高层建筑结构抗震设计

摘要:在建筑结构基于性能要求的抗震设计方案中，抗震措施是一个重要的组成部分，而且高层建筑结构的抗震问题也逐渐成为建筑行业关注的焦点。本文从对高层建筑抗震设计的计算要点分析入手，重点探讨了高层建筑抗震的构造措施。
关键词：高层建筑、抗震设计
高层建筑框架结构的抗震性能受许多因素的影响，而且十分敏感。为了使框架结构具有良好的抗震性能，就应在早期方案设计阶段就给予足够的重视。因此必须考虑结构体型、规则性、整体性和质量分布等问题，同时还应对结构承载力、刚度和非弹性延性变形能力从地震反应角度做出比较正确的评价，使结构体系具有一定的延性。

1、高层建筑抗震设计的计算要点分析

下面将重点介绍有关框架结构在抗震设计时所遵循的原则，并对计算要点进行分析。

1.1、抗震设计原则分析

在高层建筑结构设计中，如果要求框架结构有一定的延性就必须保证框架梁、柱有足够大的延性。而梁、柱的延性是以其控制截面塑性铰的转动能力来度量的。因此，应合理控制结构破坏机制及破坏历程，使结构具有良好的塑性内力重分布能力，合理设计节点区及各个部分连接和锚固，避免各种形式的脆性破坏。在抗震设计时应遵循下述设计基本原则：
(1)强柱弱梁：较合理的框架破坏机制和破坏历程，应是梁比柱的屈服尽可能先发生和多出现，底层柱的塑性铰最晚形成，同一层中各柱两端的屈服过程越长越好。因为同一层柱上、下都出现塑性铰，很容易形成几何可变体系而倒塌。阅此，要控制梁、柱相对强度让塑性铰首先在梁端出现，尽量避免或减少在柱端出现，使框架结构形成尽可能多的梁型延性结构铰。
(2)强剪弱弯：钢筋混凝土构件的剪切破坏是脆性破坏，延性很小。对于框架梁、柱，为了使构件出现塑性铰前不发生脆性的剪切破坏，这就要求构件的抗剪承载力大于塑性铰的抗弯承载力。为此，要提高构件的抗剪强度，形成“强剪弱弯”。
(3)强节点、强锚固：框架结构中梁柱节点的破坏，属变形能力差的剪切脆性破坏，并且使交于节点的梁、柱同时失效。所以，在梁、柱弹塑性变形充分发挥前节点区和构件锚固不应失效。对于框架梁，应具有良好的延性，以提高梁的塑性铰的延性及耗能能力是保证框架结构抗震性能的关键。我们可以通过以下几个方面来改善梁的延性性能：①剪压比限制。保证较低的剪应力，塑性铰区的截面剪应力对于梁的延性、能量耗散及保持梁的强度、刚度有明显的影响，剪压比愈大梁刚度和强度下降愈快；②在塑性铰区加密箍筋并增设水平腰筋以减少剪切错动的影响，防止过早的强度、刚度下降；⑧梁端截面下部配筋不宜少于上部钢筋的30％一50％，以降低梁端截面受压区高度、增大塑性铰转动能力、增大其耗能性能。④限制配筋率和改进箍筋形式：⑤剪跨比限制。改善柱的延性性能除与梁相同的几项措施外，还应限制轴压比，避免短柱。

1.2、计算要点

对于多层和高层钢筋混凝土房屋的构件，在抗震设计时除了分别进行承载力计算外，还应进行以下验算。
(1)一、二、框架的梁柱节点处，除框架顶层和柱轴压比小于0.15者及框支梁与框支柱的节点外，柱端组合的弯矩设计值应符合下式要求：

而一级框架结构及设防烈度为9度时尚应符合：


一、二、框架的底层柱下端截面组合弯矩的设计值，应分别乘以增大系数

1.5、25和15。

(2)一、二、的框架梁和抗震墙中跨高比大于

2.5的连梁，其梁端截面组合的剪力设计值应按下式调整：

一级框架结构及设防烈度为9度时尚应符合和下式：


(3)

一、

二、的框架柱和框支柱组合的剪力设计值应按下式调整：

一级框架结构及设防烈度为9度时尚应符合下式：



(4)框架节点剪力设计值根据规范由强节点弱构件原则计算确定。

2、高层钢筋混凝土房屋抗震的构造措施

2.1、框架结构抗震构造措施

1)截面尺寸梁的截面尺寸宜符合下列各项要求：截面宽度不宜小于200mm：截面高宽比不宜大于4：净跨与截面高度之比不宜小于4。柱的截面尺寸宜符合下列各项要求：截面的宽度和高度均不宜小于300mm，圆柱直径不宜小于350mm：剪跨比宜大于2：截面长边与短边的边长比不宜大于3。且柱的轴压比不宜超过相关标准的规定。
2)纵向钢筋的构造要求
(1)梁的钢筋配置，应符合下列各项要求：
①梁端纵向受拉钢筋的配筋率不应大于2.5％，且计入受压钢筋的梁端混凝土受压区高度和有效高度之比，一级不应大于0.25，

