高層鋼精混凝土建筑結(jié)構(gòu)抗震延性設(shè)計

尚義明

摘要：現(xiàn)在全國各地都有高層建筑，可是各地的地質(zhì)條件不同，位置于地震區(qū)的高層建筑就很容易地震的影響，地震是不能控制的，而且級別較大的地震區(qū)會出現(xiàn)很嚴重的后果，這就需要對建筑加強抗震延性設(shè)計，本篇文章主要講述高層建筑抗震延性的設(shè)計。

關(guān)鍵詞：高層混凝土；建筑結(jié)構(gòu)；抗震設(shè)計

1、淺析高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的必要性

1.1建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計是什么概念

現(xiàn)在談到建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計，就是考驗建筑的抗震能力，給人們提供最大安全性建筑的一種設(shè)計方案。我國近些年，也發(fā)生過很多大型地震，給國家和人民帶來了巨大地損失。但是在這么多次地震中，國家的相關(guān)部門總結(jié)了很多工程建筑的經(jīng)驗，就是以這些經(jīng)驗作為抗震設(shè)計的基礎(chǔ)，來不斷完善建筑的結(jié)構(gòu)體系。

1.2加強高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計是必經(jīng)之路

自從產(chǎn)生了建筑結(jié)構(gòu)抗震的概念后，高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計更應(yīng)該把抗震元素考慮在內(nèi)。因為我國本身就是處于地震帶多的國家，這幾年來也頻繁地發(fā)生地震，我國大多數(shù)地區(qū)的高層混凝土建筑的抗震能力差，都出現(xiàn)多處裂縫及崩塌的現(xiàn)象。正是上述原因，加強高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計是當(dāng)務(wù)之急?，F(xiàn)在在抗震設(shè)計中，并不是簡簡單單地分析計算就可以的，要重視概念設(shè)計，這才能保證結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性，地震時震動的周期是個變數(shù)，在設(shè)計中一定得考慮到這個概念，在高層結(jié)構(gòu)計算時，一定要保證數(shù)據(jù)的精確性、再將地震的因素考慮在內(nèi)，才能更好地做高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計。

2、延性設(shè)計的重要性

現(xiàn)在，結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的根本原則是：“ 小震不壞，中震可修，大震不倒”。假如把建筑物設(shè)計成在強烈地震作用下依然呈彈性反應(yīng)，那么建筑物的造價將是特別昂貴的。在現(xiàn)實項目中實行延性設(shè)計有著巨大的意義，我們可以從延性構(gòu)造的優(yōu)異性中深刻的體會到： 第一，破壞前有顯著預(yù)兆，破壞經(jīng)過緩慢，保證生命安全，財產(chǎn)損失減少，所以能使用偏小的計算安全可靠度。 第二，發(fā)生非預(yù)計荷載，比如有時超載，荷載反向，溫度升高或基礎(chǔ)沉降引發(fā)附加內(nèi)力等狀況下，有較強的承受與抗衡能力。第三，有利于完成超靜定構(gòu)造的內(nèi)力充足重部署。延性結(jié)構(gòu)允許構(gòu)件的一些臨界截面有必定的轉(zhuǎn)動能力，變成塑性鉸范圍，發(fā)生內(nèi)力重部署，從而讓鋼筋混凝土超靜定構(gòu)造可以依塑性辦法實行設(shè)計，獲得有利的彎矩部署，讓配筋合理，節(jié)省材料，并且方便施工。第四，在承受動力作用狀況下，可以把慣性力減小，吸收更大動能，動力反應(yīng)降低，破壞程度減輕，避免構(gòu)造倒塌和有利于修復(fù)。第五，延性結(jié)構(gòu)的后期變形能力，能夠作為各種意外狀況時的安全儲備。

3、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的延性抗震設(shè)計

3.1強柱弱梁

人為增大柱相對于梁的抗彎能力，讓鋼筋混凝土框架在大震下，梁端塑性鉸產(chǎn)生較早，塑性轉(zhuǎn)動較大是在達到最大非線性位移時；而柱端塑性鉸產(chǎn)生較晚，塑性轉(zhuǎn)動較小，甚至是在達到最大非線性位移時，幾乎不出現(xiàn)塑性鉸。從而確?？蚣芫邆湟粋€相對穩(wěn)定的塑性耗能機構(gòu)大于塑性耗能能力。

