高層鋼筋砼建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計方式之研究

張治國

摘? ? 要：社會經(jīng)濟的快速發(fā)展使得高層建筑崛起，高層建筑的平面布置和豎向體型變得更加復(fù)雜，由此對高層建筑結(jié)構(gòu)的分析和設(shè)計提出了更高的要求。高層建筑和一般建筑相比，在建設(shè)應(yīng)用的過程中更容易受到外界環(huán)境，特別是地震的影響。為此，基于高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的特點和面臨的抗震威脅，文章在闡述鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)涵、原理、設(shè)計要求和 高層鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)震害多發(fā)點的基礎(chǔ)上，分析高層鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計原則以及影響高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震的因素，結(jié)合當(dāng)前高層鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計存在的問題，為如何優(yōu)化高層鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計進行策略分析。

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

1? ?鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)概述

1.1? 內(nèi)涵

廣義上的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是由在混凝土中配有一定數(shù)量鋼筋而形成的新型結(jié)構(gòu)。在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，鋼筋主要承受拉力、混凝土主要承受壓力。鋼筋和混凝土的共同配合能夠進一步增強鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的抗壓性能、耐久性能、延展性能，使得鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)達(dá)到建筑設(shè)計要求。

1.2? 原理

混凝土結(jié)構(gòu)是由混凝土組合形成的具備較強抗壓性能，但是抗拉性能和延展性較差的結(jié)構(gòu)形式。因此，為了能夠解決混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用局限，需要在混凝土結(jié)構(gòu)中安排布置一定的鋼筋，從而增強混凝土結(jié)構(gòu)的抗拉性能和延展性能。

1.3? 設(shè)計要求

鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計急需要根據(jù)建筑物所在地區(qū)以及所擁有的建筑材料進行合理設(shè)計，需要參考的因素包含抗震要求、高度范圍、地理環(huán)境影響等。鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計需要綜合考慮建筑風(fēng)格和建筑安全因素。

2? 高層鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)震害多發(fā)點

2.1? 房地產(chǎn)結(jié)構(gòu)層間屈服強度有明顯的薄弱樓層

從實際使用情況來看，房地產(chǎn)行業(yè)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計具有不均勻的特點，在使用的過程中這些結(jié)構(gòu)之間存在屈服強度比較薄弱的樓層，在地震的影響下，房地產(chǎn)結(jié)構(gòu)薄弱曾會優(yōu)先屈服，在這個過程中結(jié)構(gòu)彈力塑性會出現(xiàn)變形，導(dǎo)致彈塑性變形集中，最終導(dǎo)致房屋建筑的坍塌。

2.2? 柱端與節(jié)點的破壞較為突出

房屋建筑框架結(jié)構(gòu)零部件具有梁重柱輕的特點，特別是房屋建筑的邊角很容易出現(xiàn)破壞的現(xiàn)象。除剪跨比小的短柱易發(fā)生柱中剪切破壞外，一般柱是柱端的彎曲破壞，當(dāng)柱側(cè)有強度高的砌體填充墻緊密嵌砌時，柱頂剪切破壞嚴(yán)重，嚴(yán)重影響了房屋建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

2.3? ?砌體填充墻的破壞嚴(yán)重

砌體填充墻一般具有剛度大、變形能力差的問題，地震的到來會損害房屋建筑結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致房屋建筑結(jié)構(gòu)不再穩(wěn)定，特別是在八度左右的地震作用下，房屋建筑的填充墻會出現(xiàn)較大的裂痕。

3? 高層鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計原則

3.1? 科學(xué)化化布置

地基和場地空間對高層建筑穩(wěn)定性有著十分重要的影響，為此，高層鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計需要選擇抗震性能良好的場地，結(jié)合地區(qū)實際制定科學(xué)合理的抗震方案，并在制定抗震方案的基礎(chǔ)上對高層建筑框架地震周期進行精準(zhǔn)的計算，在最大限度上避免地震災(zāi)害共振對建筑不同結(jié)構(gòu)帶來的破壞。

3.2? 全方位設(shè)置不同類型

為了能夠提升高層鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，需要采用多重抗震防線協(xié)同安排的方式來進行布置，增強高層鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)抗震的實用性特點，從橫縱向作用力兩個方面來對高層鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計進行分析。

3.3? ?標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計

在高層鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)抗震規(guī)劃的前期，需要科學(xué)選擇高層建筑抗震架構(gòu)類型，同時在高層鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計工作中要全面貫徹落實安全性指標(biāo)和經(jīng)濟性指標(biāo)，根據(jù)房屋建筑結(jié)構(gòu)類型設(shè)置不同的抗震線路，避免因為部分房屋結(jié)構(gòu)功能減退而引發(fā)的結(jié)構(gòu)崩潰問題。

