高层混凝土建筑抗震结构设计探析

高层混凝土建筑抗震结构设计探析

【摘要】钢筋混凝土框架结构是我国大量存在的建筑结构形式之一，钢筋混凝土框架结构的柱端与节点的破坏较为严重，在抗震设计中，钢筋混凝土是高层建筑结构抗震关键设计。本文详细介绍了高层建筑结构的特点和抗震结构设计重要性以及分析方法，并提出了相应的措，以保证施工的顺利进行。

【关键词】混泥土建筑抗震设计主要措施

中图分类号：tu973+.31 文献标识码：a 文章编号：

前言

在我国现在的高层建筑中,钢筋混凝土框架结构是应用最普遍,

最常用的结构形式。结构抗震的本质就是延性,提高延性可以增加结构抗震潜力, 增强结构抗倒塌能力。设计人员在合理体现框架结构的延性设计时，应进一步增大作用效应以提高结构设计的可靠度，以提高建筑物的抗震性能。

一、高层建筑结构的特点

高层建筑从本质上讲是一个竖向悬臂结构，垂直荷载主要使结构产生轴向力与建筑物高度大体为线性关系；水平荷载使结构产生弯矩。从受力特性看，垂直荷载方向不变，随建筑物的增高仅引起量的增加；而水平荷载可来自任何方向，当为均布荷载时，弯矩与建筑物高度呈二次方变化。从侧移特性看，竖向荷载引起的侧移很小，而水平荷载当为均布荷载时，侧移与高度成四次方变化。由此可以看出，在高层结构中，水平荷载的影响要远远大于垂直荷载的影响，

水平荷载是结构设计的控制因素，结构抵抗水平荷载产生的弯矩、剪力以及拉应力和压应力应有较大的强度外，同时要求结构要有足够的刚度，使随着高随着高度增加所引起的侧向变形限制在结构允许范围内。

由于高层建筑的受力特点不同于低层建筑，因此在地震区进行高层建筑结构设计时，除应保证结构具有足够的强度和刚度外，还应具有良好的抗震性能。通过合理的抗震设计，使建筑物达到小震不坏，中震可修，大震不倒。为了达到这一要求，结构必须具有一定的塑性变形能力来吸收地震所产生的能量，减弱地震破坏的影响。框架结构设计应使节点基本不破坏，梁比柱的屈服易早发生，同一层中各柱两端的屈服历程越长越好，底层柱底的塑性铰宜晚形成，应使梁!柱端的塑性铰出现得尽可能分散，充分发挥整体结构的抗震能力。为了保证钢筋砼结构在地震作用下具有足够的延性和承载力，应按照“强柱弱梁”、“强剪弱弯”、“强节点弱构件”的原则进行设计，合理地选择柱截面尺寸，控制柱的轴压比，注意构造配筋要求，特别是要加强节点的构造措施。对于框架剪力墙结构和剪力墙结构中各段剪力墙高宽比不宜小于2，使其在地震作用下呈弯剪破坏，且塑性屈服尽量产生在墙的底部。连梁宜在梁端塑性屈服，且有足够的变形能力，在墙段充分发挥抗震作用前不失效，按照“强墙弱梁”的原则加强墙肢的承载力，避免墙肢的剪切破坏，提高其抗震能力。

二、抗震结构设计的重要性

地震是一种随机振动，有难于把握的复杂性和不确定性，要准确预测建筑物所遭遇地震的特性和参数，目前尚难做到。在结构分析方面，由于未能充分考虑结构的空间作用、结构材料的非弹性性质、材料时效、阻尼变化等多种因素，同时也存在着不准确性。因此，工程抗震问题不能完全依赖“计算设计”解决，而必须立足于“概念设计”。概念设计是指设计人员从结构的宏观整体出发，用结构系统的观点，着眼于结构整体反应，正确地解决总体方案、材料使用、分析计算、截面设计和细部构造等问题，力求得到最为经济、合理的结构设计方案以达到合理抗震设计的目的。结构抗震概念设计的目标是使整体结构能发挥耗散地震能量的作用，避免结构出现敏感的薄弱部位。地震能量的聚散，如果仅集中在少数薄弱部位，必会导致结构过早破坏，目前各种抗震设计方法的前提之一就是假定整个结构能发挥耗散地震能量的作用，在此前提下才能以多遇地震作用进行结构计算、构件截面设计并辅以相应的构造措施，必要时采用弹性时程分析法进行补充计算，试图达到罕遇地震作用下结构不倒塌的目标。

