高层混凝土建筑抗震结构设计要点分析

高层混凝土建筑抗震结构设计要点分析

王辰昊

中石化石油工程设计有限公司 新疆库尔勒 841000

摘要：自进入21世纪以来，我国建筑事业得到了井喷式发展，这一背景下，国民经济发展水平得到了相应的提升，同时，人们的物质生活水平也有所提高，从而自然而然地提高了对于各类建筑工程施工质量的要求。在地震发生时强大的作用力会对建筑造成影响，而随着建筑高度的增加其影响因素也随之不断地变化，对建筑结构造成的破坏也会随之提升，因此，我国将相关的高层建筑进行了分类，与此同时对于一些抗震结构的相关设计对于建筑结构的高度也做了明确的限制。基于此，本文主要分析了高层混凝土建筑抗震结构设计要点。

关键词：高层建筑；混凝土抗震；抗震能力

引言

高层建筑从高层建筑发展而来，但与高层建筑有诸多不同。尤其是在防震、防火、防风等安全方面的设计上，超高层建筑比高层建筑有更高的要求。因此在高层建筑设计时，要将确保安全稳固作为基础。因此，建筑设计人员需要从多个角度对高层混凝土建筑的抗震结构进行设计，并且对现有设计技术进行综合性改良，以此来保证高层混凝土建筑的抗震性能。

1高层建筑结构设计概述

1.1结构体系的类型

高层建筑结构体系分为不同的类型，包括混凝土结构体系、钢结构体系、钢组合结构体系和钢筋混凝土结构体系的设计等。目前常见的高层建筑结构体系为钢筋混凝土结构，钢筋混凝土结构体系中包括框架结构、剪力墙结构、框架-剪力墙结构等。

1.2结构设计目标

高层建筑结构在设计时应以满足实用需求为目标。一要满足安全要求，需要符合国家验收标准，具有一定的防震、防火、防风能力。二是满足使用需求，能够根据目标的层高设计出相应的建筑结构，并且能够让居民或企业顺利地进行生产生活。三是满足环境要求，设计的建筑结构能够在周围的环境下得以实现^[1]。

1.3结构设计原则

第一，安全性

为了确保高层建筑工程实际应用中的安全性，一定要严格遵照相关规定对高层建筑进行设计、规划与施工建设，确保高层建筑工程的结构稳定性。无法确保高层建筑工程的未定性，就会对其安全性产生直接影响。安全性属于是建筑工程的关键所在，确保结构的安全性，要对其使用年限规划之内产生的诸多突发状况进行有效应对。强化高层建筑于突发、偶发事件当中的稳定性与安全性，是高层建筑工程规划设计中要高度重视的问题。

第二舒适性原则

房屋建筑设计最主要的目的是满足人们的生活需求，而房屋建筑的舒适是保证人们居住的必然要求。基于此，相关设计人员必须遵循房屋建筑的舒适性原则。首先，建筑内部要求，必须保证房屋的采光、通风良好，房屋的隔音效果满足人们最基本的需求，保证人们的正常生活。其次，建筑外部要求，对于整个建筑外的环境、绿化、设施等也要严格控制，保证环境的良好，提升人们居住幸福感。最后，建筑的外观也要保证其干净、舒适，满足人们的审美。

第三，耐久性

高层建筑工程的建设周期较长，其需要投入大量成本资金，混凝土属于是高层建筑工程中的主体部分，会对其使用寿命产生必然影响。为了能够对资源进行有效节约，确保资源利用率，在设计高层建筑工程结构时，要兼顾其的实用性与安全性，并且要强化提升其耐久性，确保高层建筑工程的使用年限，这是设计工作的关键内容。

2建筑结构安全的重要性

其实结构设计是一项非常复杂的工作，同时也是具备极强的综合性的一门科学，包含很多专业知识。例如:建筑结构设计需要涉及到工程力学和材料力学等相关知识与规范，并且在设计过程中还需要充分地考虑到建筑结构的抗震性能等，保证建筑结构具备一定的安全性，才能够最大限度地保护人们的生命财产不会受到威胁。所以说建筑结构的科学性与合理性是非常重要的［1］。在设计之前，设计人员需要计算和确定整体建筑的结构大小以及承载能力，通过准确无误的数据来为建筑结构的外形与大小提供依据，从而满足在空间上的需求。此外，在进行建筑结构设计的过程中还需要充分地考虑到建筑材料的选择和应用，因为材料的好坏与施工质量的高低都会对建筑结构的安全性造成影响。

