楊 賀（遼寧福斯特建筑設(shè)計有限公司，遼寧 沈陽 110013）

淺談高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計

楊 賀
（遼寧福斯特建筑設(shè)計有限公司，遼寧 沈陽 110013）

摘 要：現(xiàn)代高層建筑主要著重于使用功能，同時又要充分表現(xiàn)其美工學(xué)。本文主要對高層結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計所涉及到的結(jié)構(gòu)體系、結(jié)構(gòu)受力特點，結(jié)構(gòu)布置以及結(jié)構(gòu)的抗震措施等問題進行了論述。

關(guān)鍵詞：高層建筑；鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)設(shè)計；抗震；結(jié)構(gòu)體系

一、高層建筑結(jié)構(gòu)的特點

多層與高層建筑結(jié)構(gòu)的相同點有：都是承擔豎向荷載和水平荷載作用，設(shè)計原理和設(shè)計方法也是基本是相同的，不同點是在高層建筑中，需要用來抵抗外荷載（特別是水平荷載）的結(jié)構(gòu)材料更多，因此高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要問題就是抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的設(shè)計，設(shè)計抗側(cè)力結(jié)構(gòu)時也就有更多要求了。實踐證明在建筑物的高度越大，水平力作用下結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化程度對材料用量的影響也就越大，特別是在地震地區(qū)，地震作用給高層建筑帶來的危害也要比多層建筑的危害大，因此，應(yīng)該更加重視高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計。從結(jié)構(gòu)特點看，凡是水平荷載起主要作用的建筑就可以認為進入了高層建筑結(jié)構(gòu)的范疇了，水平荷載主要是地震作用和風(fēng)荷載為主，在地震區(qū)基本上就是地震荷載起主控作用。

二、高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計要素

1 正確選擇合理的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系

其實高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的重中之重就是設(shè)計抗側(cè)力結(jié)構(gòu)。高層建筑基本的結(jié)構(gòu)構(gòu)件是梁、柱、支撐、墻和墻組合的筒，用這些構(gòu)件可以組成高層建筑眾多的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)。

（1）框架結(jié)構(gòu)：框架結(jié)構(gòu)由梁、柱通過節(jié)點組成的結(jié)構(gòu)單元，框架只能在自身平面內(nèi)抵抗側(cè)向力，必須在兩個正交的主軸方向設(shè)計框架以抵抗各個方向的側(cè)向力?？拐鹂蚣芙Y(jié)構(gòu)的梁柱不允許鉸接，必須采用剛接，使梁端能傳遞彎矩，同時使結(jié)構(gòu)具有良好的整體性和較大的剛度?？拐鹪O(shè)計的框架結(jié)構(gòu)不宜采用單跨框架?？拐鹪O(shè)計時，若采用砌體填充墻，填充墻的布置應(yīng)避免形成上、下層剛度變化過大，避免形成短柱，盡可能對稱布置，以減小偏心造成的扭轉(zhuǎn)；砌體墻的抗側(cè)剛度大、變形能力小，混合使用不利于結(jié)構(gòu)抗震。（2）剪力墻結(jié)構(gòu)（也稱抗震墻結(jié)構(gòu)）：剪力墻結(jié)構(gòu)承受豎向荷載和抵抗水平荷載是通過鋼筋混凝土墻（亦抗震墻）來實現(xiàn)的，采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土，整體性好，承載力及側(cè)向剛度大。剪力墻的延性設(shè)計的好壞直接影響著它的的抗震性能。在以往的地震災(zāi)害中，剪力墻結(jié)構(gòu)的的震害一般比較輕。（3）框架—剪力墻結(jié)構(gòu)：框架—剪力墻結(jié)構(gòu)體系就是把框架和剪力墻兩者結(jié)合起來，共同抵抗豎向荷載和側(cè)向力，相互彌補，從此產(chǎn)生更好的結(jié)構(gòu)效果?？蚣堋袅Y(jié)構(gòu)既有框架結(jié)構(gòu)的特點，又具備剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)點。剪力墻剛度大主要承擔層間剪力，而框架的延性要好一些，在遭遇地震作用下，先屈服剪力墻的連梁，這樣是剪力墻的剛度會減小，剪力墻抵抗的層間剪力會轉(zhuǎn)移到框架上，框架利用足夠的承載力和延性來抵抗地震作用，那么這兩種抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢可以充分發(fā)揮出來，在遭遇地震作用時避免嚴重破壞甚至倒塌。因此建造較高的高層建筑通常采用這種結(jié)構(gòu)型式，目前在我國得到廣泛的應(yīng)用。要根據(jù)所設(shè)計的建筑高度，是否需要抗震設(shè)防及抗震設(shè)防烈度等因素，選擇一個與其匹配的、經(jīng)濟的結(jié)構(gòu)體系，是結(jié)構(gòu)效能得到充分發(fā)揮，建筑材料也能充分的被利用，最終會形成完美的結(jié)構(gòu)設(shè)計。

