摘要：伴随建筑业的快速发展，大量高层混凝土建筑得到了建设，而该类建筑在遭受地震时呈现出一定结构特性，还要提高建筑结构抗震性能以保证建筑使用安全性。基于这种认识，本文结合工程实例对高层混凝土建筑结构的抗震设计方法进行了探讨，结合建筑设计要求提出了结构加固方法和隔震减震设计方法，在分析建筑结构抗震性能基础上对抗震设计要点进行了总结，为类似工程的建设提供参考。
关键词：高层混凝土建筑；结构抗震设计；扭转效应
1.工程概况
某城中村加固改造建设项目位于城市西北侧，南侧为高速公路，高99m，共25层，采用框架-剪力墙结构。按照项目设计要求，建筑标高33m以下属于重点设防类，采用的框架、剪力墙等结构需达到特一级抗震等级，框架梁尺寸为400×900mm，剪力墙厚为300～400mm，墙柱、梁强度分别达到C60和C45；33m以上为标准设防类，采用一级框架结构和特一级剪力墙，框架梁尺寸为400×800mm，剪力墙厚为200～300mm，墙柱、梁强度分别达到C50和C40。
2.高层钢筋混凝土结构抗震设计方法
2.1结构抗震设计要求
现代高层建筑设计，需满足“强柱弱梁及强剪弱弯”的设计标准以保证结构整体的安全性，可靠性，使建筑结构达到良好抗震效果。结合当前地区抗震设防烈度，合理的布置结构构件，提高结构构件延性，使结构构件受力合理，从而使建筑在实现小震不坏、中震可修、大震不倒的抗震性能。该项目结构安全等级为二级，重要性系数为1.0，设防烈度达7度，地震基本加速度0.15g，场地类别为II类，特征周期0.45s，遭遇小震和大震的水平地震影响系数分别为0.08和0.5。按《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010），结构层间位移角限值为1/800，拥有完善结构，保证剪力墙和框架梁弹性达到要求。遭遇中度地震，应保证关键构件具有弹性变形，框架梁可部分屈服，但需保证使用安全，少量进入塑性阶段。遭遇大震时，应保证位移角限值达到1/100，结构不倒塌，允许关键构件进入屈服阶段，发生少量塑性变形，保证抗剪弹性，但不允许剪力墙发生破坏，同时框架梁破坏在可控范围。
2.2结构加固设计
按照结构抗震性能要求，在结构设计中需满足结构刚度、延性等要求。由于高层钢筋混凝土结构有较大的结构自重，底部柱轴力应与建筑高度成正比，同时避免轴压比过大，以避免建筑物延性降低。在实践工作中，还要完成结构抗震加固设计，确保框架柱截面满足剪压比要求。使用螺旋复合箍筋，能够使柱的抗剪承载力和抗震性得到增强，避免框架柱发生剪切破坏。采用SATWE软件，能够对结构竖向荷载、风荷载及结构在小震和中震作用下进行计算分析，确保结构关键构件保持弹性状态。采用Perform-3D软件，能够完大震作用下的动力弹塑性分析，确定构件性能是否达到抗震设计要求。
用侧向力分布模式进行线性化分析，可以发现在静力弹塑性状态下，X向和Y向最大层间位移角分别为1/164和1/175，X向和Y向剪力墙塑性区钢筋最大拉应变比分别为2.62和3.64，X向和Y向基底剪力分别为57290kN和59590kN；根据动力弹塑性计算结果X向和Y向最大层间位移角分别为1/161和1/165，剪力墙塑性区钢筋最大拉应变比分别为2.10和3.31，基底剪力分别为65577kN和63088kN。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆为防止剪力墙发生剪切破坏，需要对剪力墙分布筋和边缘构件纵筋进行加强设计，在1-6层使剪力墙分布筋最小配筋率达到0.6%，边缘构件纵筋为1.6%，7层以上剪力墙分布筋最小配筋率达到0.4%，边缘构件纵筋为1.4%。
