罗力烽
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摘要：随着科学技术的不断进步，结构工程设计也不断向前推进，但结构抗震设计从古至今一直都是结构工程设计的核心内容之一。因此，研究高层混凝土建筑抗震结构设计具有重要意义。下面笔者就对此展开探讨。
关键词：高层混凝土；抗震；结构设计；
现阶段，随着我国建筑行业的快速发展，为适应多样化的建筑功能需求，高层建筑的结构形式也日趋复杂多样。除传统的框架结构、剪力墙结构、框架剪力墙结构、筒体结构等基本形式外，超高层建筑、复杂高层建筑、钢结构高层建筑、型钢-混凝土混合结构高层建筑得到越来越广泛的应用。建筑高度的增加和布置的不规则性给结构分析和设计带来更多复杂性和挑战性，有必要进行更系统深入的研究。
1高层建筑受力特性
1.1荷载作用
由于建筑物嵌固部位位于地面或地面以下，在分析水平作用下的力学性能时，可以近似将建筑物整体看成嵌固于地面的悬臂结构，水平作用的弯矩和变形效应将随建筑物高宽比的增大而显著加大。对于高度较低的单层、多层建筑，水平荷载效应较小，主要考虑竖向作用影响。对于高层建筑，随着房屋高度增大，风荷载、水平地震作用成为结构受力分析应考虑的主要因素。对于高层建筑中大跨度、长悬臂、连接体、悬挑等结构、带转换层的高层建筑以及高抗震设防烈度地区的高层建筑，还应充分考虑竖向地震作用影响。
1.2变形控制
在水平力作用下，建筑物将产生水平侧移，并随楼层增高不断增大，导致结构几何非线性的不利影响增加。扣除结构整体弯曲侧移后的层间相对位移增大至一定值即产生开裂，从而破坏结构正常使用状态，因此变形验算是高层建筑结构分析的一个重要环节。一般需要验算高层建筑在多遇地震作用下的弹性层间位移角，控制结构侧向刚度。对于结构薄弱部位，还应验算其在罕遇地震作用下的弹塑性层间位移角，以防结构薄弱部位产生弹塑性位移导致构件破坏。
1.3几何非线性
高层建筑结构在水平荷载作用下产生侧移，使作用在结构上的重力荷载产生偏心，从而形成附加弯矩作用和弯曲变形，给结构受力带来不利影响。同等水平荷载作用下，结构刚度越小，产生侧移越大，同时结构自重越大，偏心弯矩也随之越大。因此结构的刚重比是控制P-Δ效应的主要指标，当刚重比小于一定值时，就必须考虑几何非线性性的不利影响。
1.4材料非线性
在较大荷载如罕遇地震作用下，需要考虑材料非线性的影响。由于应力应变的非线性关系，弹塑性变形的计算较为复杂，因此，要建立相应计算模型，应用计算机软件进行计算分析。在满足计算精度的前提下，对层高较低的部分规则结构可以采用弹性变形乘以相应弹塑性增大系数的方法进行近似计算。
2 结构抗震性设计原则
2.1 简化原则
结合以往的设计经验得知，在抗震设计过程中，所设计的结构形式越简单，传力越清晰明了，其抗震性能也越高，而且简单的抗震结构在进行力学性能计算时，其计算结果的可靠性和准确性也越高。对此，在应用设计中，可以结合实际情况适当简化高层建筑抗震结构计算模型，优化结构构件的传力途径，这样能够有效提升高层建筑对建筑地震作用力的承受能力，全面提高高层建筑在结构设计中的抗震性能。
2.2 整体性原则
展开高层建筑抗震设计时，设计内容不只是针对某一个建筑内的某一个部位，而是将抗震设计贯穿到整个设计过程中，从而提高建筑整体的抗震性能。在具体设计过程中，需要从整体性设计出发，使其满足各大指标要求。对各种可能影响结构抗震性的影响因素进行分析，借助数字模型对于结构参数进行优化处理，以此来提升结构本身的抗震性。而且对于构件需满足其抗震构造措施的要求，避免应力集中等问题的出现，从而提高结构本身的稳定性和可靠性。
