簡析多高層框架結構設計中的若干問題

甘志禮，阮仙法

（浙江東運建設股份有限公司，浙江 臺州 318050）

1 引言

框架結構是多高層結構選型的基本形式，剪力墻結構及框剪結構均以框架設計為基礎，因此框架結構設計在結構設計中具有舉足輕重的作用。框架結構體系主要承重構件為板、梁和柱，體系具有布置靈活以及易于滿足建筑體型和內部空間使用等要求的優點。合理設計的框架結構具有較好的延性和強度，能夠滿足抗震區設計的要求。

如何發揮框架作為一種優良結構體系的優勢是結構設計的關鍵，結合實際工程特點采取合理設計方法是工程師的一項重要本領。本文將針對這一問題，從宏觀控制以及細部設計兩方面加以闡述，以期明晰設計思路。

2 概念設計

結構抗震概念設計的目標是使整體結構能發揮耗散地震能量的作用，避免結構出現敏感的薄弱部位，地震能量的耗散僅集中在極少數薄弱部位，導致結構過早破壞。現有抗震設計方法的前提之一是假定整個結構能發揮耗散地震能量的作用，在此前提下，才能以多遇地震作用進行結構計算、構件設計并加以構造措施，或采用動力時程分析進行驗算，試圖達到罕遇地震作用下結構仍不倒塌的目標。下面重點闡述結構抗震概念設計的基本原則：

2.1 結構的簡單性

結構簡單是指結構在地震作用下具有直接和明確的傳力路徑，結構的計算模型、內力和位移分析以及限制薄弱部位出現都易于把握，對結構抗震性能的估計也比較可靠。

2.2 結構的規則和均勻性

沿建筑物豎向，建筑造型和結構布置比較均勻，避免剛度、承載力和傳力路徑的突變，以限制結構在豎向某一樓層或極少數的幾個樓層出現敏感的薄弱部位。

建筑物平面比較規則，平面內結構布置比較均勻，使建筑物分布質量產生的地震慣性力能以比較短和直接的路徑傳遞，并使質量分布與結構剛度分布協調，限制質量與剛度之間的偏心。

2.3 結構的剛度和抗震能力

水平地震方向是多向的，結構布置應使結構能抵抗任意方向的地震作用。通常使結構沿平面上兩個主軸方向具有足夠的剛度和抗震能力。結構剛度選擇時，雖可考慮場地特征，選擇結構剛度，以減少地震作用效應，但也要注意控制結構變形的增大，過大的變形將會因P-△效應過大而導致結構破壞。除此之外，還應具有足夠的抗扭剛度和抗扭轉振動的能力。現有抗震設計計算中不考慮地震地面運動的扭轉分量，在概念設計中應注意提高結構的抗扭剛度和抗扭轉振動能力。

3 抗震計算

多高層框架結構抗震計算應根據設防類別、烈度和房屋高度的不同采用不同的抗震等級，并需符合相應的計算要求。

多高層框架結構應按下列原則考慮地震作用及地震計算：

（1）一般情況下，應允許在結構兩個主軸方向分別考慮水平作用計算，對質量與剛度明顯不對稱、不均勻的結構，應計算雙向水平地震作用下的扭轉影響。

（2）7度（0.15g）、8度、9度抗震設防時，多高層建筑中的大跨和長懸臂結構應考慮豎向地震作用。

（3）多高層框架結構宜采用振型分解反應譜法。對質量和剛度不對稱、不均勻的結構以及高度超過100m的高層建筑結構應采用考慮扭轉耦聯振動影響的振型分解反應譜法。

（4）高度不超過40m、以剪切變形為主且質量和剛度沿高度分布比較均勻的多高層建筑結構，可采用底部剪力法。

（5）7～9度設防的高層建筑，下列情況宜采用彈性時程分析法進行多遇地震下的補充計算：甲類高層建筑結構；乙、丙類高層建筑結構如表1所示；不滿足《高規》第3.5.2至3.5.6條規定的高層建筑結構；復雜高層建筑結構以及質量沿豎向分布特別不均勻的高層建筑結構。

表1 采用時程分析法的乙、丙類高層建筑結構

4 短柱處理

有抗震設計的框架短柱應符合下列要求：

抗震等級為一級和特一級時，其單側縱向受拉鋼筋的配筋率不宜大于1.2%。

加密區范圍箍筋的體積配箍率應按《高規》第6.4.7條第一款規定；且宜采用復合螺旋箍或井字復合箍，其體積配箍率不應小于1.2%，設防烈度為9度時不應小于1.5%。

5 “強柱”實現措施

（1）抗震設計時，框架梁、柱節點處，除頂層和柱軸壓比小于0.15者及框支梁柱外，柱端考慮地震作用的組合彎矩值應按下列要求規定予以調整：

（2）抗震設計時，一、二、三、四級框架結構的底層柱底截面彎矩設計值，應分別采用考慮地震作用組合的彎矩值與增大系數1.7、1.5、1.3和1.2的乘積。

（3）抗震設計時，框架角柱應按雙向偏心受力構件進行正截面承載力設計。一、二、三、四級框架角柱經按前兩條調整后的彎矩、剪力設計值應再乘以1.1的增大系數。

6. 結論

本文詳細論述了多高層框架結構設計中的疑難點，尤其從總體結構布置上進行了把握，整體分析得到合理結構體系，再進行細部結構設計，探討了短柱處理措施及強柱實現措施，對于實際工程設計具有比較重要的指導意義。

[1]高層建筑混凝土結構技術規程2010[M].北京：中國建筑工業出版社，2011.8.

[2]方鄂華，錢稼茹，葉列平.高層建筑結構設計[M].北京：中國建筑工業出版社，2010.8.

[3]建筑抗震設計規范2010[M].北京：中國建筑工業出版社，2012.1.