高烈度地区高层建筑结构抗震设计中应重视的几个问题

摘要：近几年来，随着社会的不断进步以及发展，高层建筑的建造也得到了快速发展。高层建筑的抗震要求是根据地区以及建筑结构等具体情况进行严格规定的，做好抗震设计是尤其重要的。混合框架核心筒结构是由型钢框架、混凝土核心筒组成的一种具有多道抗震防线的高层结构体系。本文结合某商务大厦工程为例，介绍高烈度地区混合框架-核心筒结构设计方案的整体构思，对高烈度地区高层建筑结构抗震设计目标以及抗震概念设计进行阐述，探讨在建筑结构的抗震设计应注意的几个问题。

关键词：高烈度地区；高层建筑结构；抗震设计；

中图分类号：TU97 文献标识码：A 文章编号：

伴随着我国高层建筑的不断发展，建筑结构中常用的结构主要是型钢混凝土结构以及钢结构，这是做为建筑高抗震要求的首选结构材质。混合框架核心筒结构是由型钢框架、混凝土核心筒组成的一种具有多道抗震防线的高层结构体系。这种结构体系,不仅结构传力路劲明确，并且利用了外框柱的轴向刚度来提高结构的整体抗侧刚度[1]。某商务大厦就采用了型钢框架—混凝土核心筒结构，结合其实例探讨高层结构抗震设计目标以及抗震概念设计扥。

一、高烈度地区高层建筑结构抗震设计目标以及抗震概念设计

高层建筑的抗震要求是根据地区以及建筑结构特点来进行规定的，对于非抗震地区，在一般情况下，满足抗震设防。近几年来，随着高层建筑的不断发展，由于地震给人的生命安全以及财产安全带来一定的破坏，因此，做好抗震设计在高层建筑中是尤为重要的。

1、高层建筑结构抗震设计目标

高层建筑进行结构分析以及设计，主要目标就是使设计的高层建筑结构在强度、稳定性、刚度、延展性以及耗能能力等方面达到最佳效果，最终实现：“小震不坏，中震可修，大震不倒”的目的[2]。

2、高层建筑结构

（1）结构材料以及体系的选择

高层建筑使用的材料应该具有材质轻、密度大以及强度高的特点，这样一来，构造的建筑才有连续性、整体性以及延展性，将建筑结构的整体强度发挥出来，最终提高防震的功效。

到目前为止，钢结构以及型钢混凝土结构在抗震方面有很强的作用，做为高层建筑抗震要求的首选结构材质，另外，其他的建筑结构也可以用于对抗震要求不高的高层建筑中，在选择结构材料以及体系时，应该坚持经济度比较高并且符合抗震性能的原则[3]。传统意义上的抗震结构体系主要是依靠结构的整体承载力以及变形能力来吸收以及消耗地震的能量，从而使建筑物免于过重的损毁。高层建筑在设计中应该注重整体性，竖向刚度分布均匀，保证必要的承载力，避免震后倒塌。本工程采用的就是型钢框架-混凝土核心筒结构，避免了结构竖向构件的转换，满足了建筑立面效果以及使用要求。

（2）场地的选择

高层建筑的建设场地包括场地的土质以及稳定性。在建造高层建筑之前，应该进行实地勘探，检测该地区的土质情况，以及该地区的地震动向，地下岩层结构等等。根据这些因素进行综合评价，从而得出准确的场地数据。如果遇到不适合建造高层建筑的场地，应该采取回避的措施，给出恰当的危险性评价，从根源上杜绝出现由于地面的震动而摧毁地基的现象。

（3）建筑结构的规则性

建筑结构的规则性对于抗震作用比较大，不规则的建筑结构不利于抗震。因为建筑结构具有规则以及对称的剖面结构，地震对建筑物带来的摇晃有一定的支撑作用，从而起到很好的抗震效果。从建筑竖向剖面理论来说，竖向抗侧力构建的截面尺寸以及材料强度应该自下而上的逐渐减少，这样就能够避免测力结构的承载力突变。因此，对于没有特殊要求的高层建筑物，应该尽量避免过于规则的结构组成，不能一味的追求其视觉效果，更多的注重抗震要求。当然，对于有特殊要求设计成不规则的高层建筑，在进行建筑结构的设计时，应该使用计算机进行模拟，近乎准确的模拟出结构与地震水平之间的作用，从而采取预防措施，相应的做出内力调整，尽量避免出现结构薄弱层，对于薄弱环节应该采取强力有效的抗震措施进行弥补，最终提高整体的抗震能力。根据抗震概念设计，本工程的建筑平面形状规则，平面荷载和刚度分布均匀，竖向抗侧力构件连续贯通，结构侧向刚度从下至上逐渐减小，没有出现竖向薄弱层。

（4）多道防震体系

一般情况下，一次地震不会造成持续的震动，但是可能会造成接连不断的余震，尽管强度不大，但是从持续时间以及反复次数上来说，在一定程度上对建筑物造成不同程度的损坏。高层建筑物只是采取单体的结构，一旦遭遇到破坏时就会难以应付接踵而来的持续余震，最终导致建筑物坍塌。针对此种现象，就必须设立多道防震体系。设立多道防震体系，及时第一道防震线被摧毁，还有第二道以及第三道防震线，就能够很好的躲避反复的余震带来的破坏，大大的降低了危险指数，增加了抗震能力[4]。

