高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計探討

彭孝光，孫德峰

（北京三磊建筑設(shè)計有限公司，北京 100011）

隨著當(dāng)前我國高層建筑的不斷發(fā)展，高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)的應(yīng)用同樣也面臨著較高的要求，尤其是一些相對復(fù)雜的高層建筑結(jié)構(gòu)，利用混凝土構(gòu)件進行施工處理需要從多個角度進行綜合考慮，確保整體高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)更為安全可靠。從高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計環(huán)節(jié)入手進行分析，抗震設(shè)計作為比較關(guān)鍵的一個方面，更需要引起設(shè)計人員的高度重視，力求抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計科學(xué)合理，避免在任何環(huán)節(jié)出現(xiàn)嚴重的安全隱患，最終確保高層混凝土建筑能夠安全可靠運用。

1 高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計的必要性

高層建筑中應(yīng)用混凝土結(jié)構(gòu)是比較常見的形式。高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)往往需要重點考慮到整體安全性和穩(wěn)定性，對于整體結(jié)構(gòu)體系的抗震性能同樣也需要加大關(guān)注力度，避免在該方面存在嚴重安全隱患。因此，在高層混凝土建筑設(shè)計中就需要充分考慮到抗震設(shè)計方面的要求。高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計的必要性首先表現(xiàn)在后期建筑物的長期應(yīng)用中。因為高層建筑物往往涉及大量的使用人員，如果在應(yīng)用過程中存在著明顯安全隱患，勢必會帶來較為惡劣的隱患，人民群眾的生命財產(chǎn)安全得不到較好保護。所以，地震災(zāi)害作為不容忽視的一個危險來源，需要引起高層建筑設(shè)計人員的高度重視，在結(jié)構(gòu)設(shè)計中充分考慮抗震設(shè)計需求，提升整體高層建筑物抗震性能。另外，對于未來我國高層混凝土建筑工程的發(fā)展而言，其結(jié)構(gòu)往往更為復(fù)雜多樣，這種創(chuàng)新性發(fā)展不僅僅需要得到技術(shù)層面的支持，往往還需要重點從設(shè)計層面予以適應(yīng)性調(diào)整，促使結(jié)構(gòu)設(shè)計方案同樣也能夠緊跟整體高層建筑工程發(fā)展步伐。抗震設(shè)計作為其中重要組成部分，同樣也應(yīng)該加大關(guān)注力度，以求較好推動整個高層混凝土建筑行業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展，避免該方面形成阻礙因素。

2 高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計要求

2.1 構(gòu)件性能要求

在高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計中，設(shè)計人員需要考慮到各個構(gòu)件面臨的新要求，避免因為構(gòu)件方面的缺陷和隱患，導(dǎo)致最終整體建筑工程結(jié)構(gòu)體系的抗震性能受損?；诨炷翗?gòu)件的應(yīng)用，其往往需要表現(xiàn)出多個方面的優(yōu)勢性能，比如在承載能力、穩(wěn)定性以及剛度等方面，都應(yīng)得到較好保證，避免在后續(xù)長期應(yīng)用中出現(xiàn)輕易受損現(xiàn)象。結(jié)合抗震性能的要求來看，往往還需要確保混凝土構(gòu)件具備較為理想的延性，可以較好地實現(xiàn)對于地震作用力的有效控制。因此，在高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計中需要重點考慮到混凝土材料以及鋼筋材料的科學(xué)應(yīng)用，對于混凝土強度等級以及配筋率等，都需要加大關(guān)注力度，以求抗震性能可以在各個構(gòu)件方面得到較好保障。

2.2 抗震防線設(shè)計要求

在高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計中，關(guān)注于抗震防線的合理設(shè)計同樣也是關(guān)鍵任務(wù)。一般需要在高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)體系中設(shè)置多層抗震防線，以求形成更為理想可靠的保障機制。比如對于很多高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)體系的設(shè)計而言，往往涉及延性框架以及抗震墻等組成部分，這也就需要促使這些不同結(jié)構(gòu)體系均能夠具備較強抗震性能，形成多道抗震防線，以抵抗地震作用力帶來的不良破壞。此外，從地震災(zāi)害的作用機制上來看，往往存在著較多的余震，如果高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)體系在第一次地震災(zāi)害后出現(xiàn)了明顯受損現(xiàn)象，則很容易在面臨余震時出現(xiàn)較大安全隱患，如此也就需要構(gòu)建多道抗震防線，促使高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)能夠具備較強的地震災(zāi)害應(yīng)對能力，切實做到大震不倒。