3高层混凝土建筑抗震结构设计要点

3.1完善建筑结构设计方案

结构优化是一项专业、复杂的工作，在优化建筑空间结构时，要具有更强的层次性，尤其对于高层楼体的开发建设，其结构优化工作更加复杂。总体来说，建筑楼体的结构层次包含设计层次和结构体系。建筑物内部的层次性优化是指在设计建筑物时，对其现有结构作出优化调整，从而使建筑物的整体结构布局更加合理。建筑类型不同，那么所运用的结构设计方案也将存在一定的差异性，例如，如若针对多层建筑设计，设计人员会通过底部剪力法达到预期的质量控制标准，如若面对底层框架结构，那么则会以双保险的计算方式，大大提高结构设计的可行性与合理性。基于已有的设计经验，还应对设计结构加以优化，采取先进的设计方案，结合现阶段施行的建筑结构设计标准，严格落实相关规范，避免出现质量折减的问题，从根本上保证结构设计的有效性，并突出抗震设计的重要地位

^[2]。

3.2落实避震空间设计理念

为提高建筑抗震防线，在建筑抗震设计中可以引入避震空间设计理念。因此，当发生地震时可以利用生命三角空间进行临时避难，等到救援人员到来。生命三角空间的理念可以应用到连体建筑抗震设计中，通过建筑避震设计的手段构建生命三角空间，增强建筑抗震性能和安全性能。在建筑抗震设计时，将建筑中间主体部分增加钢筋和混凝土的用量，提高建筑中心区域结构的承载力，由于物体越大，越坚固，形成的生命三角空间交会越大，因此在设计时需要提高建筑楼层高度，当地震发生时尽可能形成较大的避震空间，利用建筑中心区域结构承载两侧倾倒的墙体，形成有力的三角避震空间，以此提高建筑的安全性能。

3.3地基采用特殊材料

在对建筑地基进行隔震设计时，关键是要将隔震层变成一个柔性的底层，当出现地震时，隔震层能够削弱地震波、降低地震能，避免对建筑结构造成损害。传统的地基抗震技术主要采用铺设黏土、沙砾等材料，通过这些材料来实现隔震的目的，但结合实际情况来看，其隔震的效果相对较差。随着相关领域对建筑地基隔震技术的研究不断深入，很多新材料不断投入使用，目前隔震效果比较好的材料为沥青，将其作为地基隔震层的填充材料，能够更好地提高地基的隔震性能。

3.4提升建筑抗震性能

高层建筑工程抗震性能属于是设计工作中的关键性因素，要求予以高度重视，在规划高层建筑工程的时候，房屋类别划分依据就是抗震性能，抗震性能遵照建筑工程高度、结构进行类别划分，高层建筑工程的结构刚度周边系数较大、楼层较多，则要对振型数进行合理提取。建筑顶部存在小塔楼或者是变换层，建筑振型数参数数值大于12，振型总数需要管控在楼层数量的三倍以内，持续强化高层建筑工程的抗震性能，才能够确保建筑工程的安全性与稳定性。

建筑结构设计环节应重点考虑抗震性能的优化，抗震性能是否得到保障将直接影响建筑结构的安全性与稳定性，因此若要从根本上提高建筑结构设计的科学性，保障建筑结构的使用性能，那么就要从结构设计环节入手层层把关，高度重视抗震性能的设计与优化，尽可能从整体性角度入手予以分析，为施工进度的有效开展、施工质量达到预期营造良好的外在条件，相应的延长建筑工程的使用寿命，免受地震等恶性灾害的影响。

我国是地震灾害频发的国家，发生地震灾害将带来巨额财产损失，并伴随着大量的人员伤亡，因此，有必要从根本上降低地震所带来的社会损害，其中建筑结构设计中的抗震性能优化可谓是重中之重，要求设计人员在设计工作开展前确定建筑工程施工目标，然后有针对性地实施实地勘察，为设计工作的有效落实提供数据参考，从而使得设计方案的实施更具科学性与有效性^[3]。

