邸泉溪

摘 要：隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，高層建筑越來越多，混凝土在高層建筑中的應(yīng)用也逐漸廣泛，高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計，關(guān)乎人們生活的穩(wěn)定和社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，本文就對高層混凝土建筑的抗震結(jié)構(gòu)進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：高層建筑；抗震；結(jié)構(gòu)設(shè)計；探析

1 前言

本文以建筑抗震的理論分析為基礎(chǔ)，著重分析了高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的基本內(nèi)容，以實際為出發(fā)點對提高高層建筑抗震設(shè)計的措施進(jìn)行了探討。

2 建筑抗震的理論分析

擬靜力理論。擬靜力理論是20世紀(jì)10～40年代發(fā)展起來的一種理論，它在估計地震對結(jié)構(gòu)的作用時，僅假定結(jié)構(gòu)為剛性，地震力水平作用在結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的質(zhì)量中心上。地震力的大小當(dāng)于結(jié)構(gòu)的重量乘以一個比例常數(shù)（地震系數(shù)）。

反應(yīng)譜理論。反應(yīng)譜理論是在加世紀(jì)40～60年代發(fā)展起來的，它以強(qiáng)地震動加速度觀測記錄的增多和對地震地面運動特性的進(jìn)一步了解，以及結(jié)構(gòu)動力反應(yīng)特性的研究為基礎(chǔ)，是加理工學(xué)院的一些研究學(xué)者對地震動加速度記錄的特性進(jìn)行分析后取得的一個重要成果。

動力理論。動力理論是20世紀(jì)70-80年廣為應(yīng)用的地震動力理論。它的發(fā)展除了基于60年代以來電子計算機(jī)技術(shù)和試驗技術(shù)的發(fā)展外，人們對各類結(jié)構(gòu)在地震作用下的線性與非線性反應(yīng)過程有了較多的了解，同時隨著強(qiáng)震觀測臺站的不斷增多，各種受損結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)記錄也不斷增多。進(jìn)一步動力理論也稱地震時程分析理論，它把地震作為一個時間過程，選擇有代表性的地震動加速度時程作為地震動輸入，建筑物簡化為多自由度體系，計算得到每一時刻建筑物的地震反應(yīng)，從而完成抗震設(shè)計工作。

3 高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的基本內(nèi)容

3.1 應(yīng)重視建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)則性

建筑設(shè)計應(yīng)符合抗震概念設(shè)計的要求，不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的設(shè)計方案。合理的建筑布置在抗震設(shè)計中是頭等重要的，提倡平、立面簡單對稱。因為震害表明，對稱建筑在地震時較不容易破壞，容易估計出其地震反應(yīng)，宜于采取相應(yīng)的抗震構(gòu)造進(jìn)行細(xì)部處理。

3.2 抗震概念設(shè)計應(yīng)堅持的措施和原則

結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)具有必要的承載力、剛度、穩(wěn)定性、延性等方面的性能結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)遵守“強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)節(jié)點弱構(gòu)件、強(qiáng)底層柱（墻）”的原則。對可能造成結(jié)構(gòu)的相對薄弱部位，應(yīng)采取措施提高抗震能力。承受豎向荷載的主要構(gòu)件不宜作為主要耗能構(gòu)件。

3.3 抗震措施

在滿足抗震設(shè)防要求的高層建筑除應(yīng)滿足強(qiáng)度、剛度要求外，還要滿足延性的要求。鋼筋混凝土材料本身自重較大，所以對于高層建筑的底層柱，隨著建筑物高度的增加，其所承擔(dān)的軸力不斷增加，而抗震設(shè)計對結(jié)構(gòu)構(gòu)件有明確的延性要求，在層高一定的情況下，提高延性就要將軸壓比控制在一定的范圍內(nèi)而不能過大，這樣則必然導(dǎo)致柱截面的增大，從而形成短柱，甚至成為剪跨比小于1.5的超短柱。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。

使用復(fù)合螺旋箍筋.高層建筑框架柱的抗剪能力是應(yīng)該滿足剪壓比限值和“強(qiáng)剪弱彎”要求的，柱端的抗彎承載力也是應(yīng)該滿足“強(qiáng)柱弱梁”要求的。對于短柱，只要符合“強(qiáng)剪弱彎”和“強(qiáng)柱弱梁”的要求，是能夠做到使其不發(fā)生剪切型破壞的。因此，使用復(fù)合螺旋箍筋來提高柱子的抗剪承載力，改善對混凝土的約束作用，能夠達(dá)到改善短柱抗震性能的目的。

