閆旭梅

山西省醫(yī)藥規(guī)劃設(shè)計(jì)院（有限公司），山西 太原 030001

0 引言

隨著我國(guó)社會(huì)主義現(xiàn)代化建設(shè)和城市化進(jìn)程的不斷向前推進(jìn)，建設(shè)用地日趨緊張，促使建筑功能越來越多樣化，高層建筑得的發(fā)展是大勢(shì)所趨。高層建筑的特點(diǎn)是高度比較高，所以地震荷載和風(fēng)荷載在設(shè)計(jì)過程中占主導(dǎo)和控制地位，而我國(guó)又是地震多發(fā)國(guó)家，因此高層建筑的抗震設(shè)計(jì)分析顯得尤為重要。

1 高層建筑抗震設(shè)計(jì)特點(diǎn)

第一，控制建筑物的側(cè)移是重要的指標(biāo)。在地震荷載作用下，建筑結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的水平剪切力占主導(dǎo)地位，所以建筑物會(huì)產(chǎn)生明顯的側(cè)移，隨建筑結(jié)構(gòu)的高度不斷曾加，結(jié)構(gòu)的側(cè)向位移迅速增大，但該變形要在一定限度之內(nèi)，這樣才能保證結(jié)構(gòu)安全以及使用功能。

第二，地震荷載中的水平荷載是決定因素。水平荷載會(huì)使建筑物產(chǎn)生傾覆力矩，并且在結(jié)構(gòu)的豎向構(gòu)件中引起很大的軸力，這些都與建筑物高度的兩次方成正比，故隨建筑結(jié)構(gòu)高度的曾加，水平載荷大相徑庭。對(duì)高度一定的建筑物而言，豎向荷載基本上是不變的，但是隨著建筑物的質(zhì)量、剛度等動(dòng)力特性的不同，水平地震荷載和風(fēng)荷載的變化是比較大的。

第三，要重視建筑結(jié)構(gòu)的延性設(shè)計(jì)。高層建筑結(jié)構(gòu)隨著高度增加，剛度減小，顯得更柔，在地震荷載作用下變形較大。這就要求建筑結(jié)構(gòu)要有足夠的變形能力，使結(jié)構(gòu)進(jìn)入塑性變形階段仍然安全，需要在結(jié)構(gòu)構(gòu)造上采取有利的措施，使得建筑結(jié)構(gòu)具有足夠的延性。

2 結(jié)構(gòu)體系的合理選擇

地震對(duì)建筑物的傷害主要是水平地震力所造成的剪切破壞，所以根據(jù)結(jié)構(gòu)體系對(duì)抗側(cè)力能力的不同，鋼筋砼結(jié)構(gòu)主要可分為框架結(jié)構(gòu)、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu)等，這也是我國(guó)高層建筑長(zhǎng)采用的結(jié)構(gòu)形式。由于這些體系的結(jié)構(gòu)形式、抵抗水平力的能力有所區(qū)別，尤其是對(duì)地震反映大不相同，因此它們適用于不同的場(chǎng)合。

2.1 框架結(jié)構(gòu)

框架結(jié)構(gòu)由框架梁、柱構(gòu)件組成。其特點(diǎn)是柱網(wǎng)布置靈活，便于獲得較大的使用空間?？蚣芙Y(jié)構(gòu)的框架梁和柱既承受豎向荷載，又承受水平荷載。當(dāng)建筑物高度較低、層數(shù)相對(duì)較少時(shí)，其水平荷載對(duì)結(jié)構(gòu)的影響不大，這時(shí)采用框架結(jié)構(gòu)還是比較合適的，既滿足受力要求，也提供了很大的使用空間。但框架結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度很小，隨著建筑物高度的曾加，框架結(jié)構(gòu)水平荷載分布呈現(xiàn)出不均勻的現(xiàn)象，有的樓層相對(duì)薄弱，很容易屈服。地震荷載對(duì)柱子的破壞作用要相對(duì)強(qiáng)烈，而對(duì)梁的破壞相對(duì)較輕，而柱子頂端的破壞比底端要嚴(yán)重，特別是對(duì)角柱和邊柱來說破壞更加嚴(yán)重。短柱的剪跨比較小，發(fā)生柱中剪切破壞幾率較大，對(duì)一般的柱而言，發(fā)生的是柱端彎曲破壞。故框架結(jié)構(gòu)在很高的建筑中應(yīng)用的不多，尤其是是采用砌體填充墻時(shí)，地震荷載作用下填充墻破壞嚴(yán)重，修復(fù)費(fèi)用很高。

