1、广西华锐钢铁工程设计咨询有限公司
2、柳州职业技术学院
摘要：近年来，随着我国社会经济水平的不断提高，为我国建筑行业的发展提供了良好的市场环境。基于城市化建设进程的不断加快，我国城市内部的土地资源日益紧张，所以，高层建筑的施工建设对于促进城市的稳定发展具有重要意义。本论文通过对混凝土高层建筑结构的概述，列举了常见的高层建筑结构体系，并对高层混凝土建筑结构设计的要求、方式以及重要性进行分析研究，最后提出了改善建筑抗震结构设计的相关措施。
关键词：高层混凝土建筑，抗震结构，设计
Design analysis of seismic structure of high-rise concrete buildings
Abstract:In recent years, with the continuous improvement of our social and economic level, it provides a good market environment for the development of the construction industry in China. Based on the rapid development of urbanization process, the land resources in our city are increasingly tense, so the construction of high-rise buildings is of great significance to promote the stable development of the city. Through the summary of concrete high-rise building structure, this paper lists the common high-rise building structure system, and analyzes the requirements, methods and importance of high-rise concrete structure design, and finally puts forward relevant measures to improve the seismic structure design of buildings.
Key words: high - rise concrete building, seismic structure, design
一、混凝土高层建筑结构的概述
针对于城市高层建筑的结构来说，可将其归属于竖向悬臂结构。一般来说，高层建筑结构可以利用自身的垂直荷载提供相应的轴向力，同时也可以与垂直荷载之间形成线性关系。同时，高层建筑结构可以利用水平荷载提供一定的弯矩。高层建筑施工建设阶段，对于建筑自身的结构受力特点来说，垂直方向的荷载通常不会产生相应的变化，而是随着高层建筑结构高度的不断增加，从而引起一定的量变化现象。与垂直荷载进行比较，水平荷载则可以来自在于高层建筑的任何方向。
根据大量的实践表明，如果高层建筑的荷载处于均匀分布的状态，则高层建筑的高度与弯矩之间则会依照一定的二次方曲线进行不断变化。另外，通过对高层建筑结构的侧移特征进行研究，发现水平荷载如果处于分布均匀的状态，则产生的侧移量能够与建筑结构自身的高度呈四次方曲线进行不断的变化，而对于垂直荷载来说，所产生的侧移量一般比较小。因此，高层建筑结构水平荷载产生问题的影响要远大于垂直荷载的影响程度。另外，作为高层建筑结构设计因素的主要组成部分之一，水平荷载会促使高层建筑结构抵抗其的过程中产生一定的剪力、弯矩以及拉应力。所以，高层建筑结构设计阶段，需要保证结构自身具备足够的刚度，从而将高层建筑的侧向变形控制在合理的范围之中。
二、常见高层建筑结构体系
高层建筑结构设计阶段，需要全面化、系统化的考虑建筑结构的实际功能。与此同时，需要结合高层建筑施工的实际环境、建筑结构的高度与宽度之比、抗震性能等因素。设计人员通过充分考虑以及分析比较，从而设计出最佳的建筑结构体系。通常来说，常见的建筑结构体系一般使用框架、剪力墙、板柱-剪力墙等结构体系。
（一）框架结构体系
