高層建筑結構抗震設計要點探究

王宏斌

摘要：建筑結構設計中的抗震設計是一個完整、系統的過程。在建筑結構抗震設計中，工程師和技術設計人員必須從整體宏觀的角度出發。抗震設計應貫穿于建筑物從選址到結構設計的全過程。目前，主流的結構抗震設計策略仍然是延性結構體系。通過增加構件截面尺寸，加強加固，依靠主體結構本身的地震能來消耗地震能，滿足設防要求。這是一種被動的硬抗。積極減輕或抑制地震反應，通過建筑本身的結構設計抵消地震應力，是有效的途徑。

關鍵詞：建筑結構;結構設計;抗震設計

前言

建筑物的抗震設計是決定建筑物結構設計水平的關鍵。因此，準確運用不同的抗震設計方法對結構設計非常重要。在結構設計中，應針對不同情況采用不同的抗震設計和結構措施。以求最合理的抗震設計，本文對此進行分析。高層抗震能力是設計安全的基本要求。基于結構構件之間線性剛度比的概念，討論了構件之間的強弱關系。注重全局控制和局部協調。協同工作是提高結構綜合抗震能力的根本。

1.合理布置結構體系

根據以往工作經歷，在結構布置上應該遵循4個原則，1）結構整體協調，局部協同;2）剪力墻盡可能圍合，提供較大抗扭剛度;3）細分剪力墻的強弱;4）保證框架的強塑性線剛度大于框架梁的彈塑性剛度。

由于連梁的耗能作用逐步降低，在耗能過程中墻肢有可能出項彈塑性變形，特別是底部加強區容易屈服，在反復荷載作用下會形成交叉斜裂縫，出現破壞。即使豎向構件有充分的抗剪能力，但如果在塑性部分鉸區域的墻身水平鋼筋不夠密，斜裂縫就會貫通剪力墻向上發展。

另一方面，在塑性發展階段，由于多向地震作用震動不協調，在前后左右的運動過程中，將產生大變形，如果低不堅強部位的墻體過早屈服，形成大范圍的內力重新分配，就可能導致整個樓體嚴重受損。因此，再高烈度設防區的剪力墻結構中的剪力墻是遭受強震中的保護整個樓體的基石。

2.剛度折減系數的合理確定

剛度折減系數是考慮到連梁在地震作用下開裂，剛度降低，受力減小而采用的，不僅要保證安全性更要保證抗裂性。在選取折減系數時要按照以下原則：框架結構彈性間層位移角和塑性層位移角極限要求;滿足豎向荷載下梁的承載力和裂縫寬度;梁跨高比應取較小的折減系數。

3.框架柱與框架梁

由經典的結構力學我們可以知道，框架柱和框架梁的變形與線剛性比密切相關。在工程實踐中，框架柱的彈塑性線剛度應大于框架梁的線鋼比，其次才是規范的要求的框架柱受彎承載力大于框架梁受彎承載力。

4.短跨框架梁的跨高比

在高烈度地震區，短跨框架梁的跨高比應該限制在5以下，這樣才能按照連梁來設計，同時，連梁設計應將短跨框架梁架梁的跨高比控制在2.5～5.0之間。

5.扭轉角

在相同峰值的地震波作用下，結構繞縱軸的扭轉角曲線變化較為劇烈，這主要是由于不同結構平面上剛度分布不均勻，造成嚴重的強梁弱柱，由于較大的剛度而分擔了應力，由于偏心的存在，較大的地震剪力會加大此部位的扭轉反應，因而控制結構各層扭轉角對于提高抗震安全性是非常有利的。

6.框架柱的設計

框架柱的性能是框架在地震產生強大應力產生彈塑性變形而不至于倒塌的先決條件是“強彎”，保障“強彎”性能的目的是為了梁柱間節點以及框架柱內德混凝土提供有效的約束條件，保障其裂但是不破碎，才能在強震中不至于倒塌。

6.1連梁布置 連梁通常采用弱連梁和框架梁，弱連梁是聯系個部分的紐帶，強連梁和好強連梁是整體的構件。墻體的強韌性，就是通過強連梁和超強連梁組成的抗扭剛度較大的筒體。

6.2框架梁布置 框架梁與框架梁的相對線剛比是適宜的，這樣體現出來的強弱組合，當結構受到大變形時，保持整體的相對穩固。

6.3樓板布置 根據樓面整體震動的特點，人行走激勵下舒適度分析參數選取原則如下，考慮動力荷載效應，感受點最大豎向震動峰值加速度為0.00175g，小于0.005g的極限擇樓板能滿足正常使用狀態下舒適度的要求。

7.性能目標

小震不壞，中震可修，大震不倒是實現抗震設計的基本要求，汶川地震告訴我們不僅要不倒，更要體現生命線工程，真正以人為本。

8.中等地震不屈服分析

構件的變形能力，采取強剪，強彎的措施，保證豎向構件有足夠的柔韌性，以適應結構在遭遇罕見地震時具有大變形的能力，在底部加強區的筒體保持不屈服，

9.彈塑性分析

樓梯結構在地震作用下，組成結構的主要抗側構件的筒體在發揮著抗震作用，剪力墻間的連梁和框架梁作為主要的耗能構件耗散了大量的地震能量，擋結構遭遇特大地震，強弱連梁對實現結構的耗能次序起了關鍵的作用。在結構中上部的樓層，框架柱未進入塑性狀態，具有很好的扛著能力，可以繼續發揮抗震作用，通過彈塑性動力和靜力過程，可以確定強弱組合是可靠的。

9.1靜力彈塑性分析.結構在較大的地震作用下，某些部位要發生屈服甚至被破壞而退出工作，結構的工作狀態從彈性過度的彈塑性，隨著彈塑性的發生和發展，結構的反應性能發生改變，所以要考慮結構進入非線性狀態的地震反應分析。

9.2動力時程分析.采用彈塑性動力時程分析計算罕見地震作用下結構薄弱處的變形，和校核豎向構件是否滿足強彎、強剪的要求，（按規范的相關規定，9度設防區，高度不超過60M的標準設防區的結構可不進行彈塑性動力時程分析，鑒于該建筑功能的復雜性，采用彈塑性動力時程分析作為施工圖世界的補充分析手段，以及作為調整施工圖的設計依據。）

10.結構關鍵構件設計

罕見地震作用下局部錯層部位的框架柱承受的剪力較大，設計中錯層部位框架梁柱點處采取兩端加腋得出了措施，保證水平地震剪力的直接傳遞，避免搓成短柱限于其他構件被破壞。為提高錯層部位框架柱的抗震性能及延性，錯層部位框架柱的抗震等級提高特一級，降低其軸壓比，采用在錯層框架短柱內增設型鋼的加強措施。

11.平面連接薄弱部位設計

為提高各層樓蓋的承載能力和整體剛度，更好的保證樓層水平力的有效傳遞，設計時暗梁配筋按剪力墻構造要求配置，以提高該部位的抗震能力，避免由于平面剛度突變出現明顯的結構薄弱環節。

12.結語

按照強豎向，弱水平桿件的原則，從結構的整體布局入手，對局部構件進行相對強弱分析實質符合結構力學的本質屬性，強調構件間的剛度比應與遭受罕見地震的變形能適應，只有協調處理好各構件間的相對強弱關系，結構的整體協調性才有保證，強調協同工作是根本，提高結構的綜合扛著能力才是目的。

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