2.3 重點部位抗震要求

對于高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計工作的開展，為了更好地提升建筑整體抗震性能，往往還需要重點把握好各個關(guān)鍵部位，尤其是對于整個結(jié)構(gòu)體系中存在的一些薄弱點，更是需要重點分析，切實做好該方面的抗震設(shè)計工作?；诖耍邔咏ㄖ炷两Y(jié)構(gòu)設(shè)計人員需要切實做好計算分析工作，重點分析明確各個樓層受力狀況，分析結(jié)構(gòu)構(gòu)件的強弱關(guān)系，進而較好地保證各個部位可以得到針對性處理，使整體結(jié)構(gòu)體系具備較強抗震性能。當(dāng)然，針對這些重點部位進行抗震設(shè)計的同時也需要關(guān)注于整體性原則，避免過于關(guān)注某一部分的抗震設(shè)計，造成整個高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)體系不夠協(xié)調(diào)，或者是影響到后續(xù)高層建筑的實際應(yīng)用功能，應(yīng)具備較強整體性設(shè)計概念。

3 高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計方法

3.1 恰當(dāng)選擇結(jié)構(gòu)體系

在高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計中，設(shè)計人員往往需要首先關(guān)注結(jié)構(gòu)體系的恰當(dāng)選擇，不同結(jié)構(gòu)體系表現(xiàn)出了不同的抗震性能機制，在后續(xù)具體抗震優(yōu)化設(shè)計過程也需要針對性地處理。總的來看，為了較好地確保高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)具備較強抗震性能，需要確保建筑結(jié)構(gòu)平面布置相對規(guī)則，體現(xiàn)較強對稱性特點，豎向受力構(gòu)件能夠在整體結(jié)構(gòu)應(yīng)用上具備較為理想的傳力效果，避免存在較為嚴重的傳力間斷問題，如此也就可以較好提升其整體結(jié)構(gòu)抗震性能。

在高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中選擇結(jié)構(gòu)體系還需要考慮到抗側(cè)力構(gòu)件的有效連續(xù)布置?？箓?cè)力構(gòu)件往往在高層建筑結(jié)構(gòu)體系中發(fā)揮著重要抗震性能，應(yīng)該結(jié)合不同結(jié)構(gòu)區(qū)域的抗震需求，予以合理布置和運用。比如在框架剪力墻結(jié)構(gòu)體系應(yīng)用中，剪力墻構(gòu)件是主要的著抗側(cè)力構(gòu)件，屬于第一道抗震防線，應(yīng)該從高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)的各個不同組成部分入手進行深入分析，確保樓梯間、主體結(jié)構(gòu)、電梯間等都能夠得到有效兼顧，且剪力墻之間的間距應(yīng)該適宜合理，避免間距過大帶來嚴重威脅。此外，在剪力墻結(jié)構(gòu)的具體布置中，往往需要優(yōu)先設(shè)置為L型、T型或者是[型，進而促使其具備更強的整體作用效果，抗震性能得到提高。針對不同結(jié)構(gòu)體系中的樓蓋也需要滿足構(gòu)造要求，確保樓蓋結(jié)構(gòu)整體性與豎向構(gòu)件協(xié)調(diào)有序，能夠作為水平隔板傳遞水平力，更好地提升高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)抗震效果。

