關(guān)于高層建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計的探討.doc

關(guān)于高層建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計的探討 何開俊 摘要：地震災害是人類面臨的嚴重自然災害之一，強烈地震常造成人身和財產(chǎn)的巨大損失。而隨著城市化進程加速發(fā)展，全國各地的高層建筑不斷涌現(xiàn)，作為工程人員必須充分了解高層建筑抗震設(shè)計特點，本文首先從高層建筑抗震設(shè)計的特點出發(fā)，闡述高層建筑如何提高短柱抗震性能的應對措施。 關(guān)鍵詞：高層建筑抗震設(shè)計特點分析設(shè)計要點短柱抗震 一、當前高層建筑概念分析 高層建筑主要是指建筑本身的高度或?qū)訑?shù)超過一定的范圍，這類建筑均被稱之為高層建筑。我國在xx年時對高層建筑做出規(guī)定，即10層以上的住宅建筑或是高度超過24m的其它類型民用建筑均為高層建筑。 二、高層建筑抗震設(shè)計的特點分析 1、剛?cè)嵯酀Ｔ诮ㄖ拐鹪O(shè)計過程中若一味的提高結(jié)構(gòu)抗力，增加結(jié)構(gòu)剛度，會導致結(jié)構(gòu)剛度大則在地震發(fā)生過程中地震作用也會相應增大，即在增加結(jié)構(gòu)剛度的同時也增強了地震作用，當?shù)卣鸢l(fā)生時則往往造成建筑物局部受損導致建筑物各個擊破；而若建筑物剛度太柔，雖然可以依靠其柔性消減外力，但容易導致建筑物過大形變而不能使用，甚至在地震發(fā)生時導致整體傾覆。因此在高層建筑物設(shè)計過程中應堅持剛?cè)嵯酀瓌t，即建筑物在地震過程中既能滿足變形要求，又能減小地震力的雙重目標。 2、多道設(shè)防。由于每次強震之后都會伴隨多次余震，因此在建筑物的抗震設(shè)計過程中若只有一道設(shè)防，則其在首次被破壞后而余震來臨時其結(jié)構(gòu)將因損傷積累而倒塌，因此，建筑物的抗震結(jié)構(gòu)體系應由若干個延性較好的分體系組成，在地震發(fā)生時由具有較好延性的結(jié)構(gòu)構(gòu)件協(xié)同工作來抵擋地震作用。 三、高層建筑抗震設(shè)計要點 1、結(jié)構(gòu)規(guī)則性。建筑物尤其是高層建筑物設(shè)計應符合抗震概念設(shè)計要求對建筑進行合理的布置。大量地震災害表明平立面簡單且對稱的結(jié)構(gòu)類型建筑物在地震時具有較好的抗震性能，因為該種結(jié)構(gòu)建筑容易估計出其地震反映易于采取相應的抗震構(gòu)造措施并且進行細部處理。建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)則性是指建筑物在平立面外形尺寸抗側(cè)力構(gòu)件布置、承載力分布等多方面因素要求。要求建筑物平面對稱均勻體型簡單結(jié)構(gòu)剛度質(zhì)量沿建筑物豎向變化均勻，同時應保證建筑物有足夠的扭轉(zhuǎn)剛度以減小結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)影響，并應盡量滿足建筑物在豎向上重力荷載受力均勻以盡量減小結(jié)構(gòu)內(nèi)應力和豎向構(gòu)件間差異變形對建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的不利影響。 2、層間位移限制。高層建筑都具有較大的高寬比，其在風力和地震作用下往往能夠產(chǎn)生較大的層間位移，甚至會超過結(jié)構(gòu)的位移限值。而國內(nèi)普遍認為該位移限值大小與結(jié)構(gòu)材料、結(jié)構(gòu)體系甚至裝修標準以及側(cè)向荷載等諸多因素有關(guān)，其中鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的位移限值(一般在1/400-1/700范圍內(nèi))則比鋼結(jié)構(gòu)(1/200-1/500范圍內(nèi))要求嚴格，風荷載作用下的限值比地震作用下的要求嚴格，因此在進行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時應根據(jù)建筑物的實際情況以及所處的地理位置進行設(shè)計，既要滿足其具有足夠的剛度又要避免結(jié)構(gòu)在水平荷載的作用下產(chǎn)生過大的位移而影響結(jié)構(gòu)的承載力、穩(wěn)定性以及正常使用功能等。 