3.2強剪弱彎

剪切破壞幾乎沒有延性，一旦某位置出現(xiàn)剪切破壞，這位置就將完全退出構(gòu)造抗震能力，柱端的剪切破壞能夠造成結(jié)構(gòu)的部分或全體倒塌。所以能夠人為增大柱端、梁端、節(jié)點的組合剪力值，讓結(jié)構(gòu)能在大震下的交替非彈性變形中使其構(gòu)件都不會先出現(xiàn)剪切破壞?？蚣軜?gòu)造“強剪弱彎”的設(shè)計原則關(guān)鍵，由設(shè)計剪力的計算、抗剪承載力計算公式的選擇和必要的構(gòu)造辦法來展現(xiàn)。

3.3強節(jié)點強錨固

梁柱節(jié)點是確?？蚣軜?gòu)造延性的主要位置，這就需要在梁結(jié)構(gòu)充分發(fā)揮作用之前，框架節(jié)點與縱筋錨固不能太早破壞。框架節(jié)點破壞關(guān)鍵是由于節(jié)點處重點區(qū)箍筋數(shù)目不夠，在剪力和壓力的一起作用下，節(jié)點重點區(qū)砼發(fā)生斜裂縫，箍筋屈服甚至拉斷，柱的縱筋被壓屈甚至拉斷而引發(fā)的。故我們可以通過確保重點區(qū)砼強度和配置充足數(shù)目的箍筋來避免節(jié)點重點區(qū)的太早剪切破壞，而強錨固要求則是通過在靜力設(shè)計錨固長度的基礎(chǔ)上疊加必定的抗震附加錨固長度，運用鋼筋錨固端的機械錨固辦法等來完成的。

4、保證建筑結(jié)構(gòu)抗震延性的整體措施

4.1框架梁對延性的構(gòu)造要求

設(shè)計框架梁時，控制梁端塑性鉸區(qū)具有較大的塑性轉(zhuǎn)動能力，從而確保框架梁端截面具備充足的曲率延性。隨截面受壓區(qū)高度減小而增大的是梁的延性，依據(jù)我國的試驗探究結(jié)果與參考國外經(jīng)驗，當(dāng)把受壓區(qū)高度控制在0.25～0.35時，梁的位移延性能達到4.0～3.0左右。因此標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，一級抗震等級時，χ≤0.25ho，二、三級抗震等級時，χ≤0.35ho，而且需要受壓鋼筋和受拉鋼筋之比控制在必須區(qū)域內(nèi)。為避免太多的縱向受拉鋼筋在地震中讓梁發(fā)生粘結(jié)劈裂破壞，標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定ρs≤2.5%。

4.2框架柱對延性的構(gòu)造要求

框架結(jié)構(gòu)影響延性的主要原因是柱的軸壓比。柱的延性會隨著軸壓比加大而減小，結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)小偏壓脆性破壞是因為軸壓比超過界限值。在抗震設(shè)計中要控制柱的軸壓比不超過限值，讓其出現(xiàn)生大偏壓破壞并具備一定延性。抗震標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，對于框架柱對應(yīng)于一、二、三級抗震時，軸壓比限值分別為0.65、0.75、0.85。這里規(guī)定的軸壓比限值系指柱軸壓力設(shè)計值和柱軸壓承載力設(shè)計值得比值。為避免地震作用下柱子少筋脆性破壞與超筋粘結(jié)劈裂破壞，柱的縱向配筋率不能少于0.8%、0.7%、0.6%、0.5%，角柱的上述限值相對提高0.1%；柱的縱向配筋最大距離不能超過200mm。

4.3箍筋的構(gòu)造要求

箍筋是保證構(gòu)件與節(jié)點的抗剪能力，完成“強柱弱梁”與“強節(jié)點、強錨固” 的設(shè)計目標(biāo)，并且對梁、柱塑性鉸區(qū)混凝土與受壓鋼筋提供限制作用，延緩塑性鉸的破壞經(jīng)過，從而提高構(gòu)造的延性與耗能能力。梁與柱的剪切破壞區(qū)以及彎壓塑性鉸區(qū)都出現(xiàn)在構(gòu)件的兩端，所以要加密構(gòu)件兩端的箍筋。加密區(qū)的結(jié)構(gòu)要求包含加密區(qū)的長度、箍筋最小直徑、最大距離與最小體積率。其中柱加密區(qū)與節(jié)點的箍筋最小體積率和抗震等級、柱的軸壓比以及箍筋的類型有關(guān)。

結(jié)束語：

綜上，結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計要達到的總體要求是“小震不壞，中震可修，大震不倒”這一目的，必須進行嚴格的選型、分析和計算。高層建筑是當(dāng)下建筑發(fā)展的主要趨勢，其抗震設(shè)計是高層建筑設(shè)計的重中之重。

參考文獻：

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