高层建筑框架结构的抗震设计

高层建筑框架结构的抗震设计

杨超

身份证：44142519740722XXXX

摘要：框架结构作为一种常见的结构形式为我们所应用，框架结构体系具有建筑平面布置灵活，使用空间大、便于分隔、延性较好等特点。框架结构设计应符合安全适用、技术先进、经济合理、便于施工的结构设计原则。

关键词：高层建筑框架结构抗震设计构造措施

前言：框架结构在现代建筑中已经非常普及，框架结构的特点是开间大、灵活性好、抗震性能较好，造价较低等。因此，重视框架结构中框架柱的抗震设计，同时，必要的抗震构造措施不应忽视。在目前的设计工作中，做好短柱抗震性设计与研究十分必要，是保证工程整体性与质量要求的关键所在。

一、高层建筑框架结构设计概述

在高层建筑设计中，框架结构设计是整个建筑结构设计工作中的基础环节，也是基础性设计工作。在目前的建筑工程项目中，建筑结构设计已成为整个施工项目中不可缺少的一部分，是建筑设计中较为重要的一项工作环节和工作内容。由于框架结构具有整体性好、围护墙体轻、抗震性好、施工速度快、布局灵活多样，在许多工程中得到广泛应用。

二、框架结构平面、竖向布置的原则

2.1为了保证框架结构的抗震安全，结构应具有必要的承载力、刚度、稳定性、延性及耗能等性能。设计中应合理地布置抗侧力构件，减少地震作用下的扭转效应；平面布置宜规则、对称，并应具有良好的整体性；结构的侧向刚度宜均匀变化，竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自下而上逐渐减小（不应在同一层同时改变构件的截面尺寸和材料强度），避免抗侧力结构的侧向刚度和承载力突变。

2.2框架结构宜设计成双向梁柱结构体系以承受纵横两个方向的地震作用及风荷载。特殊情况下，需采用框架和排架两种结构体系时，应在两结构之间设置防震缝，以保证结构的承载力、刚度和稳定性。设计中，排架结构和框架结构之间应按规范要求设置一定距离的防震缝，使两种结构形式分开。

2.3抗震设计的框架结构，不宜采用单跨框架。框架结构按抗震设计时，不应采用部分由砌体墙承重的混合形式。框架结构中的楼、电梯间及局部出屋顶的电梯机房、楼梯间、水箱间等，应采用框架承重，不应采用砌体墙承重。填充砌块墙应根据构造要求设置构造柱、圈梁等非受力构件，增强与主体结构的整体性。

2.4梁、板、柱等结构构件的选取。对于框架主梁，一般取跨度的1/8～1/12，次梁取跨度的1/15～1/18，对于框架柱一般取层高的1/20，对于板，双向板不小于跨度的1/40，单向板不小于跨度的1/35。以上均为构件的初估数值，需通过结构验算确定其合理截面。

2.5结构的平面、竖向布置还应结合建筑功能的要求，譬如对于较大的空间，梁、柱放置的位置、方式等都应满足建筑功能使用要求的原则，正确的布置。

三、框架结构抗震设计步骤

与非抗震结构设计相比，考虑抗震的结构设计在确定结构方案和结构布置时要考虑结构的自震周期避开场地的卓越的周期，否则应调整结构平面，直至满足为止。在框架结构的抗震设计中大部分可分为以下几个步骤：①根据设计基本资料确定地震计算参数。②进行抗震概念设计，合理布置结构体系。③根据地震设计参数计算结构的总体地震响应，检查各地震控制指标是否满足规范要求，不满足的要调整结构体系直至满足为止。④计算地震力。⑤根据地震力计算结构内力。⑥根据内力计算结果计算各构件配筋。⑦按照规范要求调整截面配筋，并采取各种抗震构造措施。