2.2 剪力墻結(jié)構(gòu)

剪力墻由縱、橫方向的墻體組成的抗側(cè)力體系，屬于以彎曲變形為主的結(jié)構(gòu)體系。該體系的特點(diǎn)是，側(cè)向剛度比較大，抗側(cè)移能力明顯優(yōu)于框架結(jié)構(gòu)，而且整體性好，有利于結(jié)構(gòu)整體受力。因此，剪力墻結(jié)構(gòu)可以用于比較高層住宅，性能穩(wěn)定。但是剪力墻結(jié)構(gòu)也有其自身的缺點(diǎn)。從動(dòng)力學(xué)角度來看，剛度越大周期越短，動(dòng)力反映就會(huì)越強(qiáng)烈，即使建筑結(jié)構(gòu)抗力滿足要求，建筑內(nèi)設(shè)備會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重破壞；除此之外，剪力墻結(jié)構(gòu)有大量的墻體結(jié)構(gòu)采用鋼筋砼而使得自重大， 對(duì)建筑平面設(shè)計(jì)產(chǎn)生很大局限，很難提供足夠大的空間。所以，剪力墻結(jié)構(gòu)主要用于高層建筑并且對(duì)建筑空間要求不大的結(jié)構(gòu)中。

2.3 框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系

框架-剪力墻結(jié)構(gòu)是在框架結(jié)構(gòu)中的基礎(chǔ)上，在適當(dāng)部位曾加了剪力墻，使得該結(jié)構(gòu)繼承和發(fā)展了框架結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，既有足夠的剛度也具備一些柔性?？蚣?剪力墻結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是，不但可以滿足大空間的建筑要求，建筑布置靈活，又提供了較大的側(cè)向剛度?？蚣?剪力墻結(jié)構(gòu)以其優(yōu)越的抗震性能和靈活的空間布置、建筑功能，在當(dāng)今高層建筑中得到廣泛的應(yīng)用。

2.4 筒體結(jié)構(gòu)體系

筒體結(jié)構(gòu)包括框架-核心筒結(jié)構(gòu)與筒中筒結(jié)構(gòu)框架-核心筒結(jié)構(gòu)有外框架和內(nèi)部核心筒組成。內(nèi)部核心筒具有很大的剛度，很好的滿足側(cè)向變形和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求；外部框架可以提供大空間來滿足建筑布置上對(duì)空間的要求。而筒中筒結(jié)構(gòu)是由薄壁的內(nèi)筒與密柱的外框筒組成，筒中筒結(jié)構(gòu)最大的優(yōu)點(diǎn)是具有比剪力墻結(jié)構(gòu)更大的側(cè)向剛度，抗側(cè)移性能更好，所以，適用于超高層建筑。

每種建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能和適用的范圍都不相同，并且高度不同采用的抗震等級(jí)也不盡相同，具體見表1所示。

表1 丙類建筑鋼筋混凝土房屋的抗震等級(jí)

高度(m) ≤60 ＞60 ≤60 ＞60 ≤60 ＞60 ≤50框架 四 三 三 二 二 一 一剪力墻 三 二 一 一 一剪力墻結(jié)構(gòu) 高度(m) ≤80 ＞80 ≤80 ＞80 ≤80 ＞80 ≤60剪力墻 四 三 三 二 二 一 一框架-剪力墻結(jié)構(gòu)框架 三 二 一 一核心筒 二 二 一 一筒中筒 外筒 三 二 一 一內(nèi)筒 三 二 一 一框架-核心筒筒體結(jié)構(gòu)