2.3隔震减震设计
考虑到建筑结构安全等级较高，需要增加隔震减震设计。具体来讲，在建筑下部增设铅制和钢制构件进行隔震层的设计。构件本身经过塑性变形，能够发挥衰减震动作用，在地震发生后能够利用产生的水平变形避免地震力直接作用给上部结构。针对建筑地基，可以利用弹性较高叠层式橡胶完成隔震层设计，使钢板与厚度数为毫米的橡胶重叠交互，能够预防共振的发生，使建筑结构始终保持垂直状态[2]。此外，针对剪力墙等结构，还要完成减震设计，完成相应耗能元件的设置，并在钢管混凝土与钢支撑之间涂抹无粘结漆，促使滑移界面形成。发生地震后，经过处理结构将形成滞回变形，使能量耗散，因此能够达到减震的目标。
2.4抗震性能分析
采用SATWE软件对设计出的结构的抗震性进行评估发现，剪力墙钢筋拉应变差值达3.31，并未发生严重破坏，框架产生塑性铰，但并未发生严重破坏，因此能够满足结构设计抗震性能要求。高层混凝土建筑在遭受地震时，表现出显著的结构受力特点。在竖向荷载方向上，建筑结构基本无变化，建筑物高度与弯矩呈二次方变化。所以在结构抗震设计上，需要实现载荷均匀分布。作为长悬臂结构，当受到水平和竖向荷载影响，发生地震后容易产生较大弯矩和剪力，侧面尽管不会发生明显变形，但在横向荷载均匀分布的情况下，高度和侧移将发生四次方变化[1]。如果建筑平面结构不对称，采用L形、Y形等不规则形状，容易发生结构扭转变形。如果建筑采用钢框架结构，平面内框架柱会发生剪切破坏，在底框结构刚度较低时会发生严重破坏。具有与场地相同结构自震周期，容易导致共振的发生，继而引起建筑整体结构破坏。
2.5结构抗震设计要点
针对高层混凝土建筑，实际在结构抗震设计上需要加强水平地震作用、侧向位移和构件刚度控制。在水平地震作用与重力荷载组合作用下，建筑会产生弯矩、剪力和轴力，与建筑高度成一次方关系。加强水平地震作用控制，能够避免结构在地震中产生弯矩，导致构件轴力与建筑物高度成二次方关系。建筑结构侧移将随层数增加而增大，位移过大将导致结构产生重力二阶效应，同时受外力作用会造成结构水平位移超出限值。想要避免侧移发生，还要使结构刚度、强度和稳定性达到要求。在水平刚度控制方面，由于地震发生将导致建筑结构承受水平作用力，所以需要使结构竖向构件刚度满足要求，从而提供抗倾覆力矩，以免结构坍塌。综合考虑各方面要求，在高层混凝土建筑结构抗震设计中，还要严格按照国家对高层建筑结构抗震设计相关要求，注重建筑结构平面、立面和竖向剖面的规则性，优先选用规则形体，实现结构设计方案的优化分析。在实际进行建筑结构抗震设计中，还应实现抗侧力构件平面的规则对称布置，使建筑结构抗侧移刚度均匀变化，从而全面防止建筑承载力和侧向刚度突变问题的发生，使建筑结构的抗震性能得到保证。
结论
综上所述，在高层混凝土建筑设计中，还应重视结构抗震设计，以便使建筑使用安全得到保证。在实践工作中，还要结合建筑结构地震特性和设计要求，把握建筑结构抗震设计要点，通过分析结构受力性能实现结构的加固设计，并加强隔震减震设计方法的运用，以便使结构抗震性能得到增强，使建筑设计达到预期目标，避免建筑因地震灾害带来人员伤亡或财产损失。
参考文献
[1]燕亚勃.高层混凝土建筑抗震结构设计要点分析[J].住宅与房地产,2018(27):90.
[2]王海军.高层混凝土建筑抗震结构设计方案研究[J].建材与装饰,2018(34):118.
论文作者:邵沛泽
论文发表刊物:《基层建设》2019年第13期
论文发表时间:2019/7/23
标签：结构论文; 建筑结构论文; 构件论文; 建筑论文; 发生论文; 塑性论文; 刚度论文; 《基层建设》2019年第13期论文;