高層建筑工程中的鋼筋混凝土抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

摘 要：在我國(guó)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展帶動(dòng)下，城市用地與居住空間日益緊張，因此人們對(duì)高層建筑項(xiàng)目工程的需求提高了。有關(guān)單位與設(shè)計(jì)人員一方面需要學(xué)習(xí)并應(yīng)用先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念和科學(xué)的知識(shí)技術(shù)，另一方面應(yīng)當(dāng)使用保證高層建筑工程項(xiàng)目的安全與質(zhì)量，提升高層建筑工程的抗震性能。下文中，筆者將從如何增強(qiáng)高層建筑工程項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與抗震性出發(fā)，探究鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)于高層建筑工程項(xiàng)目中的應(yīng)用與設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：高層建筑工程項(xiàng)目；鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1 高層建筑的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系概論

高層建筑工程項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)當(dāng)將建筑設(shè)計(jì)目標(biāo)、占地面積、建筑高度、地質(zhì)勘查信息、防震級(jí)數(shù)設(shè)定、建筑空間結(jié)構(gòu)、選用原材料、框架施工技術(shù)等情況，預(yù)先考察、評(píng)估清楚，在分析判斷后，擬定出具體的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)能夠有效提升室內(nèi)空間的使用效率與靈活性，同時(shí)具有承重性能高、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、耐久性良好的優(yōu)勢(shì)。如果建筑工程項(xiàng)目的建設(shè)高度較低，建筑結(jié)構(gòu)在水平方面所承受的載荷數(shù)值較低，那么框架結(jié)構(gòu)即可滿足工程項(xiàng)目的要求，因?yàn)榭蚣芙Y(jié)構(gòu)能夠?qū)⑺椒较蛏系某兄剌d荷交由梁、柱承擔(dān)，減掉了建筑墻體的承重，普遍適用于對(duì)抗震性能要求較低、建筑項(xiàng)目樓層數(shù)較低的工程中。如果建筑工程項(xiàng)目對(duì)單位空間面積的要求較低，可以增加墻體的數(shù)量，采用剪力墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，起到布局合理、美觀實(shí)用的設(shè)計(jì)效果。另外，高層建筑結(jié)構(gòu)中也經(jīng)常會(huì)使用框-剪及框-筒結(jié)構(gòu)體系，這兩種結(jié)構(gòu)形式均具備很好的受力性能，建筑內(nèi)部使用空間優(yōu)于純剪力墻結(jié)構(gòu)體系，故被廣泛用于內(nèi)部使用空間要求較大的建筑，設(shè)計(jì)師在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)注意框架與剪力墻（核心筒）二者由于存在變形差異，故確保二者能協(xié)同受力顯得尤為重要。

2 高層建筑的鋼筋混凝土抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 降低地震災(zāi)害對(duì)建筑工程的結(jié)構(gòu)影響

高層建筑工程項(xiàng)目的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在抗震設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)當(dāng)對(duì)設(shè)計(jì)方案實(shí)施數(shù)據(jù)分析，確保建筑所采用的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠起到防震效果。尤其當(dāng)工程項(xiàng)目的樓層數(shù)量多、高度較高，應(yīng)當(dāng)確保地基的堅(jiān)固性，提升建筑的抗震效果。

2.2 運(yùn)用高延性設(shè)計(jì)、推廣消震和隔震措施

在我國(guó)，許多高層建筑進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)，多采用延性結(jié)構(gòu)，也就是適當(dāng)控制建筑結(jié)構(gòu)的剛度，允許地震時(shí)結(jié)構(gòu)的構(gòu)件進(jìn)入到具有很大延性的塑性狀態(tài)，從而消耗地震作用時(shí)的能量，使地震反應(yīng)減小，減弱地震給高層建筑帶來的破壞。如果某高層建筑的承載能力較小，但是具有較高的延性，那么在地震中它也不容易倒塌，因?yàn)檠有詷?gòu)件可以吸收較多的能量，經(jīng)受住很大的結(jié)構(gòu)變形。延性結(jié)構(gòu)的運(yùn)用，在很多情況下是有效的，它可以消耗地震能量，減輕地震反應(yīng)，使建筑物“裂而不倒”。

