建筑钢筋混凝土结构抗震设计

关键词：钢筋混凝土结构；抗震；设计； 

　　前言：在我国正处于大力发展的时期，各种高层建筑拔地而起，所以在建筑结构设计时抗震概念设计是非常重要的， 

　　一、地震容易损害的建筑结构具体位置。 

　　1.1结构层间强度明显薄弱的楼层 

　　从钢筋混凝土建筑整体设计中来看加果钢筋混凝土的结构不够牢固就会使结构层间的强度明显薄弱。当地震来临的时候，最先遭受破坏的就是这个位置。此层间的弹塑性会急剧变化使应力集中，最终导致建筑物的倒塌。 

　　1.2节点处以及柱端的连接处 

　　通常情况下建筑物的框架结构中，梁如果比柱子要轻沛主子的底部要比顶部机构轻柱子的旁边就很容易受到破坏。地震所带来的破坏往往是在柱子的顶端位置使其弯曲变形。破坏情况较轻的时候柱子会倾斜、弯曲折断；严重的时候会使混凝土压坏，内部主筋外露，甚至是脱节。 

　　1.3填充墙的破坏 

　　通常情况下钢筋混凝土建筑的填充墙抗变形能力、刚硬度都十分良好担是在地震灾害来临时候填充墙是首先遭到破坏的位置。在地震灾害等级上升到8级时候会使填充墙位置受到进一步破坏墙面裂缝不断加大严重后果部分甚至会倒塌。填充墙结构一般都是上部分较轻。下部分较重座心砌体墙受到破坏的程度轻于实心砌体墙并且砌体墙受破坏程度普遍比砖墙严重。 

　　二、钢筋混凝土结构抗震设计原则 

　　为了使用高层建筑有足够的抗震能力，达到小震不坏，中震可修，大震不倒的要求，应考虑下述的抗震设计基本原则。 

　　（1）合理选择结构体系。对于钢筋混凝土结构，一般来说纯框架结构抗震能力较差，框架-剪力墙结构性能较好，剪力墙结构和筒体结构具有良好的空间整体性，刚度也较大，历次地震中震害都较小。 

　　（2）平面布置力求简单、规则、对称，避免应力集中的凹角和狭长的缩颈部位，避免在凹角和端部设置楼电梯间；避免楼电梯间偏置，以免产生扭转的影响。 

　　（3）竖向体型尽量避免外挑，内收也不宜过多、过急、力求刚度均匀渐变，避免产生变形集中。 

　　（4）结构的承载力、变形能力和刚度要均匀连续分布，适应结构的地震反应要求。某一部位过强、过刚也会使其他楼层形成相对薄弱环节而导致破坏。顶层、中间楼层取消部分墙柱形成大空间层后，要调整刚度并采取构造加强措施。底层部分剪力墙变为框支柱或取消部分柱子后，比上层刚度消弱更为不利，应专门考虑抗震措施。不仅主体结构，而且非结构墙体（特别是砖砌体填充墙）的不规则、不连续布置也可能引起刚度的突变。 

　　（5）高层建筑突出屋面的塔楼必须具有足够的承载力和延性，以承受高振型产生的鞭梢效应影响。必要时可以采用钢结构或型钢混凝土结构。 

　　（6）在设计上的构造上实现多道设防。如框架结构采用强弱梁设计，梁屈服后柱仍能保持稳定，框架-剪力墙结构设计成连梁首先屈服，然后是墙肢，框架作为第三道防线，剪力墙结构通过构造措施保证连梁先屈服，并通过空间整体性形成高次超静定等。 

　　（7）合理设置防震缝。一般情况下宜采取高速平面形状与尺寸，加强构造措施，设置后浇带等方法尽量不设缝、少设缝。必须设缝时必须保证有足够的宽度。 

　　（8）节点的承载力和刚度要与构件的承载力与刚度相适应。节点的承载力应大于构件的承载力。要从构造上采取措施防止反复荷载作用下承载力和刚度过早退化。装配式框架和大板结构必须加强节点的连接结构。 

