关于高层混凝土建筑抗震结构设计的思考

殷涛

摘要：本文首先分析了高层混凝土建筑抗震结构设计的基本原则，重点阐述了高层混凝土建筑抗震结构设计的方法，供大家参考。

关键词：高层混凝土建筑；抗震结构设计；思考

1 高层混凝土建筑抗震结构设计的基本原则

1.1 结构构件应具有必要的承载力、刚度、稳定性、延性等方面的性能。

1.1.1 结构构件应遵守“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件、强底层柱（墙）”的原则。

1.1.2 对可能造成结构的相对薄弱部位，应采取措施提高抗震能力。

1.1.3 承受竖向荷载的主要构件不宜作为主要耗能构件。

1.2 尽可能设置多道抗震防线

1.2.1 一个抗震结构体系应由若干个延性较好的分体系组成，并由延性较好的结构构件连接协同工作。如框架抗震墙体系是由延性框架和抗震墙两个系统组成，双肢或多肢抗震墙体系由若干个单肢墙分系统组成。

1.2.2 强烈地震之后往往伴随多次余震，如只有一道防线，则在第一次破坏后再遭余震，将会因损伤积累导致倒塌。抗震结构体系应有最大可能数量的内部、外部冗余度，有意识地建立一系列分布的屈服区，主要耗能构件应有较高的延性和适当刚度，以使结构能吸收和耗散大量的地震能量，提高结构抗震性能，避免大震时倒塌。

1.2.3 适当处理结构构件的强弱关系，同一楼层内宜使主要耗能构件屈服后，其他抗侧力构件仍处于弹性阶段，使“有效屈服”保持较长阶段，保证结构的延性和抗倒塌能力。

1.2.4 在抗震设计中某一部分结构设计超强，可能造成结构的其他部位相对薄弱，因此在设计中不合理的加 强以及在施工中以大代小，改变抗侧力构件配筋的做法，都需要慎重考虑。

1.3 对可能出现的薄弱部位，应采取措施提高其抗震能力。

1.3.1 构件在强烈地震下不存在强度安全储备，构件的实际承载能力分析是判断薄弱部位的基础。

1.3.2 要使楼层（部位）的实际承载能力和设计计算的弹性受力的比值在总体上保持一个相对均匀的变化，一旦楼层（部位）的比值有突变时，会由于塑性内力重分布导致塑性变形的集中。

1.3.3 要防止在局部上加强而忽视了整个结构各部位刚度、承载力的协调。

1.3.4 在抗震设计中有意识、有目的地控制薄弱层（部位），使之有足够的变形能力又不使薄弱层发生转移，这是提高结构总体抗震性能的有效手段。

2 高层混凝土建筑抗震结构设计方法

2.1 采用合理的建筑结构体系

建筑布局除考虑功能要求外，结构单元抗侧力结构的布置宜规则、对称，受力明确，传力合理，传力途径不间断，并应具有良好的整体性。

2.1.1 抗侧力构件应布置合理。如在框架—剪力墙结构中，剪力墙宜均增布置在建筑物的周边附近、楼梯间、电梯间、平面形状变化及恒载较大的部位，剪力墙间距不宜过大；平面形状凹凸较大时，宜在凸出部分的端部附近布置剪力墙；纵、横剪力墙宜组成L型、T型和[型等形式；剪力墙宜贯通建筑物的全高，避免刚度突变；剪力墙开洞口宜上下对齐；抗震设计时，剪力墙的布置宜使结构各主轴方向的侧向刚度接近。

2.1.2 结构的整体性要好。高层建筑结构中，楼盖对于结构的整体性起到非常重要的作用。楼盖相当于水平隔板，它不仅聚集和传递惯性力到各个竖向抗侧力的子结构，而且要使这些子结构能协同承受地震作用，特别是当竖向抗侧力子结构布置不均匀或布置复杂或各抗侧力子结构水平变形特征不同时，整个结构就要依靠楼盖使各抗侧力子结构能协同工作。楼盖体系最重要的作用是提供足够的平面内刚度和抗力，并与竖向各子结构有效连接。所以房屋的顶层、结构转换层、平面复杂或开洞过大的楼层、作为上部结构嵌固部分的地下室楼层应采用现浇楼盖结构。

