高层建筑结构抗震设计原则及要点浅析

SHANXI ARCHITECTURE

山 西建筑

Vd. 43 No. 33

Nov. 2017

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文章编号：1009-6825 (2017) 33-0041-03

高层建筑结构抗震设计原则及要点浅析

(山西华鼎建筑设计有限公司，山西太原030000)

摘要:为了有效提高高层建筑结构抗震性能，分析了当前高层建筑结构中在抗震设计方面所存在的问题，并对抗震结构的设计 原则进行了阐述，同时提出了抗震设计需要遵从的基本要点,对高层建筑抗震效果的增强有一定的帮助。由此可见，针对于高层 建筑，依据科学的抗震设计原则,采取有效的抗震措施，能够有效的提高抗震效果，为高层建筑建设的顺利有序推进奠定一定的基 础，从而减少由于地震原因而导致的破坏作用。关键词:高层建筑结构，隔震减震，设计要点，优化措施中图分类号:TU973.31

文献标识码:A

潘卫宁

〇引言

近年来我国地震灾害发生的较为频繁，在地震发生时，建筑 受到的破坏性较大，而且部分建筑还会发生倒塌，就会给国家和 人民造成严重的经济损失及人员伤亡。而在地震中高层建筑由 于层数较多，容积率较大，一旦出现坍塌会带来更严重的损害。 因此需要重点关注并做好高层建筑的抗震设计，使高层建筑的抗 震性能从根本上得到有效的提高。

降低。

1.2地基的选取不科学

地基的类型直接影响地震力的传递。所以为了确保高层建 筑的基础有良好的抗震性能，就必须考虑高层建筑自身的特点。 由于高层建筑具有较高的垂直高度和较大的重量,因此在选择地 基的时候不仅要考虑地形是否开阔平坦，还要认真考察土质的硬 度和密度是否适合高层建筑，另外也要避免一些在地震发生时危 险高发的路段，选择离河岸较远的地方，以保证灾害发生时高层 建筑的承受能力较强。但是当前很多开发商只考虑商业空间的 利益，导致高层建筑在地基选取上有很多不科学性，削弱了高层 建筑的抗震性能，使得在地震发生时高层建筑的基础遭到的破坏 性较大。

1.3材料的选取不科学

由于施工技术或者经济方面等原因，当前的高层建筑在提高2)

在结构设计中，斜柱转换属于不规则性，一般需要进行抗

1高层建筑结构抗震设计难点分析

建筑平面和立面不规则

当前我国正处于经济快速发展之中，人们对高层建筑的需求

1.1

越来越多，除了满足居住的基本要求之外，越来越多的人开始追 求流动线条的艺术形式。这就导致了很多建筑设计者一味地追 求设计平面和立面的多种花样变化，增加了设计的复杂程度，但 是却不能满足设计规划的要求，造成了高层建筑的抗震性能

1 )底部加强部位及转换斜柱高度范围，所有框架柱（含转换 斜柱)均采用型钢混凝土柱,与框架柱相对应的角部剪力墙内设

置构造型钢，如图3所示。

震性能设计，且需根据整体结构的情况，选取重要部位的重要构 件设置适当的抗震性能目标。

2) 与转换斜柱顶端相连的受拉楼层梁采用型钢混凝土梁，并 3) 斜柱转换结构中，对斜柱起始楼层的水平构件应采取构造 且型钢承担全部拉力，如图3所示。和加强措施。3) 转换斜柱的起始层及顶部楼层的楼板厚度及配筋适当加 4) 强，受拉层板厚150 mm，双层双向配筋,配筋率不小于0. 3% ;受 供参考。压层板厚180 mm(防止受压翘曲），双层双向配筋，配筋率不小于 0• 25%。4

参考文献：

本文所述的斜柱转换设计实践，可以为类似工程的设计提

[1] GB 50017—2010,建筑抗震设计规范[S].[2] JGJ 3 — 2010,高层建筑混凝土结构技术规程[S].[3] JGJ 138—2016,组合结构设计规范[S].

[4] 建质[2015]67号，超限高层建筑工程抗震设防专项审查技

术要点[Z].

结语

通过对斜柱转换结构在小震、中震和大震下的性能分析，并

结合实际工程的设计实践，可得出如下结论：

1)结构通过斜柱转换，较好地解决了建筑功能和造型的问题。

Design practice of inclined column transition in high rise building

Abstract ： The paper introduces the main form of inclined column transition, and to design a practical engineering as an example, it further analy­

zes the overall seismic performance of inclined column transfer structure, expounds the key parts of inclined column transfer structure and the cor­responding strengthen measures, which has provided a reference for similar engineering design.

