我國(guó)高層建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)初探

王海翠

摘要 在高層建筑工程項(xiàng)目建設(shè)中，抗震設(shè)計(jì)是整個(gè)建筑工程最為重要的環(huán)節(jié)，在設(shè)計(jì)中需要綜合考慮到多方面的因素。本文結(jié)合工作實(shí)踐分析了我國(guó)高層建筑抗震設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題，并提出了一些自己的看法，希望對(duì)同行們有一定的參考作用。

關(guān)鍵詞 高層建筑；抗震結(jié)構(gòu)；抗震設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)TU97 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A 文章編號(hào) 1674-6708（2011）43-0029-02

0引言

20余年來(lái)，世界上一些大城市先后發(fā)生了若干次大地震，有不少高層建筑遭受破壞或倒塌。通過(guò)震害分析及專門研究，對(duì)高層建筑的破壞規(guī)律逐步有了更多的認(rèn)識(shí)。在一次大地震中破壞嚴(yán)重的往往不是高層建筑。正確設(shè)計(jì)與良好施工的高層建筑在強(qiáng)震作用下可以具有可靠的抗震性能。當(dāng)然高層建筑遭到地震破壞會(huì)比一般建筑帶來(lái)更大的生命和經(jīng)濟(jì)上的損失，因此必須慎重對(duì)待。高層建筑抗震是通過(guò)結(jié)構(gòu)耗能來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此必須采取有效措施保證整體結(jié)構(gòu)及構(gòu)件具有較高的延性，否則在大震作用下就可能造成嚴(yán)重破壞。對(duì)高層建筑而言，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)必須有足夠的承載力和抗轉(zhuǎn)動(dòng)能力。同一地區(qū)的房屋由于設(shè)計(jì)考慮不同，結(jié)構(gòu)的抗震能力有較大差別，這也是同一地震造成建筑的不同程度損失的一個(gè)重要因素。

1 我國(guó)高層建筑抗震設(shè)計(jì)中存在問(wèn)題的反思

1.1高度問(wèn)題

按我國(guó)現(xiàn)行高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程（JGJ3-2002）規(guī)定，許多混凝土結(jié)構(gòu)高層建筑的高度超過(guò)了國(guó)家規(guī)定的高度。對(duì)于這種超過(guò)國(guó)家高度限制的高層建筑項(xiàng)目，應(yīng)當(dāng)采取科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)拇胧菏紫缺仨氁?jīng)過(guò)相關(guān)專家的論證，其次要進(jìn)行模型振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)。在地震力影響下，超過(guò)國(guó)家高度限制的高層建筑項(xiàng)目的變形破壞性態(tài)會(huì)發(fā)生巨大的變化。因?yàn)殡S著建筑項(xiàng)目高度的不斷增加，許多影響因素也會(huì)跟著發(fā)生質(zhì)變，即有些參數(shù)本身超出了現(xiàn)有規(guī)范的適宜范圍，例如安全指標(biāo)、延性要求、材料性能、荷載取值、力學(xué)模型選取等。

1.2材料的選用和結(jié)構(gòu)體系問(wèn)題

在地震多發(fā)區(qū)，采用何種建筑材料或結(jié)構(gòu)體系較為合理應(yīng)該得到人們的重視。由于結(jié)構(gòu)以鋼筋混凝土核心筒為主，變形控制要以鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的位移限值為基準(zhǔn)。但因其彎曲變形的側(cè)移較大，靠剛度很小的鋼框架協(xié)同工作減小側(cè)移，不僅增大了鋼結(jié)構(gòu)的負(fù)擔(dān)，且效果不大，有時(shí)不得不加大混凝土筒的剛度或設(shè)置伸臂結(jié)構(gòu)，形成加強(qiáng)層才能滿足規(guī)范側(cè)移限值；此外，在結(jié)構(gòu)體系或柱距變化時(shí)，需要設(shè)置結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層。加強(qiáng)層和轉(zhuǎn)換層都在本層形成大剛度而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)剛度突變，常常會(huì)使與加強(qiáng)層或轉(zhuǎn)換層相鄰的柱構(gòu)件剪力突然加大，加強(qiáng)層伸臂構(gòu)件或轉(zhuǎn)換層構(gòu)件與外框架柱連接處很難實(shí)現(xiàn)強(qiáng)柱弱梁。因此在需要設(shè)置加強(qiáng)層及轉(zhuǎn)換層時(shí)，要慎重選擇其結(jié)構(gòu)模式，盡量減小其本身剛度，減小其不利影響。