3.5科学设置隔震装置

由于地震发生时其本身所具有的能量，导致会从建筑的底部一致向顶端产生冲击，特别是不规则的建筑结构本身的刚度等方面较为薄弱，因而很容易受到无法估计的伤害。为了尽量降低其危害性，可以在建筑的关键节点部位设置相应的隔震装置，来减轻地震发生时的能量传递。除此之外，在对隔震装置进行选择时，应该选择组成较为简单的装置，因为在节点处采用隔震装置会对楼层的自震周期造成影响，因此，通常会采用橡胶垫之类的材料或者混合的隔震措施进行处理。相应的隔震支座具有较稳定的特性以及良好的恢复能力，在一定程度上起到建筑结构支撑的效果，最大程度上保证建筑的安全。

3.6合理设置多道抗震防线

开展高层混凝土建筑施工过程中，为了提高抗震效果，设计人员需要合理设置抗震防线。发生地震时，通常会出现多次余震。余震对建筑的影响也极为严重，如果仅设计单一的防线，那么将有可能增加坍塌事故发生的概率。因此，设计人员需要详细分析建筑施工过程中的薄弱环节，并且有效解决薄弱环节中的问题。设计人员必须应用延伸框架，并且确保延伸框架的承载能力以及刚度与高层混凝土建筑的抗震需求相符合，从而有效减少地震效应^[4]。

3.7减震技术的应用

（1）耗能减震技术

目前常见的耗能减震装置分为以下几种。

第一，减震阻尼器。该装置通过增加结构阻尼来消耗地震能量，以此避免建筑结构的振动。从装置机理的角度来看，具体可以分为两种类型：第一种为速度相关型阻尼器，变形速度与阻尼力成正比；第二种为位移相关型阻尼器，位移大小关系到消耗地震能量的能力。

第二，屈曲约束支撑。普通支撑受压会出现屈曲现象，当发生地震时滞回性能较差。屈曲约束支撑包括外套筒和硬质填充材料，能够很好地约束芯材受压屈曲，极大地提升了结构的抗震性。

第三，防屈曲钢板剪力墙。该装置是一种新型产品，其核心为耗能钢板，无论在小震还是大震中均能发挥出很好的作用。当发生小型地震时，该装置处于弹性状态；当发生强烈地震时，装置处于屈服阶段耗能，体现了良好的减震作用。

（2）吸震减震技术

通过在原结构上设置子结构，当地震发生时对地震的能量进行重新分配，通过转移振动来减小对建筑结构的影响，这就是吸震减震技术。目前该技术的主要装置分为以下两种：第一，调频液体阻尼器。该装置主要依靠水箱中的液体实现减震目的，当发生地震灾害时，调频液体阻尼器水箱中的液体受到地震能的影响出现晃动并形成侧动力，从而实现减震的作用。第二，调谐质量阻尼器。该装置主要由弹簧、可调整质量块、黏滞阻尼器等构成，首先调整装置的自振频率，使其与结构的振动频率保持一致，当出现地震灾害时，地震能会集中在调谐质量阻尼器上，从而降低结构振动。

结束语

高层建筑是我国经济发展重要的成果，同时也是推进经济发展的助推力。为了发挥高层建筑应有的作用，在超高层建筑的结构设计中除了首先要考虑其安全性外，还需要使其更加的实用美观。相关设计人员应该仔细考虑各项因素，在设计过程中要考虑到抗震结构的质量安全，尽量减少整体结构出现偏差的现象，进而推动建筑行业的进步。

参考文献：

[1]庄绪永.高层混凝土建筑抗震结构设计关键要素探究[J].工程建设与设计,2021(13):31-33

[2]白卫平，鞠俊江.超高层建筑结构设计的关键性问题探究[J].砖瓦世界，2019（4）：120.

[3]鹿道凡.超高层建筑结构设计的关键性问题研究[J].地产，2019（13）：81.

[4]李晓社.高层混凝土建筑抗震结构设计存在的问题及应对策略[J].产业与科技论坛,2019,18(13):78-79.