浅谈高层建筑抗震设计的特点分析

浅谈高层建筑抗震设计的特点分析

发表时间：2018-07-16T13:40:54.437Z 来源：《建筑学研究前沿》2018年第7期作者：蒋萍丽

[导读] 抗震安全系数在提升是在建筑抗震设计符合必要的安全指标的时候。建筑要实现良好的抗震效果

蒋萍丽

浙江安居建筑设计有限公司 310000

摘要：抗震安全系数在提升是在建筑抗震设计符合必要的安全指标的时候。建筑要实现良好的抗震效果，其结构的设计方面是可以考虑的范围。也就是说，从建筑结构抗震设计方法上来看，在具体操作上进行适当地加工，就可以达到有效的抗震目标。那么，较为普遍使用的方法就是采取两阶段设计的方法。本文主要对高层建筑抗震结构设计的结构特点、结构体系、结构布置与关系以及结构的抗震性能几个问题进行了探讨，从而完善高层混凝土建筑的结构设计。

关键词：高层建筑；框架结构；剪力墙结构；抗震设计

1高层结构的特点

高层建筑从本质上讲是一个竖向悬臂结构，垂直荷载主要使结构产生轴向力与建筑物高度大体为线性关系；水平荷载使结构产生弯矩。从受力特性看，垂直荷载方向不变，随建筑物的增高仅引起量的增加；而水平荷载可来自任何方向，当为均布荷载时，弯矩与建筑物高度呈二次方变化。从侧移特性看，竖向荷载引起的侧移很小，而水平荷载当为均布荷载时，侧移与高度成四次方变化。由此可以看出，在高层结构中，水平荷载的影响要远远大于垂直荷载的影响，水平荷载是结构设计的控制因素，结构抵抗水平荷载产生的弯矩、剪力以及拉应力和压应力应有较大的强度外，同时要求结构要有足够的刚度，使随着高随着高度增加所引起的侧向变形限制在结构允许范围内。 2高层的结构体系选择

高层建筑结构应根据建筑使用功能、房屋高度和高宽比、抗震设防类别、抗震设防烈度、场地类别、地基情况、结构材料和施工技术等因素，综合分析比较，选择适宜的结构体系。高层建筑钢筋混凝土结构可采用框架、剪力墙、框架-剪力墙、筒体和板柱-剪力墙结构体系。

框架结构可为建筑提供灵活布置的室内空间。当建筑物层数较少时，水平荷载对结构的影响较小，采用框架结构体系比较合理；框架结构属于以剪切变形为主的柔性结构，使用高度受到限制，主要用于非抗震设计和层数相对较少的建筑中。剪力墙结构中，剪力墙沿横向、纵向正交布置或多轴线斜交布置，由钢筋砼墙体承受全部的水平荷载和竖向荷载，属于以弯曲变形为主的刚性结构。该种结构的抗侧力刚度大，在水平力作用下侧向变形小，空间整体性好。但剪力墙结构自重大，建筑平面布置局限性大，难以满足建筑内部大空间的要求。因此更多地用于墙体布置较多，房间面积要求不太大的建筑物中，既减少了非承重隔墙的数量，也可使室内无外露梁柱，达到整体美观。框架——剪力墙结构是指在框架结构中的适当部位增设一些剪力墙，是刚柔相结合的结构体系，能提供建筑大开间的使用空间，是由若干道单片剪力墙与框架组成。在这种结构体系中，框架和剪力墙共同承担水平力，但由于两者刚度相差很大，变形形状也不相同，必须通过各层楼板使其变形一致，达到框架和剪力墙的协同工作。从受力特点看，剪力墙是以弯曲变形为主，框架是以剪切变形为主，由于变位协调，在顶部框架协助剪力墙抗震，在底部剪力墙协助框架抗震，其抗震性能由于较好地发挥了各自的优点而大为提高。因此可以适用于各种不同高度建筑物的要求而被广泛采用。

板柱-剪力墙结构，由于在板柱框架体系中加入了剪力墙或井筒，主要由剪力墙构件承受侧向力，侧向刚度也有很大的提高。这种结构目前在7、8度抗震设计的高层建筑中有较多的应用，但其适用高度宜低于一般框架-剪力墙结构。

3高层结构的布置

在高层一个独立的结构单元内，宜使结构平面形状简单、规则、刚度和承载力分布均匀。竖向体型宜规则均匀，避免有过大的外挑和内收。结构的侧向刚度宜下大上小，逐渐均匀变化，不应采用竖向布置严重不规则的结构。并应符合下列要求：

1）应具有必要的承载能力、刚度和变形能力；

2）应避免因部分结构或构件的破坏而导致整个结构体系丧失承受重力、风荷载和地震作用的能力；

3）对可能出现的薄弱部位，应采取有效措施；

4）结构的竖向和水平布置宜具有合理的刚度和承载力分布，避免因局部突变和扭转效益具有多道抗震设防。

5）宜有多道抗震防线。

4高层结构的计算

高层的结构计算目前在国、内外都已广泛用于电脑软件，特别是较复杂的结构形式，必须借助于电算的结果。结构电算软件的正确运用，要求结构工程师具有清晰的结构概念，能建立反映工程实际的计算模型，对计算结果的合理性、准确性能进行分析判断。要求计算软件的技术条件还应符合规范及有关标准的规定，并应阐明其特殊处理的内容和依据。对于复杂结构，在多遇地震作用下的内力和变形分析时，应采用不少于两个合适的不同力学模型，并对其计算结果进行分析比较。对所有计算机计算结果，应经分析判断确认其合理、有效后方可用于工程设计。

结构工程师在熟练运用电算方法的同时，应掌握必要的结构简化计算方法，以便在方案和初步设计阶段从整体上控制结构设计的合理性、对电算结果进行分析校核，对设计中或施工过程中出现的问题及时处理解决。

5提高结构的抗震性能

由于高层建筑的受力特点不同于低层建筑，因此在地震区进行高层建筑结构设计时，除应保证结构具有足够的强度和刚度外，还应具有良好的抗震性能。通过合理的抗震设计，使建筑物达到小震不坏，中震可修，大震不倒。为了达到这一要求，结构必须具有一定的塑性变形能力来吸收地震所产生的能量，减弱地震破坏的影响。

框架结构设计应使节点基本不破坏，梁比柱的屈服易早发生，同一层中各柱两端的屈服历程越长越好，底层柱底的塑性铰宜晚形成，应使梁!柱端的塑性铰出现得尽可能分散，充分发挥整体结构的抗震能力。为了保证钢筋砼结构在地震作用下具有足够的延性和承载力，应按照

“强柱弱梁”、“强剪弱弯”、“强节点弱构件”的原则进行设计，合理地选择柱截面尺寸，控制柱的轴压比，注意构造配筋要求，特别是要加强节点的构造措施。

对于框架——剪力墙结构和剪力墙结构中各段剪力墙高宽比不宜小于2，使其在地震作用下呈弯剪破坏，且塑性屈服尽量产生在墙的底部。连梁宜在梁端塑性屈服，且有足够的变形能力，在墙段充分发挥抗震作用前不失效，按照“强墙弱梁”的原则加强墙肢的承载力，避免墙肢的剪切破坏，提高其抗震能力。

6结束语

通过了高层建筑的受力特性、结构体系、结构布置、结构的计算、抗震性能等多方面的概念设计，从而更加有效地构造出新的措施与计划，完善建筑结构设计。