【內容摘要】隨著高層混凝土建築工程的日益增多，建築及相關部門十分重視抗震設計工作，但在建築抗震設計實際工作中仍然存在諸多方面問題。本文就高層混凝土建築抗震結構設計中存在問題及解決對策進行初步探討。
【關鍵詞】高層建築;混凝土;抗震結構;抗震設計
一、高層混凝土建築抗震設計存在的問題
(一)建築場地選址的不正確。隨著我國建築工程項目的逐年遞增，城市的土地資源變得非常緊缺。因此，有關單位和個人在挑選建築物地基的時候，必須對地基周圍的地理位置、自然條件、氣候環境等是否適合建築開發應予以了解和掌握，做到萬無一失，防止有的單位違背建築物地基應該選擇土壤紮實、牢固以及平坦廣闊的原則，如選擇有軟土或者土壤鬆散且分布不均勻的場地作為建築用地，如發生地震，這種場地上的建築物最容易出現下陷和崩塌，建築物的主體結構會瞬間被破壞，給人民群眾生命和財產帶來毀滅性災難。
(二)建築物的結構設計不太合理。地震發生時，建築物結構的主體框架是首當其衝受到嚴重破壞的，緊接著就是建築物的主要支柱受力後會發生嚴重變形，由於建築物本身的抗震強度主要依託延性結構的抗震性能，延性能力越強，抗震效果越好，所以工程技術人員在建築物結構設計時，要充分考慮採取怎樣措施來提高建築物的延性，延性結構機制原理是把地震帶來破壞作用轉嫁到建築物的其他部位，產生非彈性的形變結果，讓結構的次要構件來消耗地震所產生的能量，對建築物的整體結構保護作用明顯。但是在實踐操作工作過程中，建築物的延性構件設計時經常會出現一些不盡人意的地方，如果沒有合理地解決這些問題，導致地震產生的破壞還沒有傳到延性構件就會消失，失去應有保護作用，也就無法保證建築物對地震能量的消耗，從而對建築物造成破壞。
(三)建築物的高度不達標。對於建築物的高度問題，國家出台了許多規範和制度，並要求各個建築企業必須嚴格遵守和執行。但是，仍有極少數建築企業為追求經濟利益的最大化，心存僥倖，違反規定，鋌而走險，在建築過程中隨意提高建築物的高度，超過國家明文規定的數值，致使建築物的抗震能力大為下降，發生地震時容易造成建築物大範圍、大面積的損毀。
(四)建築使用的材料不合理。建築企業的採購人員應對建築物使用的各項材料按照國家規定的標準進行合理選取，使之達到與建築工程最吻合，以此來提高、保障建築設計和建設的質量，混凝土核心筒技術是現階段高層建築設計中經常採用的方法，如果沒有有效發揮其應有的作用，會造成建築物出現變形彎曲甚至垮塌的不良後果［2］。
(五)建築抗震設計的強度不高。目前，我國建築抗震設計是按照GB50011－2010《建築抗震設計規範》來進行，工程技術人員應對其中的規定、要求和標準認真領會、執行，設計出符合建築抗震強度的標準，並採取多種措施提高建築抗震設計的強度，實現「小震不壞、中震可修、大震不倒」的設防目標.