3.4? 選擇性設(shè)計

高層鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計需要重點把握好彈塑性部位，著重對高層建筑結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位的抗震設(shè)計，比如彈塑性部位。高層鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)對塑性內(nèi)力有著較高的要求，因而，在高層鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的過程中需要著重關(guān)注塑性內(nèi)力的設(shè)計，在全面分析建筑結(jié)構(gòu)對應(yīng)彈塑性部位約束屈服效果和極限變形效果的基礎(chǔ)上，根據(jù)國家對高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計提出的要求，從整體上進行高層鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計。

4? 影響鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)節(jié)點抗震性能的因素

4.1? 材料強度

鋼筋混凝土強度直接影響房屋框架節(jié)點抗剪承載力，在一般情況下，混凝土的強度越高，梁、柱截面尺寸大小就會越小。

4.2? 節(jié)點樣式

對于一組平面框架4.2，按照框架節(jié)點所在的位置，節(jié)點一般分為四種形式，分別是頂層邊柱節(jié)點、頂層中柱節(jié)點、中間層邊柱節(jié)點、中間層中柱節(jié)點等。對于頂層邊柱節(jié)點，梁柱的縱筋需要被安排在框架節(jié)點內(nèi)部，對于頂層中柱節(jié)點則是可以通過錨固、水平荷載來進行固定。對于中間層邊柱節(jié)點則是需要注重增強其承載力。

4.3? 軸壓比

在一定范圍內(nèi)軸向壓力能夠有效提升框架節(jié)點核芯區(qū)域的混凝土抗剪承載力，在柱軸壓力的作用下，在框架節(jié)點核芯混凝土開裂之前需要對斜壓桿進行加強處理。

4.4? 剪壓比

為了有效防止混凝土框架節(jié)點核芯區(qū)域出現(xiàn)斜拉或者破壞現(xiàn)象需要相關(guān)人員加強對制配箍率的控制。

4.5? 樓板

房屋建筑框架節(jié)點的四周樓板對節(jié)點核芯有著十分重要的約束作用，在一般情況下，和梁軸平行的樓板鋼筋會和梁上部分的鋼筋協(xié)同受力，考慮到樓板在受力過程中會發(fā)生彎曲需要相關(guān)人員采取有效措施來優(yōu)化對節(jié)點的剪力計算。

5? ?高層鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計存在的問題

5.1? ?結(jié)構(gòu)層間屈服強度存在薄弱樓層

高層鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計存在較大的不均勻性，使得結(jié)構(gòu)層間屈服強度存在薄弱樓層在強烈地震作用下容易出現(xiàn)彈塑性變形，嚴(yán)重影響了高層建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

5.2? 軸壓和短柱問題

在高層鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)中，為了控制柱的軸壓比會導(dǎo)致柱斷面加大，柱的縱向鋼筋是構(gòu)造配筋，盡管使用了高強度的混凝土也無法減小柱的斷面大小。對軸壓的限制能夠讓柱處于一種大偏壓的狀態(tài)，防止受拉鋼筋因為在沒有達(dá)到屈服的情況下被壓碎。在遇到地震的情況下，塑性變形能力較小的柱耗散和吸收地震的能量不足，使得建筑結(jié)構(gòu)很容易受到破壞。

5.3? 高度問題

高度問題是高層鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中的重要問題，也是影響建筑抗震性能的重要因素。在高層鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計中，不同高度、不同材質(zhì)對高層鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計要求不同，加上高層建筑的快速發(fā)展，使得現(xiàn)有的高層鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計無法應(yīng)對地震。

5.4? ?材料和結(jié)構(gòu)體系問題

材料質(zhì)量性能、結(jié)構(gòu)安排和高層鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計存在密切的關(guān)聯(lián)，因而，材料的選擇和結(jié)構(gòu)體系構(gòu)建得到了人們的關(guān)注。鋼筋混凝土以其良好的穩(wěn)定性、較強的抗震性能被人們廣泛應(yīng)用于高層建筑中。但是從實際情況來看，受材料采購人員知識水平的限制，往往無法就選購的材料和設(shè)計的結(jié)構(gòu)做出科學(xué)的實踐驗證，一旦材料或者結(jié)構(gòu)出現(xiàn)問題，就會危害整個高層鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計。

5.5? 高層橫縱向的設(shè)計不規(guī)則問題

高層房屋建筑一般是剪力墻結(jié)構(gòu)或者框架結(jié)構(gòu)，在使用的過程中，其豎向抗側(cè)力會出現(xiàn)不連續(xù)的現(xiàn)象，比如高層建筑主體結(jié)構(gòu)和地下停車場結(jié)構(gòu)設(shè)計就體現(xiàn)出了豎向不規(guī)則的問題，在無形中加大了房屋設(shè)計的難度。因此，為了能夠提升房屋建筑的抗震性能，需要在結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中充分考慮橫縱向的設(shè)計問題，確保房屋建筑結(jié)構(gòu)的完整性。