(Nanjing Changjiang Urban Architectural Design Co.，Ltd，Nanjing 21QQQ2，China)Chen Dahao Song Shiwei Shen Wei

Key words ： inclined column, inclined column transition, steel reinforced concrete, pulling force

收稿日期=2017-09-12

作者简介:潘卫宁（1970-),男，工程师

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第43卷第33期20 1 7年1 1月

山西建筑

抗震性能方面，还停留在应用钢筋、水泥增加方法上，甚至有的施 工单位还要依靠将截面刚性增强的方法，而轻质高强材料等隔震 减震的新材料的应用则比较少。所以面对高频发地震的现状，既 要确保高层建筑结构体系合理，也要合理选择结构材料。1.4抗震设防烈度较低

当前我国建筑的抗震设防烈度仍然比较低，这主要是受制于 我国的经济发展的水平，在我国，中震相当于在规定的设计基准 期内超越概率大约为10%的地震烈度，抗震设防烈度低，也就导 求，要求他们在进行设计时将重点放在抗震设计上。在进行高层 建筑结构抗震设计时应做到以下几点。3.1 建筑结构的平面布置

在进行高层建筑抗震结构设计时，对建筑平面布置进行合理 的设计是非常重要的。经过前面的介绍可知，能够很准确地预估 建筑结构的作用效应和地震时的反应是建筑中的规则结构，因为 它能较容易采取有效的抗震措施及相应的结构措施来加强其抗 震性能。大量地震灾害也表明，当地震灾害发生时，对称规则、质 致了在高层建筑工程中，对于抗震设计的要求有所降低。

2高层建筑结构抗震设计基本原则

高层建筑结构抗震设计要遵循三项原则：1) 轻度地震不能发生损坏；2) 中度地震损坏能够修复；3) 重度地震建筑物不能班塌。

第一水准要求是“小震不坏”，第一水准为承载力验算阶段，

适用于大多数规则的结构和一般不规则结构。当地震发生时，对 建筑结构的要求是，建筑结构发生的弹性变形在设计要求的限定 值之内，从而使人们的生产、生活的正常进行有所保障，不受到轻 微地震的影响。

第二水准要达到的要求是“中震可修”。这个阶段要求高层 建筑的结构有较强的軔性和弹性，能够依靠自身的变形能力，对 地震所造成的脆性破坏进行一定的修复，使高层建筑物的构件塑 性变形能力满足当前我国对于抗震构造的设计要求，从而将地震 所造成的经济损失降到最低，使人们的生命安全有所保障。

第三水准需要达到“大震不倒”的要求,这一点要求建筑物结 构的变形能力要非常强，一旦发生级别较高的地震，建筑物发生 变形，但是要将其变形值控制在规定的范围之内。这一水准级别 可以达到保证建筑物不会由于地震的冲击力发生坍塌的情况，从 而对居民的生命安全有所保障。如高层建筑物中出现薄弱易塌 的结构时，通常需要采用第二水准,而第三水准则主要应用于建 筑物结构不规则或者较为特殊的情况下。

建筑物构件的塑性变形能力一定要满足设计者所提出的要 求。抵抗等级较低的地震主要是依靠结构的自身承载力，而其塑 性变形能力是抵抗较高等级地震破坏的重要保障。这就要求高 层的构件在有地震灾害发生时，即使因为受到一定的冲击力和振 动荷载而发生屈服，却仍然能够吸收一定的能量,且变形能力没 有明显的下降，从而使建筑物的安全性能有所保障。除此之外， 高层建筑结构的设计中:对于构件材料的韧性、强度、荷载能力都 有着较为严格的要求;对于关键的部分要严格遵守设计原则，使 结构框架的延性得以保障，做到使构件的抗剪承载力高于抗弯承 载力，避免脆性破坏的发生;对于强度较低的楼层,必须要有恰当 的措施，采取特殊结构对其进行加强操作，以使其变形能力有所 提高。最后，多道抗震防线是构件设计施工中的重要环节，这项 设计不仅能够提高建筑物结构在高级别地震发生时的稳定性，减 少地震力对建筑物的破坏，同时也能够大大加强建筑物本身的安 全程度。3

高层建筑结构抗震设计的主要要点

众所周知，地震属于自然灾害,在其来临前我们无法做出有

效的预测，高层建筑物在进行设计和建设的过程中是没有办法对 地震的等级和特性进行预测的，因此，在设计的过程中只单纯的 使用公式进行计算是没有办法使高层建筑具有我们想要的抗震 性能的。正是因为此，就对每个结构设计工程师有了更高的要