二、改善建築抗震設計問題的有效措施
筆者結合自身多年從事抗震工作的實踐認為:應該正確認識當前建築物抗震設計過程中存在的具體問題，採取選擇好建築地基、使用合理的建築材料以及設置多道抗震防線等具體措施來有效提高建築物的抗震功能。
(一)進行正確選址。由於高層建築周邊的場地環境、地基等因素關係著建築物的安全。因此在進行建築場地選址的時候，進行地震災害和環境評估工作十分重要，尤其對於建築場地存在泥石流、滑坡以及處於地震斷裂帶等自然現象和環境要著力避免，如果在建築過程中實在無法避開濕陷性、液化性、軟弱性等特殊土壤和土層，需提前按照地基處理技術規程的相關要求對地基進行合理的加固和設計。另外，對建築物地下的土層分布、厚度、種類和性狀等狀況務必要探查清楚，做好高層建築的地質勘查報告工作，經過地基處理後的高層建築，還應對基礎和上部結構的整體性進行加強和鞏固，並採用分項係數法恰當地把地震力模擬到建築物各個受力構件，系統性提高各個構件的抗震能力。
(二)建築結構體系的選擇。在高層建築結構設計中，結構體系不僅是受力體系，也是傳遞荷載的體系，關係到建築物的安全。在開始進行結構設計時，就要把對建築物周圍的場地環境條件、內部的使用功能、選用的施工材料等一些主要因素加以綜合思考與分析，這是因為在發生地震時，每個建築物不同結構的特點，所產生的結構破壞情況也不一樣。一般常用的高層建築結構體系主要採用剪力牆、框架、框架與剪力牆相結合這三種模式。這三種模式各自具有優缺點。剪力牆結構的優點是承載力比較高，側向剛度大，在水平力的作用下側移較小，整體性能優良，不足之處是結構自身體積、重量等因素比較大，且進行空間布置時的靈活度、方便性較差，不能夠滿足比較大空間的布置需求;框架結構的優點是便於對室內的空間布局進行靈活調整，缺陷是不太適用於高層建築，此外，框架結構主要是以剪切變形的柔性結構為主，抗震效果較差也不太明顯，因此目前使用框架結構的建築工程越來越少。目前，高層混凝土建築物在進行抗震設計時，普遍採用將框架與剪力牆這兩種結構優點相融合的模式，也就是把框架結構和剪力牆結構的各自優勢發揮出來，分工協作，各負職責，互為補充，如在框架結構的最薄弱部分添加剪力牆，對提高建築物本身的承載能力和抗震性能具有明顯作用，但同時也存在一定的風險，這是因為框架與剪力牆的剛度具有較大差異性，在突然遇到外力作用下會產生大大小小、不同程度的位置移動，因此在使用過程中要特別觀察和關注兩者的變形協調。同時，高層建築的內部結構構建也應以規則、簡約、實用等為主，整個結構體系必須還要有足夠的承載和變形能力，建築中的每個部分是相互依存和相互配合的，共同支撐著整個結構體系，這就需要技術人員在設計過程中，根據豎向和橫向結構承載能力的不同，對建築物中的薄弱部分進行加固處理，並且進行合理布局。如高層住宅建築對於牆體構件要求較多，適合採用純剪力牆結構;對於大型的綜合體建築，選擇筒體結構就能較好地滿足其使用功能;對於超高層、超限的大型建築工程，採用鋼結構為最佳選擇。總之，選取合適的結構類型並且盡最大可能滿足建築的使用功能，這是建築設計最基本的遵循［3］。
(三)進行合理的結構設計。決定高層建築抗震性能是結構設計必須合理。因此，在進行結構設計時，應遵循以下設計要點:一是結構對稱性設計。非對稱的建築結構因為重量、重心偏離等因素，在地震作用力的影響下會產生扭轉、震動等，極易導致建築物遭到破壞，抗震性能大為下降［4］。為避免出現此類現象，建築物設計應儘量使用對稱結構。二是平面結構設計。事實證明，受到地震作用後，異性結構容易發生較大位移現象，所以儘量不要選擇L形、十字形等結構。因此，一般情況下，高層建築的平面結構設計以方形、矩形和圓形最好，一方面以簡單實用為原則，另一方面也可以讓地震力的傳遞更加明確。三是豎向結構設計。高層建築的豎向結構設計應重視均勻性，常採用的豎向結構立面形狀有矩形、梯形或者三角形。