2.2 概念设计及设计参数的合理选择

在进行抗震结构方案设计时，需要进行概念设计，以明确结构体系地震作用的传递途径，同时也使得结构拥有更多的抗震防线。结构最大且适用高度等应控制在规范的允许范围之内，以便结构拥有足够的延性。在剪力墙的布置上理应对称与均匀，而且应在横纵两方向上都要合理布置，使得两个主轴方向上的刚度能保持一致；墙体上的开洞尽量少，若必须开洞，则应保证洞口的齐整，要避免随意的开洞；高层混凝土结构的构件在截面尺寸、受力钢筋及箍筋等方面的设置应控制恰当；在结构构建的装配及连接上，要保证其结构的整体性，对于预应力混凝土构建的预应力钢筋而言，锚固在节点核心区之外最佳。

2.3 减少地震发生时能量的输入

在具体的设计中，积极采用基于位移的结构抗震方法，对具体的方案进行定量分析，使结构的变形弹性满足预期地震作用力下的变形需求。对建筑构件的承载力进行验收的同时，还要控制建筑结构在地震作用下的层间位移限值；并且根据建筑构件的变形和建筑结构的位移之间的关系，确定构件的变形值；根据建筑界面的应变分布以及大小，来确定建筑構件的构造需求。对于高层建筑，在坚固的场地上进行建筑施工，可以有效减少地震发生作用时能量的输入，从而减弱地震对高层建筑的破坏。

2.4 运用高延性设计、推广消震和隔震措施

在我国，许多高层建筑进行抗震设计时，多采用延性结构，也就是适当控制建筑结构的刚度，允许地震时结构的构件进入到具有很大延性的塑性状态，从而消耗地震作用时的能量，使地震反应减小，减弱地震给高层建筑带来的破坏。如果某高层建筑的承载能力较小，但是具有较高的延性，那么在地震中它也不容易倒塌，因为延性构件可以吸收较多的能量，经受住很大的结构变形。延性结构的运用，在很多情况下是有效的，它可以消耗地震能量，减轻地震反应，使结构物“裂而不倒”。

2.5 高度的确定

按我国现行高层建筑混凝土结构技术规程（JGJ3- 2010）规定，在一定设防烈度和一定结构型式下，钢筋混凝土高层建筑都有一个适宜的高度。这个高度是我国目前建筑科研水平，经济发展水平和施工技术水平下，较为稳妥的，也是与目前整个土建规范体系相协调的。可实际上，已有许多混凝土结构高层建筑的高度超过了这个限制。对于超高限建筑物，应当采取科学谨慎的态度：一要有专家论证，二要有模型振动台试验。在地震力作用下，超高限建筑物的变形破坏性态会发生很大的变化。因为随着建筑物高度的增加，许多影响因素将发生质变，即有些参数本身超出了现有规范的适宜范围，如安全指标、延性要求、材料性能、荷载取值、力学模型选取等。

2.6 建筑结构抗震性能的提升

高层建筑与一般建筑之间的区别在于受力特性上，尤其是在地震区开展高层建筑结构设计时，除了要保证足够大的刚度与强度，更应具备良好的抗震性能。对高层建筑结构进行抗震设计与研讨，使得建筑结构抗震性能得到提升，最终实现“小震不坏，中震可修，大震不倒”的目标。为了实现这样的目标，有些地区在进行结构抗震设计的时候利用了塑性变形来吸收地震产生的能量，从而实现地震破坏的减小，这种方法已经得到了一定的推广及应用，取得了良好的效果。

3 结束语

综上所述，尽管我国在高层混凝土建筑抗震结构设计中已经取得了一定的成绩，仍然混凝土抗震设计问题依然是一个庞大复杂的课题，需要在未来的不断实践和研究中，进一步的深入探讨，应用更好的新兴抗震技术，更好的保障人民的生命财产安全。

参考文献：

[1]覃敏强.建筑高层框架结构布置[J].大众科技，2013，（05）.

[2]周舒，曹庆.钢筋混凝土框架结构抗震设计中能力设计措施的探讨[J].施工技术，2012，（09）.