2.3 高度的確定

按我國(guó)現(xiàn)行高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程（JG J3-2002）規(guī)定，在一定設(shè)防烈度和一定結(jié)構(gòu)型式下，鋼筋混凝土高層建筑都有一個(gè)適宜的高度。這個(gè)高度是我國(guó)目前建筑科研水平、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和施工技術(shù)水平下，較為穩(wěn)妥的，也是與目前整個(gè)結(jié)構(gòu)規(guī)范體系相協(xié)調(diào)的?？蓪?shí)際上，已有許多混凝土結(jié)構(gòu)高層建筑的高度超過了這個(gè)限制。對(duì)于超高限建筑物，應(yīng)當(dāng)采取科學(xué)謹(jǐn)慎的態(tài)度：一要有專家論證，二要有模型振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)。在地震力作用下，超高限建筑物的變形破壞性態(tài)會(huì)發(fā)生很大的變化。因?yàn)殡S著建筑物高度的增加，許多影響因素將發(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，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。

2.4 材料的選用和結(jié)構(gòu)體系

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。我國(guó)高度150m以上的建筑，采用的3種主要結(jié)構(gòu)體系（框—筒、筒中筒和框架—支撐體系），都是其他國(guó)家高層建筑采用的主要體系。但國(guó)外，特別在地震區(qū)，是以鋼結(jié)構(gòu)為主，而在我國(guó)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)及混合結(jié)構(gòu)占了90%。如此高的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)及混合結(jié)構(gòu)，國(guó)內(nèi)外都還沒有經(jīng)受較大地震作用的考驗(yàn)。在高層建筑中采用框架———核心筒體系，因其比鋼結(jié)構(gòu)的用鋼量少，又可減少柱子斷面，故常被業(yè)主所看中。混合結(jié)構(gòu)的鋼筋混凝土內(nèi)簡(jiǎn)往往要承受80%以上的震層剪力，有的高達(dá)90%以上。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。在高層建筑中，應(yīng)注意結(jié)構(gòu)體系及材料的優(yōu)選?，F(xiàn)在我國(guó)鋼材生產(chǎn)數(shù)量已較大，建筑鋼材的類型及品種也在逐步增多，鋼結(jié)構(gòu)的加工制造能力已有了很大提高，因此在有條件的地方，建議盡可能采用鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)、鋼管混凝土（柱）結(jié)構(gòu)或鋼結(jié)構(gòu)，以減小柱斷面尺寸，并改善結(jié)構(gòu)的抗震性能。在超過一定高度后，由于鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量較小而且較柔，為減小風(fēng)振而需要采用混凝土材料，鋼骨（鋼管）混凝土，通常作為首選。另外，許多高層建筑底部幾層柱雖然長(zhǎng)細(xì)比小于4，但并不一定是短柱。因?yàn)榇_定是不是短柱的參數(shù)是柱的剪跨比，只有剪跨比≤2的柱才是短柱。有專家學(xué)者提出現(xiàn)行抗震規(guī)范應(yīng)采用較高軸壓比。但是即使能調(diào)整軸壓比限值，柱斷面并不能由于略微增大軸壓比限值而顯著減小。因此在抗震的超高層建筑中采用鋼筋混凝土是否合理值得商榷。

綜上所述，高層建筑工程項(xiàng)目對(duì)結(jié)構(gòu)抗震的性能要求較高，有關(guān)單位與其設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)綜合考量到承重結(jié)構(gòu)中的各項(xiàng)影響因素，不斷提升自身的專業(yè)能力，優(yōu)化高層建筑工程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，降低安全風(fēng)險(xiǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1]郭華，江雄華.現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方法研究[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2010，（16）：176.

（作者單位：大連明日環(huán)境工程有限公司）