1、关于高层混凝土建筑抗震结构设计探讨摘要：高层建筑是社会经济发展和科技进步的产物。随着大城市的发展，城市用地紧张，促使现代高层建筑的出现，所以高层混凝土建筑抗震工作一直作为建筑设计和施工的重点。本文对当前高层混凝土建筑抗震结构设计中若干原则性问题进行了讨论。 关键词：高层建筑；混凝土；抗震设计 中图分类号：TU972 文献标识码： A 1、高层混凝土建筑抗震结构设计的基本原则 1.1 结构构件应具有必要的承载力、刚度、稳定性、延性等方面的性能。(1)结构构件应遵守“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件、强底层柱(墙)”的原则。(2)对可能造成结构的相对薄弱部位，应采取措施提高抗震能力。(3)承受竖向
2、荷载的主要构件不宜作为主要耗能构件。 1.2 尽可能设置多道抗震防线。(1)一个抗震结构体系应由若干个延性较好的分体系组成，并由延性较好的结构构件连接协同工作。如框架抗震墙体系是由延性框架和抗震墙两个系统组成，双肢或多肢抗震墙体系由若干个单肢墙分系统组成。(2)强烈地震之后往往伴随多次余震，如只有一道防线，则在第一次破坏后再遭余震，将会因损伤积累导致倒塌。抗震结构体系应有最大可能数量的内部、外部冗余度，有意识地建立一系列分布的屈服区，主要耗能构件应有较高的延性和适当刚度，以使结构能吸收和耗散大量的地震能量，提高结构抗震性能，避免大震时倒塌。(3)适当处理结构构件的强弱关系，同一楼层内宜使主要耗
3、能构件屈服后，其他抗侧力构件仍处于弹性阶段，使“有效屈服”保持较长阶段，保证结构的延性和抗倒塌能力。(4)在抗震设计中某一部分结构设计超强，可能造成结构的其他部位相对薄弱，因此在设计中不合理的加 强以及在施工中以大代小，改变抗侧力构件配筋的做法，都需要慎重考虑。 1.3 对可能出现的薄弱部位，应采取措施提高其抗震能力。(1)构件在强烈地震下不存在强度安全储备，构件的实际承载能力分析是判断薄弱部位的基础。(2)要使楼层(部位)的实际承载能力和设计计算的弹性受力的比值在总体上保持一个相对均匀的变化，一旦楼层(部位)的比值有突变时，会由于塑性内力重分布导致塑性变形的集中。(3)要防止在局部上加强而忽
4、视了整个结构各部位刚度、承载力的协调。(4)在抗震设计中有意识、有目的地控制薄弱层(部位)，使之有足够的变形能力又不使薄弱层发生转移，这是提高结构总体抗震性能的有效手段。 2、高层混凝土建筑抗震结构设计中经常出现的问题 2.1 部分建筑物高度过高。 按我国现行高层建筑混凝土结构技术规程规定，在一定设防烈度和一定结构形式下，钢筋混凝土高层建筑都有一个适宜的高度。在这个高度，抗震能力还是比较稳妥的，但是目前不少高层建筑超过了高度限制。在地震力作用下，超高限建筑物的变形破坏性会发生很大的变化，建筑物的抗震能力下降，很多影响因素也发生变化，结构设计和工程预算的相应参数需要重新选取。 2.2 地基的选取
5、不合理。 由于城市人口的增多和相对空间的缩小，不少建筑商忽略了这一问题，哪里商业空间大就在哪里建。高层建筑应选择位于开阔平坦地带的坚硬土场地或密实均匀中硬土场地，远离河岸，不应跨在两类土壤上，避开不利地形、不采用震陷土作天然地基，避免在断层、山崖、滑坡、地陷等抗震危险地段建造房屋。高层建筑的地基选取不恰当可能导致抗震能力差。 2.3 材料的选用不科学,结构体系不合理。 在地震多发区，采用何种建筑材料或结构体系较为合理应该得到人们的重视。由于我国建筑结构有钢框架-钢筋混凝土核心筒结构，变形控制要以钢筋混凝土结构的位移限值为基准。但因其弯曲变形的侧移较大，靠刚度很小的钢框架协同工作减小侧移，不仅增
