高層鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)抗震延性設(shè)計

王全偉

摘? 要：目前我國經(jīng)濟發(fā)展很快，由于全球經(jīng)濟一體化建設(shè)的影響，我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)非常多，鋼筋混凝土高層建筑既能滿足居民的生活需要，又能節(jié)約土地資源，在建設(shè)過程中能夠促進(jìn)城市化進(jìn)程，但是隨著鋼筋混凝土高層建筑規(guī)模不斷擴大，其安全性問題也越來越突出，尤其是在發(fā)生地震的時候，更是如此。由于抗震設(shè)計并非一項簡單的工作，涉及的內(nèi)容十分復(fù)雜，為了提高結(jié)構(gòu)抗震性能，必須把建筑設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計有機地結(jié)合起來。

關(guān)鍵詞：高層鋼筋混凝土;抗震;延性

前言：

目前高層建筑的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計非常重要，特別是抗震設(shè)計要做好，因為地震災(zāi)害難以預(yù)測，而且會給建筑物造成很大的傷害。因此在設(shè)計時必須重視抗震設(shè)計，減少地震對人身的傷害，需要結(jié)合國內(nèi)外先進(jìn)的設(shè)計經(jīng)驗，結(jié)合實際施工情況，使結(jié)構(gòu)在使用過程中更加穩(wěn)固，并能化解地震帶來的沖擊。本文對高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計方法作了相關(guān)分析與探討

1.高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)分析

隨著建筑業(yè)的發(fā)展，建筑工程項目越來越多，但如何使建筑的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)系統(tǒng)與建筑設(shè)計要求更為相符，就要求將其與項目的實際情況相結(jié)合，防止為了追求規(guī)模而造成浪費，而且在基礎(chǔ)條件建設(shè)較為樂觀的情況下，為了達(dá)到鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系的變形極限值，在設(shè)計中應(yīng)盡量降低結(jié)構(gòu)的剛度，對此筆者從以下兩個方面來分析鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

1.1結(jié)構(gòu)高度的控制

超高現(xiàn)象是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中經(jīng)常遇到的一個問題，它直接影響著建筑物的抗震性能，不同的建筑高度會導(dǎo)致不同的設(shè)計形式。因此，當(dāng)高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)生高度變化時，特別是出現(xiàn)超高問題時，必須重新設(shè)計結(jié)構(gòu)體系。

1.2結(jié)構(gòu)體系的選擇

在高層建筑的外觀設(shè)計上，現(xiàn)代的高層建筑并不像傳統(tǒng)的建筑那樣嚴(yán)格，但是要保證其整體的強度和穩(wěn)定性，就需要對其進(jìn)行全面的優(yōu)化，而建筑的設(shè)計也起到了至關(guān)重要的作用，以建筑的結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，完善的體系建設(shè)，可以更好地保證其施工的質(zhì)量。

2.高層鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)抗震延性的設(shè)計原則

2.1強剪弱彎的設(shè)計原則

在抗震作用下，應(yīng)嚴(yán)格遵守強剪-弱彎矩原理，盡量減少發(fā)生剪力失效的可能性。在進(jìn)行設(shè)計時，必須掌握剪力的具體計算方法。在具體的抗剪承載力計算時，應(yīng)根據(jù)實際情況，選取合適的計算公式，提出實用的結(jié)構(gòu)措施。在實際的抗彎承載力及剪應(yīng)力計算中，應(yīng)按結(jié)構(gòu)的不同級別進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。在進(jìn)行梁柱剪力設(shè)計時，應(yīng)與梁柱末端的剪力設(shè)計相適應(yīng)，塑性鋼管的極限彎曲強度應(yīng)與其相應(yīng)，在抗剪計算中，主要考慮的是地震反應(yīng)和剪切離散問題。由于抗震等級的不同，其延性要求也不盡相同，其抗剪承載能力的計算也不盡相同。

2.2強柱弱梁的設(shè)計原則

首先在柱的抗彎能力設(shè)計上相對于梁的設(shè)計要更大，從而能夠讓塑性更少地出現(xiàn)的梁端，更多地在柱端，這種設(shè)計方案能夠讓地震作用時使建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)能夠出現(xiàn)梁柱鉸接機構(gòu)或梁柱機構(gòu)，從而最大限度地緩解地震的作用力;其次是分析梁柱鉸結(jié)構(gòu)或梁鉸結(jié)構(gòu)時，可以明顯的發(fā)現(xiàn)梁柱鉸結(jié)構(gòu)或梁鉸結(jié)構(gòu)比柱鉸機構(gòu)產(chǎn)生了更對塑性鉸，因此在地震能量的耗散上作用更為明顯，所以在設(shè)計上遵循了加強柱的抗彎能力原則，加強柱抗彎能力能夠形成更加科學(xué)的梁柱鉸結(jié)構(gòu)或梁鉸結(jié)構(gòu)，因此在抗震上作用更為明顯;;最后由于建筑的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)延性和塑性鉸分布有很大的關(guān)系，如果實際情況中梁中優(yōu)先地產(chǎn)生了塑性鉸，再形成了梁鉸結(jié)構(gòu)，那么建筑爭議的塑性鉸在理論上分布就較為合理，，那么框架結(jié)構(gòu)的延性也就較為良好，如果實際情況是柱中出現(xiàn)塑性鉸，并且形成了柱地結(jié)構(gòu)，那么在建筑結(jié)構(gòu)上的非彈性變形就主要分布在某一柱中，這使得柱需要極高的彈性要求，往往實際情況難以實現(xiàn)，這使框架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性極大的下降，因此在設(shè)計上就必須使非彈性變量不能出現(xiàn)在柱中，而是在梁中。

