摘要：本文从分析高层建筑混凝土结构抗震设计的特点入手，以某高层建筑为实例，根据抗震设计中的要点展开分析和论述，根据计算结果对混凝土结构抗震设计方案的合理性进行了优化，以确保其具有较强的抗震性能。
关键词：高层建筑；混凝土结构；抗震设计
近些年我国高层建筑大量兴起，多为混凝土结构，高层建筑的层数、高度不断增加，体型和平面日趋复杂，这对结构在抗震设计方面也提出了更高的要求。为了提高高层建筑混凝土结构的整体抗震性能，在抗震设计时，对重要构件及连接部位的受力情况需进行重点分析，使其处在一个适度的刚度范围内，并具有一定的延性。
1 高层建筑混凝土结构抗震设计的特点
高层建筑混凝土结构的抗震性能要求往往较高，首先要结合建筑方案、场地条件并适当考虑经济性，进行科学的结构选型以及合理的结构布置。目前在高层建筑混凝土结构设计中，以框架-核心筒、框架-剪力墙、筒中筒等结构体系较为常见，为了更好提高结构的抗震性能，减轻结构自重，减小构件的截面尺寸，高层建筑中也有采用型钢混凝土组合结构等。在平面布置时，尽量充分遵循对称、均匀、规整的原则，并采取必要的措施有效控制高层结构在水平地震作用下产生的侧移和变形，比如减小框架的柱距、利用钢臂，竖向支撑交错布置等。
其次，高层建筑混凝土结构具有一定的复杂性，在抗震设计时，需重视其关键构件、连接部位的受力分析，科学计算，以保证这些构件在地震作用中能吸收一定的地震力，最大限度减小地震灾害所带来的影响。以此实现“小震不坏、中震可修、大震不倒”的设防目标，在确保结构刚度满足要求的基础上，进一步提高结构的延性，使高层建筑具有整体良好的抗震性能。
2 工程概况
某高层办公楼项目位于河南省郑州核心区，其中地下一二层为车库，层高为3.8m，地上1~3层为商业用房，4~20层为办公用房，底层层高6.9m，其余各层均为4.5m。建筑平面长57.6m，宽32.6m，结构形式采用框架核心筒体系，考虑主体结构平面中心位置的电梯井、楼梯间前室的功能要求，设置核心筒作为第一道抗侧力体系；核心筒外围的办公区域的框架柱柱距9.6m，通过框架梁与核心筒相连，形成第二道防线，结构标准层平面布置见图1。核心筒平面尺寸为30.7m×12.7m，核心筒外墙厚600~800mm，内墙厚200~400mm，框架柱截面尺寸有1200mm×900mm、900mm×900mm，框架梁截面尺寸主要为300mm×800mm、500mm×1000mm，连梁截面200 ~ 600mm ×550~900mm。本工程抗震设防类别为丙类，结构安全等级为二级，抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.15g，设计地震分组为第二组，按照50年一遇标准基本风压为0.45kN/m²。
图1标准层结构平面布置图 图2 二层楼板大开洞平面布置图
3 高层建筑混凝土结构抗震设计要点
3.1结构复杂性分析及采取的措施
（1）扭转不规则：调整结构布置，减少结构的质量和刚度的偏心，控制考虑偶然偏心影响下结构位移比不大于1.4。在不影响建筑外立面的情况下，加大外圈框架梁梁高，以增加结构的抗扭刚度。
（2）刚度突变：底层层高6.9m，二层层高4.5m，合理调整抗侧力构件的布置，以减小结构刚度变化，确保两层侧向刚度比在考虑层高修正时为1.27，不小于1.1的规范限值。底层受剪承载力变化小于80%，采取指定底层为薄弱层，将地震剪力放大1.25倍。
（3）楼板局部不连续：由于建筑使用功能的需要，在二、三层均有较大面积的开洞，其中二层楼板开洞面积大于30%，（二层楼板大开洞平面布置见图2）。为避免楼板被削弱的部位在大震作用下的受剪破坏，故进行截面受剪承载力验算，并适当加厚大洞口周围的板厚并在构造上采用双层双向拉通。
3.2 结构抗震设计采取的加强措施