3.2 合理應(yīng)用概念設(shè)計

高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計往往還需要借助于概念設(shè)計，這也是當(dāng)前抗震設(shè)計行業(yè)中得到廣泛認同的重要手段。在高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中，不僅要通過計算分析滿足承載力要求，還要重視高層建筑結(jié)構(gòu)的整體性分析及相關(guān)理論概念的應(yīng)用，否則，同樣也容易出現(xiàn)明顯設(shè)計隱患，整體的抗震性能得不到較好的保障。基于此，概念設(shè)計的應(yīng)用極為必要，其主要就是要求設(shè)計人員能夠重點圍繞著高層建筑結(jié)構(gòu)的整體進行綜合分析，借助于結(jié)構(gòu)系統(tǒng)觀點，確保高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)的整體反應(yīng)、材料選用、截面處理以及細部構(gòu)造等問題得到全方位關(guān)注，如此也就可以更好提升其抗震設(shè)計效果。

綜上，未來高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計工作人員需要重點關(guān)注概念設(shè)計應(yīng)用模式，了解概念設(shè)計的具體要求和手段，然后著眼于具體高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)體系進行整體分析，力求各個構(gòu)件的布置和應(yīng)用較為協(xié)調(diào)合理，墻體開洞、不同構(gòu)件截面積、配筋率以及預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)用等可以得到綜合分析，同時關(guān)注于各個結(jié)構(gòu)細節(jié)，以求整體結(jié)構(gòu)具備較強延性和承載力，可以在地震作用下表現(xiàn)出較強的整體穩(wěn)定性。

3.3 有效應(yīng)對地震能量

高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計工作的開展還需要充分考慮到地震災(zāi)害發(fā)生時的具體表現(xiàn)，如果能夠較好地提升高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)對于地震作用的變形能力，必然也就表現(xiàn)出了較強抗震性能，尤其是對于地震發(fā)生時的能量輸入狀況，更是需要加大研究力度。設(shè)計人員基于該方面的優(yōu)化處理，主要就是為了較好地降低地震能量的輸入，進而規(guī)避高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)面臨的破壞性影響。

對于該方面的優(yōu)化設(shè)計而言，設(shè)計人員可以利用基于位移的結(jié)構(gòu)抗震方法，結(jié)合具體高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計方案進行定量分析，重點研究相應(yīng)混凝土結(jié)構(gòu)體系在地震作用下可能出現(xiàn)的變形趨勢，針對變形可能性進行定量計算分析，以此研究其可以承擔(dān)的地震能量值，如此也就可以反過來推導(dǎo)適宜的設(shè)計方案，盡量降低層間位移程度。當(dāng)然，在一定條件下，為了較好降低地震發(fā)生時帶來的地震能量輸入值，計入地基與結(jié)構(gòu)動力的相互影響，往往還需要考慮到基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化處理，確保高層建筑能夠具備較為穩(wěn)定可靠的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)體系，在堅固的基礎(chǔ)條件下不容易出現(xiàn)較高的地震能量輸入，降低結(jié)構(gòu)樓層的地震剪力。

3.4 優(yōu)選抗震裝置

在高層混凝土結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計優(yōu)化中，為了較好地提升整體抗震效果，還需要重點關(guān)注抗震裝置的恰當(dāng)選擇和運用，利用一些合理的隔震以及消能減震裝置，加大對高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)的保護力度，避免高層建筑受到嚴重損壞。隨著當(dāng)前我國建筑行業(yè)的發(fā)展，相應(yīng)消能減震裝置同樣也越來越先進，在高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)中可以進行恰當(dāng)選用，比如調(diào)諧質(zhì)量阻尼器（TMD）就能夠較好地作用于高層建筑結(jié)構(gòu)體系，確保高層建筑具備更強的抗震性能，可以在地震力作用力下形成有效應(yīng)對效果；各類抗震支架的準(zhǔn)確選擇和應(yīng)用同樣也較為重要，需要結(jié)合不同高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)進行搭配運用。

4 結(jié)束語

綜上所述，高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用要想表現(xiàn)出較強的穩(wěn)定效果，需要在前期設(shè)計工作中充分關(guān)注抗震性能的優(yōu)化，抗震設(shè)計工作的開展需要重點考慮到高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)的整體性，同時關(guān)注各個細節(jié)和薄弱環(huán)節(jié)，利用適宜合理的抗震手段和抗震裝置，提升高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)抗震性能。