二、不应大于0.35。

②梁端截面的底面和顶面纵向钢筋配筋量的比值，除按计算确定外，一级不应小于0.5，

二、不应小于0.3。

③沿梁全长顶面和底面的配筋一、二级不应少于2φ14且分别不应少于梁两端顶面和底面纵向配筋中较大截面面积的1/4，

三、四级不应少于2φ12。

④一、二级框架梁内贯通中柱的每根纵向钢筋直径，对矩形截面柱，不宜大于柱在该方向截面尺寸的1/20：对圆形截面柱，不宜大于纵向钢筋所在位置柱截面弦长的1/20。
(2)柱的钢筋配置，应符合下列各项要求：
①柱纵向钢筋的最小总配筋率应按表16—16采用，同时每一侧配筋率不应小于0.2％；对建造于Ⅳ类场地且较高的高层建筑，标准中的数值应增加0.1。
②宜对称配置。
③截面尺寸大于400mm的柱，纵向钢筋间距刁；宜大于200mm。
④柱总配筋率不应大于5％。
⑤—级且剪跨比不大于2的柱，每侧纵向钢筋配筋率不宜大于

1.2%。⑥柱纵向钢筋的绑扎接头应避开柱端的箍筋加密区。

3)箍筋的构造要求
(1)梁的箍筋配置要求
①梁端箍筋加密区的长度、箍筋最大间距和最小直径应按相关标准采用，当梁端纵向受拉钢

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筋配筋串大于2％时，标准中箍筋最小直径数值应增大2mm。
②梁端加密区的箍筋肢距，—级不宜大于200mm和20倍箍筋直径的较大值，

二、二级不宜大于250mm和20倍箍筋直径的较大值，四级不宜大于300mm。

(2)柱的箍筋配置要求
①二级框架柱的箍筋直径不小于10mm且箍筋肢距不大于200mm时，除柱根外最大间距应允许采用150mm；框架柱的截面尺寸不大于400mm时，箍筋最小直径应允许采用6mm；四级框架柱剪跨比不大于2时，箍筋直径不应小于8mm；框支柱和剪跨比不大于2的柱，箍筋间距不应大于lOOmm。
②柱的箍筋加密范围应按下列规定采用：柱端取截面高度(或圆柱直径)、柱净高的1/6和500mm三者的最大值：底层柱、柱根不小于柱净高的1/3，当有刚性地面时，除柱端外尚应取刚性地面上下各500mm；剪跨比不大于2的柱和因设置填充墙等形成的柱净高与柱截面高度之比不大于4的柱，取全高：框支柱、一级及二级框架的角柱，取全高。
③柱箍筋加密区箍筋肢距，一级不宜大于200mm二、不宜大于250mm和20倍箍筋直径的较大值，四级不宜大于300mm；至少每隔一根纵向钢筋宜在两个方向有箍筋或拉筋约束：采用拉筋复合箍时，拉筋宜紧靠纵向钢筋并钩住箍筋。柱端加密区的体积配箍率尚应满足有关规范的要求。

2.2、剪力墙的抗震构造措施

1)截面尺寸抗震墙的厚度，一、二级不应小于160mm且不应小于层高的1/20，三、四级不应小于140mm且不应小于层高的1/25。底部加强部位的墙厚，一、二级不宜小于200mm且不宜小于层高的1/16；无端柱或翼墙时不应小于层高的1/12。
2)竖向、横向分布钢筋的配筋要求
①一、二、抗震墻的竖向和横向分布钢筋应双排布置，最小配筋率均不应小于0.25％；四级抗震墙不应小于0.20％：钢筋最大间距不应大于300mm，最小直径不应小寸8mm。
②部分框支抗震墙结构的抗震墙底部加强部位，纵向及横向分布钢筋配筋率均不应小于0.3％，钢筋间距不应大于200mm。

2.3、框架-剪力墙的抗震构造措施

1)截面尺寸抗震墙的厚度同于抗震墙结构。抗震墙的周边应设置梁(或暗梁)和端柱组成的边框端：端柱截面宜与同层框架柱相同并应满足对框架柱的要求。
2)配筋要求
①抗震墙底部加强部位的端柱和紧靠抗震墙洞口的端柱宜按柱箍筋加密区的要求沿全高加密箍筋。
②抗震墙的竖向和横向分布钢筋配筋串均不应小于0.25％，并应双排布置；拉筋间距不应大于600mm，直径不应小于6mm。

2.

4、筒体结构抗震构造要求

框架-核心筒结构应符合下列要求： ①核心筒与框架之间的楼盖宜采用现浇梁板体系。
②低于9度采用加强层时，加强层的大梁或桁架应与核心筒内的墙肢贯通：大梁或桁架与周边框架柱的连接宜采用铰接或半刚性连接
③结构整体分析应计入加强层变形的影响。
④设防烈度为9度时不应采用加强层。
⑤在施工程序及连接构造上，应采取措施减小结构竖向温度变形及轴向压缩对加强层的影响。

3、结束语

高层建筑的结构体系是随着社会生产的发展和科学技术的进步而不断发展的。随着经济水平的增长和高层建筑的增多，结构抗震分析和设计已经变得越来越重要。特别是我国处于地震多发区，高层建筑抗震设防更是工程设计面临的迫切任务，高层建筑结构的抗震仍然是建筑物安全考虑的重要问题。
参考文献：
张萌编著，建筑抗震，中国计划出版社,200

7.06.

王亚勇，建筑抗震设计规范，中国建筑工业出版社,200

6.01.

[3]周云主编，高层建筑结构设计，武汉理工大学出版社,200

6.09.

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。