2.3 规则性原则
高层建筑规则性原则内容主要体现在以下 2 方面：1）在建筑设计期间，需要沿着建筑物竖向均匀布置建筑造型和结构，避免刚度、承载能力和传力途径的突变，以限制结构变形的情况。2）建筑平面比较规则。平面内结构布置比较均匀，使高层建筑物质量分布与结构刚度分布协调，限制质量与刚度之间的偏心。
3 建筑结构设计中的抗震设计
3.1 建筑地基基础设计要点
在建筑结构的组成中，地基基础属于非常重要的内容之一，其抗震能力也会影响到建筑整体的稳定性。因此，在该环节的抗震设计中，需要在前期做好基础资料的采集工作，如区域地质构造、地质活跃度等，根据评估结果来确定该工程地基所需要具备的承载力，根据区域地质构造来明确基础加固措施，如基坑深度、支护措施等，从而起到提升结构稳定性的作用。
1）结合该工程的相关资料，对于建筑基础参数内容进行明确，内容包括地基基础挖深、基础总面积、桩基直径/深度、接缝宽度等。
2）利用有限元模型对建筑极限荷载进行计算，以此为基础来优化荷载组合，并对相关参数进行明确。
3）进行地基基础的形变量监测和计算，计算时参考正常状态来完成，对于该状态下的结构组合进行确定。
4）根据承载能力极限状态下的荷载效应标准组合，对基础或承台高度、基础内力、确定配筋和验算材料强度进行计算。
3.2 抗震性能化设计
除提高抗震承载力外，通过隔震、消能减震等方法减少地震作用对建筑影响的思路也逐渐被应用到高层建筑设计实践中。抗震性能化设计在综合考虑抗震设防、震后损失、工程造价等因素的情况下，分级设定抗震性能目标，区别关键构件和耗能构件的抗震性能水准，允许结构在承载力和延性之间取得平衡，为抗震设计提供了新的思路和发展方向。
3.3 建筑结构构件的抗震设计
强柱弱梁、强剪弱弯和强节点弱构件是进行框架结构抗震设计时的重要概念。相较于梁构件破坏而造成的局部破坏，柱子的破坏会危及整体结构的安全性，造成结构的整体垮塌。因此，在结构中为了保护柱，增强结构抗地震能力，将塑性铰先出现在梁部，通过发展一定的塑性来吸收地震能。还有强柱系数，梁柱线刚度比等都是相应指标。强柱弱梁使梁端的塑性铰先出、多出，尽量减少或推迟柱端塑性铰的出现。适当增加柱的配筋可以达到上述目的。需保证强剪弱弯是因为剪切破坏是一种脆性破坏，而弯曲破坏是延性破坏，有所预兆，所以能进行及时的人员疏散、财产转移。在进行抗震设计中，梁柱的剪力设计值需按规范要求进行调整。不同抗震等级的梁、柱采用不同剪力增大系数，同样需考虑材料实际强度和钢筋实际面积 2 个因素的影响。强节点弱构件则需对节点核心区进行抗震验算，并且在各抗震等级下的框架节点均应符合构造措施要求。除此之外，进行抗震结构设计时，还可以参考其他减震设计来提升结构延性。例如，可以将多段墙框架融入抗震审计中，在遇到地震时，可以进行地震能量的转接和吸收，从而起到良好的减隔震作用，提升建筑结构本身的稳固性。
结束语
综上所述，在建筑结构设计过程中，抗震设计属于重要的设计内容之一，借助可靠的抗震设计，能够有效提升建筑结构的稳固性，降低地震发生时出现坍塌的概率。需要注意的是，所有的抗震设计内容需要严格遵守相应的建设规范，同时做好结构细节的设计工作，以此来提高建筑工程的综合性能，延长使用寿命。
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