关于高层建筑混凝土结构抗震设计的探讨

关于高层建筑混凝土结构抗震设计的探讨

田自艳

保山阳春城乡规划有限公司云南保山678000

摘要：工业化、城镇化进程的加快，使高层建筑的建设数量不断增加，逐步成为城市的标志，但高层建筑无论是在稳定性还是安全性上都存在安全隐患，一旦发生恶劣地质灾害或安全事故，其会对用户以及附近居民的生命健康造成严重的威胁。为此，强化高层建筑的抗震性能，降低自然灾害对高层建筑安全性的影响十分必要。文章对高层建筑混凝土结构抗渗设计进行了探究，分析了高层建筑混凝土结构抗震设计中需要注意的要素，总结了当前抗震设计中存在的问题，从而制定有针对性的优化策略，提升高层建筑混凝土结构抗震设计的质量与效果。

关键词：高层建筑；混凝土结构；抗震设计

现阶段的高层建筑，建筑结构实体主要使用的混凝土材料，而建筑结构是建筑抗震性能的决定因素，混凝土结构如果具备良好的抗震性能，在发生地震等灾害过程中能够有效降低高层建筑的危险。为此，在抗震设计过程中，结合建筑建设的要求，科学规划结构中梁、柱等构件的位置，降低结构受剪力的影响与破坏，从而使建筑的抗震性能得到优化。

一、高层建筑混凝土结构抗震设计必须考虑的要素

当建筑物的高度超出一定范围后，安全就会成为建筑建设的首要考虑因素，尤其是建筑建设中结构设计上，必须具备抗震、刚度、强度等性能，每项性能都要满足高层建筑的质量标准，提升结构的整体性能，降低在突发情况以及灾害中对社会造成的危害与损失。为此，在抗震设计上应重点考虑以下几项要素：

一是，结构的侧向力，其是指建筑物在运营过程中承受外界垂直荷载、地震力以及风力等外力。由于高层建筑的高度以及自重较大，所以其水平力要高于地层建筑，随着层数的增加，水平力也会增加。所以，一旦水平力与地震力等侧向力共同作用于建筑结构时，结构就会出现变形等情况，所以设计中侧向力的考虑十分重要。

二是，结构的刚度，从胡可定律的角度进行分析，相同材料的刚度在很大程度上会受到剪切模量G的影响，而且建筑物在塑性期范围内的刚度受建筑物形状的影响较大。所以，在建筑物建设时，会因建筑物的高度产生一系列的风险，这些风险中包括侧向力作用以及侧向位移，导致建筑物在增加建设高度的同时，在水平荷载力的作用下，发生一定范围的位移，最终导致建筑物出现坍塌等事故[1]。为此，考虑结构的刚度，要将水平荷载以及自振周期控制在科学的范围内，从而提升建筑物的整体性能。

三是，结构的延性，当地正等侧向力作用在建筑结构上时，高层建筑出现变形的几率更高一些，出现这种情况的原因是，高层建筑柔性强。为此，在建筑结构抗震设计过程中，强度满足后，要考虑到建筑结构整体以及其局部的变形能力，如果在塑性变形阶段，高层建筑的变形能力较强，那么需要借助设备与技术合理进行建筑结构延性设计，避免在大的地震侧向力作为下，高层建筑出现倒坍[2]。

二、高层建筑混凝土结构抗震设计中存在的问题

一方面，当前的高层建筑抗震设计中，设计目标存在问题。相关部门对于我国高层建筑抗震性能的要求是小震建筑不坏、中震结构可修、大震结构框架不倒，但这样的目标既不全面也不科学，在很多高层建筑抗震设计上毫无指导意义，而且具体目标内容不明确，很难在设计中落实。虽然当前国际上根据自然灾害的特性，从多形态以及多层次的角度提出了抗震设计目标，但建筑物的抗震性能受多项因素的影响，设计中必须考虑到建筑建设以及运营的实际情况，制定科学的设计目标，从而保障对建筑物抗震设计的指导意义[3]。