本工程抗震设计采取如下加强措施：第一，考虑到本高层建筑的连梁结构上存在塑性铰，为提高其延性，因此结合实际情况对混凝土结构配筋率进行合理控制。如连梁结构过早出现塑性铰，通过设置交叉性暗撑的方式，在保障抗震性能稳定的同时符合强剪弱弯的基本要求；第二，本工程混凝土结构在中震以及大震作用影响下，结构顶部、底部会产生一定裂缝，部分设有门窗的洞口以及剪力墙结构中会形成短肢剪力墙。针对这一实际情况，采取在抗震设计中适当增加上述区域的构造配筋，以提高其水平配筋率，进一步加强混凝土结构整体的抗震性能；第三，针对结构中部分轴力设计值较高的墙肢，优先考虑采取提高分布筋的最小配筋率，部分抗震性能薄弱区域通过设置交叉性暗撑的方式予以强化以提高其抗震性能；第四，在建筑混凝土结构抗震设计过程中，对筒体角部开洞部位的剪力墙厚度进行适当加厚，以确保上截面与下截面的一致性，并针对上洞口、下洞口位置不一致的连梁结构通过设置交叉暗撑的方式以巩固其结构稳定性；第四，底部加强区剪力墙中震作用下楼板的拉应力高于混凝土强度标准值时，通过增加板厚，加大配筋，以提高其延性以及抗弯承载能力。
3.3 结构计算分析结果
结构在多遇地震以及风荷载作用影响下的计算结果如下表1所示。
表1 SATWE与PMSAP计算结果对比
本工程主楼采用框架-核心筒结构体系，抗震设计采用二道防线分析，分别用SATWE和PMSAP对框架部分承担的地震剪力和倾覆弯矩做比较，得到的结果为：框架部分所承受的弯矩为10％~50％，故可按框架-核心筒设计。框架分配的楼层地震剪力标准值的最大值大于底部总地震剪力的10%，大部分楼层框架分配的地震剪力小于底部总地震剪力的20%，应按0.2Vo和1.5 fmax的较小值进行剪力和弯矩调整。由于底层层高突变，导致此部分框架分配的地震剪力小于底部总剪力的10%，形成薄弱部位。考虑到0.2V0＞1.5fmax，剪力调整后的框架承载力符合要求。同时，为防止核心筒在强烈地震下破坏严重，在考虑地震剪力放大和中震设计的基础上，剪力墙配筋进行适当放大加强。
本工程在二层有超过30%以上的大开洞，并且在三层也有较多的开洞面积，有效楼板宽度已超过了规范限值，容易造成楼板和局部框架梁产生应力集中。为保证楼板在地震作用下还能传递和分配水平力，协调同一楼层中竖向构件的变形，需通过弹性楼板的有限元分析进行验证。本工程对结构楼板校核和设计的标准为：在多遇地震作用下，楼板保持弹性，不出现裂缝，主拉应力标准值不超过混凝土抗拉设计值；在设防地震作用下，楼板保持弹性，主拉应力标准值不超过混凝土抗拉标准值；在罕遇地震作用下，楼板不出现重大破坏或不影响整体结构安全。根据以上标准，对结构分别进行小震和中震分析，并对大震进行复核。计算结果如下：楼板在小震作用下，最大主拉应力为0.93MPa，小于混凝土轴心抗拉强度设计值（C40，ft=1.71 MPa）。说明楼板在多遇地震作用与恒活组合下处于弹性工作状态，满足小震弹性的性能目标。楼板在中震作用下，楼板主拉应力为1.95MPa，大于混凝土抗拉强度设计值，但小于混凝土抗拉强度标准值（C40，ftk=2.39 MPa）。说明楼板仍处在中震不屈服的阶段。楼板在大震作用下，在二层局部梁板交接处出现了应力集中，最大主拉应力达到3.03MPa，大于混凝土抗拉标准值。结合以上计算结果，一方面要对楼板整体加强构造，比如增加板厚并双层双向拉通板配筋，另一方面，要增大应力集中处楼板的配筋率，对大洞口周围设置边梁，且采用纵筋通长，箍筋全长加密处理。
4 结束语
随着建筑业的蓬勃发展，如今越来越多的建筑向高层甚至超高层发展，高度高、层数多、结构复杂是高层建筑的特点和难点。我们应该在工程实践中对高层建筑所处的地质情况和环境进行详细分析和研究，从多角度了解结构抗震设计的特点，分析结构体系、刚度分布情况、构件的延性、以及抗震薄弱环节，并采取相应的措施，使高层建筑结构达到良好的抗震目的。
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论文作者:汪颖
论文发表刊物:《基层建设》2018年第13期
论文发表时间:2018/7/10
标签：楼板论文; 结构论文; 剪力论文; 高层建筑论文; 框架论文; 开洞论文; 混凝土结构论文; 《基层建设》2018年第13期论文;