高层建筑施工建设过程中运用框架结构体系，可以对建筑内部的空间进行合理的设计。框架结构体系通常适用于建筑结构整体高度不高、建筑的层数不多，同时水平荷载对于建筑结构没有较大影响的情况。基于大量的实践表明，框架结构体系书基于剪切变形的柔性建筑结构，在具体的应用中会存在较大的限制，主要运用在非抗震设计以及建筑楼层较少的建筑工程当中。
通常来说，剪力墙结构主要利用横向、纵向进行结构的布置或者利用多轴线布置，通过钢筋混凝土墙对建筑结构的垂直荷载以及水平荷载进行支承，进而形成刚性结构。由于建筑剪力墙结构具有较强的抗侧力，尽管在建筑水平荷载的长期影响之下会产生一定的变形，但是就整体而言具有一定的良好效果。
（二）框架及剪力墙
此种框架结构主要是指在建筑框架结构当中选择适当的空间布置剪力墙，从而形成刚柔结合的建筑体系结构，为建筑结构的内部提供更多可以使用的空间。一般来说，框架-剪力墙结构体系中，是由框架以及剪力墙共同抵抗水平荷载，然而由于两种结构之间的刚度存在一定的差异，造成建筑结构的变形量也存在不同。
因此，为改变当前这中间局面，需要在实际的建筑工程施工阶段，加强对各个楼层楼板变形量的控制力度，从而保证框架结构体系与剪力墙之间能够处于相对平衡的状态。通过对建筑结构的受力特征进行分析，发现框架结构的受力主要为剪切变形，而剪力墙的受力为弯曲变形。为保证框架变为之间能够实现协调性，则可以在框架的底部设置剪力墙，从而实现框架抗震性能。
（三）板柱
板柱结构体系主要是在框架体系之中合适的位置增设部分井筒，同时利用剪力墙的相关构建支承其产生的侧向压力，进而提高框架体系的侧向强度。现如今，此种框架结构体系常常用于七级或者八级抗震高层设计。值得注意的是，具体的应用阶段其高度不同高于普通框架的剪力墙高度。
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三、高层混凝土建筑结构设计的要求
现如今，为了保证高层混凝土建筑结构的抗震性能得到强化，即在地震发生之后经过简单的处理仍然能够适用，则需要框架结构设计人员在设计阶段充分考虑高层建筑自身各个受力的状况。严格依照强剪强弯的施工标准施工，保证建筑结构自身的稳定性能够达到要求。高层混凝土建筑设计阶段，设计人员应当对框架结构的刚度进行全面的掌握，同时基于施工材料自身的性能特征以及施工地形的特点，选择合适的施工设备以及参数。当确定高层混凝土建筑的实际刚度之后，需要保证建筑的受力处于地质承受的范围之内，确保高层混凝土结构建筑能够产生足够的抗震效果。换句话说，需要高层混凝土建筑字受到波动时能够实现自我调节的功能，从而在发生一定幅度的变化时能够通过自我调节的形式保证高层建筑的使用价值。
另外，设计人员进行高层混凝土建筑设计规划阶段，需要为建筑制定一系列的调节措施，加强对建筑内部核心构建受力情况的重视程度，从而实现建筑结构减震的效果，保证高层混凝土建筑结构的经济价值。根据相关资料的研究，发现假设高层混凝土建筑自身的刚度没有达到预期的标准，则高层建筑在经过地震之后会产生一定的损坏，同时具有非常大的几率在余震中倒塌，严重影响人们的生命财产安全。因此，就高层混凝土建筑的设计而言，需要保证其刚度达到适宜的状态，进而提高混凝土结构建筑的抗震性能。
四、高层建筑结构抗震设计的方式
对于高层建筑结构的设计人员来说，加强对建筑在地震中产生的震害的分析研究具有重要意义。同时，通过科学的理论知识对其进行研究并且利用合理的计算方式也能够在一定程度上提高高层建筑抗震设计的水平。常用的高层建筑抗震原理主要是减少地震对于建筑能量的输入，加强对建筑扭转位移的控制力度，从而使建筑的结构变形性能能够适应地震下建筑的变形能力。由于当前阶段设计人员对于地震堆积产生的荷载没有较为有效的控制方式，只能通过对建筑施工场地以及建筑结构设计进行地震能量的输入，进而降低地震对于高层建筑的破坏程度。通过对建筑结构的固有周期进行改变，能够降低地震产生共振的破坏程度，从而实现建筑隔震技术以及减震技术的推广以及运用。
当前阶段，市场中主要的建筑抗震模式是传统型的抗震体系，其原理是加强建筑结构自身的性能实现抗震的作用，建筑自身进行能量的存储以及消耗。另外，可以提高建筑结构的阻尼系数，基于建筑构件的延展性，提高建筑结构消耗能量的能力，降低楼层受到地震建立的影响程度。高层建筑结构设计阶段，需要注意结构建设材料的选择。通常采用高强度的钢筋以及混凝土，促使建筑物自身的重量得到减轻，提高建筑物的抗震能力。
