多層混凝土結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)探討

【摘要】為了盡量減少地震對(duì)人類帶來(lái)的損失，工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)顯得相當(dāng)關(guān)鍵。在對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)，分析結(jié)構(gòu)震害基礎(chǔ)上，進(jìn)行結(jié)構(gòu)的合理布置是設(shè)計(jì)重要步驟。本文通過(guò)根據(jù)結(jié)構(gòu)經(jīng)歷真實(shí)的地震考驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)或大型地震模擬試驗(yàn)的分析結(jié)果而建立起來(lái)的，總結(jié)出一些可行的結(jié)構(gòu)選型以及布置要點(diǎn)，為同行提供參考。

【關(guān)鍵詞】結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；抗震設(shè)計(jì)；震害分析；結(jié)構(gòu)布置

1.引言

多高層鋼筋混凝十結(jié)構(gòu)以其優(yōu)越的綜合性能齊城市建設(shè)中得到了廣泛的應(yīng)用。在我國(guó)，大部分的多高層房屋建筑都是用鋼筋油凝土結(jié)構(gòu)建造的。我國(guó)又是多地震國(guó)家。因此，掌握多高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)方法，顯然是十分重要。

2.結(jié)構(gòu)不合理布置產(chǎn)生的震害分析

2.1結(jié)構(gòu)布置不合理而產(chǎn)生的震害

（1）扭轉(zhuǎn)破壞。如果建筑物的平面布置不當(dāng)而造成剛度中心和質(zhì)量中心有較大的不重合者結(jié)構(gòu)沿豎向剛度有過(guò)大的突然變化，則極易使結(jié)構(gòu)在地震時(shí)產(chǎn)生嚴(yán)重破壞是由于過(guò)大的扭轉(zhuǎn)反應(yīng)或變形集中而引起的。

（2）薄弱層破壞。某結(jié)構(gòu)底部層為框架，以上各層為鋼筋混凝土抗震墻和框架，上部剛度比下部剛度大10倍左右。這種豎向的剛度突變導(dǎo)致地層時(shí)結(jié)構(gòu)的變形集小在底部?jī)蓪樱沟讓又鶉?yán)重酥裂，鋼筋壓曲，第二層偏移達(dá)600mm。震害調(diào)查表明，結(jié)構(gòu)剛度沿高度方向的突然變化，會(huì)使破壞集中在剛度薄弱的樓層，對(duì)抗震是不利的。1995年阪神地震時(shí)，大量的20層左右的高層建筑在第5層處倒塌，這是因?yàn)槿毡镜睦峡拐鹨?guī)范允許在第5層以上較弱。具有薄弱底層的房屋，易在地震時(shí)倒塌。

2.2不同結(jié)構(gòu)類型的地震破壞分析

（1）整體破壞形式?？蚣艿恼w破壞形式按破壞性質(zhì)可分為延性破壞和脆性破壞，按破壞機(jī)制分為梁鉸機(jī)制（強(qiáng)柱弱梁型）和桿鉸機(jī)制（強(qiáng)梁弱柱型）。梁鉸機(jī)制即塑性鉸出現(xiàn)在梁端，此時(shí)結(jié)構(gòu)能承受較大的變形，吸收較多的地震能量。柱鉸機(jī)制即塑性鉸出現(xiàn)在柱端，此時(shí)結(jié)構(gòu)的變形往往集中在某一薄弱層，整個(gè)結(jié)構(gòu)變形較小。此外，還有混合破壞機(jī)制，即部分結(jié)構(gòu)出現(xiàn)梁鉸破壞，部分結(jié)構(gòu)出現(xiàn)柱鉸破壞。

（2）局部破壞形式。構(gòu)件塑性鉸處的破壞現(xiàn)象表明，這時(shí)構(gòu)件在受彎和受壓破壞時(shí)會(huì)出現(xiàn)這種情況。在塑件鉸處，混凝土?xí)l(fā)生嚴(yán)重剝落，并且鋼筋會(huì)向外鼓出?？蛄褐钠茐摹惆l(fā)生在柱的上下端，其中以下端的破壞更為常見(jiàn)。其表現(xiàn)形式為混凝土被壓碎，縱筋受受屈曲。

構(gòu)件的剪切破壞表明當(dāng)構(gòu)件的抗剪強(qiáng)度較低時(shí)，會(huì)發(fā)生脆性的剪切破壞。節(jié)點(diǎn)的破壞表現(xiàn)在節(jié)點(diǎn)的配筋或構(gòu)造不當(dāng)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)十字交叉裂縫形式的剪切破壞，后果往往較嚴(yán)重。節(jié)點(diǎn)區(qū)箍筋過(guò)少或節(jié)點(diǎn)區(qū)鋼筋過(guò)密都會(huì)引起節(jié)點(diǎn)區(qū)的破壞。短柱破壞表現(xiàn)在柱子較短時(shí)，剪跨比過(guò)小，剛度較大，柱中的地震力也較大，容易導(dǎo)致柱子的脆性剪切破。填充墻的破壞則表現(xiàn)在柱的軸壓比過(guò)大時(shí)使柱處于小偏心受壓狀態(tài)，引起柱的脆性破壞。鋼筋的搭接不合理，造成搭接處破壞。