量、简单的平面布置和刚度分布均匀的、有着较强传导力的建筑 结构是不会轻易被破坏的。相反的，如果是不对称、不规则且复 杂的平面布置，在地震来临时被破坏的程度是难以想象的。所 以，对高层建筑结构进行设计时，必须将平面布置设计成规则且

简单的结构形态，避免设计出不规则且复杂的平面布置结构。3.2建筑结构的体系选择

在进行高层建筑结构设计时，我们应该选用最为可靠的设计 体系进行抗震设计，也就是我们常说的框架和剪力墙结构、筒体 结构与剪力墙结构。在进行高层建筑的建设时我们通常不建议 使用板柱剪力墙结构和框架结构，因为在地震来临时，其给我们 带来的影响和破坏性是巨大的，而且我们都知道地震中余震的次 数是较多的，这样就会给建筑物带来积累性的破坏。如果使用单 一的结构，那么在地震来临的时候会非常容易造成建筑物的倒 塌，并直接威胁到人们的生命和财产的安全;反之，选择这种框架 和剪力墙结构、筒体结构与剪力墙结构是为了在地震来临之际可 以采用多道防线来共同抵御地震的侵害，如果第一道防线被攻 破，后面的两道防线还可以进行继续的抵御，可以有效的延长建 筑物的倒塌时间，给在建筑物中的人民群众逃生留出更充分的时 间。因此，多道防线体系设计是高层建筑进行抗震设计时所必要 设置的。

3.3结构薄弱层

当地震发生时建筑最先遭受破坏的就是薄弱层。薄弱层有 几种可能性:1)高层建筑结构的侧向刚度分布均匀程度不足;2) 竖向抗侧力构件间断;3)楼层的承载力突然发生较激烈的变化。 而结构部件的实际承载能力是判断薄弱层的关键，所以当建筑结 构中出现薄弱层时，设计和施工人员一定要采取行之有效的措 施，使其抗地震损坏的能力有所提高。与此同时，还要对薄弱层 的具体情况有明确的掌控，将其能发生变形的空间扩展到最大程 度，

杜绝转移情况的发生，从而达到建筑物抗震性能增强的目的。 4

结语

为了保护人民的生命财产和利益，高层建筑结构要采用隔震

减震措施来减少地震造成的灾害。高层建筑设计人员要不断提 高对隔震减震问题的认识，设计好隔震减震措施，选择适合高层 建筑的隔震装置，在方便替换和检查的部位配备消震减震装备， 另外也需要通过试验明晰确定用到的消能构件的自身参数，明确 标明隔震减震措施的基本要求，将检测和安装的相关工作按照规 定落实，让高层建筑的每一项隔震减震性能都能达标。参考文献：

[1] 罗智勤.高层建筑结构隔震设计关键问题[J].住宅与房地

产，2016(33) :35.[2] 祁皑，徐翔.高层隔震结构多阶振型减震机理与倾覆问

题研究[J].振动工程学报,2016(4) :21-24.

[3] 蒋晓燕，谢建民.某高层建筑震害调查与分析[J].建筑技

术,2016(11) :42-45.

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文章编号：1009-6825 (2017) 33-0043-02

剪力墙连梁抗剪截面超限的配筋设计

(太原市建筑设计研究院，山西太原030002)

摘要:分析了连梁对剪力墙的影响，并针对剪力墙结构中连梁抗剪截面超限的问题，提出了连梁的超筋处理方法及连梁截面的 配筋设计方法，从而使连梁达到‘‘小震不坏、中震可修、大震不倒’’的设计要求。关键词:连梁，剪力墙结构，配筋设计

中图分类号:TU318

连梁是剪力墙开洞，形成的跨高比不大于5的梁，它是剪力 墙结构中的第一道防线。在承受地震荷载作用时，首先屈服，在 两端形成塑性铰消耗大量的地震能量，从而减少剪力墙的损坏程 度，实现剪力墙结构的性能化设计，达到“小震不坏、中震可修、大 震不倒”的设计要求。在高层剪力墙结构设计时,虽然结构体系 布置合理，但仍无法避免连梁超筋现象的产生，尤其是在高烈度 区，连梁的超筋现象更为普遍。

文献标识码:A

用下两片墙肢的轴力相差较大，在受拉墙肢出现水平裂缝或屈服 以后，塑性内力重分配会使受压墙肢担负大部分的剪力，会造成 墙肢过早地发生剪切破坏，延性减小。开洞剪力墙应按照“强墙 弱梁”来设计，墙肢和连梁构件应按照“强剪弱弯”来设计,从而得 到延性较好的剪力墙结构。