四、框架结构抗震设计的基本要求

有抗震性要求的框架结构，应设计成延性框架，遵守“强柱弱梁”、“强剪弱弯”、强节点、强锚固等设计原则，柱截面不宜过小，应满足结构侧移变形及轴压比的要求。在进行框架结构抗震设计的时候，需要确定框架结构的抗震等级，根据不同的等级进行设计，主要是为保证框架结构具有较好的延性，并且能满足合理、经济的设计要求。构件设计时应满足各自的基本要求：①框架结构在进行梁端抗震设计时，既要允许塑性铰在梁上出现又不要发生梁剪切破坏，同时还要防止由于梁筋屈服渗入节点而影响节点核心区的性能，使梁形成塑性铰后仍有足够的受剪承载力，梁筋屈服后，塑性铰区段应有较好的延性和耗能能力。②框架柱在设计时，应该遵循强柱弱梁，使柱尽量不要出现塑性铰，在弯曲破坏之前不发生剪切破坏，使柱有足够的抗剪能力，同时控制柱的剪切比不要太大。③框架节点在地震破坏时，主要是节点核心区剪切破坏和钢筋锚固破坏，因此在设计时，要采取“强节点弱构件”的设计概念，保证在多遇地震时，节点应在弹性范围内工作；在罕遇地震时，节点承载力的降低不得危及竖向荷载的传递。

五、框架结构构件抗震设计的构造措施

在进行构件截面设计时，须求的控制截面的最不利内力作为配筋的依据。对框架梁，一般选梁的两端截面（最大负弯矩）和跨内截面（最大正弯矩）为控制截面，对框架梁柱，则选柱的上下段截面为控截面。最不利的内力就是在控制截面处对截面配筋起控制作用的内力。同一控制截面，可能有好几组最不利的内力组合。内力组合的目的就是要求得控制截面上的最不利内力。为了求的控制截面上的最不利的内力组合，应考虑到荷载同时出现的可能性，对荷载效应进行组合。荷载效应组合应按照考虑地震作用组合和不考虑地震组合分别进行。

在目前的建筑工程项目中，影响框架短柱结构的应用也较为常见。剪跨比是反映柱截面承受的弯矩与剪力相对大小的一个参数，短柱端部截面的弯矩和剪力短柱截面高度柱的剪跨比剪跨比X>2时，称为长柱，一般会出现弯曲破坏剪跨比1.5≤2时，称为短柱，多数会出现剪切破坏，当提高混凝土强度或配有足够的箍筋时，可能出现具有一定延性的剪压破坏。剪跨比h<1.5时，称为极短柱，一般发生脆性的剪力斜拉破坏，抗震性能不好，设计时应当尽置避免这种极短柱，否则需要采取特殊措施，慎重设计。

六、高层框架结构的短柱的处理办法

我国是一个多震的国家，根据我国地震的情况及抗震设计的传统习惯，提出了“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设防目标。为了达到中震可修、大震不倒的目地应使框架柱具有一定的延性。

6.1箍筋加密方式

抗震等级：是设计部门依据国家有关规定，按“建筑物重要性分类与设防标准”，根据烈度、结构类型和房屋高度等，而采用不同抗震等级进行的具体设计。以钢筋混凝土框架结构为例，抗震等级划分为四级，以表示其很严重、严重、较严重及一般的四个级别，即一、二、三、四级四个等级配置复合箍筋、螺旋箍可以对核芯区混凝土形成良好的约束作用，应沿全高加密，来提高柱的抗剪承载力和延性，达到改善抗震性能的目地。

6.2配置“X”筋

通过将部分纵筋沿柱对角线方向成斜向交叉配置，使部分纵筋内移并使粘结应力分布到混凝土内部，形成“x”筋，配置这样既可以避免密排纵筋造成的排列困难及可能引的粘结破坏，又可使“x”形纵筋承担一部分剪力，从而避免柱发生剪切破坏。

6.3采用分体柱

钢筋混凝土分体柱技术就是在柱中沿竖向用预制混凝土分隔板将短柱分为2或4个柱肢组成的分体柱，分体柱的各柱肢分开配筋。试验表明：采用分体柱的方法虽然使柱子的抗剪承载力基本不变，抗弯承载力稍有降低，但是使柱子的变形能力和延性均得到显著提高，其破坏形态由剪切型转化为弯曲型，从而实现了短柱变“长柱”的设想，有效改善了短柱尤其是极短柱的抗震性能，分体柱方法已在实际工程中得到应用。

结束语：随着高层建筑框架结构应用的日益广泛，在设计的过程中要充分的利用当前各种技术手段和方式，针对框架结构中的各种因素综合分析处理，进行设计。设计师在设计中要明确自己的责任，提高对结构设计质量安全问题的辨别能力，提高建筑结构质量安全。