关于对高层建筑结构抗震设计的探析

摘要： 地震的发生往往给人类的生命财产造成巨大的灾害，尤其是近年来高层建筑的不断增加，加强对高层建筑的结构的抗震设计变得甚为重要。本文主要对高层建筑抗震结构的设计原则，结构体系，结构类型以及抗震性能等问题进行了探析。

关键词：高层建筑；框架结构；剪力墙结构；抗震设计

Abstract: The earthquake happen often to human life and property caused by huge disasters, especially in recent years the increasing high-rise buildings; strengthen pair of high-rise building structure seismic design becomes very important. This paper focuses on the high rise building aseismic structure design principle, system structure, the seismic performance of structure type and probes into the problems.

Key words: high-rise building; frame structure; shear wall structure; seismic design

中图分类号：TU208.3 文献标识码：A 文章编号：

一、高层建筑抗震结构设计的基本原则

（一）结构构件必须具有必要的承载力、稳定性、延性和刚度等方面的性能

1、结构的构间要遵循的原则是“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件、强底层柱（墙）”。

2、对于构件的薄弱部位应当采取措施增强抗震能力。

3、主要耗能构件不宜选择承受竖向荷载的主要构件。

（二）抗震防线要尽可能的多设置几道

1、抗震结构的体系主要由一些延性较好的分支体系构成，并且以延性较好的构件一起协同工作来增强抗震性能。

2、较强烈的地震过后常常伴有余震，为避免建筑物再遭破坏需要多道防线，抗震结构体系应有最大可能数量的外内部冗余度，有意识的建立一系列分布的屈服区，主要的耗能构件一方面需要有较高的延展性，另外还需具备适当的刚度，这样结构体才能把大量的地震能量扩散和吸收掉，避免震时倒塌。

3、把结构构件的强弱关系处理好。在同一楼层最好使主要构件在屈服以后，其它的抗侧力构件还处于弹性阶段，能使有效屈服保持的阶段比较长，使结构的抗倒塌能力和结构的延展性得到提高。

4、抗震设计中部分结构设计过强则会导致其它部位相对薄弱，在设计时应当引起注意。

（三）建筑体薄弱部位必须提高抗震能力

1、在强烈地震下的构件根本没有强度安全储备，对构件的实际承载能力进行分析是判断那些部位薄弱的基础。

2、要使楼层的实际承载能力和设计计算的弹性受力比值保持均匀，如果楼层的比值出现突变，塑性内力重新分布会导致集中地塑性变形。

3、尽量避免在局部加强，而忽视各结构部位刚度与承载力的协调。

4、有目的对抗震设计的薄弱部位进行控制，既要使其具有当然的变形能力，又可以使薄弱层不发生转移。这种手段能有效的提高其抗震性能。

二、选择合理的结构体系

根据抗侧力结构的不同，钢筋混凝土结构主要可分为框架――剪力墙结构、框架结构、剪力墙结构、筒体结构等几种结构体系，它们各自的受力特点以及抵抗水平力的能力，尤其在抗震性能上的表现也有所不同，适用用范围也有一定的针对性。

（一）框架结构

框架结构主要由柱与梁构件以节点来进行连接构成。框架中的梁和柱承受着垂直荷载和水平荷载，在建筑的层数较少的情况下，水平荷载对结构的影响很小，适于采用框架结构体系。如果层数较多框架结构在水平力的作用下，内力分布均衡性较差，同时还存在着有的楼层层间屈服强度特别弱的情况；并且由于框架结构构件截面惯性矩比较小，而导致侧向变形较大和刚度较小，一旦遇到强烈地震，薄弱层首先屈服出现弹塑性变形，震害中一般是梁较轻柱较重，柱顶重于柱底，尤其是边柱与角柱的被破坏率更高。剪跨度小的短柱容易在柱中发生剪切破坏，通常情况下都是柱端出现弯曲性破坏。所以说框架结构在高度上有所限制主要用于层数较少的建筑和非抗震设计中。

（二）剪力墙结构

在剪力墙结构中，剪力墙沿着横纵方向多轴线斜交或者正交来布置，由钢筋混凝土墙体来承受全部的竖向荷载和水平荷载，它是一种以弯曲变形为主的刚性结构，它的抗侧力强度要大于框架结构，在水平力的作用下不但空间整体性不错而且侧向变形较小。剪力墙结构的工作状态可分为小开口墙、联肢墙和单肢墙。其中小开口墙和单肢墙的截面内力几乎接近于按材料力学公式呈直线分布的规律。联肢墙则主要通过连系梁来使各墙肢体来共同工作。地震力矩可由连梁对墙肢的约束力矩与多个墙肢的截面内力矩来共同承担，设计要以“梁先屈服，然后是墙肢弯曲被破坏而导致承载内力丧失。”为原则。在连梁钢筋屈服且有延性时大量的地震能量被吸收掉，弯矩和剪力得以继续传递，对墙肢有约束作用。由于剪力墙结构的自重比较大，建筑平面布置的局限性也比较大，对建筑内部大空间的需求难以满足，因此它多用于房间面积不大，墙体布置较多的建筑物中。

