高層鋼精混凝土建筑結(jié)構(gòu)抗震延性設(shè)計(jì)

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(yán)重的后果，這就需要對建筑加強(qiáng)抗震延性設(shè)計(jì)，本篇文章主要講述高層建筑抗震延性的設(shè)計(jì)。

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

1、淺析高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的必要性

1.1建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)是什么概念

現(xiàn)在談到建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)，就是考驗(yàn)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(jì)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?fù)p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(yàn)，就是以這些經(jīng)驗(yàn)作為抗震設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，來不斷完善建筑的結(jié)構(gòu)體系。

1.2加強(qiáng)高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)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(jì)更應(yīng)該把抗震元素考慮在內(nèi)。因?yàn)槲覈旧砭褪翘幱诘卣饚Ф嗟膰遥@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(qiáng)高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)是當(dāng)務(wù)之急。現(xiàn)在在抗震設(shè)計(jì)中，并不是簡簡單單地分析計(jì)算就可以的，要重視概念設(shè)計(jì)，這才能保證結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性，地震時(shí)震動的周期是個變數(shù)，在設(shè)計(jì)中一定得考慮到這個概念，在高層結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)，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(jì)。

2、延性設(shè)計(jì)的重要性

現(xiàn)在，結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)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(jì)成在強(qiáng)烈地震作用下依然呈彈性反應(yīng)，那么建筑物的造價(jià)將是特別昂貴的。在現(xiàn)實(shí)項(xiàng)目中實(shí)行延性設(shè)計(jì)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(cái)產(chǎn)損失減少，所以能使用偏小的計(jì)算安全可靠度。 第二，發(fā)生非預(yù)計(jì)荷載，比如有時(shí)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(qiáng)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(shí)行設(shè)計(jì)，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(shí)的安全儲備。

3、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的延性抗震設(shè)計(jì)

3.1強(qiáng)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(dá)到最大非線性位移時(shí)；而柱端塑性鉸產(chǎn)生較晚，塑性轉(zhuǎn)動較小，甚至是在達(dá)到最大非線性位移時(shí)，幾乎不出現(xiàn)塑性鉸。從而確保框架具備一個相對穩(wěn)定的塑性耗能機(jī)構(gòu)大于塑性耗能能力。

3.2強(qiáng)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(diǎn)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。框架構(gòu)造“強(qiáng)剪弱彎”的設(shè)計(jì)原則關(guān)鍵，由設(shè)計(jì)剪力的計(jì)算、抗剪承載力計(jì)算公式的選擇和必要的構(gòu)造辦法來展現(xiàn)。

3.3強(qiáng)節(jié)點(diǎn)強(qiáng)錨固

梁柱節(jié)點(diǎn)是確保框架構(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(diǎn)與縱筋錨固不能太早破壞。框架節(jié)點(diǎn)破壞關(guān)鍵是由于節(jié)點(diǎn)處重點(diǎn)區(qū)箍筋數(shù)目不夠，在剪力和壓力的一起作用下，節(jié)點(diǎn)重點(diǎn)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(diǎn)區(qū)砼強(qiáng)度和配置充足數(shù)目的箍筋來避免節(jié)點(diǎn)重點(diǎn)區(qū)的太早剪切破壞，而強(qiáng)錨固要求則是通過在靜力設(shè)計(jì)錨固長度的基礎(chǔ)上疊加必定的抗震附加錨固長度，運(yùn)用鋼筋錨固端的機(jī)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(jì)框架梁時(shí)，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(yàn)探究結(jié)果與參考國外經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)把受壓區(qū)高度控制在0.25～0.35時(shí)，梁的位移延性能達(dá)到4.0～3.0左右。因此標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，一級抗震等級時(shí)，χ≤0.25ho，二、三級抗震等級時(shí)，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?yàn)檩S壓比超過界限值。在抗震設(shè)計(jì)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(shí)，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(jì)值和柱軸壓承載力設(shè)計(jì)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(diǎn)的抗剪能力，完成“強(qiáng)柱弱梁”與“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)、強(qiáng)錨固” 的設(shè)計(jì)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(diǎn)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(jì)要達(dá)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(jìn)行嚴(yán)格的選型、分析和計(jì)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(jì)是高層建筑設(shè)計(jì)的重中之重。

參考文獻(xiàn)：

[1]閆旭梅.高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)分析[J].科技傳播，2010.8.

[2]于險(xiǎn)峰.高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)[J].中國新技術(shù)產(chǎn)品，2010.1.