淺談高層鋼筋混凝土結構的抗震設計

楊 賀（遼寧福斯特建筑設計有限公司，遼寧 沈陽 110013）

淺談高層鋼筋混凝土結構的抗震設計

楊 賀
（遼寧福斯特建筑設計有限公司，遼寧 沈陽 110013）

摘 要：現代高層建筑主要著重于使用功能，同時又要充分表現其美工學。本文主要對高層結構抗震設計所涉及到的結構體系、結構受力特點，結構布置以及結構的抗震措施等問題進行了論述。

關鍵詞：高層建筑；鋼筋混凝土結構；結構設計；抗震；結構體系

一、高層建筑結構的特點

多層與高層建筑結構的相同點有：都是承擔豎向荷載和水平荷載作用，設計原理和設計方法也是基本是相同的，不同點是在高層建筑中，需要用來抵抗外荷載（特別是水平荷載）的結構材料更多，因此高層建筑結構設計的主要問題就是抗側力結構的設計，設計抗側力結構時也就有更多要求了。實踐證明在建筑物的高度越大，水平力作用下結構設計的優化程度對材料用量的影響也就越大，特別是在地震地區，地震作用給高層建筑帶來的危害也要比多層建筑的危害大，因此，應該更加重視高層建筑結構的抗震設計。從結構特點看，凡是水平荷載起主要作用的建筑就可以認為進入了高層建筑結構的范疇了，水平荷載主要是地震作用和風荷載為主，在地震區基本上就是地震荷載起主控作用。

二、高層建筑結構抗震設計要素

1 正確選擇合理的抗側力結構體系

其實高層建筑結構設計的重中之重就是設計抗側力結構。高層建筑基本的結構構件是梁、柱、支撐、墻和墻組合的筒，用這些構件可以組成高層建筑眾多的抗側力結構。

（1）框架結構：框架結構由梁、柱通過節點組成的結構單元，框架只能在自身平面內抵抗側向力，必須在兩個正交的主軸方向設計框架以抵抗各個方向的側向力。抗震框架結構的梁柱不允許鉸接，必須采用剛接，使梁端能傳遞彎矩，同時使結構具有良好的整體性和較大的剛度。抗震設計的框架結構不宜采用單跨框架。抗震設計時，若采用砌體填充墻，填充墻的布置應避免形成上、下層剛度變化過大，避免形成短柱，盡可能對稱布置，以減小偏心造成的扭轉；砌體墻的抗側剛度大、變形能力小，混合使用不利于結構抗震。（2）剪力墻結構（也稱抗震墻結構）：剪力墻結構承受豎向荷載和抵抗水平荷載是通過鋼筋混凝土墻（亦抗震墻）來實現的，采用現澆鋼筋混凝土，整體性好，承載力及側向剛度大。剪力墻的延性設計的好壞直接影響著它的的抗震性能。在以往的地震災害中，剪力墻結構的的震害一般比較輕。（3）框架—剪力墻結構：框架—剪力墻結構體系就是把框架和剪力墻兩者結合起來，共同抵抗豎向荷載和側向力，相互彌補，從此產生更好的結構效果。框架—剪力墻結構既有框架結構的特點，又具備剪力墻結構的優點。剪力墻剛度大主要承擔層間剪力，而框架的延性要好一些，在遭遇地震作用下，先屈服剪力墻的連梁，這樣是剪力墻的剛度會減小，剪力墻抵抗的層間剪力會轉移到框架上，框架利用足夠的承載力和延性來抵抗地震作用，那么這兩種抗側力結構的優勢可以充分發揮出來，在遭遇地震作用時避免嚴重破壞甚至倒塌。因此建造較高的高層建筑通常采用這種結構型式，目前在我國得到廣泛的應用。要根據所設計的建筑高度，是否需要抗震設防及抗震設防烈度等因素，選擇一個與其匹配的、經濟的結構體系，是結構效能得到充分發揮，建筑材料也能充分的被利用，最終會形成完美的結構設計。

2 正確認識高層建筑的受力特點

高層建筑可以簡化成一個豎向懸臂結構，結構軸向力主要是垂直荷載所產生的，它與建筑物高度是一次方的關系；結構的彎矩則是由側向力所產生，彎矩與建筑物高度是二次方的關系。由此可以看出，在高層結構中，垂直荷載的影響不如側向力影響大，結構設計的控制因素也就是側向力，結構除了應有較大的強度來抵抗側向力產生的彎矩、剪力以及拉應力和壓應力，同時結構還要具備足夠的剛度，使隨著高度增加所引起的側向變形限制在結構允許范圍內。

3 建筑體型和結構總體布置

建筑體型和結構總體布置在高層建筑的設計中也特別重要。建筑的平立面表現的是建筑體型，結構構件的平面布置和豎向布置反映的就是結構的總體布置，布置結構構件應該根據結構抵抗豎向荷載、抗風、抗震的要求來布置。結構平面布置對稱、均勻并且有較好的抗扭剛度。結構豎向布置也要均勻，結構的剛度、承載力和質量分布均勻，無突變。

4 高層建筑結構的抗震設計

抗震概念設計在高層建筑抗震設計中很重要，結構抗震設計復雜性，并且有許多不確定和不確知的因素，所以很難精確地計算出結構的抗震能力，準確的得到結構在地震作用下的真實反映更是難上加難。因此對于結構的抗震設計，細致的計算分析和抗震概念設計都是非常重要

的。

在地震作用下特別不規則結構的薄弱部位容易造成震害的地方可以用防震縫將其劃分為若干個獨立的抗震單元，使各個結構單元成為規則的結構，抗震縫兩側結構類型不同時按照需要較寬防震縫的結構類型和較低房屋高度確定縫寬。

地震區建筑進行抗震設計時，除了應保證結構滿足承載力及側翼限制要求外，還應滿足延性要求和具有良好的耗能性能，要實現“中震可修，大震不倒”的原則這是基本措施。鋼筋混凝土結構要實現延性結構必須通過良好的延性設計。抗震高層建筑的延性通過合理選用結構體系、合理布置結構、對構建及其節點采取各種構造措施等才能實現，施工質量的良莠對結構的延性也有很大的影響。延性設計不是通過計算實現的，所以，保證結構的延性要通過抗震機構的抗震等級要求及加強構造措施等方法。

必須保證梁、柱、墻構建均具備足夠的延性，這樣鋼筋混凝土結構才能具有一定的延性，才能設計出延性框架和延性剪力墻。“強柱弱梁”、“強剪弱彎”、“強節點弱構件”是框架結構應遵循的設計原則，截面尺寸的合理選擇，柱軸壓比，剪跨比，箍筋選配的控制，以及核芯區的構造措施都是框架結構抗震設計的重要內容。框架—剪力墻結構和剪力墻結構設計為實現延性設計應符合“強墻弱梁，強剪弱彎”原則，還應該限制墻肢軸壓比和墻肢設置邊緣構件提高剪力墻的抗震性能，并且加強重點部位。

結語

通過了高層建筑的受力特點、結構體系、結構布置、抗震設計等多方面的規定，在保證結構安全的前提下，盡可能將結構設計做到最合理、最經濟和最優化。

參考文獻

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[2]GB50011-2010，建筑抗震設計規范[S]. [3]JGJ 3-2010，高層建筑混凝土結構技術規程[S].

[4]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，2003.

中圖分類號：TU375

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