3.合理抗震的結(jié)構(gòu)布置

3.1結(jié)構(gòu)選型

框架結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)自身重量輕，適合于要求房屋內(nèi)部空間較人、布置靈活的場(chǎng)合。整體重量的減輕能有效減小地震作用。如果設(shè)計(jì)合理，框架結(jié)構(gòu)的抗震件能一般較好，能達(dá)到很好的延性。但同時(shí)由于側(cè)向剛度較小，地震時(shí)水平變形較大，易造成非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞。結(jié)構(gòu)較高時(shí)，過(guò)大的水干位移引起的P—Δ效應(yīng)也較大，從而使結(jié)構(gòu)的損傷更為嚴(yán)重。故框架結(jié)構(gòu)的高度不宜過(guò)高。抗震墻結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是側(cè)向剛度大，強(qiáng)度高，空間整體性能好。然而，由于墻體多，重量大，地震作用也大，并且內(nèi)部空間的布置和使用不夠靈活?？拐饓Y(jié)構(gòu)比較適合于住宅、旅館等建筑，因此這類建筑墻體較多，分隔較均勻，使承重結(jié)構(gòu)和維護(hù)結(jié)構(gòu)達(dá)到較高程度的統(tǒng)一。在抗震墻結(jié)構(gòu)中、為滿足在底層設(shè)商店等大空間的需要，常把底部一至幾層改為框架結(jié)構(gòu)或框架抗震墻結(jié)構(gòu)，稱之為底部大空間抗震墻結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的抗震件能較差，故須對(duì)其高度進(jìn)行限制。框架—抗震墻結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是在一定程度上克服了純框架和純抗震墻結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)，發(fā)揮了各自的長(zhǎng)處，剛度較大，自重較輕，平面布置較靈活，并且結(jié)構(gòu)的變形較均勻?？拐鹦阅茌^好，多用于辦公樓和旅館建筑。此外，還有筒體結(jié)構(gòu)、巨型框架結(jié)構(gòu)和懸吊結(jié)構(gòu)等等。

3.2結(jié)構(gòu)布置

（1）平面布置。結(jié)構(gòu)的平面布置是指在結(jié)構(gòu)平畫圖上布置柱和墻的位置以及樓蓋的傳力方式。從抗震的角度看，最主要的是使結(jié)構(gòu)平面的質(zhì)量中心和剛度中心重合或盡可能靠近，以減小結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)反應(yīng)。因?yàn)榈卣鹨鸬膽T性力作用在樓層平面的質(zhì)量中心，而樓層平面的抗力則作用在其剛度中心，二者的作用線不重合時(shí)就會(huì)產(chǎn)生扭距，其值等于兩者者作用線之間的距離乘以樓層慣性力的值。因此，結(jié)構(gòu)平面應(yīng)在xy兩個(gè)正交方向?qū)ΨQ、均勻。且平面布置應(yīng)使得平面作為一個(gè)截面有盡可能大的抗扭剛度，以抵抗事實(shí)上難以完全避免的扭矩。因此，結(jié)構(gòu)的平面布置應(yīng)當(dāng)簡(jiǎn)單、對(duì)稱和規(guī)則，旦不應(yīng)采用角部重疊的平面圖形或細(xì)腰形平面圖形。在框架結(jié)構(gòu)和抗震墻結(jié)構(gòu)中，框架和抗震墻均應(yīng)雙向設(shè)置，柱中線與抗震墻中線、粱中線與柱中線之間的偏心距不宜大于柱寬的1/4。

（2）堅(jiān)向布置。結(jié)構(gòu)沿豎向布置應(yīng)當(dāng)是均勻而少變化，使結(jié)構(gòu)的剛度沿豎向均勻。如結(jié)構(gòu)沿豎向需變化，則宜均勻變化，避免沿豎向剛度的突變。當(dāng)需要采用防震縫分開(kāi)的結(jié)構(gòu)單元內(nèi)，不應(yīng)有錯(cuò)層和局部加層，同一樓層應(yīng)在同一標(biāo)高內(nèi)。

（3）非承重構(gòu)件。非承重墻體的材料、選型和布置，應(yīng)根據(jù)烈度、房屋高度、建筑體型、結(jié)構(gòu)層間變形、墻體自身抗側(cè)力性能的利用等因素，經(jīng)綜合分析后確定。非承重墻體應(yīng)優(yōu)先選用輕質(zhì)墻體材料。剛性非承重墻體的加量，應(yīng)避免使結(jié)構(gòu)形成剛度和強(qiáng)度分布上的突變。墻體與主體結(jié)構(gòu)應(yīng)有可靠的拉結(jié)，應(yīng)能適應(yīng)主體結(jié)構(gòu)不同方向的層間位移；8、9度時(shí)應(yīng)具有滿足層間變位的變形能力，與懸桃構(gòu)件相連時(shí)，尚應(yīng)具有滿足節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)引起的豎向變形的能力。外墻板的連接件應(yīng)具有足夠的延性和適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)動(dòng)能力，適宜滿足在設(shè)防烈度下主體結(jié)構(gòu)層間變形的要求。砌體墻應(yīng)采取措施減少對(duì)主體結(jié)構(gòu)的不利影響，并應(yīng)當(dāng)設(shè)置拉結(jié)筋、水平系梁、圈梁、構(gòu)造柱等與主體結(jié)構(gòu)可靠連接。

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的砌體填充墻，適宜與柱脫開(kāi)或采用柔性連接，并應(yīng)符合下列要求：填充墻在平面和豎向的布置并且宜均勻?qū)ΨQ，避免形成薄弱層或者短柱。砌體的砂漿強(qiáng)度等級(jí)應(yīng)當(dāng)有保證，同時(shí)應(yīng)當(dāng)對(duì)墻體與混凝土構(gòu)件之間有可靠的連接墻。

4.結(jié)語(yǔ)

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是工業(yè)與民用建筑中最常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)類型。在我國(guó)，其抗震設(shè)計(jì)思想發(fā)展至今已形成較為成熟的體系，然而現(xiàn)行抗震設(shè)計(jì)體系依然存在各種各樣的問(wèn)題，這些問(wèn)題有待進(jìn)一步解決和完善，文章對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行探討，旨在為同行提供參考。

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