建筑設(shè)計(jì)評(píng)職論文高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題淺析

　　摘 要：隨著城市建設(shè)的發(fā)展，建筑物所能達(dá)到的高度和規(guī)模在不斷地增加，高層建筑已成為反映城市經(jīng)濟(jì)繁榮的重要標(biāo)志。本文針對(duì)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的延性、剪力墻設(shè)計(jì)中注意的問題等方面進(jìn)行分析，對(duì)如何保證鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)的耐久性及穩(wěn)固性進(jìn)行討論。

　　關(guān)鍵詞：鋼筋混凝土,高層建筑,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　1 引言

　　隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和人生活水平的提高，高層建筑物的建筑功能、材料、結(jié)構(gòu)的形成等方面都在不斷的發(fā)展變化。由于高層的建筑物面積比較小，節(jié)省公共設(shè)備、設(shè)施投資，也能改變城市的面貌等繁榮度，因此高層建筑應(yīng)用廣泛。

　　2 結(jié)構(gòu)和構(gòu)件延性

　　延性是指結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在承載力沒有顯著下降的情況下，承受變形的能力。延性大，說明塑性變形能力大，強(qiáng)度或承載力降低緩慢，從而有足夠大的能力吸收和耗散地震能量，避免結(jié)構(gòu)倒塌;延性小，說明達(dá)到最大承載力之后承載力迅速降低，變形能力小，呈現(xiàn)脆性破壞，引起結(jié)構(gòu)倒塌。

　　2.1 保證高層建筑結(jié)構(gòu)的延性是提高結(jié)構(gòu)抗震性能的重要措施。從國內(nèi)外多次地震中建筑物的破壞和倒塌情況來看，若使建筑物在地震免于嚴(yán)重破壞和倒塌，其抗側(cè)力體系中的構(gòu)件在發(fā)生強(qiáng)度屈服時(shí)的順序應(yīng)符合下列條件：(1)梁、柱或斜撐桿件的屈服先于節(jié)點(diǎn);(2)梁的屈服先于柱;(3)梁、柱的彎曲屈服先于剪切屈服;(4)桿件截面產(chǎn)生塑性鉸的過程是先受拉屈服后受壓屈服。這樣，在構(gòu)件發(fā)生變形時(shí)，才具有較好的延性、較高的抗震性能。在遇到等于或接近其設(shè)防烈度的地震時(shí)就不會(huì)嚴(yán)重破壞，即使遭遇更強(qiáng)烈度的地震也不至于倒塌。

　　2.2 對(duì)于高層結(jié)構(gòu)，抗震設(shè)計(jì)的優(yōu)化準(zhǔn)則可概括為：強(qiáng)柱弱梁(或強(qiáng)墻弱梁)，強(qiáng)剪弱彎，強(qiáng)壓若拉，強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱桿件。

　　(1)強(qiáng)柱弱梁(或強(qiáng)墻弱梁)：控制梁-柱或梁-墻的相對(duì)承載力，使塑性鉸首先在梁端出現(xiàn)，盡量避免或減少柱、墻中的塑性鉸。

　　(2)強(qiáng)剪弱彎：對(duì)于梁、柱、墻構(gòu)件，要保證構(gòu)件出現(xiàn)受彎塑性鉸而不是過早剪破。因此，要使構(gòu)件抗剪承載力大于塑性鉸抗彎承載力，為次提高構(gòu)件的抗剪承載力，在墻肢中，還要采取措施推遲它在屈服后的剪破。

　　(3)強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱桿件：要保證節(jié)點(diǎn)區(qū)和鋼筋錨固不過早破壞，不在梁、柱、墻等構(gòu)件塑性鉸充分發(fā)揮作用前破壞。

　　在進(jìn)行地震去高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)遵循以下抗震設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：

　　①具有明確的設(shè)計(jì)簡圖和合理的地震力傳遞路線;

　?、诰哂卸嗟揽拐鸱谰€，不會(huì)因部分結(jié)構(gòu)或構(gòu)件失效而導(dǎo)致整個(gè)體系喪失抗側(cè)力或承載力;

　　③具有必要的承載力，良好的延性和較好的耗能潛力，從而使結(jié)構(gòu)體系遭遇地震時(shí)有足夠的防倒塌潛力;

　　④結(jié)構(gòu)的剛度和強(qiáng)度沿水平和豎向的分布應(yīng)均勻，或按需要合理分布避免出現(xiàn)局部消弱或突變而形成薄弱環(huán)節(jié)，從而防止地震時(shí)出現(xiàn)過大應(yīng)力集中或塑性變形集中的情況。