6、大了钢结构的负担，而且效果不大，有时不得不加大混凝土的刚度或设置伸臂结构，形成加强层才能满足规范侧移限值。 2.4 一个结构单元内采用两种不同的结构受力体系。 如一半采用砌体承重，而另一半或局部采用全框架承重或排架承重；底框砖房中一半为底框，而另一半为砖墙落地承重，这种情况常发现在平面纵轴与街道轴线相交的住宅，其底层为商店，设计成一半为底框砖房(有的为二层底框)，而另一半为砖墙落地自承，造成平面刚度和竖向刚度二者都产生突变，对抗震十分不利。 2.5 结构其他问题。 有的底层无横向落地抗震墙，全部为框支或落地墙间距超长；有的仅北侧纵墙落地，南侧全为柱子，造成南北刚度不均；有的底层作汽车库，设计时
7、横墙都落地，但纵墙不落地，变成了纵向框支；还有的底框和内框砌体住宅采用大空间灵活隔断设计，其中几乎很少有纵墙。不少地方都采用钢筋混凝土内柱来承重以代替砖墙承重，实际上将砖混结构演变为内框架结构，这比底框砖房还不利，因内框砖房的层数、总高度控制比底框砖房更严，因此存在着严重抗震隐患。更为严重的是这种情况并未引起目前大多数结构工程师的重视。 2.6 平面布局的刚度不均。 抗震设计要求建筑的平、立面布置宜规正、对称，建筑的质量分布和刚度变化宜均匀，否则应考虑其不利影响。但有的平面设计存在严重的不对称：一边进深大，一边进深小；一边设计大开间，一边为小房间；一边墙落地承重，一边又为柱承重。平面形状采用
8、L、 形不规则平面等，造成了纵向刚度不均，而底层作为汽车库的住宅，一侧为进出车需要，取消全部外纵墙，另一侧不需进出车辆，因而墙直接落地，造成横向刚度不均。这些都对抗震极为不利。 3、高层混凝土建筑抗震结构设计应注意的事项 3.1 建筑选址。避免抗震危险地段，选择对抗震有利的场地地基和基础在进行设计时，应根据工程需要，掌握地震活动情况和工程地质的有关资料，作出综合评价，宜选择坚硬土或开阔平坦密实均匀的中硬土等有利地段;避开软弱土、液化土、河岸和边坡边缘，平面分布上成因、岩性、状态明显不均匀的土层等不利地段;同一结构单元不宜设置在性质截然不同的地基土上，也不宜部分采用天然地基，部分用桩基，当地基有
9、软弱黏性土、液化土、新近填土或严重不均匀土层时，宜加强基础的整体性和刚度。 3.2 结构选型和结构布置。结构选型根据建筑的重要性、设防烈度、房屋高度、场地、地基、基础、材料和施工等因素，经技术、经济条件比较综合确定。单从抗震角度考虑，作为一种好的结构形式，应具备下列性能：延性系数高;匀质性好;正交各向同性;构件的连接具有整体性、连续性和较好的延性，并能发挥材料的全部强度。结构布置遵循的原则是平面布置力求对称，使构件分配的力均匀;竖向布置力求均匀，尽可能使其竖向刚度、强度变化均匀，避免出现薄弱层，并应尽可能降低房屋的重心。 3.3 刚度、承载力和延性的匹配。当结构具有较高的抗力时，其总体延性的要
10、求可有所降低;反之，较低的抗力需要较高的延性要求相配合。地震时建筑物所受地震作用的大小与其动力特性密切相关，具有合理的刚度和承载力分布以及与之匹配的延性。提高结构的抗侧刚度，往往是以提高工程造价及降低结构延性指标为代价的。要使建筑物具有很强的抗倒塌能力，最理想的是使结构中的所有构件都具有较高的延性，然而实际工程中很难做到。有选择地提高结构中的重要构件以及关键杆件的延性是比较经济有效的办法。 4、结束语 我国的高层混凝土建筑抗震结构设计工作已经取得很大的成就，在已有的基础上也得到了进一步的改进和发展，但混凝土抗震设计问题是一个非常庞大和复杂的课题，涉及面非常广泛，在未来的研究中，还有许多方面需要进一步的探讨，我们也期待有更多新兴抗震技术应用于建筑中，能够为减轻地震灾害、保障人民生命、财产安全做出更大的贡献。参考文献： 1 GB 500112010 建筑抗震设计规范S 北京: 中 国建筑工业出版社，2010 2 周舒, 曹庆. 钢筋混凝土框架结构抗震设计中能力设计措施的探讨J. 施工技术,2007,36(9):91-94.