2.3強節(jié)點錨固的設(shè)計原則

根據(jù)以往的施工經(jīng)驗，在梁鉸結(jié)構(gòu)還沒有完全發(fā)揮其應(yīng)有的功能之前，就必須對其進(jìn)行加強，避免過早地?fù)p壞和破壞，造成框架節(jié)點的破壞，主要是因為節(jié)點上的箍筋數(shù)量不夠，一旦受到剪力和壓力的影響，箍筋就會發(fā)生變形，甚至斷裂，造成框架節(jié)點的斷裂。在設(shè)計時，必須加強節(jié)點的施工，在核心混凝土區(qū)域布置適當(dāng)?shù)墓拷?，以提高核心區(qū)的混凝土強度，防止核心節(jié)點過早地發(fā)生剪切和拉斷，而強錨固則是在靜力基礎(chǔ)的長度上加上一定的錨固長度，以達(dá)到加強的目的。

3.高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的方法

3.1保證結(jié)構(gòu)的規(guī)則性

在高層建筑的設(shè)計中，設(shè)計者應(yīng)從整體上考慮建筑的整體性能，確保其設(shè)計與實際需要相符，并制定出相關(guān)的平面布置圖。在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中，應(yīng)著重考慮其扭轉(zhuǎn)剛度，以確保其合理地扭轉(zhuǎn)剛度，以改善其抗震性能，此外，在高層建筑剪力墻的設(shè)計中，應(yīng)遵循“金角銀邊銅肚”的原則，并根據(jù)墻體和門窗的開洞來確定其內(nèi)部剪力墻的布置。同時，要充分認(rèn)識高層建筑的受力薄弱環(huán)節(jié)，采取針對性的措施，以增強其整體的抗震性能。這樣可以減少在地震中發(fā)生的超高層建筑的意外坍塌，提高其安全性。

3.2充分認(rèn)識結(jié)構(gòu)的受力特點

高層建筑實質(zhì)上是一種垂直的懸臂式結(jié)構(gòu)，垂直載荷的作用主要是作用于結(jié)構(gòu)的軸向作用力，它與建筑物的高度呈線性關(guān)系，而橫向載荷則是對結(jié)構(gòu)的作用。在受力特征方面，垂直荷載的方向基本不變，且隨建筑物的高度增大而增大，而橫向荷載可以在任意方向產(chǎn)生，在均勻荷載下，其與建筑物的高度成正比。從側(cè)向位移特征來看，垂直加載對側(cè)向位移影響較小，而在均勻加載下，橫向位移隨高度的增加呈現(xiàn)四次方差。結(jié)果表明，在高層建筑中，橫向荷載的作用要比垂直荷載大得多，而水平荷載是結(jié)構(gòu)的主要受力因子，結(jié)構(gòu)抵抗水平荷載產(chǎn)生的彎矩、剪力以及拉應(yīng)力和壓應(yīng)力除應(yīng)有較大的強度外，同時要求結(jié)構(gòu)又有足夠的剛度，使其隨著高度增加所引起的側(cè)向變形限制在結(jié)構(gòu)的允許范圍內(nèi)。

3.3合理布置結(jié)構(gòu)

在高層鋼筋砼結(jié)構(gòu)中，應(yīng)充分考慮其造價和施工困難。比如，在地下停車場布局時，采用統(tǒng)一的立柱網(wǎng)格布局，不僅便于施工，而且經(jīng)濟合理。此外，在建筑外觀設(shè)計時，可選用方形、長方形等，由于上述形狀的穩(wěn)定性好，應(yīng)用于建筑設(shè)計時，可以改善其穩(wěn)定性，從而改善其抗震性能。

3.4優(yōu)化抗震性的設(shè)計方案

高層建筑的設(shè)計方案是進(jìn)行鋼筋砼結(jié)構(gòu)抗震性能設(shè)計的先決條件，因此，設(shè)計者應(yīng)充分關(guān)注并完善其設(shè)計方案。在結(jié)構(gòu)設(shè)計中，應(yīng)確保構(gòu)件的延性，使其在變形后能自行復(fù)位，從而在某種程度上防止因變形而導(dǎo)致的房屋倒塌，從而使建筑物在較長時間內(nèi)保持相對穩(wěn)定。此外，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，結(jié)構(gòu)工程師要對不同級別的地震所帶來的影響進(jìn)行深刻的理解，并依據(jù)施工現(xiàn)場的實際情況來制定方案。即，在進(jìn)行工程設(shè)計時，應(yīng)結(jié)合工程實際，主要考慮施工現(xiàn)場地質(zhì)條件、震級、頻度等，并對施工關(guān)鍵部位進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)控，確保其結(jié)構(gòu)的抗震能力。從上述分析可知，在進(jìn)行高層 RC結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計時，必須深入研究其自身的抗震性能，發(fā)現(xiàn)問題所在，并提出相應(yīng)的解決辦法，確保其安全。

結(jié)束語

因此，在我國，高層建筑的抗震設(shè)計是一項十分關(guān)鍵的工作，它直接影響到整個建筑物的使用。因此，這就給我們的設(shè)計者帶來了新的挑戰(zhàn)，在設(shè)計初期，我們要嚴(yán)格按照我國有關(guān)的法律法規(guī)，利用各種技術(shù)，對建筑結(jié)構(gòu)的各項參數(shù)進(jìn)行科學(xué)地計算，盡量采用目前最先進(jìn)的基于性能的超限高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計，以此來提高我國對高層建筑的安全要求，為其在實際中的應(yīng)用與發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊宗輝.高層鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)抗震延性設(shè)計[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2014（27）：25-26.

[2]季志正.高層鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)抗震延性設(shè)計[D].中國地震局工程力學(xué)研究所，2014.

[3]王宏偉.高層鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)抗震延性設(shè)計[J].建材世界，2015（26）：46-48.