淺談高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)

楊 賀（遼寧福斯特建筑設(shè)計(jì)有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110013）

淺談高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)

楊 賀
（遼寧福斯特建筑設(shè)計(jì)有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110013）

摘 要：現(xiàn)代高層建筑主要著重于使用功能，同時(shí)又要充分表現(xiàn)其美工學(xué)。本文主要對(duì)高層結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)所涉及到的結(jié)構(gòu)體系、結(jié)構(gòu)受力特點(diǎn)，結(jié)構(gòu)布置以及結(jié)構(gòu)的抗震措施等問題進(jìn)行了論述。

關(guān)鍵詞：高層建筑；鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；抗震；結(jié)構(gòu)體系

一、高層建筑結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

多層與高層建筑結(jié)構(gòu)的相同點(diǎn)有：都是承擔(dān)豎向荷載和水平荷載作用，設(shè)計(jì)原理和設(shè)計(jì)方法也是基本是相同的，不同點(diǎn)是在高層建筑中，需要用來(lái)抵抗外荷載（特別是水平荷載）的結(jié)構(gòu)材料更多，因此高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要問題就是抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)抗側(cè)力結(jié)構(gòu)時(shí)也就有更多要求了。實(shí)踐證明在建筑物的高度越大，水平力作用下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化程度對(duì)材料用量的影響也就越大，特別是在地震地區(qū)，地震作用給高層建筑帶來(lái)的危害也要比多層建筑的危害大，因此，應(yīng)該更加重視高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)。從結(jié)構(gòu)特點(diǎn)看，凡是水平荷載起主要作用的建筑就可以認(rèn)為進(jìn)入了高層建筑結(jié)構(gòu)的范疇了，水平荷載主要是地震作用和風(fēng)荷載為主，在地震區(qū)基本上就是地震荷載起主控作用。

二、高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)要素

1 正確選擇合理的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)體系

其實(shí)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重中之重就是設(shè)計(jì)抗側(cè)力結(jié)構(gòu)。高層建筑基本的結(jié)構(gòu)構(gòu)件是梁、柱、支撐、墻和墻組合的筒，用這些構(gòu)件可以組成高層建筑眾多的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)。

（1）框架結(jié)構(gòu)：框架結(jié)構(gòu)由梁、柱通過節(jié)點(diǎn)組成的結(jié)構(gòu)單元，框架只能在自身平面內(nèi)抵抗側(cè)向力，必須在兩個(gè)正交的主軸方向設(shè)計(jì)框架以抵抗各個(gè)方向的側(cè)向力?？拐鹂蚣芙Y(jié)構(gòu)的梁柱不允許鉸接，必須采用剛接，使梁端能傳遞彎矩，同時(shí)使結(jié)構(gòu)具有良好的整體性和較大的剛度。抗震設(shè)計(jì)的框架結(jié)構(gòu)不宜采用單跨框架。抗震設(shè)計(jì)時(shí)，若采用砌體填充墻，填充墻的布置應(yīng)避免形成上、下層剛度變化過大，避免形成短柱，盡可能對(duì)稱布置，以減小偏心造成的扭轉(zhuǎn)；砌體墻的抗側(cè)剛度大、變形能力小，混合使用不利于結(jié)構(gòu)抗震。（2）剪力墻結(jié)構(gòu)（也稱抗震墻結(jié)構(gòu)）：剪力墻結(jié)構(gòu)承受豎向荷載和抵抗水平荷載是通過鋼筋混凝土墻（亦抗震墻）來(lái)實(shí)現(xiàn)的，采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土，整體性好，承載力及側(cè)向剛度大。剪力墻的延性設(shè)計(jì)的好壞直接影響著它的的抗震性能。在以往的地震災(zāi)害中，剪力墻結(jié)構(gòu)的的震害一般比較輕。（3）框架—剪力墻結(jié)構(gòu)：框架—剪力墻結(jié)構(gòu)體系就是把框架和剪力墻兩者結(jié)合起來(lái)，共同抵抗豎向荷載和側(cè)向力，相互彌補(bǔ)，從此產(chǎn)生更好的結(jié)構(gòu)效果?？蚣堋袅Y(jié)構(gòu)既有框架結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，又具備剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)。剪力墻剛度大主要承擔(dān)層間剪力，而框架的延性要好一些，在遭遇地震作用下，先屈服剪力墻的連梁，這樣是剪力墻的剛度會(huì)減小，剪力墻抵抗的層間剪力會(huì)轉(zhuǎn)移到框架上，框架利用足夠的承載力和延性來(lái)抵抗地震作用，那么這兩種抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)可以充分發(fā)揮出來(lái)，在遭遇地震作用時(shí)避免嚴(yán)重破壞甚至倒塌。因此建造較高的高層建筑通常采用這種結(jié)構(gòu)型式，目前在我國(guó)得到廣泛的應(yīng)用。要根據(jù)所設(shè)計(jì)的建筑高度，是否需要抗震設(shè)防及抗震設(shè)防烈度等因素，選擇一個(gè)與其匹配的、經(jīng)濟(jì)的結(jié)構(gòu)體系，是結(jié)構(gòu)效能得到充分發(fā)揮，建筑材料也能充分的被利用，最終會(huì)形成完美的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

