劉孟軍

【摘要】本文通過對現(xiàn)階段采用的建筑抗震結(jié)構(gòu)及抗震方法的分析，來尋求未來抗震結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢和前景。

【關(guān)鍵詞】高層；建筑結(jié)構(gòu)體系；延性措施；抗震分析

前言

自從進(jìn)入21世紀(jì)，世界發(fā)生了很大的變化，生產(chǎn)力的發(fā)展水平越來越高，城市化進(jìn)程也越來越快，原先的多層建筑漸漸的被高層建筑取代，建筑物具備的結(jié)構(gòu)也越來越多樣，建筑物的布置方式和縱向排列方式也越來越多樣，這就對抗震帶來了更高的要求，尤其是建筑結(jié)構(gòu)的抗震分析和抗震設(shè)計(jì)的編排。前幾年的汶川地震給人們的生活，生產(chǎn)帶來了很大的影響，國家的財(cái)產(chǎn)也遭受了很大的損失，這使得公眾更加注重建筑的抗震級別及抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

1高層建筑的結(jié)構(gòu)體系

1.1框架結(jié)構(gòu)體系

框架結(jié)構(gòu)體系是目前我國建筑物使用較多結(jié)構(gòu)體系之一，這種結(jié)構(gòu)主要是以梁柱為主要受力部位，然后通過節(jié)點(diǎn)將梁柱進(jìn)行連接到一起，這保證建筑物可以將荷載均勻的分配到相應(yīng)的梁柱之上，保證了縱向和橫向的受力均勻?？蚣芙Y(jié)構(gòu)具備很多的優(yōu)點(diǎn)：框架結(jié)構(gòu)使得建筑空間較大，因而方便對空間進(jìn)行布局設(shè)置，能夠適用用戶的多種結(jié)構(gòu)需求。但是，僅使用框架結(jié)構(gòu)時(shí)，其側(cè)向的剛度比較小，僅僅依靠節(jié)點(diǎn)將梁柱連接起來能夠承受的側(cè)向風(fēng)力是有限的，當(dāng)側(cè)向來風(fēng)較大或者發(fā)生較大地震作用時(shí)，建筑物容易發(fā)生較大范圍的側(cè)向偏轉(zhuǎn)，因此這種結(jié)構(gòu)模式只適用于12層以內(nèi)的小高層建筑物，當(dāng)層數(shù)再高時(shí)，其抗震性能會大大的減弱。

1.2剪力墻結(jié)構(gòu)體系

剪力墻結(jié)構(gòu)聽其名便知其受力的主體是墻，剪力墻結(jié)構(gòu)是以墻重心，結(jié)構(gòu)來自橫向以及縱向的作用力，并且建筑物墻面較多，以至于具備的房間很多，而且都不是很大。剪力墻采用現(xiàn)澆鋼筋結(jié)構(gòu)時(shí)，其整體性較好，整體能夠承受較大的力的作用，對側(cè)向來風(fēng)以及地震具有很好的抵抗作用，其高度要求也較高，自然災(zāi)害對30層以內(nèi)的剪力墻結(jié)構(gòu)基本不會產(chǎn)生影響。剪力墻結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)也比較明顯：其采用墻為受力主體，因此兩墻之間的距離不能太遠(yuǎn)，基本無法實(shí)現(xiàn)對建筑平面的設(shè)計(jì)，編排，其自身具備的重力較大，對地面產(chǎn)生的影響較大，而且使用方面受到很大的限制，僅僅可以適用于一般的商品房住宅，賓館等空間較小建筑。

1.3框架——剪力墻結(jié)構(gòu)體系

這是一種組合型結(jié)構(gòu)，不僅具備了框架結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，而且也具備了剪力墻結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)將框架結(jié)構(gòu)以及剪力墻結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)摒棄了，對樓層建設(shè)的高度也減少了限制，這種組合是結(jié)構(gòu)目前被廣泛的應(yīng)用在各種建筑物之中。

