浅谈高层钢筋混凝土结构的抗震设计

杨 贺（辽宁福斯特建筑设计有限公司，辽宁 沈阳 110013）

浅谈高层钢筋混凝土结构的抗震设计

杨 贺
（辽宁福斯特建筑设计有限公司，辽宁 沈阳 110013）

摘 要：现代高层建筑主要着重于使用功能，同时又要充分表现其美工学。本文主要对高层结构抗震设计所涉及到的结构体系、结构受力特点，结构布置以及结构的抗震措施等问题进行了论述。

关键词：高层建筑；钢筋混凝土结构；结构设计；抗震；结构体系

一、高层建筑结构的特点

多层与高层建筑结构的相同点有：都是承担竖向荷载和水平荷载作用，设计原理和设计方法也是基本是相同的，不同点是在高层建筑中，需要用来抵抗外荷载（特别是水平荷载）的结构材料更多，因此高层建筑结构设计的主要问题就是抗侧力结构的设计，设计抗侧力结构时也就有更多要求了。实践证明在建筑物的高度越大，水平力作用下结构设计的优化程度对材料用量的影响也就越大，特别是在地震地区，地震作用给高层建筑带来的危害也要比多层建筑的危害大，因此，应该更加重视高层建筑结构的抗震设计。从结构特点看，凡是水平荷载起主要作用的建筑就可以认为进入了高层建筑结构的范畴了，水平荷载主要是地震作用和风荷载为主，在地震区基本上就是地震荷载起主控作用。

二、高层建筑结构抗震设计要素

1 正确选择合理的抗侧力结构体系

其实高层建筑结构设计的重中之重就是设计抗侧力结构。高层建筑基本的结构构件是梁、柱、支撑、墙和墙组合的筒，用这些构件可以组成高层建筑众多的抗侧力结构。

（1）框架结构：框架结构由梁、柱通过节点组成的结构单元，框架只能在自身平面内抵抗侧向力，必须在两个正交的主轴方向设计框架以抵抗各个方向的侧向力。抗震框架结构的梁柱不允许铰接，必须采用刚接，使梁端能传递弯矩，同时使结构具有良好的整体性和较大的刚度。抗震设计的框架结构不宜采用单跨框架。抗震设计时，若采用砌体填充墙，填充墙的布置应避免形成上、下层刚度变化过大，避免形成短柱，尽可能对称布置，以减小偏心造成的扭转；砌体墙的抗侧刚度大、变形能力小，混合使用不利于结构抗震。（2）剪力墙结构（也称抗震墙结构）：剪力墙结构承受竖向荷载和抵抗水平荷载是通过钢筋混凝土墙（亦抗震墙）来实现的，采用现浇钢筋混凝土，整体性好，承载力及侧向刚度大。剪力墙的延性设计的好坏直接影响着它的的抗震性能。在以往的地震灾害中，剪力墙结构的的震害一般比较轻。（3）框架—剪力墙结构：框架—剪力墙结构体系就是把框架和剪力墙两者结合起来，共同抵抗竖向荷载和侧向力，相互弥补，从此产生更好的结构效果。框架—剪力墙结构既有框架结构的特点，又具备剪力墙结构的优点。剪力墙刚度大主要承担层间剪力，而框架的延性要好一些，在遭遇地震作用下，先屈服剪力墙的连梁，这样是剪力墙的刚度会减小，剪力墙抵抗的层间剪力会转移到框架上，框架利用足够的承载力和延性来抵抗地震作用，那么这两种抗侧力结构的优势可以充分发挥出来，在遭遇地震作用时避免严重破坏甚至倒塌。因此建造较高的高层建筑通常采用这种结构型式，目前在我国得到广泛的应用。要根据所设计的建筑高度，是否需要抗震设防及抗震设防烈度等因素，选择一个与其匹配的、经济的结构体系，是结构效能得到充分发挥，建筑材料也能充分的被利用，最终会形成完美的结构设计。

2 正确认识高层建筑的受力特点

高层建筑可以简化成一个竖向悬臂结构，结构轴向力主要是垂直荷载所产生的，它与建筑物高度是一次方的关系；结构的弯矩则是由侧向力所产生，弯矩与建筑物高度是二次方的关系。由此可以看出，在高层结构中，垂直荷载的影响不如侧向力影响大，结构设计的控制因素也就是侧向力，结构除了应有较大的强度来抵抗侧向力产生的弯矩、剪力以及拉应力和压应力，同时结构还要具备足够的刚度，使随着高度增加所引起的侧向变形限制在结构允许范围内。

3 建筑体型和结构总体布置

建筑体型和结构总体布置在高层建筑的设计中也特别重要。建筑的平立面表现的是建筑体型，结构构件的平面布置和竖向布置反映的就是结构的总体布置，布置结构构件应该根据结构抵抗竖向荷载、抗风、抗震的要求来布置。结构平面布置对称、均匀并且有较好的抗扭刚度。结构竖向布置也要均匀，结构的刚度、承载力和质量分布均匀，无突变。

4 高层建筑结构的抗震设计

抗震概念设计在高层建筑抗震设计中很重要，结构抗震设计复杂性，并且有许多不确定和不确知的因素，所以很难精确地计算出结构的抗震能力，准确的得到结构在地震作用下的真实反映更是难上加难。因此对于结构的抗震设计，细致的计算分析和抗震概念设计都是非常重要

的。

在地震作用下特别不规则结构的薄弱部位容易造成震害的地方可以用防震缝将其划分为若干个独立的抗震单元，使各个结构单元成为规则的结构，抗震缝两侧结构类型不同时按照需要较宽防震缝的结构类型和较低房屋高度确定缝宽。

地震区建筑进行抗震设计时，除了应保证结构满足承载力及侧翼限制要求外，还应满足延性要求和具有良好的耗能性能，要实现“中震可修，大震不倒”的原则这是基本措施。钢筋混凝土结构要实现延性结构必须通过良好的延性设计。抗震高层建筑的延性通过合理选用结构体系、合理布置结构、对构建及其节点采取各种构造措施等才能实现，施工质量的良莠对结构的延性也有很大的影响。延性设计不是通过计算实现的，所以，保证结构的延性要通过抗震机构的抗震等级要求及加强构造措施等方法。

必须保证梁、柱、墙构建均具备足够的延性，这样钢筋混凝土结构才能具有一定的延性，才能设计出延性框架和延性剪力墙。“强柱弱梁”、“强剪弱弯”、“强节点弱构件”是框架结构应遵循的设计原则，截面尺寸的合理选择，柱轴压比，剪跨比，箍筋选配的控制，以及核芯区的构造措施都是框架结构抗震设计的重要内容。框架—剪力墙结构和剪力墙结构设计为实现延性设计应符合“强墙弱梁，强剪弱弯”原则，还应该限制墙肢轴压比和墙肢设置边缘构件提高剪力墙的抗震性能，并且加强重点部位。

结语

通过了高层建筑的受力特点、结构体系、结构布置、抗震设计等多方面的规定，在保证结构安全的前提下，尽可能将结构设计做到最合理、最经济和最优化。

参考文献

[1]GB50010-2010，混凝土结构设计规范[S].

[2]GB50011-2010，建筑抗震设计规范[S]. [3]JGJ 3-2010，高层建筑混凝土结构技术规程[S].

[4]方鄂华，钱稼茹，叶列平.高层建筑结构设计[M].北京：中国建筑工业出版社，2003.

中图分类号：TU375

文献标识码：A