楊紫健

【摘要】地震是現(xiàn)今人類所面臨的最嚴(yán)重自然災(zāi)害之一，抗震構(gòu)造研究是建筑設(shè)計工作的重點。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比一般房屋造成更大的人員傷害和財產(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，主張通過提高建筑結(jié)構(gòu)的剛度來抵抗地震。

二、高層建筑抗震構(gòu)造設(shè)計原則

設(shè)計是先行，因此抵抗震害的工程對策，必須通過設(shè)計實現(xiàn)。既是依據(jù)不同建筑，不同場地，根據(jù)現(xiàn)行的國家抗震設(shè)計規(guī)范，從設(shè)計計算、結(jié)構(gòu)選型和構(gòu)造措施上實行抗震設(shè)防，確?！靶≌鸩粔?、中震可修、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?，F(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，是較理想的抗震構(gòu)件，這種結(jié)構(gòu)能消除散落、滑移問題，增加結(jié)構(gòu)整體性及樓板的剛度，且因為以剪切變形為主的砌體結(jié)構(gòu)，層間的變形是可控的，所以可適當(dāng)放寬對平面上墻體對齊要求。較強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，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)澆同時也加強了對墻體的約束。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。為了增強結(jié)構(gòu)在遭遇大地震作用時的抗倒塌能力，結(jié)構(gòu)應(yīng)具有較高的延性。對結(jié)構(gòu)延性的要求具體體現(xiàn)在對構(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，增強梁端的轉(zhuǎn)動性能，進(jìn)而提升梁的變形能力。實驗證明，當(dāng)梁截面受壓區(qū)的相對高度在0.2到0.35時，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。在此時的壓力作用下，若沒有充足的箍筋約束，縱筋會向外膨曲，則柱端破壞。箍筋對柱子核芯區(qū)的混凝土有較強的約束力，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）。對于短柱，由于其變形力差，需沿整個高度設(shè)置加密箍筋。此外，柱子中的配箍形式對變形能力同樣有較大影響。相關(guān)實驗研究表明，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，特別對承受高壓軸的短柱來說，更利于提升變形能力，延遲倒塌。對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，因為它同剪力墻之間的連接就是相同構(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約束當(dāng)中的混凝土，能夠防止開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的延性，在此范圍要加強構(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)造措施主要是增強各類構(gòu)件的抗剪能力，使其在強烈地震作用時，不致于在結(jié)構(gòu)延性尚未發(fā)揮出來就出現(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2的剪力墻應(yīng)設(shè)計為彎曲破壞的延性剪力墻來避開脆性的剪切破壞，可以把長的剪力墻變成若干均勻的獨立段。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。但因為抗震性能比較差，8度設(shè)防區(qū)的層數(shù)較多時，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)計時，筒體及一般剪力墻所承受的第一振型的底部傾覆力矩應(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為豎向荷載大，破壞嚴(yán)重，尤其是一字形的小墻肢破壞最嚴(yán)重。可通過增加建筑物周邊的墻肢長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)實行“預(yù)防為主”的方針，合理的設(shè)計是關(guān)鍵，既要做到保持結(jié)構(gòu)的整體性，又要兼顧抗震設(shè)計的合理性、科學(xué)性?？傊?，抗震工作任重道遠(yuǎn)，需要不懈的研究探索與實踐進(jìn)取，希望這些研究對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)計淺析[J].建筑設(shè)計,2010,(15):333-334.

[2]李華云.略論高層建筑的抗震設(shè)計[J].中國住宅設(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[M].武漢:武漢理工大學(xué)