三、建筑抗震设计需求分析方法

目前工程中最常用的分析方法是在非损伤部位承载力加大系数法,该方法是首先对损伤结构的弹塑性作分析,得到设计内力,在对地震作用下的非损伤部位的弹塑性乘以承载力从而增加抗震系数。由于非损伤部位的承载力增大系数是参考典型结构的分析结果,对于多种影响因素考虑不全面,带有浓重的经验主义,该方法的有效

性和合理性存在严重不足。增强损伤部位的弹塑性分析法是通过分析非预期损伤部位和预期损伤部位建立弹塑性模型,再对建筑的整体结构做弹塑性分析,从而得到在地震作用下的损伤部位的塑性变形需求和承载力需求,以及非损伤部位的承载力需求,该分析方法主要适合于静力弹塑性的分析,而动力弹塑性分析存在不足。等效线性化分析法的分析基础是设计反应谱,使用振型组合法来确定损伤部位在地震作用下的地震响应,从而得到非损伤部位和损伤部位的变形能力需求以及承载力需求,同时还能够获得地震作用下结构的非线性响应,这种分析方法理论上完全可行,也是《建筑抗震设计规范》推荐使用的方法。

四、高层混凝土建筑结构抗震设计构造的主要措施

1、轴压比与纵筋最大配筋率

合理的受力特征可明显提高构件延性，为实现受拉钢筋的屈服限于受压混凝土压碎的破坏形式，以提高塑性铰区域的转动能力，规范限制轴压比及纵筋的最大配筋率，同时混凝土受压屈高度也提出相应要求。

2、约束箍筋及配筋形式

为保证强柱弱梁，强剪弱弯的设计原则及塑性区域的局部延性，有必要加密塑性区域内的局部延性，有必要加密塑性区域内的箍筋间距。这不仅可提高柱端抗剪能力，还可约束核心区混凝土，对纵向钢筋提供侧向支持，防止大变形下纵筋压屈，从而改善塑性区域的局部延性。规范对约束箍筋的最小直径，最大间距，塑性铰区域

的最小长度都做出了详细规定，并对箍筋肢距及箍筋形式提出了相应要求。

3、材料要求

材料延性对确保构件延性极为重要，为此规范对材料也提出相应限制，如保证钢强屈比，延伸率及混凝土强度等级，同时对施工过程中可能出现的钢筋代换也提出相应限制。

4、梁柱等构件延性的影响因素

因素主要是混凝土极限压应变和破坏时的受压区高度。同时，对于梁而言，无论是对不允许柱出现塑性铰（底层柱除外）的方案，还是允许柱出现塑性铰但控制其出现时间和程度的方案，梁端始终都是引导出现塑性铰的主要部位，所以都希望梁端的塑性变形有良好的延性（即不丧失基本抗弯能力前提下的塑性变形转动能力）和良好的塑性耗能能力。因此除计算上满足一定的要求外，还要通过的一系列严格的构造措施来满足梁的这种延性。

总之，对于高层建筑混凝土结构技术规程和建筑抗震设计规范中有关加强概念设计的部分内容加以理解和研究，作为土木工程技术人员在高层建筑的研究和工程设计中，应从整体宏观的观点出发，在设计的整个过程中更好地运用概念设计，综合处理好建筑功能、技术、艺术、安全可靠性和经济合理等几方面内容，从而创造出更加安全、适用、经济美观的高层建筑。

【参考文献】

[1] 郭兆伟.高层框架剪力墙结构抗震设计的技术要点分析[j].