(四)設置多道防線共同抗震。發生地震的時候，常常伴隨著餘震、火災、水患等許多次生災害問題，在突然遭遇到偶然荷載或破壞衝擊荷載的情況下，構築一道安全防禦體系很難保證一個高層建築物的安全性，有時還會導致整個體系的失效，為了防止和減少因為個別構件或部位遭受損壞而造成整個建築強度的損毀，在建築抗震設計時，常會採用兩個或兩個以上結構抗震體系，用來共同加強對建築物的防護作用;而對於地震來臨時會產生較大作用力，建築結構的設計應具備一定的變形能力，用來削減地震的作用力，對於建築房屋中薄弱環節的抗震能力更要特別注意加強，不要因為薄弱環節的損壞而影響整體建築抗震功能，實際上將建築抗震設計與建築設計相結合的做法就是保證結構整體性的體現，結構之間構成一個整體效應、各部件之間的共同作用能夠有力地抵抗地震的破壞力，達到較好的抗震效果;還有各部件之間的可靠連接也能提高建築物的抗震及抗變形能力。在高層建築設計時，剪力牆作為豎向受力構件，為最大限度地保證結構構件的冗餘度，比較適合選擇採用「大分散、小集中」的方式。另外，高層混凝土結構還必須要求主要受力構件具備較高的延性和剛度，因此，建立完整的結構屈服體系也十分必要，目的是第一道防線在遭到地震損毀的情況下，還有第二、三道的防線進行保護［5］。
三、結語
總之，通過對高層混凝土建築抗震結構的優化設計，可以極大地滿足提升人民群眾生活質量的需求，對於保證人民群眾的生命安全、減少地震造成的財產損失具有一定的積極作用。工程設計人員應加強對建築抗震結構知識的了解，經過詳細的分析和計算，設計出符合抗震要求的高層混凝土建築結構。
【參考文獻】
［1］王聰．淺析建築設計在建築抗震設計中的重要作用［J］．城市建築，2016，15:57
［2］劉丹．淺析建築設計在建築抗震設計中的重要作用［J］．科技視界，2017，30:130
［3］周廷軍．淺談建築抗震結構設計［J］．中國新技術新產品，2018，4:113，115
［4］陳鵬．高層混凝土建築抗震結構設計探究［J］．規劃與設計，2018，6:72
作者：李曉社 單位：陝西省禮泉縣抗震辦
【關鍵詞】高層建築;混凝土;抗震結構;抗震設計
一、高層混凝土建築抗震設計存在的問題
(一)建築場地選址的不正確。隨著我國建築工程項目的逐年遞增，城市的土地資源變得非常緊缺。因此，有關單位和個人在挑選建築物地基的時候，必須對地基周圍的地理位置、自然條件、氣候環境等是否適合建築開發應予以了解和掌握，做到萬無一失，防止有的單位違背建築物地基應該選擇土壤紮實、牢固以及平坦廣闊的原則，如選擇有軟土或者土壤鬆散且分布不均勻的場地作為建築用地，如發生地震，這種場地上的建築物最容易出現下陷和崩塌，建築物的主體結構會瞬間被破壞，給人民群眾生命和財產帶來毀滅性災難。
(二)建築物的結構設計不太合理。地震發生時，建築物結構的主體框架是首當其衝受到嚴重破壞的，緊接著就是建築物的主要支柱受力後會發生嚴重變形，由於建築物本身的抗震強度主要依託延性結構的抗震性能，延性能力越強，抗震效果越好，所以工程技術人員在建築物結構設計時，要充分考慮採取怎樣措施來提高建築物的延性，延性結構機制原理是把地震帶來破壞作用轉嫁到建築物的其他部位，產生非彈性的形變結果，讓結構的次要構件來消耗地震所產生的能量，對建築物的整體結構保護作用明顯。但是在實踐操作工作過程中，建築物的延性構件設計時經常會出現一些不盡人意的地方，如果沒有合理地解決這些問題，導致地震產生的破壞還沒有傳到延性構件就會消失，失去應有保護作用，也就無法保證建築物對地震能量的消耗，從而對建築物造成破壞。
(三)建築物的高度不達標。對於建築物的高度問題，國家出台了許多規範和制度，並要求各個建築企業必須嚴格遵守和執行。但是，仍有極少數建築企業為追求經濟利益的最大化，心存僥倖，違反規定，鋌而走險，在建築過程中隨意提高建築物的高度，超過國家明文規定的數值，致使建築物的抗震能力大為下降，發生地震時容易造成建築物大範圍、大面積的損毀。
(四)建築使用的材料不合理。建築企業的採購人員應對建築物使用的各項材料按照國家規定的標準進行合理選取，使之達到與建築工程最吻合，以此來提高、保障建築設計和建設的質量，混凝土核心筒技術是現階段高層建築設計中經常採用的方法，如果沒有有效發揮其應有的作用，會造成建築物出現變形彎曲甚至垮塌的不良後果［2］。
(五)建築抗震設計的強度不高。目前，我國建築抗震設計是按照GB50011－2010《建築抗震設計規範》來進行，工程技術人員應對其中的規定、要求和標準認真領會、執行，設計出符合建築抗震強度的標準，並採取多種措施提高建築抗震設計的強度，實現「小震不壞、中震可修、大震不倒」的設防目標.
