高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探究

余曉丹

浙江求新建筑設(shè)計(jì)有限公司 浙江 溫州 325000

地震等自然災(zāi)害對(duì)人類社會(huì)造成的破壞早已成為全球關(guān)注的焦點(diǎn)。其中，高層混凝土建筑作為現(xiàn)代城市建設(shè)的主要形式之一，其在地震等自然災(zāi)害中的抗震性能成為了衡量一個(gè)國(guó)家或地區(qū)地震防災(zāi)減災(zāi)能力的重要標(biāo)志。因此，如何提高高層混凝土建筑的抗震性能，成為了建筑工程界和學(xué)術(shù)界共同關(guān)注的問(wèn)題。本文將圍繞這一主題，展開對(duì)高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的探究。

1 高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)作用

高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要目的是增加建筑物的穩(wěn)定性和抗震能力[1]。具體來(lái)說(shuō)，抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括以下幾個(gè)方面：基礎(chǔ)構(gòu)體系設(shè)計(jì)。選擇合適的結(jié)構(gòu)體系，如框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu)等，以保證建筑物的穩(wěn)定性和抗震能力；結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)。對(duì)梁、柱、樓板等結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)進(jìn)行設(shè)計(jì)，以承受地震力并防止破壞；隔震設(shè)計(jì)。采用隔震技術(shù)，設(shè)置隔震層或隔震裝置，減小地震波對(duì)建筑物的影響；抗震構(gòu)造措施。采用一系列抗震構(gòu)造措施，如加強(qiáng)連接、設(shè)置防震縫、采用彈性材料等，以增加建筑物的抗震能力和穩(wěn)定性。模型設(shè)計(jì)。在高層混凝土建筑的抗震設(shè)計(jì)中，建筑模型設(shè)計(jì)非常關(guān)鍵，只直接關(guān)系到建筑的抗震性能，因此在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)需要對(duì)整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是地震工程領(lǐng)域的重要研究?jī)?nèi)容，其設(shè)計(jì)和施工質(zhì)量直接關(guān)系到人民的生命和財(cái)產(chǎn)安全。

2 高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容

2.1 結(jié)構(gòu)受力

高層混凝土建筑的抗震結(jié)構(gòu)受力設(shè)計(jì)是建筑設(shè)計(jì)中的重要內(nèi)容，其目的是確保建筑物在發(fā)生地震等突發(fā)事件時(shí)，能夠保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、安全[2]。抗震結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)包括以下幾個(gè)方面：結(jié)構(gòu)形式選擇。在選擇高層混凝土建筑的結(jié)構(gòu)形式時(shí)，應(yīng)考慮其抗震性能，常見的抗震結(jié)構(gòu)形式有框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu)等。其中，筒體結(jié)構(gòu)具有較好的抗震性能，適用于高層建筑；荷載計(jì)算與分析。在高層混凝土建筑的抗震設(shè)計(jì)中，需要對(duì)建筑物的荷載進(jìn)行計(jì)算和分析，這包括橫向荷載和縱向荷載，橫向荷載又包括恒載和活載，縱向荷載又包括風(fēng)荷載和地震作用；鋼筋混凝土構(gòu)件設(shè)計(jì)。在高層混凝土建筑中，鋼筋混凝土構(gòu)件是承受地震力的主要構(gòu)件，在設(shè)計(jì)鋼筋混凝土構(gòu)件時(shí)，需要考慮其強(qiáng)度、剛度、延性和耗能能力等因素；抗震措施。在高層混凝土建筑的抗震設(shè)計(jì)中，需要采取一定的抗震措施，這包括設(shè)置地震隔離層、加裝阻尼器、加強(qiáng)結(jié)構(gòu)連接等。

2.2 結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)

高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)是指在設(shè)計(jì)高層混凝土建筑時(shí)，遵循一定的抗震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，以確保建筑物在發(fā)生地震等自然災(zāi)害時(shí)具有良好的抗震性能和安全性。以下是一些常見的高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)：抗震設(shè)防烈度。建筑物的抗震設(shè)防烈度應(yīng)根據(jù)所在地區(qū)的地震烈度來(lái)確定，一般來(lái)說(shuō)地震烈度越高，建筑物的抗震設(shè)防烈度也應(yīng)越高；結(jié)構(gòu)體系。高層混凝土建筑的結(jié)構(gòu)體系應(yīng)根據(jù)建筑物的高度、體型、結(jié)構(gòu)形式等因素來(lái)確定，常見的結(jié)構(gòu)體系包括框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu)等；鋼筋混凝土構(gòu)件的設(shè)計(jì)。鋼筋混凝土構(gòu)件的設(shè)計(jì)應(yīng)符合相應(yīng)的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度、延性和抗裂性能等應(yīng)根據(jù)地震力大小和方向來(lái)確定；節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)[3]。節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)是高層混凝土建筑抗震設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)應(yīng)考慮到地震力的傳遞和抵抗，以及構(gòu)件之間的相對(duì)位移等因素；抗震構(gòu)造措施。在高層混凝土建筑的設(shè)計(jì)中，還應(yīng)考慮到一些抗震構(gòu)造措施，如加強(qiáng)樓層間的連接、設(shè)置抗震支撐、加強(qiáng)墻體的連接等。

