工業(yè)設(shè)計(jì)構(gòu)思高層建筑抗震設(shè)計(jì) 推薦本站優(yōu)秀建筑設(shè)計(jì)雜志：《工業(yè)設(shè)計(jì)》雜志是目前國(guó)內(nèi)唯一專(zhuān)業(yè)報(bào)道工業(yè)設(shè)計(jì)的綜合性期刊�！豆�業(yè)設(shè)計(jì)》雜志為月刊，國(guó)內(nèi)外公開(kāi)發(fā)行，內(nèi)頁(yè)128P國(guó)內(nèi)統(tǒng)一刊號(hào)：CN23-1516/T，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)刊號(hào)：ISSN1672-7053，全彩精印。

　　摘要：高層建筑抗震工作一直是建筑設(shè)計(jì)和施工的重點(diǎn)，概述高層建筑的發(fā)展，對(duì)建筑抗震進(jìn)行必要的理論分析，從而來(lái)探索高層建筑的設(shè)計(jì)理念、方法，從而采取必須的抗震措施。為了避免短柱脆性破壞問(wèn)題在高層建筑中發(fā)生，筆者認(rèn)為，首先要正確判定短柱，然后對(duì)短柱采取一些構(gòu)造措施或處理，提高短柱的延性和抗震性能。

　　關(guān)鍵詞：工業(yè)設(shè)計(jì),高層建筑,抗震,設(shè)計(jì)

　　1、高層建筑抗震設(shè)計(jì)特點(diǎn)

　　1.1控制建筑物的側(cè)移是重要的指標(biāo)。高層建筑結(jié)構(gòu)的側(cè)移是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵決定因素。在地震作用下,建筑結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的水平剪切力,使建筑物產(chǎn)生明顯的側(cè)移,隨著建筑結(jié)構(gòu)高度的不斷增加,結(jié)構(gòu)的側(cè)向位移快速增大,結(jié)構(gòu)的變形也隨之增大，側(cè)向位移過(guò)大將使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加內(nèi)力，附加偏心力超過(guò)一定限值時(shí)，將會(huì)引取整個(gè)結(jié)構(gòu)的倒塌，因此必須將側(cè)移限制在一定的范圍之內(nèi),也就是結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)具有必要的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性，這樣才能保證結(jié)構(gòu)安全以及使用功能。

　　1.2地震作用中產(chǎn)生的水平力是關(guān)鍵因素。水平力會(huì)使建筑物產(chǎn)生傾覆力矩,并且在結(jié)構(gòu)的豎向構(gòu)件中引起很大的軸力。如果把建筑物看作一簡(jiǎn)單的豎向懸臂構(gòu)件，構(gòu)件中由豎向荷載產(chǎn)生的軸力與高度成正比;水平力作用產(chǎn)生的彎矩與高度的平方成正比;水平作用力產(chǎn)生的側(cè)向位移與高度四次方成正比;對(duì)高度一定的建筑物而言,豎向荷載基本上是不變的,而水平方向上地震作用的數(shù)值大小往往會(huì)隨著高層建筑結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性不同而存在較大幅度的變化。

　　1.3要重視建筑結(jié)構(gòu)的延性設(shè)計(jì)。高層建筑結(jié)構(gòu)隨著高度增加,顯得更柔,在地震作用下變形較大。這就要求結(jié)構(gòu)要有足夠的變形能力,設(shè)計(jì)應(yīng)遵循“強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)、強(qiáng)底層柱(墻)”的設(shè)計(jì)原則，盡可能設(shè)置多道抗震防線(xiàn)，主要耗能構(gòu)件應(yīng)有較高的延性和適當(dāng)?shù)膭偠龋�使結(jié)構(gòu)能吸收和消耗大量的地震能量，適當(dāng)處理構(gòu)件的強(qiáng)弱關(guān)系，同一樓層內(nèi)宜使主要耗能構(gòu)件屈服后，其他抗側(cè)力構(gòu)件仍處于彈性階段，應(yīng)避免部份構(gòu)件超強(qiáng)設(shè)計(jì)，造成結(jié)構(gòu)的其他部位相對(duì)博弱。要有目的、有意識(shí)的控制博弱部位，使之有足構(gòu)的變形能力又不使薄弱層發(fā)生轉(zhuǎn)移。在結(jié)構(gòu)構(gòu)造上采取有利的加強(qiáng)措施,使得建筑結(jié)構(gòu)具有足夠的延性。