二、改善建築抗震設計問題的有效措施
筆者結合自身多年從事抗震工作的實踐認為:應該正確認識當前建築物抗震設計過程中存在的具體問題，採取選擇好建築地基、使用合理的建築材料以及設置多道抗震防線等具體措施來有效提高建築物的抗震功能。
(一)進行正確選址。由於高層建築周邊的場地環境、地基等因素關係著建築物的安全。因此在進行建築場地選址的時候，進行地震災害和環境評估工作十分重要，尤其對於建築場地存在泥石流、滑坡以及處於地震斷裂帶等自然現象和環境要著力避免，如果在建築過程中實在無法避開濕陷性、液化性、軟弱性等特殊土壤和土層，需提前按照地基處理技術規程的相關要求對地基進行合理的加固和設計。另外，對建築物地下的土層分布、厚度、種類和性狀等狀況務必要探查清楚，做好高層建築的地質勘查報告工作，經過地基處理後的高層建築，還應對基礎和上部結構的整體性進行加強和鞏固，並採用分項係數法恰當地把地震力模擬到建築物各個受力構件，系統性提高各個構件的抗震能力。
(二)建築結構體系的選擇。在高層建築結構設計中，結構體系不僅是受力體系，也是傳遞荷載的體系，關係到建築物的安全。在開始進行結構設計時，就要把對建築物周圍的場地環境條件、內部的使用功能、選用的施工材料等一些主要因素加以綜合思考與分析，這是因為在發生地震時，每個建築物不同結構的特點，所產生的結構破壞情況也不一樣。一般常用的高層建築結構體系主要採用剪力牆、框架、框架與剪力牆相結合這三種模式。這三種模式各自具有優缺點。剪力牆結構的優點是承載力比較高，側向剛度大，在水平力的作用下側移較小，整體性能優良，不足之處是結構自身體積、重量等因素比較大，且進行空間布置時的靈活度、方便性較差，不能夠滿足比較大空間的布置需求;框架結構的優點是便於對室內的空間布局進行靈活調整，缺陷是不太適用於高層建築，此外，框架結構主要是以剪切變形的柔性結構為主，抗震效果較差也不太明顯，因此目前使用框架結構的建築工程越來越少。目前，高層混凝土建築物在進行抗震設計時，普遍採用將框架與剪力牆這兩種結構優點相融合的模式，也就是把框架結構和剪力牆結構的各自優勢發揮出來，分工協作，各負職責，互為補充，如在框架結構的最薄弱部分添加剪力牆，對提高建築物本身的承載能力和抗震性能具有明顯作用，但同時也存在一定的風險，這是因為框架與剪力牆的剛度具有較大差異性，在突然遇到外力作用下會產生大大小小、不同程度的位置移動，因此在使用過程中要特別觀察和關注兩者的變形協調。同時，高層建築的內部結構構建也應以規則、簡約、實用等為主，整個結構體系必須還要有足夠的承載和變形能力，建築中的每個部分是相互依存和相互配合的，共同支撐著整個結構體系，這就需要技術人員在設計過程中，根據豎向和橫向結構承載能力的不同，對建築物中的薄弱部分進行加固處理，並且進行合理布局。如高層住宅建築對於牆體構件要求較多，適合採用純剪力牆結構;對於大型的綜合體建築，選擇筒體結構就能較好地滿足其使用功能;對於超高層、超限的大型建築工程，採用鋼結構為最佳選擇。總之，選取合適的結構類型並且盡最大可能滿足建築的使用功能，這是建築設計最基本的遵循［3］。
