楊紫健

【摘要】地震是現(xiàn)今人類(lèi)所面臨的最嚴(yán)重自然災(zāi)害之一，抗震構(gòu)造研究是建筑設(shè)計(jì)工作的重點(diǎn)。本文從確保結(jié)構(gòu)的整體性、提高構(gòu)件延性、減小扭轉(zhuǎn)效應(yīng)三個(gè)方面研究高層建筑的抗震構(gòu)造。

【關(guān)鍵字】高層建筑 抗震構(gòu)造

一、引言

地震是現(xiàn)今常見(jiàn)自然災(zāi)害，雖然大地震中破壞最嚴(yán)重的往往不是高層建筑，但是高層建筑遭地震破壞會(huì)比一般房屋造成更大的人員傷害和財(cái)產(chǎn)損失。1914年，日本的佐野利器教授首次提出“抗震結(jié)構(gòu)”這一概念，主張通過(guò)提高建筑結(jié)構(gòu)的剛度來(lái)抵抗地震。

二、高層建筑抗震構(gòu)造設(shè)計(jì)原則

設(shè)計(jì)是先行，因此抵抗震害的工程對(duì)策，必須通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。既是依據(jù)不同建筑，不同場(chǎng)地，根據(jù)現(xiàn)行的國(guó)家抗震設(shè)計(jì)規(guī)范，從設(shè)計(jì)計(jì)算、結(jié)構(gòu)選型和構(gòu)造措施上實(shí)行抗震設(shè)防，確?！靶≌鸩粔摹⒅姓鹂尚?、大震不倒”。[1]

三、高層建筑抗震構(gòu)造

3.1 確保結(jié)構(gòu)的整體性

結(jié)構(gòu)的完整是確保結(jié)構(gòu)各部份在地震作用下互相協(xié)調(diào)工作的前提條件。要保證結(jié)構(gòu)有足夠的抗震可靠度，就應(yīng)使結(jié)構(gòu)在地震作用下保持整體性。現(xiàn)澆型鋼混凝土結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)有完整性好、水平剛度大等優(yōu)點(diǎn)，是較理想的抗震構(gòu)件，這種結(jié)構(gòu)能消除散落、滑移問(wèn)題，增加結(jié)構(gòu)整體性及樓板的剛度，且因?yàn)橐约羟凶冃螢橹鞯钠鲶w結(jié)構(gòu)，層間的變形是可控的，所以可適當(dāng)放寬對(duì)平面上墻體對(duì)齊要求。較強(qiáng)的屋蓋及樓板水平剛度能使荷載傳遞具備良好條件，當(dāng)平面上上下墻體不齊時(shí)，現(xiàn)澆屋蓋和樓板可起到一定傳遞水平力的作用，樓、屋蓋現(xiàn)澆同時(shí)也加強(qiáng)了對(duì)墻體的約束。在合適部位加設(shè)構(gòu)造柱，并放置些構(gòu)造鋼筋，也可以加強(qiáng)結(jié)構(gòu)整體性；另外，設(shè)置配筋圈梁能夠限制散落，增加空間剛度，提高結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)定，進(jìn)而提升房屋抗震性能。[2]

3.2提高構(gòu)件延性

結(jié)構(gòu)延性反映了結(jié)構(gòu)的變形能力，是防止結(jié)構(gòu)在大地震下倒塌的關(guān)鍵因素之一。為了增強(qiáng)結(jié)構(gòu)在遭遇大地震作用時(shí)的抗倒塌能力，結(jié)構(gòu)應(yīng)具有較高的延性。對(duì)結(jié)構(gòu)延性的要求具體體現(xiàn)在對(duì)構(gòu)建延性的要求上。