6? 高層鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計優(yōu)化對策

6.1? 基于位移的房屋結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計

從發(fā)展實際情況來看，房屋建筑出現(xiàn)位移的主要原因是地基構(gòu)造脆弱，為了能夠優(yōu)化房屋建筑位移問題，需要相關(guān)人員優(yōu)先確定高層房屋建筑度主體的受力參數(shù)，應(yīng)用科學(xué)的方法計算出鋼筋混凝土建筑的土體承載力和基本承載結(jié)構(gòu)。為此，進行基于位移房屋結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的時候需要充分了解和把握建筑結(jié)構(gòu)和鋼筋配型關(guān)系，利用先進的模型計算出房屋建筑鋼筋承載力。

6.2? 提升房屋建筑材料的分析頻率

從當(dāng)前發(fā)展實際情況來看，房屋建筑單位在進行混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計的時候一般僅僅考慮到了建筑的荷載情況，忽略了對材料參數(shù)的分析，由此導(dǎo)致房屋建筑材料精準(zhǔn)度得不到保障，使得房屋建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計出現(xiàn)了較多的薄弱環(huán)節(jié)。為了能夠提升房屋建筑的抗震性能，需要在建設(shè)的過程中借助現(xiàn)有的房屋建筑結(jié)構(gòu)來對建筑整體開展抗震評估。

6.3? 強化對房屋建筑的地基處理

在一般情況下，高層房屋建筑在建設(shè)選址的時候一般會開展一系列地基測試，具體包含土質(zhì)、地質(zhì)層、地質(zhì)結(jié)構(gòu)重要組織等。受地殼運動的影響，地基地下層在力的作用下會出現(xiàn)些許的位移現(xiàn)象。針對這個現(xiàn)象需要相關(guān)人員采取有效措施來強化對地基的穩(wěn)定處理，并結(jié)合土壤的性質(zhì)和特點來對建筑地基做出科學(xué)的評估和處理，從而為房屋建筑的穩(wěn)定建設(shè)提供重要支持。

6.4? 提升房屋建筑設(shè)計人員的綜合素質(zhì)

綜合素質(zhì)是指從事某項工作時所具備的職業(yè)思想道德素養(yǎng)和實踐操作技能，通過強化對設(shè)計人員專業(yè)技能的培訓(xùn)能夠有效解決房屋建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計中的高度設(shè)計和結(jié)構(gòu)布局問題，全面提升房屋建筑的抗震級別，增強房屋建筑的穩(wěn)定性。在房屋建筑抗震設(shè)計過程中，建筑單位需要定期組織設(shè)計人員開展抗震專業(yè)技能培訓(xùn)，全面提升設(shè)計人員對房屋建筑抗震的認(rèn)識，并利用自身所學(xué)知識更好的進行房屋建筑抗震設(shè)計。

6.5? 通過應(yīng)用加固方法提升房屋建筑結(jié)構(gòu)的承載力

在房屋建筑結(jié)構(gòu)抗震能力不符合要求的時候需要對重點部位進行加固處理，比如在房屋建筑結(jié)構(gòu)樓層承載力不足的時候需要額外增加房屋支撐構(gòu)件，并應(yīng)用現(xiàn)澆混凝土對建筑結(jié)構(gòu)進行加固處理;在構(gòu)件承載力不充足的時候還可以通過現(xiàn)澆鋼筋混凝土套、噴射鋼筋混凝土的方式來進行加固處理;在房屋建筑結(jié)構(gòu)本身存在缺陷的時候需要應(yīng)用現(xiàn)澆筑混凝土套、灌注環(huán)氧樹脂漿來進行加固處理。

7? 結(jié)束語

綜上所述，鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)是當(dāng)前房屋建筑的主要結(jié)構(gòu)形式，從實際使用情況來看，鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的柱端和節(jié)點存在比較嚴(yán)重的破壞問題，因此，對于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)房屋的抗震設(shè)計需要滿足強柱弱梁、強剪力弱彎、強節(jié)點、強底層柱底的要求。文章結(jié)合鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)涵、原理、特點、抗震設(shè)計原則的基礎(chǔ)上，分析影響鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)節(jié)點抗震性能的因素，并針對當(dāng)前高層鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計存在的問題為如何優(yōu)化高層鋼筋混凝土建筑抗震設(shè)計進行探究，旨在能夠更好的促進房屋建筑建設(shè)發(fā)展。

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