高層鋼精混凝土建筑結構抗震延性設計

尚義明

摘要：現在全國各地都有高層建筑，可是各地的地質條件不同，位置于地震區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會出現很嚴重的后果，這就需要對建筑加強抗震延性設計，本篇文章主要講述高層建筑抗震延性的設計。

關鍵詞：高層混凝土；建筑結構；抗震設計

1、淺析高層混凝土建筑結構抗震設計的必要性

1.1建筑結構的抗震設計是什么概念

現在談到建筑結構的抗震設計，就是考驗建筑的抗震能力，給人們提供最大安全性建筑的一種設計方案。我國近些年，也發生過很多大型地震，給國家和人民帶來了巨大地損失。但是在這么多次地震中，國家的相關部門總結了很多工程建筑的經驗，就是以這些經驗作為抗震設計的基礎，來不斷完善建筑的結構體系。

1.2加強高層混凝土建筑結構抗震設計是必經之路

自從產生了建筑結構抗震的概念后，高層混凝土建筑結構設計更應該把抗震元素考慮在內。因為我國本身就是處于地震帶多的國家，這幾年來也頻繁地發生地震，我國大多數地區的高層混凝土建筑的抗震能力差，都出現多處裂縫及崩塌的現象。正是上述原因，加強高層混凝土建筑結構的抗震設計是當務之急。現在在抗震設計中，并不是簡簡單單地分析計算就可以的，要重視概念設計，這才能保證結構的安全性和可靠性，地震時震動的周期是個變數，在設計中一定得考慮到這個概念，在高層結構計算時，一定要保證數據的精確性、再將地震的因素考慮在內，才能更好地做高層混凝土建筑結構的抗震設計。

2、延性設計的重要性

現在，結構抗震設計的根本原則是：“ 小震不壞，中震可修，大震不倒”。假如把建筑物設計成在強烈地震作用下依然呈彈性反應，那么建筑物的造價將是特別昂貴的。在現實項目中實行延性設計有著巨大的意義，我們可以從延性構造的優異性中深刻的體會到： 第一，破壞前有顯著預兆，破壞經過緩慢，保證生命安全，財產損失減少，所以能使用偏小的計算安全可靠度。 第二，發生非預計荷載，比如有時超載，荷載反向，溫度升高或基礎沉降引發附加內力等狀況下，有較強的承受與抗衡能力。第三，有利于完成超靜定構造的內力充足重部署。延性結構允許構件的一些臨界截面有必定的轉動能力，變成塑性鉸范圍，發生內力重部署，從而讓鋼筋混凝土超靜定構造可以依塑性辦法實行設計，獲得有利的彎矩部署，讓配筋合理，節省材料，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，動力反應降低，破壞程度減輕，避免構造倒塌和有利于修復。第五，延性結構的后期變形能力，能夠作為各種意外狀況時的安全儲備。

3、鋼筋混凝土結構的延性抗震設計

3.1強柱弱梁

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，梁端塑性鉸產生較早，塑性轉動較大是在達到最大非線性位移時；而柱端塑性鉸產生較晚，塑性轉動較小，甚至是在達到最大非線性位移時，幾乎不出現塑性鉸。從而確保框架具備一個相對穩定的塑性耗能機構大于塑性耗能能力。

3.2強剪弱彎

剪切破壞幾乎沒有延性，一旦某位置出現剪切破壞，這位置就將完全退出構造抗震能力，柱端的剪切破壞能夠造成結構的部分或全體倒塌。所以能夠人為增大柱端、梁端、節點的組合剪力值，讓結構能在大震下的交替非彈性變形中使其構件都不會先出現剪切破壞。框架構造“強剪弱彎”的設計原則關鍵，由設計剪力的計算、抗剪承載力計算公式的選擇和必要的構造辦法來展現。

3.3強節點強錨固

梁柱節點是確保框架構造延性的主要位置，這就需要在梁結構充分發揮作用之前，框架節點與縱筋錨固不能太早破壞。框架節點破壞關鍵是由于節點處重點區箍筋數目不夠，在剪力和壓力的一起作用下，節點重點區砼發生斜裂縫，箍筋屈服甚至拉斷，柱的縱筋被壓屈甚至拉斷而引發的。故我們可以通過確保重點區砼強度和配置充足數目的箍筋來避免節點重點區的太早剪切破壞，而強錨固要求則是通過在靜力設計錨固長度的基礎上疊加必定的抗震附加錨固長度，運用鋼筋錨固端的機械錨固辦法等來完成的。

4、保證建筑結構抗震延性的整體措施

4.1框架梁對延性的構造要求

設計框架梁時，控制梁端塑性鉸區具有較大的塑性轉動能力，從而確保框架梁端截面具備充足的曲率延性。隨截面受壓區高度減小而增大的是梁的延性，依據我國的試驗探究結果與參考國外經驗，當把受壓區高度控制在0.25～0.35時，梁的位移延性能達到4.0～3.0左右。因此標準規定，一級抗震等級時，χ≤0.25ho，二、三級抗震等級時，χ≤0.35ho，而且需要受壓鋼筋和受拉鋼筋之比控制在必須區域內。為避免太多的縱向受拉鋼筋在地震中讓梁發生粘結劈裂破壞，標準還規定ρs≤2.5%。

4.2框架柱對延性的構造要求

框架結構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，結構中出現小偏壓脆性破壞是因為軸壓比超過界限值。在抗震設計中要控制柱的軸壓比不超過限值，讓其出現生大偏壓破壞并具備一定延性。抗震標準規定，對于框架柱對應于一、二、三級抗震時，軸壓比限值分別為0.65、0.75、0.85。這里規定的軸壓比限值系指柱軸壓力設計值和柱軸壓承載力設計值得比值。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箍筋的構造要求

箍筋是保證構件與節點的抗剪能力，完成“強柱弱梁”與“強節點、強錨固” 的設計目標，并且對梁、柱塑性鉸區混凝土與受壓鋼筋提供限制作用，延緩塑性鉸的破壞經過，從而提高構造的延性與耗能能力。梁與柱的剪切破壞區以及彎壓塑性鉸區都出現在構件的兩端，所以要加密構件兩端的箍筋。加密區的結構要求包含加密區的長度、箍筋最小直徑、最大距離與最小體積率。其中柱加密區與節點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。

結束語：

綜上，結構抗震設計要達到的總體要求是“小震不壞，中震可修，大震不倒”這一目的，必須進行嚴格的選型、分析和計算。高層建筑是當下建筑發展的主要趨勢，其抗震設計是高層建筑設計的重中之重。

參考文獻：

[1]閆旭梅.高層建筑結構抗震設計分析[J].科技傳播，2010.8.

[2]于險峰.高層建筑結構抗震設計[J].中國新技術產品，2010.1.