2.3 強(qiáng)度要求

在抗震設(shè)計(jì)中，強(qiáng)度是一個(gè)重要的考慮因素，以下是一些關(guān)于高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求的設(shè)計(jì)建議：考慮地震力。在高層混凝土建筑的抗震設(shè)計(jì)中，首要的是考慮地震力，為了確保建筑能夠在地震中保持穩(wěn)定，設(shè)計(jì)者需要計(jì)算地震力，并根據(jù)這些計(jì)算結(jié)果來(lái)設(shè)計(jì)建筑的結(jié)構(gòu)；選擇適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)形式。在高層混凝土建筑的抗震設(shè)計(jì)中，選擇適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)形式非常重要，常見的結(jié)構(gòu)形式包括框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu)等，設(shè)計(jì)者需要根據(jù)建筑的高度、地形條件、土壤類型等因素來(lái)選擇最合適的結(jié)構(gòu)形式；強(qiáng)化結(jié)構(gòu)連接[4]。在高層混凝土建筑的抗震設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)連接的重要性不言而喻，設(shè)計(jì)者需要確保混凝土構(gòu)件之間的連接牢固可靠，以確保建筑的穩(wěn)定性和安全性；考慮混凝土的強(qiáng)度和韌性。在高層混凝土建筑的抗震設(shè)計(jì)中，混凝土的強(qiáng)度和韌性也是非常重要的考慮因素，設(shè)計(jì)者需要確?；炷恋膹?qiáng)度和韌性足夠高，以確保建筑能夠在地震中保持穩(wěn)定；加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的抗震措施。在高層混凝土建筑的抗震設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者還需要加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的抗震措施，這包括設(shè)置地震隔離層、加強(qiáng)結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)、增加結(jié)構(gòu)抗震構(gòu)件等。

3 高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1 基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

高層混凝土建筑抗震基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是建筑物抗震設(shè)計(jì)的核心部分?；A(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的好壞直接關(guān)系到建筑物的抗震性能和安全性。汶川地震和玉樹地震的慘痛教訓(xùn)告訴我們，高層混凝土建筑的倒塌和破壞程度遠(yuǎn)高于低層建筑。因此，設(shè)計(jì)出更加抗震的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，是提高高層混凝土建筑安全性和穩(wěn)定性的重要手段。高層混凝土建筑抗震基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下原則：一是基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)必須具有足夠的強(qiáng)度，以承受地震等自然災(zāi)害產(chǎn)生的巨大荷載；二是基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)必須具有足夠的韌性，以在地震等自然災(zāi)害中具有良好的變形能力和恢復(fù)能力；三是基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)必須能夠適應(yīng)不同地質(zhì)環(huán)境和地震烈度的影響；四是基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)兼顧經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性，以達(dá)到最佳的設(shè)計(jì)效果。高層混凝土建筑抗震基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)有以下幾點(diǎn)：基礎(chǔ)形式的選擇。根據(jù)不同的地質(zhì)環(huán)境和地震烈度，選擇適合的基礎(chǔ)形式，如擴(kuò)展基礎(chǔ)、箱形基礎(chǔ)等；結(jié)構(gòu)材料的選用。選用具有良好抗震性能的材料，如高強(qiáng)度混凝土、鋼筋等；構(gòu)件設(shè)計(jì)的優(yōu)化。對(duì)構(gòu)件進(jìn)行精細(xì)化設(shè)計(jì)，減小構(gòu)件的截面尺寸，提高構(gòu)件的承載能力和韌性；節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新。節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)是高層混凝土建筑抗震基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，采用創(chuàng)新的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)，可以有效提高建筑物的抗震性能。例如某地高層混凝土住宅樓，其采用了箱形基礎(chǔ)形式，結(jié)構(gòu)材料選用了高強(qiáng)度混凝土和鋼筋；在構(gòu)件設(shè)計(jì)方面，通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，減小了構(gòu)件截面尺寸，提高了承載能力和韌性；在節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)方面，采用了創(chuàng)新的節(jié)點(diǎn)形式，使節(jié)點(diǎn)具有良好的抗震性能。經(jīng)過(guò)地震模擬實(shí)驗(yàn)和實(shí)際地震檢驗(yàn)，該建筑表現(xiàn)出了良好的抗震性能，證明了高層混凝土建筑抗震基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的有效性[5]。

