试谈高层建筑结构抗震设计理念及方法

试谈高层建筑结构抗震设计理念及方法试谈高层建筑结构抗震设计理念及方法

本文由中国论文联盟经济地实现“小震不坏，中震可修，大震不倒”的目的。但是，由于地震作用是一种随机性很强的循环、往复荷载，建筑物的地震破坏机理又非常简单，存在着很多模糊和不确定因素，在结构内力分析方面，由于未能充分考虑结构的空间作用、非弹性性质、材料时效、阻尼变化等多种因素，计算方法还很不完善，单靠微观的数学力学计算还很难使建筑结构在遭受地震时真正确保具有良好的抗震力量。

1高层建筑抗震结构设计的基本原则

1.1结构构件应具有必要的承载力、刚度、稳定性、延性等方面的性能

(1)结构构件应遵守“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件、强底层柱(墙)”的原则。(2)对可能造成结构的相对薄弱部位，应实行措施提高抗震力量。(3)承受竖向荷载的主要构件不宜作为主要耗能构件。

1.2尽可能设置多道抗震防线

(1)一个抗震结构体系应由若干个延性较好的分体系组成，并由延性较好的结构构件连接协同工作。例如框架—剪力墙结构由延性框架和剪力墙两个分体组成，双肢或多肢剪力墙体系组成。(2)剧烈地震之后往往伴随多次余震，如只有一道防线，则在第一次破坏后再遭余震，将会因损伤积累导致倒塌。抗震结构体系应有最大可能数量的内部、外部冗余度，有意识地建立一系列分布的屈服区，主要耗能构件应有较高的延性和适当刚度，以使结构能汲取和耗散大量的地震能量，提高结构抗震性能，避开大震时倒塌。(3)适当处理结构构件的强弱关系，同一楼层内宜使主要耗能构件屈服后，其他抗侧力构件仍处于弹性阶段，使“有效屈服”保持较长阶段，保证结构的延性和抗倒塌力量。(4)在抗震设计中某一部分结构设计超强，可能造成结构的其他部位相对薄弱，因此在设计中不合理的加强以及在施工中以大带小，转变抗侧力构件配筋的做法，都需要慎重考虑。

1.3对可能消失的薄弱部位，应实行措施提高其抗震力量

(1)构件在剧烈地震下不存在强度平安储备，构件的实际承载力量分析是推断薄弱部位的基础。(2)要使楼层(部位)的实际承载力量和设计计算的弹性受力的比值在总体上保持一个相对匀称的变化，一旦楼层(部位)的比值有突变时，会由于塑性内力重分布导致塑性变形的集中。(3)要防止在局部上加强而忽视了整个结构各部位刚度、承载力的协调。(4)在抗震设计中有意识、有目的地掌握薄弱层(部位)，使之有足够的变形力量又不使薄弱层发生转移，这是提高结构总体抗震性能的有效手段。

2提高短柱抗震性能的应对措施

有抗震设防要求的高层建筑除应满意强度、刚度要求外，还要满意延性的要求。钢筋混凝土材料本身自重较大，所以对于高层建筑的底层柱，随着建筑物高度的增加，其所担当的轴力不断增加，而抗震设计对结构构件有明确的延性要求，在层高肯定的状况下，提高延性就要将轴压比掌握在肯定的范围内而不能过大，这样则必定导致柱截面的增大，从而形成短柱，甚至成为剪跨比小于1.5的超短柱。众所周知，短柱的延性很差，尤其是超短柱几乎没有延性，在建筑遭受本地区设防烈度或高于本地区设防烈度的地震影响时，很简单发生剪切破坏而造成结构破坏甚至倒塌。

混凝土短柱的延性主要受轴压比的影响，同时配箍率、箍筋的形式对混凝土短柱的影响也很大。高层混凝土结构短柱，特殊是结构低层的混凝土短柱，其轴压比很大，破坏时呈脆性破坏，其塑性变形力量很小。提高混凝土短柱的抗震性能，主要也就是提高混凝土短柱的延性。因此，可以从以下几方面着手，实行措施提高混凝土的抗震性能。

2.1提高短柱的受压承载力

提高短柱的受压承载力可减小柱截面、提高剪跨比，从而改善整个结构的抗震性能。减小柱截面和提高剪跨比，最直接的方法就是提高混凝土的强度等级，即采纳高强混凝土来增加柱子的受压承载力，降低其轴压比；但由于高强混凝土材料本身的延性较差，采纳时须慎重或与其他措施协作使用。此外，可以采纳钢骨和钢管混凝土柱以提高短柱的受压承载力。本文由中国论文联盟.LWLM.收集整理。

2.2采纳钢管混凝土柱

钢管混凝土是套箍混凝土的一种特别形式，由混凝土填入薄壁圆形钢管内而形成的组合结构材料。由于钢管内的混凝土受到钢管的侧向约束，使得混凝土处于三向受压状态，从而使混凝土的抗压强度和极限压应变得到很大的提高，混凝土特殊是高强混凝土的延性得到显著改善。同时，钢管既是纵筋，又是横向箍筋，其管径与管壁厚度的比值至少都在90以下，相当于配筋率2至少都在4.6%。

当选用了高强混凝土和合适的套箍指标后，柱子的承载力可大幅度提高，通常柱截面可比一般钢筋混凝土柱减小一半以上，消退了短柱并具有良好的抗震性能。

2.3采纳分体柱

由于短柱的抗弯承载力比抗剪承载力要大得多，在地震作用下往往是因剪坏而失效，其抗弯强度不能完全发挥。因此，可人为地减弱短柱的抗弯强度，使抗弯强度相应于或略低于抗剪强度，这样，在地震作用下，柱子将首先达到抗弯强度，从而呈现出延性的破坏状态。分体柱方法已在实际工程中得到应用。人为减弱抗弯强度的方法，可以在柱中沿竖向设缝将短柱分为2或4个柱肢组成的分体柱，分体柱的各柱肢分开配筋。在组成分体柱的柱肢之间可以设置一些连接键，以增加它的初期刚度和后期耗能力量。一般，连接键有通缝、预制分隔板、预应力摩擦阻尼器、素砼连接键等形式。

3结束语

现阶段，土与结构物共同工作理论的讨论与进展使建筑抗震分析在概念上进一步走向完善，假如可以在结构与地基的材料特性，动力响应，计算理论，稳定标准诸方面得到符合实际的进展，自然会在建筑结构抗震领域内起到重要的作用。

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参考文献

朱镜清.结构抗震分析原理.地震