建筑设计评职论文高层结构设计问题浅析

　　摘 要：随着城市建设的发展，建筑物所能达到的高度和规模在不断地增加，高层建筑已成为反映城市经济繁荣的重要标志。本文针对结构或构件的延性、剪力墙设计中注意的问题等方面进行分析，对如何保证钢筋混凝土高层建筑结构的耐久性及稳固性进行讨论。

　　关键词：钢筋混凝土,高层建筑,结构设计

　　1 引言

　　随着我国经济的不断发展和人生活水平的提高，高层建筑物的建筑功能、材料、结构的形成等方面都在不断的发展变化。由于高层的建筑物面积比较小，节省公共设备、设施投资，也能改变城市的面貌等繁荣度，因此高层建筑应用广泛。

　　2 结构和构件延性

　　延性是指结构或构件在承载力没有显著下降的情况下，承受变形的能力。延性大，说明塑性变形能力大，强度或承载力降低缓慢，从而有足够大的能力吸收和耗散地震能量，避免结构倒塌;延性小，说明达到最大承载力之后承载力迅速降低，变形能力小，呈现脆性破坏，引起结构倒塌。

　　2.1 保证高层建筑结构的延性是提高结构抗震性能的重要措施。从国内外多次地震中建筑物的破坏和倒塌情况来看，若使建筑物在地震免于严重破坏和倒塌，其抗侧力体系中的构件在发生强度屈服时的顺序应符合下列条件：(1)梁、柱或斜撑杆件的屈服先于节点;(2)梁的屈服先于柱;(3)梁、柱的弯曲屈服先于剪切屈服;(4)杆件截面产生塑性铰的过程是先受拉屈服后受压屈服。这样，在构件发生变形时，才具有较好的延性、较高的抗震性能。在遇到等于或接近其设防烈度的地震时就不会严重破坏，即使遭遇更强烈度的地震也不至于倒塌。

　　2.2 对于高层结构，抗震设计的优化准则可概括为：强柱弱梁(或强墙弱梁)，强剪弱弯，强压若拉，强节点弱杆件。

　　(1)强柱弱梁(或强墙弱梁)：控制梁-柱或梁-墙的相对承载力，使塑性铰首先在梁端出现，尽量避免或减少柱、墙中的塑性铰。

　　(2)强剪弱弯：对于梁、柱、墙构件，要保证构件出现受弯塑性铰而不是过早剪破。因此，要使构件抗剪承载力大于塑性铰抗弯承载力，为次提高构件的抗剪承载力，在墙肢中，还要采取措施推迟它在屈服后的剪破。

　　(3)强节点弱杆件：要保证节点区和钢筋锚固不过早破坏，不在梁、柱、墙等构件塑性铰充分发挥作用前破坏。

　　在进行地震去高层建筑的结构设计时，应遵循以下抗震设计准则：

　　①具有明确的设计简图和合理的地震力传递路线;

　　②具有多道抗震防线，不会因部分结构或构件失效而导致整个体系丧失抗侧力或承载力;

　　③具有必要的承载力，良好的延性和较好的耗能潜力，从而使结构体系遭遇地震时有足够的防倒塌潜力;

　　④结构的刚度和强度沿水平和竖向的分布应均匀，或按需要合理分布避免出现局部消弱或突变而形成薄弱环节，从而防止地震时出现过大应力集中或塑性变形集中的情况。

　　2.3 实际工程中有选择的提高结构中重要构件或关键部位的延性。在结构竖向,对于刚度沿高度均匀分布的、体形较简单的高层建筑,应着重提高底层构件的延性;对于大底盘高层建筑,应着重提高主楼与裙房顶面相衔接的楼层中构件的延性;对于不规则立面的高层建筑, 应着重加强体形突变处楼层构件的延性;对框支结构,应着重提高底层或底部几层框架的延性。在结构平面位置上,应该着重提高房屋周边转角处、平面突变处以及复杂平面各翼相接处构件的延性;对偏心结构,应加大房屋周边特别是刚度较弱一侧构件的延性;对具有多道抗震防线抗侧力构件, 应着重提高第一道抗震防线构件的延性。

　　3 剪力墙设计中需注意的几个问题

　　3.1 钢筋混凝土抗震墙的延性和破坏形态与墙体的高宽比和超静定次数密切相关。

　　3.1.1为了提高抗震墙的变形能力,避免发生剪切破坏,对于一道截面较长的抗震墙,应该利用洞口设置弱连梁,使墙体分为小开口墙、多肢墙或单肢墙,并使每个墙段的高宽比不小于2。所谓弱连梁, 是指在地震作用下各层连梁的总约束弯矩不大于该墙段总地震弯矩的20%;连梁不能太强,以免水平地震作用下某个墙肢出现全截面受拉,这是比较危险的。但是,考虑到耗能,连梁又不能太弱,连梁弱到成为一般小梁时,墙肢就变成单肢墙,而单肢墙的延性很差,仅为多肢墙的一半,且单肢墙仅具有一道抗震防线,超静定次数少,在地震作用下是很不利的。目前,有许多设计人员将结构中门洞连梁、窗洞连梁都改为截面高度极小的二力杆件,这对结构抗震是很不好的。

　　3.1.2在实际设计中,对连梁的刚度都要进行折减,这是因为剪力墙的刚度一般都很大,在水平力作用下, 剪力墙中的连梁会因为很大的内力而超过截面允许值, 可靠的办法是让这些连梁先屈服,要使连梁能形成塑性铰而不发生脆性破坏,连梁首先就必须满足强剪弱弯的要求, 对连梁的刚度进行折减实际上就是降低其抗弯能力。

　　3.2 规范规定,剪力墙在端部应设置暗柱、端柱等边缘构件。

　　这些边缘构件的作用相当于砖混结构的约束柱,当结构的刚度较小,地震作用下层间位移和顶点位移较大时,边缘构件所起的作用也就越大,此时暗柱的截面和配筋就应加大。如果剪力墙的总截面面积与楼层面积之比值较大时, 且房屋高度较小、楼座面积较大时,墙端部的暗柱面积和配筋量就不需按规范要求设置那么多。1985 年智利大地震时, 有300多栋钢筋混凝土剪力墙结构的破坏较轻,但它们的墙端并无较好的约束。这就是最好的证明。

　　3.3 在钢筋混凝土全墙结构中, 采用大开间剪力墙结构好,还是采用小开间剪力墙结构好,这一直是一个争论的焦点问题。大开间剪力墙结构的优点较多: a.墙体数量少,相应的混凝土用量少,墙体的约束构件少, 结构自重轻;b.相对小开剪力墙结构,其抗推刚度小,自振周期长,水平地震作用小;c.墙体的配筋率适当, 结构的延性增加,地震时能充分发挥墙体约束构件的作用;d.使用空间大,建筑布置灵活。缺点是;1)楼板跨度大,钢筋用量大;2)要求设置高效轻质的隔墙,造价高。

　　4 结语

　　结构设计是个系统、全面的工作，需要扎实的理论知识功底，灵活创新的思维和严肃认真负责的工作态度。设计人员要从一个个基本的构件算起，做到知其所以然，深刻理解规范和规程的含义，并密切配合其它专业来进行设计，在工作中应事无巨细，善于反思和总结工作中的经验和教训。

　　参考文献：

　　[1]混凝土结构设计规范(GBJ11289)[S].北京:中国建筑工业出版社,2008

　　[2]钢筋混凝土高层设计探讨[J]. 建筑结构学报,2009

　　[3]方鄂华主编.高层建筑结构设计[M].北京:清华大学出版社,2009

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