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1、高層建筑中鋼筋混凝土結構抗震設計【摘要】：要想提高高層建筑的鋼筋混凝土的抗震性能，加強和控制鋼筋混凝土結構在地震作用下損傷機制非常重要，損傷機制控制主要體現在體系的設計、構件設計和需求分析三個主要方面。本文主要對高層結構抗震設計所涉及到的結構體系、結構受力特點，結構布置以及結構的抗震措施等問題進行了論述。 /1/view-7030288.htm【關鍵詞】：高層建筑；鋼筋混凝土結構；結構設計；抗震；結構體系【前言】：隨著我國城市建設中越來越多的高層鋼筋混凝土結構設計形式的出現，如何提高該種結構類型的抗震性能也成為了人們關注的焦點。尤其是近年來我國頻頻發(fā)生一些較大震級的地震，使得一些抗震性能較差的2、建筑物倒塌，不但給社會經濟帶來極大損失，更重要的是嚴重威脅了人民的生命財產安全。因此建筑的抗震設計再次受到了人們的廣泛關注，我國的建筑結構抗震設計遵循三水準、兩階段的設計原則，三水準即“小震不壞、中震可修、大震不倒”。本文通過分析高層鋼筋混凝土結構在地震荷載作用下的受力情況，來探討其抗震設計要素。一 高層建筑結構的特點多層與高層建筑結構的相同點有：都是承擔豎向荷載和水平荷載作用，設計原理和設計方法也是基本是相同的，不同點是在高層建筑中，需要用來抵抗外荷載（特別是水平荷載）的結構材料更多，因此高層建筑結構設計的主要問題就是抗側力結構的設計，設計抗側力結構時也就有更多要求了。實踐證明在建筑物的高度3、越大，水平力作用下結構設計的優(yōu)化程度對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的危害也要比多層建筑的危害大，因此，應該更加重視高層建筑結構的抗震設計。從結構特點看，凡是水平荷載起主要作用的建筑就可以認為進入了高層建筑結構的范疇了，水平荷載主要是地震作用和風荷載為主，在地震區(qū)基本上就是地震荷載起主控作用。二 高層建筑結構抗震設計要素1正確選擇合理的抗側力結構體系其實高層建筑結構設計的重中之重就是設計抗側力結構。高層建筑基本的結構構件是梁、柱、支撐、墻和墻組合的筒，用這些構件可以組成高層建筑眾多的抗側力結構。（1）框架結構：框架結構由梁、柱通過節(jié)點組成的結構單元，框架只能在4、自身平面內抵抗側向力，必須在兩個正交的主軸方向設計框架以抵抗各個方向的側向力。抗震框架結構的梁柱不允許鉸接，必須采用剛接，使梁端能傳遞彎矩，同時使結構具有良好的整體性和較大的剛度。抗震設計的框架結構不宜采用單跨框架。抗震設計時，若采用砌體填充墻，填充墻的布置應避免形成上、下層剛度變化過大，避免形成短柱，盡可能對稱布置，以減小偏心造成的扭轉；砌體墻的抗側剛度大、變形能力小，混合使用不利于結構抗震。（2）剪力墻結構（也稱抗震墻結構）：剪力墻結構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）來實現的，采用現澆鋼筋混凝土，整體性好，承載力及側向剛度大。剪力墻的延性設計的好壞直接影響著它的的抗5、震性能。在以往的地震災害中，剪力墻結構的的震害一般比較輕。（3）框架剪力墻結構：框架剪力墻結構體系就是把框架和剪力墻兩者結合起來，共同抵抗豎向荷載和側向力，相互彌補，從此產生更好的結構效果。框架剪力墻結構既有框架結構的特點，又具備剪力墻結構的優(yōu)點。剪力墻剛度大主要承擔層間剪力，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減小，剪力墻抵抗的層間剪力會轉移到框架上，框架利用足夠的承載力和延性來抵抗地震作用，那么這兩種抗側力結構的優(yōu)勢可以充分發(fā)揮出來，在遭遇地震作用時避免嚴重破壞甚至倒塌。因此建造較高的高層建筑通常采用這種結構型式，目前在我國得到廣泛的應用。