　　（9）保证结构有足够刚度，限制顶点和层间位移。在小震时，应防止过大位移使结构开烈、影响正常使用、中震时，应保证结构不到于严重破坏，可以修复；在强震下，结构不应发生倒塌，也不能因为位移过大而使主体结构失去稳定或基础转动过大而倾覆。 

　　（10）构件设计应采取有效措施防止脆性破坏，保证构件有足够的延性。脆性破坏指剪切、锚固和压碎等突然而无事先警告的破坏形式。设计时应保证抗剪承载力大于抗弯承载力，按“强剪弱弯”的方针进行配筋。为提高构件的抗剪和抗压能力，加强约束箍筋是有效措施。 

　　（11）保证地基基础的承载力、刚度和有足够的抗滑移、抗转动能力，使整个高层建筑成为一个稳定的体系，防止产生过大的差异沉降和倾覆。 

　　（12）减轻结构自重，最大限度的降低地震的作用 

　　三、抗震设计的方法。 

　　3.1基于承载力设计方法 

　　基于承载力设计方法又可分为静力法和反应谱法。静力法产生于二十世纪初期，是最早的结构抗震设计方法。用现在的结构抗震知识来考察，静力法没有考虑结构的动力效应，即认为结构在地震作用下，随地基作整体水平刚体移动，其运动加速度等于地面运动加速度，由此产生的水平惯性力，即建筑物重量与地震系数的乘积，并沿建筑高度均匀分布。根据结构动力学的观点，地震作用下结构的动力效应，即结构上质点的地震反应加速度不同于地面运动加速度，是与结构自振周期和阻尼比有关。以地震加速度反应为竖坐标，以体系的自振周期为横坐标，所得到的关系曲线称为地震加速度反应谱，以此来计算地震作用引起的结构上的水平惯性力更为合理，这即是反应谱法。对于多自由度体系，可以采用振型分解组合方法来确定地震作用。 

　　3.2基于损伤和能量的设计方法 

　　对结构在地震作用下非弹性变形以及由此引起的结构损伤是结构抗震研究的一个重要方面。从能量观点来看，结构能否抵御地震作用而不产生破坏，主要在于结构能否以某种形式耗散地震输入到结构中的能量。地震作用对体系输入的能量由弹性变形能EE、塑性变形能EP和滞回耗能EH三部分组成。地震结束后，质点的速度为0，体系弹性变形恢复，故动能EK和弹性应变能EE等于零，地震对体系的输入能量EEQ最终由体系的阻尼、体系的塑性变形和滞回耗能所耗散。因此，从能量观点来看，只要结构的阻尼耗能与体系的塑性变形耗能和滞回耗能能力大于地震输入能量，结构即可有效抵抗地震作用，不产生倒塌。 

　　3.3能力设计方法 

　　能力设计方法的核心是： 

　　（1） 引导框架结构或框架-剪力墙（核心筒）结构在地震作用下形成梁铰机构，即控制塑性变形能力大的梁端先于柱出现塑性铰，即所谓“强柱弱梁”； 

　　（2） 避免构件（梁、柱、墙）剪力较大的部位在梁端达到塑性变形能力极限之前发生非延性破坏，即控制脆性破坏形式的发生，即所谓“强剪弱弯”； 

　　（3） 通过各类构造措施保证将出现较大塑性变形的部位确实具有所需要的非弹性变形能力。 

　　结语： 

　　高层建筑结构强调概念设计的重要，主要因为现行的结构设计理论与计算理论存在许多缺陷或不可计算性，计算机结果的高精度特点，往往给结构设计人员带来对结构工作性能的误解，对电算计算结果不加以分析、判断，完全按照计算结果进行设计。但仅此是不能满足结构安全性、可靠性的要求，不能达到预期的设计目标的。必须重视概念设计。从某种意义上讲，概念设计甚至比分析计算更为重要。 

　　参考文献： 

　　[1]方鄂华.高层建筑钢筋混凝土结构概念设计[M].北京： 机械工业出版社，2004. 

　　[2]徐军良.高层混凝土建筑抗震结构优化设 计 措 施 探 讨 [J].建 筑 知 识 （学 术 刊 ），2013（9）：100. 

　　[3]张伟.基于性能的既有钢筋混凝土建筑结构抗震评估与加固技术分析[J].房地产导刊2013义22）：53一53，l09.