另一方面，设计规范存在问题，当前我国抗震设计遵守的设计规范以及延性等级划分标准存在明显的不科学与不合理问题，抗震设计中，结构延性等级的划分，需要综合结构、设防烈度、高度等参数进行考虑，保障抗震设计的可行性以及科学性，但从当前的设计情况中了解到，在结构烈度划分上，钢筋混凝土结构的等级划分有一般、严重等情况，这样的划分不仅不细致，在实际设计中还会到导致统一标准出现不同划分结果的情况，导致设计方案与建筑实际情况不相符合，从而无法保障建筑的抗震性能[4]。

此外，受设计人员素质以及其它因素的影响，在设计过程中还存在参数选择不恰当的问题，由于设计人员在设计前，未对工程现场进行全面而细致的勘察，导致抗震设计中使用的参数无法得到保障，对高层建筑结构的抗震性能设计造成了不利影响。

三、优化高层建筑混凝土结构抗震设计的策略

首先，科学选址，经过权威的分析发现高层建筑建设过程中，建筑物的地理位置对建筑物的抗震性能有着直接的影响，因此，科学选址应作为提升建筑结构抗震性能的首要前提。在高层建筑建设过程中，要全方位进行建筑位置考察，了解建筑位置的地形、地貌、地质、水文等各项条件，从而确定建筑的具体位置、朝向等，并分析适合建筑的结构。其中有两项内容需要注意：一是，高层建筑在选址过程中，要尽量远离火电厂、石油存储场等建筑，降低不安全以及不稳定因素对建筑运营的影响；二是，建筑位置的选择应尽量避开丘陵、山坡等位置，这些位置的基础部分能力较弱，不利于提升建筑整体的抗震性能[5]。

其次，合理优化结构设计方案，高层建筑结构设计方案的每一项内容都要与我国高层建筑设计的要求相符合，尤其是符合抗震设计的要求与标准。建筑结构直接影响着建筑空间变形，在建筑使用过程中，结构延伸力会逐渐增强，建筑结构必须能够自动复原，避免造成出现空间变形，威胁用户的生命健康；同时也是使建筑始终处于安全状态。在进行地震力对高层建筑结构影响的评定时，要保障构件布置合理，能够将建筑结构的受力均匀的分布到构件上，协调结构的整体受力情况，在满足建筑设计刚度的要求基础上，保障结构层次有条理、不混乱，从而提升结构整体的稳定性。此外，要结合高层建筑建设位置的地质情况以及周边建筑情况，适当的将防震设计内容增加到建筑结构设计上，提升结构重点部位的性能，从而从整体结构的角度提升建筑的抗震能力。

最后，控制结构的扭转效应。结构在地震力的作用下会出现不同方向的扭转，这种扭转对建筑有着强大的破坏力，可以导致地表出现裂缝、建筑倒坍，而且一旦地震发生，会出现更多不确定情况，地震产生的水平作用力以及竖向作用力会随机的作用到不同的结构部位，为此，在高层建筑结构设计中，应考虑扭转效应对建筑的影响，在设计中明确不同位移情况下结构的刚度变化，从而通过设计技术控制位移，使位移处于一致，最大程度抵抗位移以及扭转产生的作用力。

结束语

综上所述，高层建筑结构的抗震设计是保障建筑安全性与稳定性的重要内容，在设计过程中，设计人员必须深入到建设现场进行勘察，精准测量各项参数，保障设计的准确性与合理性；并从建筑的整体结构出发，考量各项设计对抗震能力的作用，从而优化结构整体的抗震能力，降低在地震发生后，建筑的危害与影响，保障用户以及周围居民的生命健康。

参考文献：

[1]谢文东，王晶.高层建筑混凝土结构抗震设计的要求及设计方法[J].黑龙江科学，2015，23（3）：94-95.

[2]赵昕，董佩伟.高层建筑结构基于时变性能的抗震设计方法研究[J].地震工程与工程振动，2013，29（6）：115-121.

[3]林珊.某平面不规则高层建筑的抗震设计及施工技术探讨[J].福建建设科技，2016，27（5）：28-31.

[4]伍云天，姜凯旋，杨永斌，等.中美超限高层建筑性能化抗震设计方法对比分析[J].建筑结构学报，2015，25（2）：19-26.

[5]石浩田，陈胜.混凝土框架结构抗震设计要求及设计要点探讨[J].建筑工程技术与设计，2016，24（32）：362.