要根據6、所設計的建筑高度，是否需要抗震設防及抗震設防烈度等因素，選擇一個與其匹配的、經濟的結構體系，是結構效能得到充分發(fā)揮，建筑材料也能充分的被利用，最終會形成完美的結構設計。2 正確認識高層建筑的受力特點高層建筑可以簡化成一個豎向懸臂結構，結構軸向力主要是垂直荷載所產生的，它與建筑物高度是一次方的關系；結構的彎矩則是由側向力所產生，彎矩與建筑物高度是二次方的關系。由此可以看出，在高層結構中，垂直荷載的影響不如側向力影響大，結構設計的控制因素也就是側向力，結構除了應有較大的強度來抵抗側向力產生的彎矩、剪力以及拉應力和壓應力，同時結構還要具備足夠的剛度，使隨著高度增加所引起的側向變形限制在結構允許范圍內7、。3 建筑體型和結構總體布置建筑體型和結構總體布置在高層建筑的設計中也特別重要。建筑的平立面表現的是建筑體型，結構構件的平面布置和豎向布置反映的就是結構的總體布置，布置結構構件應該根據結構抵抗豎向荷載、抗風、抗震的要求來布置。結構平面布置對稱、均勻并且有較好的抗扭剛度。結構豎向布置也要均勻，結構的剛度、承載力和質量分布均勻，無突變。三 抗震設計方案根據高層建筑的鋼筋混凝土結構遭遇地震的強度可以分為罕遇地震、設防地震和多遇地震，在不同強度地震作用下，鋼筋混凝土結構的抗震性能不同。抗震設計方案首先需要確定損傷部位，進而建立等效線性化結構模型，從而確定鋼筋混凝土結構在地震作用下的彈塑性變形能力和承載8、力需求。下面將對不同地震強度下的抗震設計方案：1多遇地震的損傷部位設計方案在多遇地震作用的彈塑性變形能力和承載力只需要按照GB50011-2010建筑抗震設計規(guī)范設計即可，也就是對多遇地震的重力荷載效應和作用效應分別乘以荷載分項系數和相應的作用就可以得到結構的設計內力，然后根據鋼筋混凝土結構的材料強度來進行該結構的承載力計算和設計。2 罕遇地震的損傷部位設計方案必須對罕遇地震下鋼筋混凝土結構響應點的層間位移是否符合GB50011-2010建筑抗震設計規(guī)范的規(guī)定也非常重要。如果滿足可以直接采用等效線性化分析法計算的彈塑性變形能力進行鋼筋混凝土構件的彈塑性變形能力設計；如果不滿足，需要增加結構的配9、筋或者增大結構構件截面來滿足GB50011-2010建筑抗震設計規(guī)范對于層間位移的要求。3 罕遇地震下的非損傷部位的承載力設計方案可以利用等效線性化分析法來計算非預期損傷構件在罕遇地震下的承載力，不同之處在于，非預期損傷部位的承載力會隨著預期損傷部位承載力的增加而增加。根據等效線性化分析法可知，鋼筋混凝土結構的響應點在罕遇地震作用下所對應的承載力可以作為非預期損傷部位的承載力，在設計過程中由于罕遇地震發(fā)生的可能性很小，可以采用重力荷載效應和地震作用效應的組合，再結合建筑材料強度的標準值來計算構件的承載力需求，如下式所示：SG+SEKRK其中：SG為重力荷載效應；SEK為地震作用效應；RK為按材10、料強度標準值計算的構件承載力。等效線性化分析法能夠直接反應構件結構在地震響應階段的彈塑性內力分布，有助于增強預期損傷部位的承載力，合理性和一般性更強。【結語】：通過了高層建筑的受力特點、結構體系、結構布置、抗震設計等多方面的規(guī)定，在保證結構安全的前提下，盡可能將結構設計做到最合理、最經濟和最優(yōu)化。【參考文獻】：1曲哲，葉列平.建筑結構彈塑性地震響應計算的等價線性化法研究J.建筑結構學報，2010，31（9）：95-102.2錢稼茹，徐福江.鋼筋混凝土梁基于位移的變形能力設計方法J.四川建筑科學研究，2007，33（2）：1-3.3曲哲.搖擺墻-框架結構抗震損傷機制控制及設計方法研究D.北京：清華大學，2010.4GB500112010建筑抗震設計規(guī)范S.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2010.