（三）框架――剪力墙结构

它主要是指在框架结构中的合适部位增设剪力墙，是一种刚柔结合的结构体系，由若干道单片剪力墙与框架组成。在这种结构体系中水平力由剪力墙与框架共同承担，但是剪力墙与框架的刚度相差较大，变形状态各有不同，必须要通过各层楼板来使它们的变形达到一致以达到剪力墙和框架协同工作的效果。从受力的特点上来进行分析，剪切墙主要是以弯曲变形为主要特点，框架则是以剪切变形为主要特点，由于在变为上的协调，建筑物遇震时，在底部剪力墙协助框架进行抗震，在顶部框架则协助剪力墙来进行抗震。两种结构各自发挥特点进行联合抗震，抗震能力大为提高可适用于各种高度的建筑物。通过对以上三种抗震结构方式的分析可以看出建筑物的用途与高度是选择何种结构方式的重点。

三、选择合理的结构布置，协调好建筑与结构的关系

（一）既要满足建筑功能所要达到的要求，又要注意经济适用，利于施工。建筑物的开间、层数、层高以及进深等体型和平面关系不但要满足使用要求，还要把类型减少，最好达到对标准层的重复使用。

（二）高层建筑的主要矛盾是对位移的控制，不但要从立面变化和平面体型等方面来考虑提高结构的整体刚度来把结构的位移减少。在进行结构布置时,必须加强结构的刚度以及整体性，重视对构件的连接，使结构各部分能以最有效的方式在结构体上共同作用。重视基础整体性的加强，能把基础平移或者扭转对结构的侧移影响减少，另外还要加强应力比较复杂部位的强度和薄弱部位的强度。把结构的整体宽度加强也能够有效减少侧移影响，在其它条件未发生变化时，变形与宽度的三次方成正比，所以说对建筑体的高度与宽度加以限制对于抗震相当有利，体型偏重而扁的建筑体是不合适的，建筑体最好选择刚度比较大的平面形状，比如说圆形、方形、接近方形的矩形、Y形等。也就是把建筑体的使用要求与多样化和结构的要求进行有机的结合，有助于侧向稳定体系的建立。

（三）为减少地震区在发生地震时对建筑结构的局部以及整体造成的不利影响，应当注意建筑体的平面形状要规整避免出现内收或者外伸太大，层间屈服度和层间刚度的分布要均匀，建筑体主要抗侧力的竖向构件的截面尺寸、混凝土强度等级以及配筋量的改变，不要集中在同一楼层内出现。在平面内的长与宽的比不能太大会导致振动的同步性差，应当使荷载合力作用线通过结构刚度中心，来把扭转的影响减少。在对电梯间进行布置时不应把电梯间设置在端部的角区或者平面的凹角处，这会对刚度的对称性产生不利影响。

四、结构的抗震性能的提高

在地震区进行高层建筑不但要求结构具有足够的刚度与强度，抗震性能的提高也至关重要，所以建筑体具有一定的塑性变形能力来吸收能量，能有效减少地震的破坏。

（一）框架结构

在对框架结构进行设计时应尽力做到不破坏节点，通常情况下梁比柱的屈服要早一些，在同一层中各柱的两端屈服的时间长一些有利于对建筑体的保护，底层柱底的塑性铰最好晚一些形成，必须使梁柱端的塑性铰出现得尽可能分散，以便使抗震能力得以充分发挥。要使钢筋混凝土结构具有足够的延展性与承载力，在设计时必须遵循“强柱弱梁”、“强剪弱弯”、“强节点弱构件”的原则，柱截面尺寸的设计要合理，构造配筋要求必须要达到，尤其是节点的构造必须加强。

（二）框架――剪力墙结构和剪力墙结构

对于剪力墙结构和框架――剪力墙结构中剪力墙的高与宽的比不易小于2，这样在地震的作用下会呈现出弯剪型破坏，并且塑性屈服在墙的底部出现。连梁的塑性屈服最好在梁端，并且要有足够的变形能力。在遵循“强墙弱梁”的原则下把墙肢的承载力加强，能提高抗震能力，能避免墙肢被剪切而破坏。

结语：

近年来，随着我国高层建筑体的迅猛发展，对高层建筑体的抗震要求也越来越高，科学的高层建筑体的抗震设计必将会将损失减到更小，希望通过本文的认识有助于建筑行业者完善建筑结构设计，建造出抗震能力更加优秀的杰作。

参考文献：

[1]和佳一.浅谈高层建筑结构抗震设计[J].中国新技术新产品.2011,12:156.

[2]卢伟.高层建筑抗震结构设计之探讨[J].价值工程.2011,05:84-85.

[3]徐 磊.高层建筑结构抗震设计问题研究[J].科技致富向导.2010，23:197.

[4]于险峰.高层建筑结构抗震设计[J].中国新技术新产品.2010,01:171