高层钢筋混凝土建筑结构抗震延性设计

王全伟

摘  要：目前我国经济发展很快，由于全球经济一体化建设的影响，我国基础设施建设非常多，钢筋混凝土高层建筑既能满足居民的生活需要，又能节约土地资源，在建设过程中能够促进城市化进程，但是随着钢筋混凝土高层建筑规模不断扩大，其安全性问题也越来越突出，尤其是在发生地震的时候，更是如此。由于抗震设计并非一项简单的工作，涉及的内容十分复杂，为了提高结构抗震性能，必须把建筑设计和结构设计有机地结合起来。

关键词：高层钢筋混凝土;抗震;延性

前言：

目前高层建筑的钢筋混凝土结构设计非常重要，特别是抗震设计要做好，因为地震灾害难以预测，而且会给建筑物造成很大的伤害。因此在设计时必须重视抗震设计，减少地震对人身的伤害，需要结合国内外先进的设计经验，结合实际施工情况，使结构在使用过程中更加稳固，并能化解地震带来的冲击。本文对高层建筑钢筋混凝土结构抗震设计方法作了相关分析与探讨

1.高层建筑钢筋混凝土结构分析

随着建筑业的发展，建筑工程项目越来越多，但如何使建筑的钢筋混凝土结构系统与建筑设计要求更为相符，就要求将其与项目的实际情况相结合，防止为了追求规模而造成浪费，而且在基础条件建设较为乐观的情况下，为了达到钢筋混凝土结构体系的变形极限值，在设计中应尽量降低结构的刚度，对此笔者从以下两个方面来分析钢筋混凝土结构。

1.1结构高度的控制

超高现象是高层建筑结构设计中经常遇到的一个问题，它直接影响着建筑物的抗震性能，不同的建筑高度会导致不同的设计形式。因此，当高层建筑钢筋混凝土结构发生高度变化时，特别是出现超高问题时，必须重新设计结构体系。

1.2结构体系的选择

在高层建筑的外观设计上，现代的高层建筑并不像传统的建筑那样严格，但是要保证其整体的强度和稳定性，就需要对其进行全面的优化，而建筑的设计也起到了至关重要的作用，以建筑的结构为基础，完善的体系建设，可以更好地保证其施工的质量。

2.高层钢筋混凝土建筑结构抗震延性的设计原则

2.1强剪弱弯的设计原则

在抗震作用下，应严格遵守强剪-弱弯矩原理，尽量减少發生剪力失效的可能性。在进行设计时，必须掌握剪力的具体计算方法。在具体的抗剪承载力计算时，应根据实际情况，选取合适的计算公式，提出实用的结构措施。在实际的抗弯承载力及剪应力计算中，应按结构的不同级别进行相应的调整。在进行梁柱剪力设计时，应与梁柱末端的剪力设计相适应，塑性钢管的极限弯曲强度应与其相应，在抗剪计算中，主要考虑的是地震反应和剪切离散问题。由于抗震等级的不同，其延性要求也不尽相同，其抗剪承载能力的计算也不尽相同。

2.2强柱弱梁的设计原则

首先在柱的抗弯能力设计上相对于梁的设计要更大，从而能够让塑性更少地出现的梁端，更多地在柱端，这种设计方案能够让地震作用时使建筑钢筋混凝土结构能够出现梁柱铰接机构或梁柱机构，从而最大限度地缓解地震的作用力;其次是分析梁柱铰结构或梁铰结构时，可以明显的发现梁柱铰结构或梁铰结构比柱铰机构产生了更对塑性铰，因此在地震能量的耗散上作用更为明显，所以在设计上遵循了加强柱的抗弯能力原则，加强柱抗弯能力能够形成更加科学的梁柱铰结构或梁铰结构，因此在抗震上作用更为明显;;最后由于建筑的钢筋混凝土结构延性和塑性铰分布有很大的关系，如果实际情况中梁中优先地产生了塑性铰，再形成了梁铰结构，那么建筑争议的塑性铰在理论上分布就较为合理，，那么框架结构的延性也就较为良好，如果实际情况是柱中出现塑性铰，并且形成了柱地结构，那么在建筑结构上的非弹性变形就主要分布在某一柱中，这使得柱需要极高的弹性要求，往往实际情况难以实现，这使框架结构的稳定性极大的下降，因此在设计上就必须使非弹性变量不能出现在柱中，而是在梁中。