李霞

2连梁超筋的处理方法

减小连梁的截面高度

在设计剪力墙连梁时，一般连梁的截面宽度同剪力墙厚度,

2.1

1连梁对剪力墙的影响

连梁的强度、刚度和延性对剪力墙的抗震性能影响很大。连

梁是连接各墙肢协同工作的关键构件，对剪切变形十分敏感，容 易出现剪切斜裂缝，在反复荷载的作用下产生交叉裂缝,从而使 混凝土变酥开裂，延性较差，因而混凝土高规对其名义剪应力限 制比较严。连梁的超筋问题实质上是连梁的抗剪截面不满足要 求，导致剪压比超限的问题。在剪力墙结构中，当连梁的跨高比 在2.5 ~5之间时，连梁具有一定的刚度和强度，并具有足够的耗 能能力，是最理想的状态，以弯曲破坏为主。连梁先于墙肢屈服， 在连梁的端部形成塑性铰，随着时间的推移，墙肢底部也出现塑 性铰。此时，连梁的塑性铰可以吸收大量的能量，也可以继续传 递剪力和弯矩，对墙肢形成的约束作用能使墙肢具有足够的刚度 和承载力，墙肢底部产生的塑性铰也有一定的延性。当连梁的跨 高比大于5时，剪力墙的洞口尺寸比较大，连梁的耗能能力降低， 宜按框架梁进行设计。当连梁的刚度接近或大于多肢墙墙肢的 刚度时，宜按壁式框架进行设计。当跨高比较小时，不仅连梁的 端部容易出现垂直的弯曲裂缝，中部也会出现斜裂缝，当剪应力 较大或抗剪钢筋不足时，会发生剪切破坏。此时，墙肢形成独立 如果墙肢仍能处于良好的工作状态，那么仍可继续承重，直至截 面屈服，在墙肢底部形成塑性铰，这种破坏也属于延性的弯曲破 坏。但是,当连梁的刚度和屈服弯矩都较大时，在地震荷载的作

减小连梁的截面的同时，连梁的刚度也随之减小，这样可减小连

梁所承受的剪力，有利于满足混凝土高规7. 2. 22条的规定。但 是减小连梁高度的同时，连梁的截面剪力设计值的限值也在减 小，实际工程中，该方法很难满足要求。连梁的截面高度不应小 于400 mm,否则连梁的刚度过弱，其耗能能力将大幅度下降，不利 于抗震。

2.2连梁刚度的折减

在地震荷载作用下，连梁作为剪力墙结构的第一道防线，允 许连梁开裂并处于带裂缝的工作状态，从而导致连梁刚度的降 低。抗震设防烈度越高，连梁的裂缝开展越大，刚度折减系数也 越小。在多遇地震作用下，抗震设防烈度为6度,7度时,连梁的 刚度折减系数不宜小于〇. 7，抗震设防烈度为8度，9度时，连梁的 刚度折减系数不宜小于〇. 5;在罕遇地震作用下，连梁的刚度折减 系数可适当再减小，但不应小于〇. 3。2.3对连梁的内力进行塑性调幅

在地震荷载作用下，可对剪力墙连梁的内力进行塑性调幅， 但在计算时已考虑了连梁的刚度折减，应限制其调幅的范围，或 梁超筋时，可只对超筋连梁进行塑性调幅,其余部位的连梁和墙 肢内力应相应的增加。一般情况下，连梁经调幅后的内力不应小 于调幅前(完全弹性）的80% (6度，7度）和50% (8度，9度），调

仅个别连 墙肢，墙肢的剪力减小，弯矩加大，墙肢的侧向刚度大幅度降低， 者不再进行调幅。在计算时不考虑连梁的刚度折减时，

Design principles and main points of seismic design of high-rise buildings

Abstract： In order to improve the seismic performance of high-rise buildings, in this paper, this article embarks from the current high-rise build­

ing structure seismic problems, and detailed analysis of the seismic design of high-rise building structure seismic design principles and basic key points, to improve the effect of high-rise building aseismic. Thus we can conclude that for high-rise building, taken based on the principles of seismic design of the science，take effective seismic measures，can effectively improve the seismic effect，for 如 smoothly and orderly advance lay a certain foundation, so as to reduce the damage due to earthquake cause.

(Shanxi Huading Architectural Design Co. , Ltd, Taiyuan 030000 f China)Pan Weining

Key words ： high-rise building structure, isolation vibration reduction, design point, optimization measures

收稿日期=2017-09-12

作者简介:李霞（1984-),女,工程师