五、高层建筑抗震结构设计的重要性
通常情况下，地震常常以随机振动形式发生，因此，地震发生具有一定的不确定性以及复杂性。由于受到相关技术的限制，所以不能对建筑物在地震中所遇到的性能以及各个参数进行预测。对于高层建筑结构的分析来说，设计人员不能相对全面的对建筑结构的空间作用、建筑材料自身的非弹性性质、结构阻尼的变化进行考虑分析，造成建筑结构的抗震性能存在一定的不准确性。
一般来说，高层混凝土建筑结构抗震设计的主要目标是为了保证建筑整体结构能够在地震发生的过程中，对于地震向建筑结构输入的能量进行消耗，从而避免建筑结构受到地震的影响而出现薄弱的位置。假设在地震发生阶段，建筑物对于地震能量的聚散只在少数较为薄弱的位置，则会致使建筑结构出现过早的损害，进而严重影响建筑结构整体的稳定性。就目前来说，建筑抗震设计的前提是需要保证整个建筑结构都能够进行地震能量的聚散，基于这个前提，对建筑结构的各种受力情况进行设计，保证建筑物在遇到地震时具备一定的抗震性能。
六、改善建筑抗震结构设计的相关措施
通过大量的实践发现，高层建筑与低层建筑之间结构的受力情况存在一定的区别。特别针对在地震高发区域的高层混凝土建筑结构设计阶段，需要保证建筑结构自身的刚度、强度能够达到预期的标准，保证建筑结构具备较强的抗震性能。
（一）明确建设位置
基于对建筑物遭受地震之后的情况进行分析研究，发现高层建筑物通常会由于其自身所处的地理位置而受到了不同地震作用，所以，造成建筑物地震之后差别较大的主要原因是由于地质环境导致。所以，高层混凝土建筑建设施工准备阶段，需要对施工现场的地质进行全面的分析，判断其是否具备良好的抗震性能。另外，建筑选址时应当对周边环境进行考察，远离变电站等具有潜在危险因素的区域，避免建筑物除地震之外存在其他安全隐患。
（二）调整结构设计方案
高层混凝土建筑抗震结构设计的过程中，设计人员应当严格依照国家的相关规定以及标准完成设计方案的制定工作。确保高层建筑的框架结构具备足够的使用空间实现在地震发生时能够自我调节的能力，同时能够基于混凝土结构自身延展性的特点，促使框架结构能够恢复到正常的状态，从而降低由于高层混凝土建筑框架产生的结构变形而导致的不利情况，确保建筑内部的框架结构能够长期的保持稳定性。另外，设计人员应当分析研究高层混凝土建筑结构在不同程度的地震中所受到的影响，保证建筑内部各项设施之间的正常运作，加强对建筑结构重力因素的分析，最大程度的保证建筑结构的清晰化、层次化，提高高层混凝土结构建筑的抗震能力。
（三）加强扭转效应的控制
通常来说，地震发生时对于高层混凝土建筑主要产生三个方面的作用，分别为水平作用、竖向作用以及扭转作用。通过研究发展，地震能够产生巨大破坏力的主要原因是由于水平作用、竖向作用以及扭转作用等多种作用共同导致的。另外，由于地震在发生过程中具备一定的随机性，因此，需要设计人员在高层混凝土建筑设计时加强对结构扭转作用的重视程度。假设设计人员在结构参数设置时，没有依照相关的位移标准，则需要设计人员选择最大位移部分以及最小位移部分的刚度，从而保证建筑结构位移的一致性。如果在设计阶段发现不合理的现象，需要对设计方案进行及时的调整，提高高层混凝土建筑对于地震中扭转作用的应对能力。
七、结束语
综上所述，虽然当前阶段我国的高层混凝土建筑在抗震结构设计方面获取了一定的成果，但是在未来阶段，高层混凝土建筑的抗震结构设计仍然是需要研究的重点内容。为了保证高层建筑中人们的生命财产安全，需要高层混凝土建筑抗震结构设计阶段，选取合适的施工区域，不断调整结构设计方案，保证建筑结构设计的合理性，从而提高高层混凝土建筑结构的抗震性能。
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作者简介：1艾洁（1984-），女，汉族，广西柳州人， 广西华锐钢铁工程设计咨询有限公司，工程师
作者简介：2朱裕（1986-），男，汉族，广西柳州人， 柳州职业技术学院，工程师
论文作者:艾洁1,朱裕2
论文发表刊物:《建筑科技》2017年第12期
论文发表时间:2017/12/11
标签：建筑结构论文; 建筑论文; 高层论文; 混凝土论文; 荷载论文; 结构设计论文; 结构论文; 《建筑科技》2017年第12期论文;