3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的抗震措施

3.1 框架結(jié)構(gòu)抗震構(gòu)造措施

框架結(jié)構(gòu)的抗震能力相對(duì)來說比較弱，但通過采用一些抗震措施也可以得到些許提高。以框架結(jié)構(gòu)的梁為例，其必須滿足以下幾點(diǎn)要求：1）梁的截面寬度不宜小于200mm；2）梁的截面高寬比不宜大于4；3）梁的凈跨與界面高度之比不宜小于4。而對(duì)于框架結(jié)構(gòu)的柱子，規(guī)范規(guī)定其柱內(nèi)縱向鋼筋配置須滿足如下措施：1）框架柱的布置必須對(duì)稱；2）當(dāng)柱的截面尺寸大于400mm時(shí)，其內(nèi)縱向鋼筋的間距不宜大于200mm；3）柱總配筋率不大于5%；4）一級(jí)且剪跨比不大于2的柱，每側(cè)縱向鋼筋配筋率不大于1.2%；5）柱縱向鋼筋的綁扎接頭應(yīng)避開柱端的箍筋加密區(qū)。

3.2 剪力墻結(jié)構(gòu)抗震構(gòu)造措施

剪力墻結(jié)構(gòu)中起抗震作用的主要是剪力墻，剪力墻的厚度，一、二級(jí)不應(yīng)小于160mm且不小于層高的1/20，三、四級(jí)不小于140mm且不小于層高的1/25。底部加強(qiáng)部位的墻厚，一、二級(jí)不小于200mm且不小于層高的1/16；無端柱或翼墻時(shí)不應(yīng)小于層高的1/12。剪力墻厚度大于140mm時(shí)，豎向和橫向分布鋼筋應(yīng)雙排布置；雙排分布鋼筋間拉筋的間距不大于600mm，直徑不小于6mm；在底部加強(qiáng)部位，邊緣構(gòu)件以外的拉筋間距應(yīng)適當(dāng)加密。

3.3 框架-剪力墻結(jié)構(gòu)抗震構(gòu)造措施

該結(jié)構(gòu)體系中，剪力墻的厚度不小于160mm且不小于層高的1/20，底部加強(qiáng)部位的剪力墻厚度不小于200mm且不小于層高的1/16，剪力墻周圍設(shè)置梁和端柱組成的邊框。對(duì)剪力墻中的豎向和橫向鋼筋來說，配筋率不小于0.25%，并雙排布置，拉筋間距不大于600mm，直徑不小于6mm。

3.4 筒體結(jié)構(gòu)抗震措施

對(duì)框架-核心筒結(jié)構(gòu)來說，核心筒與框架之間的樓蓋宜采用梁板體系。當(dāng)?shù)貐^(qū)設(shè)防列度高于9度時(shí)設(shè)防必須采用加強(qiáng)層，且在對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體分析時(shí)必須要考慮加強(qiáng)層變形的影響。加強(qiáng)層的大梁或桁架應(yīng)與核心筒內(nèi)的墻肢貫通，大梁或桁架與周邊框架柱的連接宜采用鉸接或半剛接。

4 結(jié)論

在汶川地震之后，地震災(zāi)害已經(jīng)成為人們關(guān)注的一個(gè)焦點(diǎn)?？蚣芙Y(jié)構(gòu)、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)以及剪力墻結(jié)構(gòu)等都是被廣泛應(yīng)用的抗震結(jié)構(gòu)形式，但是這些結(jié)構(gòu)都存在著不足之處，那就是采用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念，加強(qiáng)配筋，對(duì)地震災(zāi)害作用采取“硬抗”的方式，為了彌補(bǔ)這個(gè)不足，近幾年來出現(xiàn)了一種新型設(shè)計(jì)-隔震房屋，隔震結(jié)構(gòu)通過改變結(jié)構(gòu)周期來降低地震對(duì)建筑物的傷害，由于減小了層剪力，不但保證結(jié)構(gòu)的安全，也減小了室內(nèi)設(shè)備的損害，有很大的發(fā)展空間。

[1]胡聿賢.地震工程學(xué)[M].北京:地震出版社,2005.

[2]GB50011-2001,建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3]徐宜和,丁勇春.高層建筑結(jié)構(gòu)抗震分析和設(shè)計(jì)的探討[J].江蘇建筑,2004(3).