2.3强节点锚固的设计原则

根据以往的施工经验，在梁铰结构还没有完全发挥其应有的功能之前，就必须对其进行加强，避免过早地损坏和破坏，造成框架节点的破坏，主要是因为节点上的箍筋数量不够，一旦受到剪力和压力的影响，箍筋就会发生变形，甚至断裂，造成框架节点的断裂。在设计时，必须加强节点的施工，在核心混凝土区域布置适当的箍筋，以提高核心区的混凝土强度，防止核心节点过早地发生剪切和拉断，而强锚固则是在静力基础的长度上加上一定的锚固长度，以达到加强的目的。

3.高层钢筋混凝土结构抗震设计的方法

3.1保证结构的规则性

在高层建筑的设计中，设计者应从整体上考虑建筑的整体性能，确保其设计与实际需要相符，并制定出相关的平面布置图。在高层建筑结构设计中，应着重考虑其扭转刚度，以确保其合理地扭转刚度，以改善其抗震性能，此外，在高层建筑剪力墙的设计中，应遵循“金角银边铜肚”的原则，并根据墙体和门窗的开洞来确定其内部剪力墙的布置。同时，要充分认识高层建筑的受力薄弱环节，采取针对性的措施，以增强其整体的抗震性能。这样可以减少在地震中发生的超高层建筑的意外坍塌，提高其安全性。

3.2充分认识结构的受力特点

高层建筑实质上是一种垂直的悬臂式结构，垂直载荷的作用主要是作用于结构的轴向作用力，它与建筑物的高度呈线性关系，而横向载荷则是对结构的作用。在受力特征方面，垂直荷载的方向基本不变，且随建筑物的高度增大而增大，而横向荷载可以在任意方向产生，在均匀荷载下，其与建筑物的高度成正比。从侧向位移特征来看，垂直加载对侧向位移影响较小，而在均匀加载下，横向位移随高度的增加呈现四次方差。结果表明，在高层建筑中，横向荷载的作用要比垂直荷载大得多，而水平荷载是结构的主要受力因子，结构抵抗水平荷载产生的弯矩、剪力以及拉应力和压应力除应有较大的强度外，同时要求结构又有足够的刚度，使其随着高度增加所引起的侧向变形限制在结构的允许范围内。

3.3合理布置结构

在高层钢筋砼结构中，应充分考虑其造价和施工困难。比如，在地下停车场布局时，采用统一的立柱网格布局，不仅便于施工，而且经济合理。此外，在建筑外观设计时，可选用方形、长方形等，由于上述形状的稳定性好，应用于建筑设计时，可以改善其稳定性，从而改善其抗震性能。

3.4优化抗震性的设计方案

高层建筑的设计方案是进行钢筋砼结构抗震性能设计的先决条件，因此，设计者应充分关注并完善其设计方案。在结构设计中，应确保构件的延性，使其在变形后能自行复位，从而在某种程度上防止因变形而导致的房屋倒塌，从而使建筑物在较长时间内保持相对稳定。此外，在进行结构设计时，结构工程师要对不同级别的地震所带来的影响进行深刻的理解，并依据施工现场的实际情况来制定方案。即，在进行工程设计时，应结合工程实际，主要考虑施工现场地质条件、震级、频度等，并对施工关键部位进行严密监控，确保其结构的抗震能力。从上述分析可知，在进行高层 RC结构抗震设计时，必须深入研究其自身的抗震性能，发现问题所在，并提出相应的解决办法，确保其安全。

结束语

因此，在我国，高层建筑的抗震设计是一项十分关键的工作，它直接影响到整个建筑物的使用。因此，这就给我们的设计者带来了新的挑战，在设计初期，我们要严格按照我国有关的法律法规，利用各种技术，对建筑结构的各项参数进行科学地计算，尽量采用目前最先进的基于性能的超限高层建筑结构抗震设计，以此来提高我国对高层建筑的安全要求，为其在实际中的应用与发展奠定良好的基础。

参考文献：

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[2]季志正.高层钢筋混凝土建筑结构抗震延性设计[D].中国地震局工程力学研究所，2014.

[3]王宏伟.高层钢筋混凝土建筑结构抗震延性设计[J].建材世界，2015（26）：46-48.