鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計

解素梅

摘要：我國的抗震設(shè)計思路大部分內(nèi)容是都符合其抗震設(shè)計的理念，但期間也有許多欠考慮的地方，迫切的需要我們加以完善。我國規(guī)定的“大震不倒中震可修，小震不壞”的三水準抗震設(shè)防目標也存在一定的問題。本文主要從高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計影響的因素來分析，從而在提高高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計質(zhì)量的方面也提出自己的一點建議。

關(guān)鍵詞：高層建筑;鋼筋混凝土結(jié)構(gòu);抗震設(shè)計;影響因素

前 ?言

在高層建筑的抗震設(shè)計過程中，抵抗水平力成為結(jié)構(gòu)設(shè)計的主要矛盾，因此抗側(cè)力結(jié)構(gòu)形式及其相應(yīng)結(jié)構(gòu)體系的確定成為結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的關(guān)鍵問題。尤其是近年來我國頻頻發(fā)生一些較大震級的地震，使得一些抗震性能較差的建筑物倒塌，不僅僅給社會經(jīng)濟帶來了極大的損失，甚至是威脅到了人民的生命財產(chǎn)安全。因此，建筑的抗震設(shè)計再次得到而來人們的高度重視，我國的建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計遵循兩階段、三水準的設(shè)計原則，三水準也就是“大震不倒、中震可修、小震不壞”。

一、高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在地震作用下的受力分析

1.荷載的反復作用

一般地震荷載作用下，建筑的受力主要是在水平方向的往復振動，即建筑發(fā)生左右搖擺的現(xiàn)象，這時的結(jié)構(gòu)所受的內(nèi)力是在不斷的進行正負交替變換，但因為地震持續(xù)的時間相對較短，而且建筑本身也具有一定的抗震阻尼，因而其內(nèi)力正負交變的次數(shù)不會太多，也就是說建筑在地震時的受力有低周期的特點。

2.屈服后的結(jié)構(gòu)受力

當?shù)卣鸬恼鸺壿^大、震感較為強烈時，超過一定范圍后，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)會在地震荷載作用下形成一定的損傷，尤其是在受力較大、薄弱部位的構(gòu)件與節(jié)點，更易出現(xiàn)裂縫，鋼筋也會有部分彎曲變形，致使構(gòu)件表面的混凝土剝落下來，但只要其結(jié)構(gòu)設(shè)計具有足夠的延性，雖然構(gòu)件破壞，但不會出現(xiàn)垮塌現(xiàn)象。

3.高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的抗震能力與安全穩(wěn)定性

當發(fā)生地震時，建筑的結(jié)構(gòu)所承受的荷載主要是表現(xiàn)在結(jié)構(gòu)的反應(yīng)加速度以及由質(zhì)量引起的慣性力中，具有很大的變動性，因而無法確定其所受到的具體的荷載值。但不能否認的是，在延性較大和變形能力較強的結(jié)構(gòu)中，地震發(fā)生時能夠在很大程度上耗散掉地震所帶來的作用力，從而減少地震荷載，避免建筑受到更大的損害。反之，若結(jié)構(gòu)設(shè)計的剛度較大，在地震來臨時，不能將地震的荷載消耗掉，反而會對結(jié)構(gòu)造成極大的破壞。

二、高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的思路及其不足

1.高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的思路

1.1制定有效的抗震措施。制定有效的抗震措施，可以使結(jié)構(gòu)確實具備設(shè)計時采用的R所對應(yīng)的延性能力。其中主要包括抗震構(gòu)造措施和內(nèi)力調(diào)整措施（強剪弱彎、強柱弱梁）。

1.2合理選擇確定結(jié)構(gòu)屈服水準的地震作用。一般是以具有統(tǒng)計意義的地面峰值加速度和不同的R（地震力降低系數(shù)）得到不同的設(shè)計，用地面運動加速度（即小震的）來進行結(jié)構(gòu)的強度設(shè)計，從而在一定程度上確定了結(jié)構(gòu)的屈服水準。隨著對規(guī)律認識的深入，這一規(guī)律已被各國規(guī)范所接受。這一理念的主要含義為：工程師應(yīng)該選擇合適的形態(tài)水準和地震荷載進行結(jié)構(gòu)設(shè)計?？拐鹪O(shè)計理念是基于對結(jié)構(gòu)非彈性性能的研究上建立起來的，其核心是在地面運動特征和不同滯回的規(guī)律之下，結(jié)構(gòu)的自振周期與其屈服的水準以及最大非彈性動力反應(yīng)之間的關(guān)系。

2.抗震設(shè)計思路中的不足

目前，國際上逐步形成了一套“多水準、多層次性態(tài)控制目標”的抗震理念。該設(shè)防目標對甲類、乙類、丙類這三類重要性不同的建筑來說，并不都是恰當?shù)?。這種籠統(tǒng)的設(shè)防目標也不符合當今國際上的“多水準，多層次性態(tài)控制目標思想，這種多性態(tài)目標思想提倡在建筑抗震設(shè)計中應(yīng)靈活采用多重性生態(tài)的目標。