3.2 抗震能力選擇

高層混凝土建筑的抗震能力不僅關(guān)系到建筑物本身的安全，更關(guān)系到人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。高層混凝土建筑的抗震能力受到多種因素的影響，包括結(jié)構(gòu)體系、建筑材料、施工質(zhì)量等。高層混凝土建筑的結(jié)構(gòu)體系主要包括框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框架剪力墻結(jié)構(gòu)、板柱剪力墻結(jié)構(gòu)、部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)和筒體結(jié)構(gòu)等，不同的結(jié)構(gòu)體系在地震作用下表現(xiàn)出不同的抗震性能。因此，在設(shè)計(jì)和施工中，需要根據(jù)建筑物的高度、使用功能等因素，選擇合適的結(jié)構(gòu)體系。建筑材料對(duì)高層混凝土建筑的抗震能力也有重要影響。例如，鋼筋的強(qiáng)度和延性、混凝土的強(qiáng)度和韌性等，都直接影響建筑物的抗震性能。因此，在設(shè)計(jì)和施工中，需要選用優(yōu)質(zhì)的建筑材料，并嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢測(cè)和驗(yàn)收。高層混凝土建筑的施工質(zhì)量也是影響其抗震能力的關(guān)鍵因素[6]。在施工中，需要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙和相關(guān)規(guī)范進(jìn)行施工，并確保施工質(zhì)量符合要求。此外，施工過(guò)程中還需要加強(qiáng)對(duì)建筑物的監(jiān)測(cè)和檢測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理問(wèn)題。在實(shí)際工程中，如何選擇高層混凝土建筑的抗震能力，需要結(jié)合具體情況進(jìn)行實(shí)踐和探究。首先是結(jié)合場(chǎng)地條件進(jìn)行選擇。場(chǎng)地條件是影響高層混凝土建筑抗震能力的重要因素，在建筑設(shè)計(jì)階段，需要充分考慮場(chǎng)地條件，如土壤類型、地震烈度等，根據(jù)場(chǎng)地條件，選擇合適的結(jié)構(gòu)體系和建筑材料，以提高建筑物的抗震能力；其次是采用隔震技術(shù)。隔震技術(shù)是一種有效的抗震措施，可以顯著提高建筑物的抗震能力，隔震技術(shù)主要包括橡膠隔震、鉛芯隔震、滑動(dòng)隔震等，在實(shí)際工程中，可以根據(jù)建筑物的高度和使用功能，選擇合適的隔震技術(shù)，以提高建筑物的抗震能力；最后是加強(qiáng)抗震構(gòu)造設(shè)計(jì)?？拐饦?gòu)造設(shè)計(jì)是提高高層混凝土建筑抗震能力的重要手段，在設(shè)計(jì)中，需要嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，并采用成熟的抗震構(gòu)造技術(shù)，如粘結(jié)式鋼筋混凝土框架、鋼筋混凝土剪力墻等。

3.3 建筑細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)

抗震設(shè)細(xì)節(jié)計(jì)對(duì)于高層混凝土建筑而言尤為重要?？拐鹪O(shè)計(jì)的核心技術(shù)主要有以下幾點(diǎn)：結(jié)構(gòu)體系的優(yōu)化。高層混凝土建筑的結(jié)構(gòu)體系主要包括框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框架剪力墻結(jié)構(gòu)、板柱剪力墻結(jié)構(gòu)、部分框支剪力墻結(jié)構(gòu)和筒體結(jié)構(gòu)等，針對(duì)不同的結(jié)構(gòu)體系，需要采取不同的抗震措施，在框架結(jié)構(gòu)中，可以通過(guò)增加柱子截面尺寸、提高混凝土強(qiáng)度等級(jí)等措施來(lái)提高結(jié)構(gòu)的抗震能力，在剪力墻結(jié)構(gòu)中，可以通過(guò)增加墻體厚度、改變墻體材料等措施來(lái)提高結(jié)構(gòu)的抗震能力；構(gòu)件選型的優(yōu)化。構(gòu)件選型是抗震設(shè)計(jì)的另一個(gè)重要環(huán)節(jié)，構(gòu)件的選型應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的抗震要求和建筑物的自重、高度等因素來(lái)確定，在高層混凝土建筑中，通常采用 H 型鋼、箱型梁等構(gòu)件來(lái)提高結(jié)構(gòu)的抗震能力，構(gòu)件的連接方式也應(yīng)得到優(yōu)化；材料強(qiáng)度的優(yōu)化。材料強(qiáng)度是影響高層混凝土建筑抗震能力的另一個(gè)重要因素，采用高強(qiáng)度混凝土、高強(qiáng)度鋼筋等材料可以提高結(jié)構(gòu)的抗震能力，還可以采用新型材料[7]。以 2008 年汶川地震為例，當(dāng)時(shí)汶川地區(qū)有許多高層混凝土建筑受到了嚴(yán)重的破壞。其中，有一座高層住宅樓采用了混凝土與普通鋼筋，由于其結(jié)構(gòu)體系穩(wěn)定性較差，導(dǎo)致在地震發(fā)生時(shí)產(chǎn)生了嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)破壞。而另一座高層住宅樓則采用了高標(biāo)號(hào)混凝土和高強(qiáng)度鋼筋，其在地震發(fā)生時(shí)表現(xiàn)出較好的穩(wěn)定性，結(jié)構(gòu)破壞較小。