3、控制地震扭轉(zhuǎn)效應。大量事實表明，當建筑結(jié)構(gòu)的平面布置等不規(guī)則、不對稱導致建筑層間水平荷載合力中心與建筑結(jié)構(gòu)剛度中心不重合，在地震發(fā)生時建筑結(jié)構(gòu)除發(fā)生水平位移外還易發(fā)生扭轉(zhuǎn)性破壞甚至會導致結(jié)構(gòu)整體倒塌，因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計中應充分重視扭轉(zhuǎn)的影響。由于建筑物在扭轉(zhuǎn)作用下各片抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的層間變形不同，其中距剛心較遠的結(jié)構(gòu)邊緣的抗側(cè)力單元的層間側(cè)移最大；同時在上下剛度不均勻變化的結(jié)構(gòu)中，各層的剛度中心未能在同一軸線上，甚至會產(chǎn)生較大差距，以上情況都會使各層結(jié)構(gòu)的偏心距和扭矩發(fā)生改變，因此，在設(shè)計過程中應對各層的扭轉(zhuǎn)修正系數(shù)分別計算。 四、提高短柱抗震性能的應對措施 有抗震設(shè)防要求的高層建筑除應滿足強度、剛度要求外，還要滿足延性的要求。眾所周知，短柱的延性很差，尤其是超短柱幾乎沒有延性，在建筑遭受本地區(qū)設(shè)防烈度或高于本地區(qū)設(shè)防烈度的地震影響時，很容易發(fā)生剪切破壞而造成結(jié)構(gòu)破壞甚至倒塌?；炷炼讨难有灾饕茌S壓比的影響，同時配箍率、箍筋的形式對混凝土短柱的影響也很大。高層混凝土結(jié)構(gòu)短柱，特別是結(jié)構(gòu)低層的混凝土短柱，其軸壓比很大，破壞時呈脆性破壞，其塑性變形能力很小。提高混凝土短柱的抗震性能，主要也就是提高混凝土短柱的延性，可以從以下幾方面著手。 1、提高短柱的受壓承載力。提高短柱的受壓承載力可減小柱截面、提高剪跨比，從而改善整個結(jié)構(gòu)的抗震性能。減小柱截面和提高剪跨比，最直接的方法就是提高混凝土的強度等級，即采用高強混凝土來增加柱子的受壓承載力，降低其軸壓比；但由于高強混凝土材料本身的延性較差，采用時須慎重或與其他措施配合使用?？梢圆捎娩摴呛弯摴芑炷林蕴岣叨讨氖軌撼休d力。 2、采用鋼管混凝土柱。鋼管混凝土是套箍混凝土的一種特殊形式，由混凝土填入薄壁圓形鋼管內(nèi)而形成的組合結(jié)構(gòu)材料。由于鋼管內(nèi)的混凝土受到鋼管的側(cè)向約束，使得混凝土處于三向受壓狀態(tài)，從而使混凝土的抗壓強度和極限壓應變得到很大的提高，混凝土特別是高強混凝土的延性得到顯著改善。同時，鋼管既是縱筋，又是橫向箍筋，其管徑與管壁厚度的比值至少都在90以下，相當于配筋率2至少都在4.6%。當選用了高強混凝土和合適的套箍指標后，柱子的承載力可大幅度提高，通常柱截面可比普通鋼筋混凝土柱減小一半以上，消除了短柱并具有良好的抗震性能。 3、采用分體柱。由于短柱的抗彎承載力比抗剪承載力要大得多，在地震作用下往往是因剪壞而失效，其抗彎強度不能完全發(fā)揮。因此，可人為地削弱短柱的抗彎強度，使抗彎強度相應于或略低于抗剪強度，這樣，在地震作用下，柱子將首先達到抗彎強度，從而呈現(xiàn)出延性的破壞狀態(tài)。分體柱方法已在實際工程中得到應用。人為削弱抗彎強度的方法，可以在柱中沿豎向設(shè)縫將短柱分為2或4個柱肢組成的分體柱，分體柱的各柱肢分開配筋。在組成分體柱的柱肢之間可以設(shè)置一些連接鍵，以增強它的初期剛度和后期耗能能力。 五、小結(jié) 建筑設(shè)計人員在高層建筑抗震設(shè)計中，應從結(jié)構(gòu)總體方案設(shè)計一開始，就運用人們對建筑結(jié)構(gòu)抗震己有的正確知識去處理好結(jié)構(gòu)設(shè)計中遇到的諸如房屋體型、結(jié)構(gòu)體系、剛度分布，構(gòu)件延性等問題，從宏觀原則上進行評價、鑒別、選擇等處理，再輔以必要的計算和構(gòu)造措施，從而消除建筑物