二、高烈度地区高层建筑结构抗震设计中应重视的几个问题

由于本工程属于高烈度地区，且结构高度接近规范所规定的A级高度钢筋混凝土高层建筑限值，结构承受的地震力很大，要使结构弹性层间位移角能够满足规范要求，并且具有足够的结构刚度，所以结构构件的截面尺寸较大，为了有效地控制构件截面尺寸，提高建筑空间的使用率，结构底部采用强度等级较高的C60混凝土，从下往上依次递减至C30。在工程的设计应该注意以下几个方面。

1、控制结构超限现象以及相关的解决措施

高层建筑结构超限符合以下几个条件：①房屋高度99.900米，未超过《高层建筑混凝土结构技术规程》中规定的钢筋混凝土部分框架核心筒结构房屋最大使用高度A级最大高度100米的限值；②标准层在水平地震考虑质量偶然偏心作用下，结构楼层的扭转位移比大于1.2，属于扭转不规则平面以及结构；③局部层楼存在凹凸不规则现象。

控制结构超限的措施：对于结构薄弱位置，在框架柱内设置型钢，提高其承载力以及抗震安全性；控制结构扭转比，使结构楼层的扭转位移比小于1.2[5]；对于个别墙柱按照中震弹性以及小震计算结果进行包络设计，满足中震弹性的抗震性能目标；依次类推，标准层的个别墙柱则按照中震计算结果，满足中震不屈服的抗震性能目标；根据弹塑性实程分析结果，连梁以及框架梁出现弯曲塑性铰，梁端塑性铰在各个楼层分布较为均匀，反应历程中最大层间位移角小于1/120，满足规范要求。

2、剪力墙连梁抗震设计的要求以及措施

高层建筑物的连梁在水平方向的作用下产生的破坏有两种，分别是延性以及脆性破坏。当连梁出现延性破坏时，就会使的梁端有垂直裂缝的产生，在地震力的冲击下，就会产生交叉裂缝，同时产生塑性铰，增加了建筑的变形，造成结构的刚度下降。当连梁出现脆性破坏时，就失去了承载力，在沿墙全部连梁产生脆性破坏时，各个墙肢就会失去了连梁所起到的约束作用，于是变成了独立墙。

根据强剪弱弯的设计原则对连梁与墙肢进行设计，这种结构与悬臂段(墙)相比较而言，延性会更好以及更科学，当连梁比较强从而构成整体墙时，应当注意加强各悬臂墙接近塑性铰区的设计。当连梁存在很大的跨高比就容易产生剪切破坏，这时应该根据多道设防的原则，设立一些独立墙，从而有效的抵抗地震力的冲击。

剪力墙连梁抗震设计措施：①调整连梁刚度折减系数：对内力以及位移进行计算时，对竖向与水平的荷载效应下两种情形进行区别对待。在水平荷载效应下，可以折减连梁的刚度系数，例如：当出现作用力时，折减系数应该大于或者等于0.50；在竖向荷载效应下[6]，不需要折减连梁的刚度系数，通过利用支座弯矩调整的幅度来降低连梁支座的弯矩。②调整连梁跨高比：在设计连梁时，可能会遇到刚度折减之后连梁的正截面仍然承受剪承载力不足的现象，这时就需要增加洞口的宽度，减低高度。所调整的幅度应该小于或者等于20%[7]，并且连梁必须符合强剪弱弯的规定。③其他措施：设置水平缝形成双连梁、连梁内设置交叉暗撑、采用型钢混凝土连梁、调整连梁的内力以及增加连梁延性等[8]。

三、结束语

高烈度地区的高层建筑结构设计应该根据当地的实际条件，采取合理的措施进行设计。根据前文所阐述的高层建筑结构抗震概念设计规则，与其他的建筑结构相比，采用型钢混凝土或者钢筋混凝土结构，有着比较大的抗震效果。同时，在高层建筑结构的抗震设计中应该综合考虑其结构超限以及剪力墙连梁抗震设计等方面，由于剪力墙的连梁受到很多因素的影响，连梁的内力以及自身的刚度都与抗震能力相关，因此，在设计时，应该进行综合的考虑，将相互影响的因素进行协调，从而制动出科学合理的抗震设计方案。

参考文献：

[1]JGJ 138-2001.型钢混凝土组合结构技术规程[M].中国建筑工业出版社.2002.

[2]邓建辉.钢结构建筑的防震抗震效果研究[J].建筑技术.2009,94):45-46.

[3]韩力江.建筑的抗震结构设计与结构材料选择[J].华中建筑.2008,(7):23-24.

[4]曾聪,潘文,陶忠.高烈度地区混合框架核心筒结构抗震性能分析[J].工程抗震与加固改造.2012,34(6):14-16.

[5]莫庸,钱铭,宋东伟.某超限高层工业框架结构弹塑性分析及性能抗震加固设计[J].四川建筑科学研究.2007,33(2):82-84.

[6]杨宇.高层住宅剪力墙结构抗震设计要点[J].建筑设计管理.2010,(03).

[7]常林润 高层剪力墙结构连梁抗震设计中的几个问题的探讨[J].工业建筑.2007,37(2).

[8]冯立军.浅析高层剪力墙连梁抗震设计[J].建筑与装修.2011,(9):34-35.