1.4筒體結(jié)構(gòu)體系

筒體結(jié)構(gòu)的受力主要是四周受力，即空間受力的方式，這種結(jié)構(gòu)與框架結(jié)構(gòu)有點(diǎn)相同，其空間布局較大，比較方便編排，同時(shí)其也向剪力墻一樣，整體性較好，對側(cè)向力的抵抗能力較高。

2對抗震有利的結(jié)構(gòu)布置形式

2.1有利于抗震的結(jié)構(gòu)平面

對抗震具有一定抵抗力的設(shè)計(jì)基本是以設(shè)計(jì)簡單，形狀規(guī)則，形狀對稱為主。結(jié)構(gòu)具備的剛度中心線的位置要和重力中心線的位置盡可能的重合，以此來減少建筑物的扭轉(zhuǎn)，一般情況下偏心距距離垂直方向的角度要控制在5%的范圍之內(nèi)，一般形狀不均勻，關(guān)于軸線不對稱以及結(jié)構(gòu)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，這要關(guān)于抗震的數(shù)據(jù)比較難以計(jì)算，因此抗震的效果也會較差，這樣的建筑物想要具有高強(qiáng)度的抗震性能是很難得。

2.2有利于抗震的結(jié)構(gòu)豎向布置

結(jié)構(gòu)進(jìn)行豎向編排的時(shí)候，要保證其剛度性能能夠均勻連續(xù)的進(jìn)行配置，盡量避免結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)部位出現(xiàn)剛度突變以及結(jié)構(gòu)設(shè)置與上下不同。根據(jù)以往的一些經(jīng)驗(yàn)可以得知，高層建筑在進(jìn)行高層抗震性能的設(shè)置的時(shí)候，豎向的結(jié)構(gòu)要采用相同材質(zhì)，相同構(gòu)造，這樣可以盡量的保證各處的受力能夠均勻，不受到不均勻力的影響。

3延性結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)的基本原則

3.1強(qiáng)柱弱梁設(shè)計(jì)原則

柱是建筑結(jié)構(gòu)中受力的主要部位，因此在進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，一定要加強(qiáng)柱的受力程度，梁一般都是輔助性受力結(jié)構(gòu)，因此可以進(jìn)行“強(qiáng)柱弱梁”設(shè)計(jì)，此設(shè)計(jì)原則要求合理防止塑性鉸的位置。當(dāng)發(fā)生地震時(shí)。地震波會對建筑物產(chǎn)生作用，塑性鉸就有可能出現(xiàn)在柱上或者梁上，但絕不能將塑性鉸出現(xiàn)在梁的中部位置，這容易導(dǎo)致梁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)損壞。要使梁和柱的端部出現(xiàn)可延性的塑性鉸，這樣才能保證結(jié)構(gòu)能夠承受地震的作用，保持結(jié)構(gòu)的完整?！皬?qiáng)柱弱梁”的設(shè)計(jì)要求塑性鉸應(yīng)盡量出現(xiàn)在梁的端部位置，盡量避免塑性鉸出現(xiàn)在柱上，或者延遲出現(xiàn)在柱上的時(shí)間，這樣才能保護(hù)結(jié)構(gòu)的完整性。

3.2強(qiáng)剪弱彎設(shè)計(jì)原則

“強(qiáng)剪弱彎”是要求要盡量控制構(gòu)件的破壞時(shí)的形態(tài)，在對梁和柱進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，盡量保證其具有較強(qiáng)的受剪力，而且要確保受剪力要強(qiáng)于受彎力，這樣可以保證構(gòu)件受到彎性破壞時(shí)具有較好的延性作用，避免其在延性較差時(shí)受到剪力時(shí)直接被破壞。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的抗剪能力由四個(gè)方面組成：第一點(diǎn)是：混凝土自身的抗剪能力；第二點(diǎn)裂縫界面的骨料咬合力；第三點(diǎn)縱筋銷栓力；第四點(diǎn)箍筋的拉力?；炷恋牧憾丝辜裟芰υ谛纬伤苄糟q后有所下降，第一點(diǎn)梁端的正剪力是比負(fù)剪力要大的，這樣就會造成剪力破壞，梁下端的混凝土層就會因剪力作用而發(fā)生損壞甚至是脫落，這對梁會造成很大的損傷；第二點(diǎn)是在地震的破壞之下，梁端的塑性鉸就會進(jìn)行轉(zhuǎn)動，那些非抗震的結(jié)構(gòu)部位的剪力破壞會出現(xiàn)的很早，因此在抗震條件下混凝土的交叉裂縫寬度會比非抗震情況偏大，從而使斜裂縫界面中的骨料咬合效應(yīng)退化，而且其斜裂縫又會不斷地閉合和展開，這對混凝土的破壞是很嚴(yán)重的，使混凝土自身的抗剪力嚴(yán)重退化。