　　2、高層建筑的結(jié)構(gòu)體系

　　2.1 框架—剪力墻體系

　　當(dāng)框架體系的強(qiáng)度和剛度不能滿(mǎn)足要求時(shí)，往往需要在建筑平面的適當(dāng)位置設(shè)置較大的剪力墻來(lái)代替部分框架，便形成了框架—剪力墻體系。在承受水平力時(shí)，框架和剪力墻通過(guò)有足夠剛度的樓板和連梁組成協(xié)同工作的結(jié)構(gòu)體系。在體系中框架體系主要承受垂直荷載，剪力墻主要承受水平剪力�？蚣�—剪力墻體系的位移曲線(xiàn)呈彎剪型。剪力墻的設(shè)置，增大了結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度，使建筑物的水平位移減小，同時(shí)框架承受的水平剪力顯著降低且內(nèi)力沿豎向的分布趨于均勻，所以框架—剪力墻體系的能建高度要大于框架體系。

　　2.2 剪力墻體系

　　當(dāng)受力主體結(jié)構(gòu)全部由平面剪力墻構(gòu)件組成時(shí)，即形成剪力墻體系。在剪力墻體系中，單片剪力墻承受了全部的垂直荷載和水平力。剪力墻體系屬剛性結(jié)構(gòu)，其位移曲線(xiàn)呈彎曲型。剪力墻體系的強(qiáng)度和剛度都比較高，有一定的延性，傳力直接均勻，整體性好，抗倒塌能力強(qiáng)，是一種良好的結(jié)構(gòu)體系，能建高度大于框架或框架—剪力墻體系。

　　2.3 簡(jiǎn)體體系

　　凡采用簡(jiǎn)體為抗側(cè)力構(gòu)件的結(jié)構(gòu)體系統(tǒng)稱(chēng)為簡(jiǎn)體體系，包括單簡(jiǎn)體、簡(jiǎn)體—框架、筒中筒、多束筒等多種型式。簡(jiǎn)體是一種空間受力構(gòu)件，分實(shí)腹筒和空腹筒兩種類(lèi)型。實(shí)腹筒是由平面或曲面墻圍成的三維豎向結(jié)構(gòu)單體，空腹筒是由密排柱和窗裙梁或開(kāi)孔鋼筋混凝土外墻構(gòu)成的空間受力構(gòu)件。筒體體系具有很大的剛度和強(qiáng)度，各構(gòu)件受力比較合理，抗風(fēng)、抗震能力很強(qiáng)，多應(yīng)用于大跨度、大空間或超高層建筑。

　　3、高層建筑抗震設(shè)計(jì)常見(jiàn)的問(wèn)題

　　3.1缺乏巖土工程勘察資料或資料不全。有的在擴(kuò)初設(shè)計(jì)階段還缺建筑場(chǎng)地巖土工程的勘察資料，有的在擴(kuò)初設(shè)計(jì)會(huì)審之后就直接進(jìn)入了施工圖設(shè)計(jì)，有的在規(guī)劃設(shè)計(jì)或方案設(shè)計(jì)會(huì)審后就直接進(jìn)入了施工圖設(shè)計(jì)。無(wú)巖土工程勘察資料，設(shè)計(jì)缺少了必要的依據(jù)。

　　3.2結(jié)構(gòu)的平面布置。外形不規(guī)則、不對(duì)稱(chēng)、凹凸變化尺度大、形心質(zhì)心偏心大，同一結(jié)構(gòu)單元內(nèi)，結(jié)構(gòu)平面形狀和剛度不均勻不對(duì)稱(chēng)，平面長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)等。

　　3.3抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)掌握不當(dāng)。有一些項(xiàng)目擅自提高了設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)，按照《建筑抗震設(shè)防分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)(GB 50223-2008)》劃分應(yīng)屬六度設(shè)防的，但設(shè)計(jì)中提高了一度按七度設(shè)防，提高了建筑抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)，將會(huì)增加工程投資;有的項(xiàng)目嚴(yán)格應(yīng)按七度采取抗震措施的，但設(shè)計(jì)中又按六度設(shè)防，減低了抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)，不利抗震。

　　3.4平面布局的剛度不均�？拐鹪O(shè)計(jì)要求建筑的平、立面布置宜規(guī)正、對(duì)稱(chēng)，建筑的質(zhì)量分布和剛度變化宜均勻，否則應(yīng)考慮其不利影響。但有的平面設(shè)計(jì)存在嚴(yán)重的不對(duì)稱(chēng)：一邊進(jìn)深大，一邊進(jìn)深小;一邊設(shè)計(jì)大開(kāi)間，一邊為小房間;一邊墻落地承重，一邊又為柱承重。平面形狀采用L、π形不規(guī)則平面等，造成了縱向剛度不均，而底層作為汽車(chē)庫(kù)的住宅，一側(cè)為進(jìn)出車(chē)需要，取消全部外縱墻，另一側(cè)不需進(jìn)出車(chē)輛，因而墻直接落地，造成橫向剛度不均。這些都對(duì)抗震極為不利。

　　3.5框架結(jié)構(gòu)砌體填充墻抗震構(gòu)造措施不到位。砌體外圍護(hù)墻砌筑在框架柱外又沒(méi)有設(shè)置抗震構(gòu)造柱，框架間砌體填充墻高度長(zhǎng)度超過(guò)規(guī)范規(guī)定要求又沒(méi)有采取相應(yīng)構(gòu)造措施。