1.3軸壓比與短柱問(wèn)題

在鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)中，往往為了控制柱的軸壓比兩使柱的斷面很大，而柱的縱向鋼筋卻為構(gòu)造配筋。即使采用高強(qiáng)混凝土，柱斷面尺寸也不能明顯減小。限制柱的軸壓比是為了使柱子處于大偏壓狀態(tài)，防IE受拉鋼筋未達(dá)屈服而混凝土被壓碎，柱的塑性變形能力小，則結(jié)構(gòu)的延性就差。當(dāng)遭遇地震時(shí)，耗散和吸收地震能量少，結(jié)構(gòu)容易被破壞。

2 高層建筑抗震設(shè)計(jì)的對(duì)策

高層建筑抗震設(shè)計(jì)除了選擇合理的結(jié)構(gòu)類型和結(jié)構(gòu)體系以及必要的計(jì)算分析以外，更重要的是在設(shè)計(jì)中全面考慮以下幾點(diǎn)要求：

1）結(jié)構(gòu)的承載力和剛度要均勻連續(xù)分布適應(yīng)結(jié)構(gòu)反應(yīng)的要求。結(jié)構(gòu)某一部位超強(qiáng)或強(qiáng)度不足，在地震作用下都可能形成結(jié)構(gòu)的相對(duì)薄弱部位而導(dǎo)致破壞。以上不僅是對(duì)主體結(jié)構(gòu)而言，非結(jié)構(gòu)墻體的不規(guī)則和不連續(xù)布置也會(huì)引起同樣的后果。底層相對(duì)薄弱比上層相對(duì)薄弱更為不利。要控制剛度和承載力的變化幅度，進(jìn)行必要的變形分析。高層建筑的頂部往往有突出的塔樓。由于高振型的作用對(duì)塔樓要求有較高的承載力與延性，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)往往不能滿足要求，可以采用型鋼一混凝土組合結(jié)構(gòu)或鋼結(jié)構(gòu)。當(dāng)然要注意兩類結(jié)構(gòu)的連接；

2）盡可能從設(shè)計(jì)和構(gòu)造上實(shí)現(xiàn)多道抗震防線。例如框架結(jié)構(gòu)首先是框架梁屈服，最后是柱屈服。在框剪結(jié)構(gòu)中第一道防線是剪力墻的約束梁，其次是剪力墻和框架。在剪力墻結(jié)構(gòu)中利用連梁的屈服耗能防止或推遲剪力墻肢的屈服。要實(shí)現(xiàn)這一要求必須根據(jù)結(jié)構(gòu)反應(yīng)控制各部件的強(qiáng)弱關(guān)系；

3）控制結(jié)構(gòu)的屈服部位盡可能實(shí)現(xiàn)理想的機(jī)制，也就是橫向構(gòu)件屈服而豎向構(gòu)件除根部外均處于彈性。例如框架結(jié)構(gòu)要求強(qiáng)柱弱梁，剪力墻結(jié)構(gòu)要求強(qiáng)墻肢弱連梁等。要完全實(shí)現(xiàn)理想的機(jī)制，需要有較大的強(qiáng)弱差別，在設(shè)計(jì)中可以按照不同抗震標(biāo)準(zhǔn)適當(dāng)掌握；

4）平面和外型比較復(fù)雜的建筑，為了減輕破壞防止倒塌各結(jié)構(gòu)單元之間可以設(shè)縫徹底分離也可以不設(shè)縫而加強(qiáng)連接。對(duì)于高層建筑而言應(yīng)盡可能創(chuàng)造條件不設(shè)防震縫，這樣對(duì)于建筑處理、防止碰撞以及提高抗倒塌能力都是有利的。當(dāng)然不設(shè)縫要考慮剛度突變、沉降不均等不利作用。必須設(shè)縫時(shí)，縫寬除考慮結(jié)構(gòu)的側(cè)移外還應(yīng)考慮由于基礎(chǔ)轉(zhuǎn)動(dòng)帶來(lái)的位移增大影響；

5）節(jié)點(diǎn)連接的承載力和剛度要與構(gòu)件的承載力和剛度相適應(yīng)。節(jié)點(diǎn)的抗力應(yīng)大于被連接構(gòu)件的全截面抗力。要從構(gòu)造上采取措施避免節(jié)點(diǎn)的剛度和承載力過(guò)早退化，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變形過(guò)大而失穩(wěn)破壞。這對(duì)于無(wú)支撐體系的框架特別是裝配式鋼筋混凝土框架是非常重要的問(wèn)題。裝配式鋼筋混凝土大板結(jié)構(gòu)剪力墻的連接，特別是水平連接很難保證接縫密實(shí)均勻受力，在強(qiáng)震作用下容易產(chǎn)生樓層滑移影響整體穩(wěn)定。加強(qiáng)剪力墻的豎向邊緣結(jié)構(gòu)或沿豎向施加預(yù)應(yīng)力可以增強(qiáng)抗滑移能力。

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