析，确保参数具备合理性。同时，在设计过程中应不断对建筑周围位置、地形、环境等方面的数据进行调研，对相关数据特征进行总结，结合数据开展高层建筑整体结构的合理设计，确保整体结构抗震设计值满足国家规范规定值。为了降低建筑受力情况分析的难度，可运用先进的BIM技术对整体结构进行建模，对结构的力学性能进行精准计算，保障建筑结构在受力时能够实现抗震的目标，从而保障高层建筑的安全性和稳定性。

3.5 强化抗震防线数量

高层建筑抗震结构体系中包含多种理想的延展体系，并具备延性结构构件方面的协同连接。例如，将剪力墙结构与框架结构进行组合，将形成多肢剪力墙结构，能够更有效地抵挡烈度较高的地震和强度较高的余震。如果仅设置一道抗震防线，当防线被破坏后，将对主体造成严重的损害，甚至产生主体坍塌。因此，设计人员应充分结合构件，建立合理的延性体系，确保整体结构的抗震性和延展性达到实际需求。设计人员也需不断研究将各种结构与剪力墙相结合，确保设计出最能提升结构强度的延性体系，以保障整体建筑的抗震性能。

设计人员在开展抗震设计时，由于内部某一结构构件抗侧移设计值过大，可能导致构件其他部分在受到地震破坏时还受到抗侧移设计构件的影响，整体结构较为薄弱。因此，需重视对抗侧移构件强度的分析，规避施工阶段的以大代小现象，提升部分抗侧移部件的配筋率。

4 结束语

综上所述，我国高层建筑抗震设计仍处于研究阶段，具备良好的发展空间。尽管结合大部分数据能够获取一定的经验，但在高层建筑整体抗震理论明确方面仍然需要完善。不断对结构力学性能进行合理分析，有助于充分推动地基结构、材料、抗震性能等方面的平衡，从而提升整体高层建筑的抗震性能。此外，需不断对抗震设计模式进行优化，从根源上保障抗震设计的合理性，促进高层建筑的良好发展。