2 正確認(rèn)識(shí)高層建筑的受力特點(diǎn)

高層建筑可以簡(jiǎn)化成一個(gè)豎向懸臂結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)軸向力主要是垂直荷載所產(chǎn)生的，它與建筑物高度是一次方的關(guān)系；結(jié)構(gòu)的彎矩則是由側(cè)向力所產(chǎn)生，彎矩與建筑物高度是二次方的關(guān)系。由此可以看出，在高層結(jié)構(gòu)中，垂直荷載的影響不如側(cè)向力影響大，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的控制因素也就是側(cè)向力，結(jié)構(gòu)除了應(yīng)有較大的強(qiáng)度來(lái)抵抗側(cè)向力產(chǎn)生的彎矩、剪力以及拉應(yīng)力和壓應(yīng)力，同時(shí)結(jié)構(gòu)還要具備足夠的剛度，使隨著高度增加所引起的側(cè)向變形限制在結(jié)構(gòu)允許范圍內(nèi)。

3 建筑體型和結(jié)構(gòu)總體布置

建筑體型和結(jié)構(gòu)總體布置在高層建筑的設(shè)計(jì)中也特別重要。建筑的平立面表現(xiàn)的是建筑體型，結(jié)構(gòu)構(gòu)件的平面布置和豎向布置反映的就是結(jié)構(gòu)的總體布置，布置結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)該根據(jù)結(jié)構(gòu)抵抗豎向荷載、抗風(fēng)、抗震的要求來(lái)布置。結(jié)構(gòu)平面布置對(duì)稱、均勻并且有較好的抗扭剛度。結(jié)構(gòu)豎向布置也要均勻，結(jié)構(gòu)的剛度、承載力和質(zhì)量分布均勻，無(wú)突變。

4 高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)

抗震概念設(shè)計(jì)在高層建筑抗震設(shè)計(jì)中很重要，結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)復(fù)雜性，并且有許多不確定和不確知的因素，所以很難精確地計(jì)算出結(jié)構(gòu)的抗震能力，準(zhǔn)確的得到結(jié)構(gòu)在地震作用下的真實(shí)反映更是難上加難。因此對(duì)于結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)，細(xì)致的計(jì)算分析和抗震概念設(shè)計(jì)都是非常重要

的。

在地震作用下特別不規(guī)則結(jié)構(gòu)的薄弱部位容易造成震害的地方可以用防震縫將其劃分為若干個(gè)獨(dú)立的抗震單元，使各個(gè)結(jié)構(gòu)單元成為規(guī)則的結(jié)構(gòu)，抗震縫兩側(cè)結(jié)構(gòu)類型不同時(shí)按照需要較寬防震縫的結(jié)構(gòu)類型和較低房屋高度確定縫寬。

地震區(qū)建筑進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí)，除了應(yīng)保證結(jié)構(gòu)滿足承載力及側(cè)翼限制要求外，還應(yīng)滿足延性要求和具有良好的耗能性能，要實(shí)現(xiàn)“中震可修，大震不倒”的原則這是基本措施。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)要實(shí)現(xiàn)延性結(jié)構(gòu)必須通過良好的延性設(shè)計(jì)?？拐鸶邔咏ㄖ难有酝ㄟ^合理選用結(jié)構(gòu)體系、合理布置結(jié)構(gòu)、對(duì)構(gòu)建及其節(jié)點(diǎn)采取各種構(gòu)造措施等才能實(shí)現(xiàn)，施工質(zhì)量的良莠對(duì)結(jié)構(gòu)的延性也有很大的影響。延性設(shè)計(jì)不是通過計(jì)算實(shí)現(xiàn)的，所以，保證結(jié)構(gòu)的延性要通過抗震機(jī)構(gòu)的抗震等級(jí)要求及加強(qiáng)構(gòu)造措施等方法。

必須保證梁、柱、墻構(gòu)建均具備足夠的延性，這樣鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)才能具有一定的延性，才能設(shè)計(jì)出延性框架和延性剪力墻。“強(qiáng)柱弱梁”、“強(qiáng)剪弱彎”、“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件”是框架結(jié)構(gòu)應(yīng)遵循的設(shè)計(jì)原則，截面尺寸的合理選擇，柱軸壓比，剪跨比，箍筋選配的控制，以及核芯區(qū)的構(gòu)造措施都是框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。框架—剪力墻結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為實(shí)現(xiàn)延性設(shè)計(jì)應(yīng)符合“強(qiáng)墻弱梁，強(qiáng)剪弱彎”原則，還應(yīng)該限制墻肢軸壓比和墻肢設(shè)置邊緣構(gòu)件提高剪力墻的抗震性能，并且加強(qiáng)重點(diǎn)部位。

結(jié)語(yǔ)

通過了高層建筑的受力特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)體系、結(jié)構(gòu)布置、抗震設(shè)計(jì)等多方面的規(guī)定，在保證結(jié)構(gòu)安全的前提下，盡可能將結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)做到最合理、最經(jīng)濟(jì)和最優(yōu)化。

參考文獻(xiàn)

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[4]方鄂華，錢稼茹，葉列平.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2003.

中圖分類號(hào)：TU375

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