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高层建筑结构抗震设计分析
作者：侯晓锋
来源：《科学与财富》2012年第01期
摘 要：在抗震设计方面，延伸了强柱弱梁以及，剪力墙连梁“弱连梁不弱，”“强连梁不强”等结构概念，高层抗震能力是设计是安全性的根本要求，基于结构构件间的线刚性比概念，论述构件间的强弱关系。注重整体控制和局部协调。协同工作是提高结构综合抗震能力的根本。 关键词：强弱；协同；塑化 前言
四川汶川地震以后，高层抗震让全民尤为重视，建筑设计界更是首当其冲，在此浅谈一下高层建筑结构设计与分析。
目前主流的结构抗震设计对策依然是延性结构体系，通过增大构件截面尺寸，增强配筋，依靠主体结构自身的抗震能消耗地震能量，以此来实现设防要求，这是被动的硬抗，由于本来可能遭受的地震的强度等特性没办法准确预测，这样的设计不仅不科学，更会造成经济的浪费。只有积极主动地减轻或者抑制地震的反应，通过建筑本身的结构设计抵消地震应力，才是行之有效的办法。 1.结构布置原则
根据以往工作经历，在结构布置上应该遵循4个原则，1）结构整体协调，局部协同；2）剪力墙尽可能围合，提供较大抗扭刚度；3）细分剪力墙的强弱；4）保证框架的强塑性线刚度大于框架梁的弹塑性刚度。
由于连梁的耗能作用逐步降低，在耗能过程中墙肢有可能出项弹塑性变形，特别是底部加强区容易屈服，在反复荷载作用下会形成交叉斜裂缝，出现破坏。即使竖向构件有充分的抗剪能力，但如果在塑性部分铰区域的墙身水平钢筋不够密，斜裂缝就会贯通剪力墙向上发展。 另一方面，在塑性发展阶段，由于多向地震作用震动不协调，在前后左右的运动过程中，将产生大变形，如果低不坚强部位的墙体过早屈服，形成大范围的内力重新分配，就可能导致整个楼体严重受损。因此，再高烈度设防区的剪力墙结构中的剪力墙是遭受强震中的保护整个楼体的基石。
2.合理布置结构体系
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合理布置结构体系，是结构设计的首要任务。如果相邻框架跨度相差过大，结构体系的布置实际是不太合理的。在结构体系布置前，尽量避免相邻框架跨度相差过大是要优先考虑的。 混凝土混合结构适当增加混凝土结构的抗侧刚度和扭转刚度，以减少变形和扭转对上部结构的不利，钢与混凝土混合结构受力复杂，应采用适当的计算程序对整体几个单体模型分别进行计算，并仔细研究二者的相互影响，应采用弹性时程分析对反应谱方法作补充计算，找出薄弱部位重点加强，对于超限工程，应重视基于性能的设计理念和要求，必要时应采用专门的软件计算复核。
3.刚度折减系数的合理确定
刚度折减系数是考虑到连梁在地震作用下开裂，刚度降低，受力减小而采用的，不仅要保证安全性更要保证抗裂性。在选取折减系数时要按照以下原则：框架结构弹性间层位移角和塑性层位移角极限要求；满足竖向荷载下梁的承载力和裂缝宽度；梁跨高比应取较小的折减系数。
4.框架柱与框架梁
由经典的结构力学我们可以知道，框架柱和框架梁的变形与线刚性比密切相关。在工程实践中，框架柱的弹塑性线刚度应大于框架梁的线钢比，其次才是规范的要求的框架柱受弯承载力大于框架梁受弯承载力。 5.短跨框架梁的跨高比
在高烈度地震区，短跨框架梁的跨高比应该限制在5以下，这样才能按照连梁来设计，同时，连梁设计应将短跨框架梁架梁的跨高比控制在2.5~5.0之间。 6.扭转角
在相同峰值的地震波作用下，结构绕纵轴的扭转角曲线变化较为剧烈，这主要是由于不同结构平面上刚度分布不均匀，造成严重的强梁弱柱，由于较大的刚度而分担了应力，由于偏心的存在，较大的地震剪力会加大此部位的扭转反应，因而控制结构各层扭转角对于提高抗震安全性是非常有利的。 7.框架柱的设计
框架柱的性能是框架在地震产生强大应力产生弹塑性变形而不至于倒塌的先决条件是“强弯”，保障“强弯”性能的目的是为了梁柱间节点以及框架柱内德混凝土提供有效的约束条件，保障其裂但是不破碎，才能在强震中不至于倒塌。
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8.1连梁布置 连梁通常采用弱连梁和框架梁，弱连梁是联系个部分的纽带，强连梁和好强连梁是整体的构件。墙体的强韧性，就是通过强连梁和超强连梁组成的抗扭刚度较大的筒体。 8.2框架梁布置 框架梁与框架梁的相对线刚比是适宜的，这样体现出来的强弱组合，当结构受到大变形时，保持整体的相对稳固。
8.3楼板布置 根据楼面整体震动的特点，人行走激励下舒适度分析参数选取原则如下，考虑动力荷载效应，感受点最大竖向震动峰值加速度为0.00175g,小于0.005g的极限择楼板能满足正常使用状态下舒适度的要求。 9.性能目标
小震不坏，中震可修，大震不倒是实现抗震设计的基本要求，汶川地震告诉我们不仅要不倒，更要体现生命线工程，真正以人为本。 10.中等地震不屈服分析
构件的变形能力，采取强剪，强弯的措施，保证竖向构件有足够的柔韧性，以适应结构在遭遇罕见地震时具有大变形的能力，在底部加强区的筒体保持不屈服， 11.弹塑性分析
楼梯结构在地震作用下，组成结构的主要抗侧构件的筒体在发挥着抗震作用，剪力墙间的连梁和框架梁作为主要的耗能构件耗散了大量的地震能量，挡结构遭遇特大地震，强弱连梁对实现结构的耗能次序起了关键的作用。在结构中上部的楼层，框架柱未进入塑性状态，具有很好的扛着能力，可以继续发挥抗震作用，通过弹塑性动力和静力过程，可以确定强弱组合是可靠的。
12.1静力弹塑性分析 结构在较大的地震作用下，某些部位要发生屈服甚至被破坏而退出工作，结构的工作状态从弹性过度的弹塑性，随着弹塑性的发生和发展，结构的反应性能发生改变，所以要考虑结构进入非线性状态的地震反应分析。
12.2动力时程分析 采用弹塑性动力时程分析计算罕见地震作用下结构薄弱处的变形，和校核竖向构件是否满足强弯、强剪的要求，（按规范的相关规定，9度设防区，高度不超过60M的标准设防区的结构可不进行弹塑性动力时程分析，鉴于该建筑功能的复杂性，采用弹塑性动力时程分析作为施工图世界的补充分析手段，以及作为调整施工图的设计依据。） 13.结构关键构件设计
罕见地震作用下局部错层部位的框架柱承受的剪力较大，设计中错层部位框架梁柱点处采取两端加腋得出了措施，保证水平地震剪力的直接传递，避免搓成短柱限于其他构件被破坏。