　　2.3 實(shí)際工程中有選擇的提高結(jié)構(gòu)中重要構(gòu)件或關(guān)鍵部位的延性。在結(jié)構(gòu)豎向,對(duì)于剛度沿高度均勻分布的、體形較簡單的高層建筑,應(yīng)著重提高底層構(gòu)件的延性;對(duì)于大底盤高層建筑,應(yīng)著重提高主樓與裙房頂面相銜接的樓層中構(gòu)件的延性;對(duì)于不規(guī)則立面的高層建筑, 應(yīng)著重加強(qiáng)體形突變處樓層構(gòu)件的延性;對(duì)框支結(jié)構(gòu),應(yīng)著重提高底層或底部幾層框架的延性。在結(jié)構(gòu)平面位置上,應(yīng)該著重提高房屋周邊轉(zhuǎn)角處、平面突變處以及復(fù)雜平面各翼相接處構(gòu)件的延性;對(duì)偏心結(jié)構(gòu),應(yīng)加大房屋周邊特別是剛度較弱一側(cè)構(gòu)件的延性;對(duì)具有多道抗震防線抗側(cè)力構(gòu)件, 應(yīng)著重提高第一道抗震防線構(gòu)件的延性。

　　3 剪力墻設(shè)計(jì)中需注意的幾個(gè)問題

　　3.1 鋼筋混凝土抗震墻的延性和破壞形態(tài)與墻體的高寬比和超靜定次數(shù)密切相關(guān)。

　　3.1.1為了提高抗震墻的變形能力,避免發(fā)生剪切破壞,對(duì)于一道截面較長的抗震墻,應(yīng)該利用洞口設(shè)置弱連梁,使墻體分為小開口墻、多肢墻或單肢墻,并使每個(gè)墻段的高寬比不小于2。所謂弱連梁, 是指在地震作用下各層連梁的總約束彎矩不大于該墻段總地震彎矩的20%;連梁不能太強(qiáng),以免水平地震作用下某個(gè)墻肢出現(xiàn)全截面受拉,這是比較危險(xiǎn)的。但是,考慮到耗能,連梁又不能太弱,連梁弱到成為一般小梁時(shí),墻肢就變成單肢墻,而單肢墻的延性很差,僅為多肢墻的一半,且單肢墻僅具有一道抗震防線,超靜定次數(shù)少,在地震作用下是很不利的。目前,有許多設(shè)計(jì)人員將結(jié)構(gòu)中門洞連梁、窗洞連梁都改為截面高度極小的二力桿件,這對(duì)結(jié)構(gòu)抗震是很不好的。

　　3.1.2在實(shí)際設(shè)計(jì)中,對(duì)連梁的剛度都要進(jìn)行折減,這是因?yàn)榧袅Φ膭偠纫话愣己艽?在水平力作用下, 剪力墻中的連梁會(huì)因?yàn)楹艽蟮膬?nèi)力而超過截面允許值, 可靠的辦法是讓這些連梁先屈服,要使連梁能形成塑性鉸而不發(fā)生脆性破壞,連梁首先就必須滿足強(qiáng)剪弱彎的要求, 對(duì)連梁的剛度進(jìn)行折減實(shí)際上就是降低其抗彎能力。

　　3.2 規(guī)范規(guī)定,剪力墻在端部應(yīng)設(shè)置暗柱、端柱等邊緣構(gòu)件。

　　這些邊緣構(gòu)件的作用相當(dāng)于磚混結(jié)構(gòu)的約束柱,當(dāng)結(jié)構(gòu)的剛度較小,地震作用下層間位移和頂點(diǎn)位移較大時(shí),邊緣構(gòu)件所起的作用也就越大,此時(shí)暗柱的截面和配筋就應(yīng)加大。如果剪力墻的總截面面積與樓層面積之比值較大時(shí), 且房屋高度較小、樓座面積較大時(shí),墻端部的暗柱面積和配筋量就不需按規(guī)范要求設(shè)置那么多。1985 年智利大地震時(shí), 有300多棟鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)的破壞較輕,但它們的墻端并無較好的約束。這就是最好的證明。

　　3.3 在鋼筋混凝土全墻結(jié)構(gòu)中, 采用大開間剪力墻結(jié)構(gòu)好,還是采用小開間剪力墻結(jié)構(gòu)好,這一直是一個(gè)爭論的焦點(diǎn)問題。大開間剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)較多: a.墻體數(shù)量少,相應(yīng)的混凝土用量少,墻體的約束構(gòu)件少, 結(jié)構(gòu)自重輕;b.相對(duì)小開剪力墻結(jié)構(gòu),其抗推剛度小,自振周期長,水平地震作用小;c.墻體的配筋率適當(dāng), 結(jié)構(gòu)的延性增加,地震時(shí)能充分發(fā)揮墻體約束構(gòu)件的作用;d.使用空間大,建筑布置靈活。缺點(diǎn)是;1)樓板跨度大,鋼筋用量大;2)要求設(shè)置高效輕質(zhì)的隔墻,造價(jià)高。

　　4 結(jié)語

　　結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是個(gè)系統(tǒng)、全面的工作，需要扎實(shí)的理論知識(shí)功底，靈活創(chuàng)新的思維和嚴(yán)肅認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作態(tài)度。設(shè)計(jì)人員要從一個(gè)個(gè)基本的構(gòu)件算起，做到知其所以然，深刻理解規(guī)范和規(guī)程的含義，并密切配合其它專業(yè)來進(jìn)行設(shè)計(jì)，在工作中應(yīng)事無巨細(xì)，善于反思和總結(jié)工作中的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)。

　　參考文獻(xiàn)：

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