三、高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的影響因素

1.結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性的影響因素

高層建筑隨著高度的增加，剛度相對減小，在水平載荷作用下，傾覆力矩加大，橫向變形增加，對結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性的要求也逐漸提高。影響整體穩(wěn)定性的主要因素，可概括為抗傾覆能力而和結(jié)構(gòu)的整體剛度兩個方面。適宜的結(jié)構(gòu)整體剛度，對限制結(jié)構(gòu)在遭遇中震、大震時的水平位移及層間位移，對減輕震害、防止突然倒塌、保證電梯等設(shè)備的正常運行、防止填充墻、裝修材料等的損壞有著重要意義。其合理性影響因素為建筑的高寬比、長寬比、抗震設(shè)防烈度、結(jié)構(gòu)形式、構(gòu)件布置等。

2.影響綜合抗力的因素

根據(jù)實踐經(jīng)驗分析，可以發(fā)現(xiàn)影響高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的整體綜合抗力的因素有很多種，有些是在設(shè)計中體現(xiàn)的，有些體現(xiàn)在施工中。對于設(shè)計來講，其影響因素主要有結(jié)構(gòu)的空間整體協(xié)調(diào)變形能力，即整體延性和空間的整體性的設(shè)計這兩方面。

結(jié)構(gòu)的整體延性一般用結(jié)構(gòu)的屈服變形與最大允許變形的比值表示。它是對整個結(jié)構(gòu)徹底破壞前超越彈性極限進一步承擔荷載能力的度量，取決于結(jié)構(gòu)構(gòu)件特別是關(guān)鍵部位或薄弱部位處構(gòu)件的延性。當建筑遭遇災難性地震時，在整個結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的前提下，良好的整體延性可以使其具有足夠的變形性能，實現(xiàn)預定屈服機制，以耗散地震能量，保護結(jié)構(gòu)不致發(fā)生倒塌破壞。

空間整體性是指在結(jié)構(gòu)承受地震作用的過程中協(xié)同各結(jié)構(gòu)構(gòu)件共同工作。保證豎向承載力。充分發(fā)揮結(jié)構(gòu)整體抗震性能及結(jié)構(gòu)體系各構(gòu)件抗震潛能的能力。這也是保證“大震不倒”的前提。它主要取決于構(gòu)件、長寬比、平面特征、結(jié)構(gòu)形式之間連接的屈服機制、構(gòu)件破壞特征、方式與質(zhì)量等的因素。

四、提高高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計質(zhì)量的建議

1.結(jié)構(gòu)抗震的本質(zhì)就是延性

對于受彎的構(gòu)件來說，會隨著荷載的增加，首先是要受到拉區(qū)的混凝土出現(xiàn)裂縫，表現(xiàn)出非彈性的變形，然后再受到拉鋼筋的屈服，受壓區(qū)高度就會隨之減小，受壓區(qū)混凝土壓碎，構(gòu)件最終遭到破壞，從受拉鋼筋屈服到受壓區(qū)的混凝土壓碎，是構(gòu)件的破壞過程。在這個過程之中，構(gòu)件的承載能力并沒有多大的變化。但其破壞的性質(zhì)決定了變形的大小。反之，假如結(jié)構(gòu)的延性不好，則就必須要有一個足夠大的承載力來抵抗地震荷載的作用。

2.“強剪弱彎”

剪切破壞基本上是沒有延性的，某部位一旦發(fā)生剪切破壞，該部位就將徹底退出工作，對于柱端的剪切破壞可導致結(jié)構(gòu)的局部或整體倒塌，因此可以設(shè)計時增大柱端、梁端、節(jié)點的組合剪力值，使結(jié)構(gòu)能在大震下的交替非彈性變形中。其任何構(gòu)件都不會先發(fā)生剪切破壞。

3.“強柱弱梁”

在設(shè)計的時候，增大柱相對于梁的抗彎能力，鋼筋混凝土框架在大震之下。梁端塑性鉸出現(xiàn)的比較早，在達到最大非線性位移時塑性轉(zhuǎn)動較大;而柱端塑性鉸出現(xiàn)較晚，達到最大非線性位移時塑性轉(zhuǎn)動較小，甚至根本不出現(xiàn)塑性鉸，從而保證框架具有一個較為穩(wěn)定的塑性耗能機構(gòu)和較大的塑性耗能能力。

五、結(jié)束語

總之，在高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計中，我們必須要充分的考慮到建筑的抗震性能，確保其結(jié)構(gòu)延性能夠達到一定的要求，從而保證結(jié)構(gòu)的變形能力，提高結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。在設(shè)計過程中應(yīng)當充分考慮到影響結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的因素，并通過合理的設(shè)計方法來避免這些因素的影響，確保建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

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