3.4 建筑模型設(shè)計(jì)

抗震模型設(shè)計(jì)是高層混凝土建筑抗震設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，直接影響著建筑物的抗震性能和安全性。高層混凝土建筑抗震模型設(shè)計(jì)主要包括以下幾個(gè)核心要素：結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)是高層混凝土建筑抗震模型設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，合理的結(jié)構(gòu)體系應(yīng)具有良好的承載能力、剛度和穩(wěn)定性，能夠有效地抵抗地震力，常見的結(jié)構(gòu)體系包括框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu)等，在結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)中，應(yīng)充分考慮地震力的傳遞路徑和建筑物的自重、剛度等因素，確保結(jié)構(gòu)體系的穩(wěn)定性和安全性；鋼筋混凝土構(gòu)件設(shè)計(jì)。鋼筋混凝土構(gòu)件是高層混凝土建筑的主要承重構(gòu)件，其設(shè)計(jì)直接影響著建筑物的抗震性能，在鋼筋混凝土構(gòu)件設(shè)計(jì)中，應(yīng)合理選擇鋼筋和混凝土的強(qiáng)度等級(jí)，確保構(gòu)件的承載能力和剛度，還應(yīng)充分考慮構(gòu)件的抗震構(gòu)造，如設(shè)置鋼筋混凝土梁、柱、節(jié)點(diǎn)的核心區(qū)，以提高構(gòu)件的抗震性能；隔震與消能設(shè)計(jì)[8]。隔震與消能設(shè)計(jì)是高層混凝土建筑抗震模型設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，隔震設(shè)計(jì)旨在通過(guò)設(shè)置隔震層，減少地震力對(duì)建筑物的影響，降低結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)，消能設(shè)計(jì)則是通過(guò)設(shè)置消能器，消耗地震能量，降低結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)。常見的隔震與消能裝置包括橡膠支座、鉛芯支座、摩擦擺隔震器等，在隔震與消能設(shè)計(jì)中，應(yīng)充分考慮裝置的性能、安裝位置和數(shù)量等因素，確保其有效性和可靠性。以某高層混凝土住宅樓為例，對(duì)其抗震模型設(shè)計(jì)進(jìn)行分析；鋼筋混凝土構(gòu)件設(shè)計(jì)合理，鋼筋和混凝土的強(qiáng)度等級(jí)選擇適當(dāng)，構(gòu)件的抗震構(gòu)造措施完善，如設(shè)置鋼筋混凝土梁、柱、節(jié)點(diǎn)的核心區(qū)等，提高了構(gòu)件的抗震性能；采用了橡膠支座和鉛芯支座作為隔震裝置，通過(guò)消能器消耗地震能量，降低了結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)。

4 結(jié)束語(yǔ)

高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是建筑工程設(shè)計(jì)中至關(guān)重要的一部分，它關(guān)系到人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。在抗震設(shè)計(jì)中，需要考慮地震力的作用，以及建筑結(jié)構(gòu)的抗震能力和穩(wěn)定性，考慮結(jié)構(gòu)的承載力、剛度和穩(wěn)定性等方面的要求，以確保建筑在地震作用下不發(fā)生破壞或倒塌?？拐鹪O(shè)計(jì)的要點(diǎn)包括準(zhǔn)確預(yù)測(cè)地震力的大小和方向、合理選擇結(jié)構(gòu)體系和材料、加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的連接和錨固、采用有效的抗震措施和構(gòu)造細(xì)節(jié)等。此外，還需要考慮建筑的使用功能和經(jīng)濟(jì)性等方面的要求，以確保設(shè)計(jì)的合理性和經(jīng)濟(jì)性。