高层建筑钢筋混凝土结构抗震概念设计浅谈

陶锐 范维

【摘要】随着我国高层建筑的不断增多，钢筋混泥土已被广泛应用，其中抗震的设计也越来越被重视。本文对高层建筑钢筋混凝土结构抗震概念设计进行了分析，以供参考借鉴。

【关键词】高层建筑；钢筋混凝土；抗震；概念设计

引言：高层建筑多为钢筋混凝土结构，而且建筑結构较为复杂，这就需要在设计时做好抗震设计，使其具有较强的抗震性能，降低由于地震而导致建筑破损而带来的人员伤亡事故。高层建筑混凝土结构抗震设计要合理对梁和柱、墙进行布置，降低剪力所带来的破坏影响，加强抗震结构的设计，改善具体的抗震构造。

一、高层建筑混凝土结构抗震设计的要求

首先，需要对建筑现场的地质、建筑和材料性能等各个方面进行深入的了解，经过精密的计算和分析，从而确定出科学合理的结构体系和布置，同时还要考虑到建筑方案的经济性和合理性，最终确定出最为适宜的结构方案，所确定的结构方案其抗震性能的良好性是其必要的一个条件。其次，高层建筑混凝土结构具有复杂性，在抗震设计时，需要对重要构件及连接部位的受力情况进行重要分析，并采取切实有效的方法来对其进行调节，确保在地震发生时，有效的降低地震作用对结构整体所带来的破坏性影响。

二、地震的震害分析

（1）地震的类型：按形成的原因可分为四类：①构造地震；②火山地震；③诱发地震；

④冲击地震。按震级大小，我国把地震分为 6 个级别：小地震（震级 M<3）、有感地震（3≤M≤4.5）、中地震（4.5

（2）房屋建筑破坏地震对建筑物的破坏程度，首先取决于地震释放能量的大小，，同时还和建筑物与震中的距离以及建筑物所处场地土性质有关，此外地震对建筑物的破坏还和建筑物本身动力特性有关。地基失效引起的破坏地震引起的砂土液化、软土震陷等地基失效，对上部建筑物造成破坏。在我国无论是 1976 年的唐山地震，还是 1975 年的海城地震，都看到了较大面积范围内出现砂土液化造成的建筑物沉陷与开裂的现象；地震造成的建筑物扭转破坏，地震本身是多方向的，存在扭转分量，如果结构本身刚度不均匀，将加剧扭转作用。扭转是导致结构破坏的重要原因，由于无法预见计算，减少结构的刚度和质量不均匀，加强结构的抗扭刚度和抗扭能力，是减少震害的重要措施，也是十分重要的抗震概念设计；底部空旷的建筑物在其底部形成了结构的软弱层，软弱层的位移变形大，钢筋混凝土柱承受不了大变形而破坏。有些柱子则因承载力不足而造成薄弱层破坏。国内外历次地震结果显示，底部空旷的建筑物遭受破坏是普遍的现象。1995年日本阪神地震中，很多高层和多层的居住楼遭受严重破坏或倒塌。原因是这些房屋底部为商店、车库等用途，底层纵横墙很少或者没有，形成空旷底层；

二、高层建筑混凝土结构抗震的设计方法

高层建筑钢筋混凝土的抗震设计是工程重点项目，在建筑设计中起着关键作用。在研究和制定工程的图纸时，应该根据抗震的设防对房屋的整体结构进行合理分类。按照房屋结构类型、高度、烈度等国家抗震标准将房屋进行抗震等级分类。高层房屋结构的层数越多、房屋结构的刚度突变系数越大，则房屋的振型数应该越多。

1.合理对梁和柱进行布置。

在设计时，需要对梁和柱的强弱关系进行有效的协调，增强柱的抗弯能力，这样即使遇到大地震时，柱端的塑性铰能相对于梁端塑性铰能较晚一些出现，在梁端塑性转动变大时，柱端塑性转动则会减小，这样就可以有效的确保塑性耗能结构的稳定性，确保框架结构具有较好的塑性耗能功能。

2 正确选择合理的抗侧力结构体系

（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：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。

3.做好设计时的布置

在高层建筑混凝土结构设计时，需在进行平面布置时要充分的遵循规整性、对称性和均匀性的原则，特别是在水平地震作用下，高层结构各楼层会发生侧移和变形，所以需要在设计时根据结构的不同来采取必要的措施来对侧移和变形进行有效的控制。在设计时可以通过减小框架的柱距和梁距、利用钢臂，利用竖向支撑交错布置、扭转体型或是加大房屋的有效宽度等诸多措施来减小结构的水平位移。同时还需要在设计时对薄弱层部位进行有效的控制，确保其具有足够的变形能力，但又能实现对薄弱层转移进行有效控制，从而确保高层建筑混凝土结构抗震性能的增强。

4.高层建筑结构的抗震概念设计

抗震概念设计在高层建筑抗震设计中很重要，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。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”的原则则是基本措施。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。延性设计不是通过仅靠计算实现的，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”、“强节点弱杆件”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。

结束语

我国高层建筑日益增多，高层建筑结构强调概念设计的重要。应该不断改进技术和工艺，严格遵照国家相关规范，保证每个设计的细节都能严谨、合理，避免出现不必要的质量问题，进行合理的计算和分析，选择最优方案，促进我国高层建筑的健康发展。

参考文献

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