4高層建筑結(jié)構(gòu)抗震分析方法

在遇到較強(qiáng)地震的時(shí)候，建筑物抗震結(jié)構(gòu)會發(fā)生塑性變化，整體建筑會進(jìn)入到彈塑性的狀態(tài)，建筑結(jié)構(gòu)的剛度會出現(xiàn)變化，原先的塑性作用會重新變化。對結(jié)構(gòu)的彈塑性分析包括兩個(gè)方面：一個(gè)是彈塑性動力分析，另一個(gè)是彈塑性靜力分析。

4.1彈塑性動力分析方法

此種分析方法是指以建筑物為彈塑性的整體，直接將塑性傳遞到地面，根據(jù)結(jié)構(gòu)的彈塑性的性能依據(jù)結(jié)構(gòu)彈塑性恢復(fù)力特性建立動力方程，對運(yùn)動方程直接積分，從而可以獲得建筑物各個(gè)位置隨地震變化的趨勢曲線，在強(qiáng)震的作用之下，結(jié)構(gòu)主體發(fā)生變化，構(gòu)件逐漸被破壞，直到整個(gè)建筑物被破壞。但是此種方法是建立在精確的計(jì)算之下的，畢竟地震發(fā)生具有隨機(jī)和不可預(yù)測性，所以此理論不能直接應(yīng)用到現(xiàn)實(shí)中。

4.2彈塑性靜力分析方法

實(shí)施的步驟：（1）建立結(jié)構(gòu)模型，測算橫向受力以及縱向受力的組合值；（2）在結(jié)構(gòu)模型的每一層樓增加橫向的作用力，當(dāng)出現(xiàn)塑性鉸的時(shí)候持續(xù)增加橫向作用力，直到結(jié)構(gòu)構(gòu)件出現(xiàn)屈服為止；（3）對屈服構(gòu)件修復(fù)成新的結(jié)構(gòu)，重新做屈服實(shí)驗(yàn)，并進(jìn)行分析；（4）將每一個(gè)不同的結(jié)構(gòu)自振周期及其對應(yīng)的水平力總量與結(jié)構(gòu)自重的比值繪成曲線，以此來評估結(jié)構(gòu)的抗震。此分析方法，能夠大致的反應(yīng)各個(gè)構(gòu)件受地震力作用的程度，具有實(shí)用價(jià)值。

5結(jié)語

未來的建筑物將會變得原來越復(fù)雜，結(jié)構(gòu)越來越多樣，目前我國的抗震理論知識還沒有完備，尚需要進(jìn)行完善，而且抗震技術(shù)目前常用的只有四種技術(shù)，雖能很好地解決暫時(shí)的地震危害，但不能保證今后同樣具有很好的作用。伴隨著科技的進(jìn)一步發(fā)展，技術(shù)人員肯定會研究出更為方便合理的抗震的技術(shù)來應(yīng)對目前高層存在的一些抗震問題，同時(shí)也會增加更多的設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測和預(yù)測地震，相信未來高層建筑的抗震研究會具有很好的發(fā)展前景。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王慧來. 高層建筑抗震設(shè)計(jì)存在問題及短柱的處理技術(shù)[J]. 中國新技術(shù)新產(chǎn)品. 2010（03）

[2] 張麗霞，張榮輝. 高層建筑結(jié)構(gòu)抗震技術(shù)的分析與探討[J]. 中國建設(shè)信息. 2009（08）

[3] 李勇奇，楊林. 高層建筑實(shí)用抗震措施技術(shù)探討[J]. 黑龍江科技信息. 2008（28）