鋼筋混凝土的框架梁，在其受壓區(qū)放置一定量的縱向鋼筋可以降低梁截面受壓區(qū)的高度，增強(qiáng)梁端的轉(zhuǎn)動(dòng)性能，進(jìn)而提升梁的變形能力。實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)梁截面受壓區(qū)的相對(duì)高度在0.2到0.35時(shí)，它的曲率延性系數(shù)可達(dá)4左右。因此，應(yīng)該限制梁端截面受壓區(qū)的相對(duì)高度。此外，在梁端塑性鉸區(qū)縱筋屈服的區(qū)域內(nèi)設(shè)置加密的封閉式箍筋可以提高此范圍的壓區(qū)混凝土極限壓應(yīng)變，并能夠防止在塑性鉸區(qū)的壓筋過(guò)早的壓屈及最終發(fā)生剪切破壞，進(jìn)而保證梁有比較大的延性。 而鋼筋混凝土的鋼架柱，實(shí)際震害顯示，在反復(fù)的地震作用下，首先剝落的往往是柱端保護(hù)層。在此時(shí)的壓力作用下，若沒(méi)有充足的箍筋約束，縱筋會(huì)向外膨曲，則柱端破壞。箍筋對(duì)柱子核芯區(qū)的混凝土有較強(qiáng)的約束力，增加配箍率能夠顯著提升受壓混凝土極限壓應(yīng)變，從而提升柱子的變形性能。因此，在框架柱的梁端應(yīng)當(dāng)設(shè)置加密的封閉式箍筋（間距小于縱筋直徑的6至8倍）。對(duì)于短柱，由于其變形力差，需沿整個(gè)高度設(shè)置加密箍筋。此外，柱子中的配箍形式對(duì)變形能力同樣有較大影響。相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究表明，選取螺旋箍、復(fù)合螺旋箍或者連續(xù)復(fù)合螺旋箍能夠明顯提高柱子的極限變形水平。 提高柱的延性和降低軸比限值要求的另一種措施就是在柱內(nèi)放置矩形核芯柱和應(yīng)用混凝土與鋼管雙重組合柱。這類(lèi)柱子的變形能力和受壓承載力皆有較大提升，在大變形情況下芯柱能有效減少柱的壓縮，保持柱子的外形及截面的承載力，特別對(duì)承受高壓軸的短柱來(lái)說(shuō)，更利于提升變形能力，延遲倒塌。對(duì)于鋼筋混凝土剪力墻，在墻端部配置邊緣構(gòu)件（明柱、暗柱、翼柱），邊緣構(gòu)件其本身就是剪力墻的一部分，不可套用一般梁與柱連接的方法，因?yàn)樗袅χg的連接就是相同構(gòu)件間的連接。把墻體縱向的鋼筋量大部分集中在兩端邊緣的構(gòu)件那，并在邊緣構(gòu)件放置充足的橫向箍筋來(lái)約束當(dāng)中的混凝土，能夠防止開(kāi)始的斜裂縫貫穿墻體，能較大提升剪力墻的變形能力。剪力墻的水平分布筋是照整片墻肢實(shí)行配置以抵抗水平地震作用所產(chǎn)生的剪力的，可以把水平分布筋伸到墻肢端部，同時(shí)垂直的彎折15d。利用邊緣構(gòu)件的箍筋提升混凝土的受壓能力，約束混凝土，使剪力墻在地震作用下具備良好的耗能及延性能力。[3]另外，剪力墻的塑性鉸大多發(fā)生在底部，為了使剪力墻出現(xiàn)塑性鉸之后仍具備較強(qiáng)的延性，在此范圍要加強(qiáng)構(gòu)造措施（如增加墻體厚度、增加抗剪箍筋、配置約束邊緣構(gòu)件等），提高抗剪切破壞能力。

上述構(gòu)造措施主要是增強(qiáng)各類(lèi)構(gòu)件的抗剪能力，使其在強(qiáng)烈地震作用時(shí)，不致于在結(jié)構(gòu)延性尚未發(fā)揮出來(lái)就出現(xiàn)非延性剪切破壞。進(jìn)而確保達(dá)到規(guī)范所要求的“強(qiáng)剪弱彎”。3.3減小扭轉(zhuǎn)效應(yīng) 為了減小扭轉(zhuǎn)效應(yīng)，平面分布應(yīng)力求均勻，剛度中心同建筑物中心應(yīng)盡量接近。高寬比超過(guò)2的剪力墻應(yīng)設(shè)計(jì)為彎曲破壞的延性剪力墻來(lái)避開(kāi)脆性的剪切破壞，可以把長(zhǎng)的剪力墻變成若干均勻的獨(dú)立段。由于其受剪脆性容易被破壞，相鄰墻段間應(yīng)用樓板或弱連梁連接；短肢剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)用于住宅，既有利于建筑的布置，又可以減輕其結(jié)構(gòu)自重。但因?yàn)榭拐鹦阅鼙容^差，8度設(shè)防區(qū)的層數(shù)較多時(shí)，應(yīng)謹(jǐn)慎采用?？稍诙讨袅χ性O(shè)置一般或筒體剪力墻，成為短肢剪力墻同一般剪力墻一起抵抗水平力的結(jié)構(gòu)。在抗震設(shè)計(jì)時(shí)，筒體及一般剪力墻所承受的第一振型的底部?jī)A覆力矩應(yīng)該大于結(jié)構(gòu)底部的地震傾覆力矩50％。在水平地震作用下，高層的短肢剪力墻主要體現(xiàn)為整體彎曲變形，底部及外圍小墻肢承因?yàn)樨Q向荷載大，破壞嚴(yán)重，尤其是一字形的小墻肢破壞最嚴(yán)重?？赏ㄟ^(guò)增加建筑物周邊的墻肢長(zhǎng)度和連梁高度抵消扭轉(zhuǎn)不規(guī)則，進(jìn)而明顯增大結(jié)構(gòu)抗扭剛度。為了增加墻肢承載力和延性，需加強(qiáng)邊緣構(gòu)件的配筋，增大墻肢箍筋和縱筋的配筋率，嚴(yán)格把握軸壓比。 四、小結(jié)

地震對(duì)建筑的損毀非同小可，高層建筑尤為重要，故本文從確保結(jié)構(gòu)的整體性、提高構(gòu)件延性、減小扭轉(zhuǎn)效應(yīng)等方面進(jìn)行初步研究。另外，抗震工作還應(yīng)實(shí)行“預(yù)防為主”的方針，合理的設(shè)計(jì)是關(guān)鍵，既要做到保持結(jié)構(gòu)的整體性，又要兼顧抗震設(shè)計(jì)的合理性、科學(xué)性。總之，抗震工作任重道遠(yuǎn)，需要不懈的研究探索與實(shí)踐進(jìn)取，希望這些研究對(duì)高層建筑的有效抗震有所裨益。

參考文獻(xiàn)

[1] 林協(xié)榮.高層住宅剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)淺析[J].建筑設(shè)計(jì),2010,(15):333-334.

[2]李華云.略論高層建筑的抗震設(shè)計(jì)[J].中國(guó)住宅設(shè)施,

[3]呂西林,蔣歡軍主編.結(jié)構(gòu)地震作用和抗震概念設(shè)計(jì)[M].武漢:武漢理工大學(xué)