(三)進行合理的結構設計。決定高層建築抗震性能是結構設計必須合理。因此，在進行結構設計時，應遵循以下設計要點:一是結構對稱性設計。非對稱的建築結構因為重量、重心偏離等因素，在地震作用力的影響下會產生扭轉、震動等，極易導致建築物遭到破壞，抗震性能大為下降［4］。為避免出現此類現象，建築物設計應儘量使用對稱結構。二是平面結構設計。事實證明，受到地震作用後，異性結構容易發生較大位移現象，所以儘量不要選擇L形、十字形等結構。因此，一般情況下，高層建築的平面結構設計以方形、矩形和圓形最好，一方面以簡單實用為原則，另一方面也可以讓地震力的傳遞更加明確。三是豎向結構設計。高層建築的豎向結構設計應重視均勻性，常採用的豎向結構立面形狀有矩形、梯形或者三角形。
(四)設置多道防線共同抗震。發生地震的時候，常常伴隨著餘震、火災、水患等許多次生災害問題，在突然遭遇到偶然荷載或破壞衝擊荷載的情況下，構築一道安全防禦體系很難保證一個高層建築物的安全性，有時還會導致整個體系的失效，為了防止和減少因為個別構件或部位遭受損壞而造成整個建築強度的損毀，在建築抗震設計時，常會採用兩個或兩個以上結構抗震體系，用來共同加強對建築物的防護作用;而對於地震來臨時會產生較大作用力，建築結構的設計應具備一定的變形能力，用來削減地震的作用力，對於建築房屋中薄弱環節的抗震能力更要特別注意加強，不要因為薄弱環節的損壞而影響整體建築抗震功能，實際上將建築抗震設計與建築設計相結合的做法就是保證結構整體性的體現，結構之間構成一個整體效應、各部件之間的共同作用能夠有力地抵抗地震的破壞力，達到較好的抗震效果;還有各部件之間的可靠連接也能提高建築物的抗震及抗變形能力。在高層建築設計時，剪力牆作為豎向受力構件，為最大限度地保證結構構件的冗餘度，比較適合選擇採用「大分散、小集中」的方式。另外，高層混凝土結構還必須要求主要受力構件具備較高的延性和剛度，因此，建立完整的結構屈服體系也十分必要，目的是第一道防線在遭到地震損毀的情況下，還有第二、三道的防線進行保護［5］。
三、結語
總之，通過對高層混凝土建築抗震結構的優化設計，可以極大地滿足提升人民群眾生活質量的需求，對於保證人民群眾的生命安全、減少地震造成的財產損失具有一定的積極作用。工程設計人員應加強對建築抗震結構知識的了解，經過詳細的分析和計算，設計出符合抗震要求的高層混凝土建築結構。
【參考文獻】
［1］王聰．淺析建築設計在建築抗震設計中的重要作用［J］．城市建築，2016，15:57
［2］劉丹．淺析建築設計在建築抗震設計中的重要作用［J］．科技視界，2017，30:130
［3］周廷軍．淺談建築抗震結構設計［J］．中國新技術新產品，2018，4:113，115
［4］陳鵬．高層混凝土建築抗震結構設計探究［J］．規劃與設計，2018，6:72
作者：李曉社 單位：陝西省禮泉縣抗震辦
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