2 正確認識高層建筑的受力特點

高層建筑可以簡化成一個豎向懸臂結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)軸向力主要是垂直荷載所產(chǎn)生的，它與建筑物高度是一次方的關(guān)系；結(jié)構(gòu)的彎矩則是由側(cè)向力所產(chǎn)生，彎矩與建筑物高度是二次方的關(guān)系。由此可以看出，在高層結(jié)構(gòu)中，垂直荷載的影響不如側(cè)向力影響大，結(jié)構(gòu)設(shè)計的控制因素也就是側(cè)向力，結(jié)構(gòu)除了應(yīng)有較大的強度來抵抗側(cè)向力產(chǎn)生的彎矩、剪力以及拉應(yīng)力和壓應(yīng)力，同時結(jié)構(gòu)還要具備足夠的剛度，使隨著高度增加所引起的側(cè)向變形限制在結(jié)構(gòu)允許范圍內(nèi)。

3 建筑體型和結(jié)構(gòu)總體布置

建筑體型和結(jié)構(gòu)總體布置在高層建筑的設(shè)計中也特別重要。建筑的平立面表現(xiàn)的是建筑體型，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的平面布置和豎向布置反映的就是結(jié)構(gòu)的總體布置，布置結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)該根據(jù)結(jié)構(gòu)抵抗豎向荷載、抗風(fēng)、抗震的要求來布置。結(jié)構(gòu)平面布置對稱、均勻并且有較好的抗扭剛度。結(jié)構(gòu)豎向布置也要均勻，結(jié)構(gòu)的剛度、承載力和質(zhì)量分布均勻，無突變。

4 高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計

抗震概念設(shè)計在高層建筑抗震設(shè)計中很重要，結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計復(fù)雜性，并且有許多不確定和不確知的因素，所以很難精確地計算出結(jié)構(gòu)的抗震能力，準確的得到結(jié)構(gòu)在地震作用下的真實反映更是難上加難。因此對于結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計，細致的計算分析和抗震概念設(shè)計都是非常重要

的。

在地震作用下特別不規(guī)則結(jié)構(gòu)的薄弱部位容易造成震害的地方可以用防震縫將其劃分為若干個獨立的抗震單元，使各個結(jié)構(gòu)單元成為規(guī)則的結(jié)構(gòu)，抗震縫兩側(cè)結(jié)構(gòu)類型不同時按照需要較寬防震縫的結(jié)構(gòu)類型和較低房屋高度確定縫寬。

地震區(qū)建筑進行抗震設(shè)計時，除了應(yīng)保證結(jié)構(gòu)滿足承載力及側(cè)翼限制要求外，還應(yīng)滿足延性要求和具有良好的耗能性能，要實現(xiàn)“中震可修，大震不倒”的原則這是基本措施。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)要實現(xiàn)延性結(jié)構(gòu)必須通過良好的延性設(shè)計?？拐鸶邔咏ㄖ难有酝ㄟ^合理選用結(jié)構(gòu)體系、合理布置結(jié)構(gòu)、對構(gòu)建及其節(jié)點采取各種構(gòu)造措施等才能實現(xiàn)，施工質(zhì)量的良莠對結(jié)構(gòu)的延性也有很大的影響。延性設(shè)計不是通過計算實現(xiàn)的，所以，保證結(jié)構(gòu)的延性要通過抗震機構(gòu)的抗震等級要求及加強構(gòu)造措施等方法。

必須保證梁、柱、墻構(gòu)建均具備足夠的延性，這樣鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)才能具有一定的延性，才能設(shè)計出延性框架和延性剪力墻?！皬娭趿骸?、“強剪弱彎”、“強節(jié)點弱構(gòu)件”是框架結(jié)構(gòu)應(yīng)遵循的設(shè)計原則，截面尺寸的合理選擇，柱軸壓比，剪跨比，箍筋選配的控制，以及核芯區(qū)的構(gòu)造措施都是框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的重要內(nèi)容?？蚣堋袅Y(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計為實現(xiàn)延性設(shè)計應(yīng)符合“強墻弱梁，強剪弱彎”原則，還應(yīng)該限制墻肢軸壓比和墻肢設(shè)置邊緣構(gòu)件提高剪力墻的抗震性能，并且加強重點部位。

結(jié)語

通過了高層建筑的受力特點、結(jié)構(gòu)體系、結(jié)構(gòu)布置、抗震設(shè)計等多方面的規(guī)定，在保證結(jié)構(gòu)安全的前提下，盡可能將結(jié)構(gòu)設(shè)計做到最合理、最經(jīng)濟和最優(yōu)化。

參考文獻

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[4]方鄂華，錢稼茹，葉列平.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2003.

中圖分類號：TU375

文獻標識碼：A