　　3.6結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)掌握不準(zhǔn)。有的提高了，而有的又降低了，主要是對(duì)場(chǎng)地土類(lèi)型、結(jié)構(gòu)類(lèi)型、建筑高度、設(shè)防烈度等因素綜合評(píng)定不準(zhǔn)造成。

　　4、短柱的正確判定

　　柱凈高H與截面高度h之比H/h≤4為短柱，工程界許多工程技術(shù)人員也都據(jù)此來(lái)判定短柱，這是一個(gè)值得注意的問(wèn)題。因?yàn)榇_定是不是短柱的參數(shù)是柱的剪跨比λ，只有剪跨比λ=M/Vh≤2的柱才是短柱，而柱凈高與截面高度之比H/h≤4的柱其剪跨比λ不一定小于2，亦即不一定是短柱。按H/h≤4來(lái)判定的主要依據(jù)是：①λ=M/Vh≤2;②考慮到框架柱反彎點(diǎn)大都靠近柱中點(diǎn)，取M=0.5VH，則λ=M/Vh=0.5VH/Vh=0.5H/h≤2，由此即得H/h≤4。但是，對(duì)于高層建筑，梁、柱線(xiàn)剛度比較小，特別是底部幾層，由于受柱底嵌固的影響且梁對(duì)柱的約束彎矩較小，反彎點(diǎn)的高度會(huì)比柱高的一半高得多，甚至不出現(xiàn)反彎點(diǎn)，此時(shí)不宜按H/h≤4來(lái)判定短柱，而應(yīng)按短柱的力學(xué)定義——剪跨比λ=M/Vh≤2來(lái)判定才是正確的。

　　框架柱的反彎點(diǎn)不在柱中點(diǎn)時(shí)，柱子上、下端截面的彎矩值大小就不一樣，即Mt≠Mb。因此，框架柱上、下端截面的剪跨比大小也是不一樣的，即λt=Mt/Vh≠λb=Mb/Vh。此時(shí)，應(yīng)采用哪一個(gè)截面的剪跨比來(lái)判斷框架柱是不是屬于短柱呢?筆者認(rèn)為，應(yīng)該采用框架柱上、下端截面中剪跨比的較大值，即取λ=max(λt，λb)。一般情況下，在高層建筑的底部幾層，框架柱的反彎點(diǎn)都偏上，即Mb>Mt。

　　在層高一定的情況下，為提高延性而降低軸壓比則會(huì)導(dǎo)致柱截面增大，且軸壓比越小截面越大;而截面增大導(dǎo)致剪跨比減小，又降低了構(gòu)件的延性。因此，在高層特別是超高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，為滿(mǎn)足規(guī)程對(duì)軸壓比限值的要求，柱子的截面往往比較大，在結(jié)構(gòu)底部常常形成短柱甚至超短柱。

　　5、改善短柱抗震性能的措施

　　5.1 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(mǎn)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(mǎn)足“強(qiáng)柱弱梁”要求的。對(duì)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(lái)提高柱子的抗剪承載力，改善對(duì)砼的約束作用，能夠達(dá)到改善短柱抗震性能的目的。

　　5.2 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)。

　　5.3 采用鋼管砼柱 鋼管砼是由砼填入薄壁圓形鋼管內(nèi)而形成的組合結(jié)構(gòu)材料，是套箍砼的一種特殊形式。由于鋼管內(nèi)的砼受到鋼管的側(cè)向約束，使得砼處于三向受壓狀態(tài)，從而使砼的抗壓強(qiáng)度和極限壓應(yīng)變得到很大的提高，砼特別是高強(qiáng)砼的延性得到顯著改善。同時(shí)，鋼管既是縱筋，又是橫向箍筋，其管徑與管壁厚度的比值至少都在90以下，這相當(dāng)于配筋率至少都在4.6%以上，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)抗震規(guī)范對(duì)鋼筋砼柱所要求的最小配筋率限值。

　　6、結(jié)語(yǔ)

　　總的來(lái)說(shuō)，建筑設(shè)計(jì)是建筑杭震設(shè)計(jì)的一個(gè)重要方面，建筑設(shè)計(jì)與建筑抗震設(shè)計(jì)有著密切關(guān)系。它對(duì)建筑抗震起著重要的基礎(chǔ)作用。一個(gè)優(yōu)良的建筑抗震設(shè)計(jì)，必須是在建筑設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相互配合協(xié)作共同考慮抗震的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上完成。為此，要充分重視建筑設(shè)計(jì)在建筑抗震設(shè)計(jì)中的重要性，在建筑抗震設(shè)計(jì)中更好地發(fā)揮建筑設(shè)計(jì)應(yīng)有的作用。

　　參考文獻(xiàn):

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