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(qiáng)度不能完全發(fā)揮。因此，可人為地削弱短柱的抗彎強(qiáng)度，使抗彎強(qiáng)度相應(yīng)于或略低于抗剪強(qiáng)度，這樣，在地震作用下，柱子將首先達(dá)到抗彎強(qiáng)度，從而呈現(xiàn)出延性的破壞狀態(tài)。人為削弱抗彎強(qiáng)度的方法，可以在柱中沿豎向設(shè)縫將短柱分為各柱肢組成的分體柱，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(qiáng)它的初期剛度和后期耗能能力。一般連接鍵有通縫、預(yù)制分隔板、預(yù)應(yīng)力摩擦阻尼器、素混凝土連接鍵等形式。對分體柱工作性態(tài)的理論分析和試驗研究表明：采用分體柱的方法雖然使柱子的抗剪承載力基本不變，抗彎承載力稍有降低，但是使柱子的變形能力和延性均得到顯著提高，其破壞形態(tài)由剪切型轉(zhuǎn)化為彎曲型，從而實現(xiàn)了短柱變“長柱”的設(shè)想，有效地改善了短柱尤其是剪跨比入蕊的超短柱的抗震性能。分體柱方法已在實際工程中得到應(yīng)用。

4 提高高層建筑抗震設(shè)計的措施

4.1 選擇具有抗震效果的建筑材料

建筑材料的選擇對建筑抗震效果也有一定的影響，隨著材料技術(shù)的不斷進(jìn)步，具有抗震功能的新材料不斷面世，在建筑行業(yè)也受到廣大設(shè)計者的青睞，在建筑時盡量采用框架剪力墻的結(jié)構(gòu)，以鋼結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)進(jìn)行建設(shè)，在宏觀上提高了建筑的剛性和延性，有助于提高建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。鋼結(jié)構(gòu)相比于目前采用的混凝土結(jié)構(gòu)，遇有更高的強(qiáng)度和韌性，在重量比上也要優(yōu)于混凝土結(jié)構(gòu)，具有更好的抗震性能。

4.2 盡可能設(shè)置多道抗震防線

當(dāng)發(fā)生強(qiáng)烈地震之后往往伴隨多次余震，如只有一道防線，則在第一次破壞后再遭余震，將會因損傷積累導(dǎo)致倒塌?？拐鸾Y(jié)構(gòu)體系應(yīng)有最大可能數(shù)量的內(nèi)部、外部冗余度，有意識地建立一系列分布的屈服區(qū)，主要耗能構(gòu)件應(yīng)有較高的延性和適當(dāng)剛度，以使結(jié)構(gòu)能吸收和耗散大量的地震能量，提高結(jié)構(gòu)抗震性能，避免大震時倒塌。

4.3 客觀考慮位移問題

對于我國建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計來說，大多以承載力作為重要的基礎(chǔ)，而設(shè)計人員則采取線彈性方法，對小幅度震動情況下的結(jié)構(gòu)變形力、內(nèi)力等進(jìn)行分析，采取組合內(nèi)力方法，對構(gòu)件的截面進(jìn)行驗證，以此確保結(jié)構(gòu)的可靠性、穩(wěn)定性。另外，為了更好地針對基礎(chǔ)位移狀況實行抗震設(shè)計，應(yīng)該充分了解結(jié)構(gòu)變形情況和配筋之間的關(guān)系，有針對性地采取設(shè)計方法，當(dāng)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)入到抗震階段后，對其變形力進(jìn)行細(xì)致分析與探討。

4.4 減少地震時能量的輸入

在具體的設(shè)計中，采用基于位移的結(jié)構(gòu)抗震方法，對具體的方案進(jìn)行定量的分析，使結(jié)構(gòu)的變形能力能夠滿足預(yù)期地震作用下的變形需求。在驗算結(jié)構(gòu)的承載力之外，還要對結(jié)構(gòu)在大震作用下的層間位移角限值或位移延性比進(jìn)行控制；根據(jù)建筑構(gòu)件的變形和建筑結(jié)構(gòu)的位移之間的關(guān)系，確定構(gòu)件的變形值；根據(jù)建筑截面的應(yīng)變大小和應(yīng)變分布，來確定建筑構(gòu)件的構(gòu)造需求。

5 結(jié)束語

總而言之，高層混凝土結(jié)構(gòu)建筑的抗震能力直接關(guān)系著人們的生命安全以及財產(chǎn)安全，因此，建筑設(shè)計師在進(jìn)行高層建筑時，應(yīng)考慮高層建筑的抗震問題，采取相應(yīng)的安全防患措施，加強(qiáng)對高層混凝土結(jié)構(gòu)建筑的抗震性能，不斷通過實踐積累經(jīng)驗，從而保障建筑物的安全性和可靠性。

參考文獻(xiàn)：

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