時(shí)間：2023-09-01 16:49:10
導(dǎo)語(yǔ)：在高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)論文的撰寫旅程中，學(xué)習(xí)并吸收他人佳作的精髓是一條寶貴的路徑，好期刊匯集了九篇優(yōu)秀范文，愿這些內(nèi)容能夠啟發(fā)您的創(chuàng)作靈感，引領(lǐng)您探索更多的創(chuàng)作可能。
關(guān)鍵詞：高層；混凝土；建筑；抗震；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
中圖分類號(hào)：TU37 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：
近幾十年來，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)有了更大的發(fā)展，混凝土強(qiáng)度和鋼筋強(qiáng)度得到提高，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)大，預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)也開始應(yīng)用。鋼筋混凝土高層建筑成為了當(dāng)前建筑物的一個(gè)主體工程，如何保證建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)是否過關(guān)尤為重要。設(shè)計(jì)階段決定主體結(jié)構(gòu)構(gòu)件、非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的尺寸與構(gòu)造、連接，是結(jié)構(gòu)抗震性能目標(biāo)能否實(shí)現(xiàn)的一個(gè)重要階段。論文就鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)抗震關(guān)鍵設(shè)計(jì)進(jìn)行探討，旨在促進(jìn)了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的飛速發(fā)展。
一、結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的重要性
地震是一種隨機(jī)振動(dòng)，有難于把握的復(fù)雜性和不確定性，要準(zhǔn)確預(yù)測(cè)建筑物所遭遇地震的特性和參數(shù)，目前尚難做到。在結(jié)構(gòu)分析方面，由于未能充分考慮結(jié)構(gòu)的空間作用、結(jié)構(gòu)材料的非彈性性質(zhì)、材料時(shí)效、阻尼變化等多種因素，同時(shí)也存在著不準(zhǔn)確性。因此，工程抗震問題不能完全依賴“計(jì)算設(shè)計(jì)”解決，而必須立足于“概念設(shè)計(jì)”。概念設(shè)計(jì)是指設(shè)計(jì)人員從結(jié)構(gòu)的宏觀整體出發(fā)，用結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的觀點(diǎn)，著眼于結(jié)構(gòu)整體反應(yīng)，正確地解決總體方案、材料使用、分析計(jì)算、截面設(shè)計(jì)和細(xì)部構(gòu)造等問題，力求得到最為經(jīng)濟(jì)、合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案以達(dá)到合理抗震設(shè)計(jì)的目的。結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)的目標(biāo)是使整體結(jié)構(gòu)能發(fā)揮耗散地震能量的作用，避免結(jié)構(gòu)出現(xiàn)敏感的薄弱部位。地震能量的聚散，如果僅集中在少數(shù)薄弱部位，必會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)過早破壞，目前各種抗震設(shè)計(jì)方法的前提之一就是假定整個(gè)結(jié)構(gòu)能發(fā)揮耗散地震能量的作用，在此前提下才能以多遇地震作用進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算、構(gòu)件截面設(shè)計(jì)并輔以相應(yīng)的構(gòu)造措施，必要時(shí)采用彈性時(shí)程分析法進(jìn)行補(bǔ)充計(jì)算，試圖達(dá)到罕遇地震作用下結(jié)構(gòu)不倒塌的目標(biāo)。
二、高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)策略
1、 從建筑的全局出發(fā)
高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要從建筑的全局出發(fā)，全面考慮各種建筑部位的功能，在此基礎(chǔ)上，科學(xué)設(shè)計(jì)每個(gè)部分的構(gòu)件，保證每個(gè)部件之間的契合，促使每個(gè)部件或者是若干部件組合起來可以完成某一特定的設(shè)計(jì)要求，滿足一定的現(xiàn)實(shí)需求，同時(shí)，通過抗震設(shè)計(jì)，使得每個(gè)構(gòu)件都可以具有相應(yīng)的承載力，當(dāng)?shù)卣饋硪u，每個(gè)構(gòu)件都可以有著一定的次序先后破會(huì)，整體組合構(gòu)件將會(huì)有著更強(qiáng)大的承載力和柔性，從而延緩地震破壞的速度，消耗爆發(fā)的能量。增強(qiáng)建筑的整體抗震能力。
2、地基選址
地基選址是進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，因此，在房間結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中，要科學(xué)避開山嘴，山包，陡坡，河流等不利因素，要本著堅(jiān)硬，牢固，平坦，開闊的選址原則。親身實(shí)地，利用先進(jìn)技術(shù)設(shè)備，進(jìn)行地質(zhì)勘探，山石水土監(jiān)測(cè)，并取樣論證，科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)分析。力求使得整個(gè)地基牢固可靠，地質(zhì)穩(wěn)定無滲漏，無坍塌，無暗河，無熔巖，無火山……從而保證整個(gè)地基不會(huì)因?yàn)槌休d而發(fā)生小范圍的坍塌。影響到整體承載能力和抗震能力設(shè)計(jì)。
3、高度的確定
按我國(guó)現(xiàn)行高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程（JGJ3- 2002）規(guī)定，在一定設(shè)防烈度和一定結(jié)構(gòu)型式下，鋼筋混凝土高層建筑都有一個(gè)適宜的高度。這個(gè)高度是我國(guó)目前建筑科研水平、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和施工技術(shù)水平下，較為穩(wěn)妥的，也是與目前整個(gè)土建規(guī)范體系相協(xié)調(diào)的?？蓪?shí)際上，已有許多混凝土結(jié)構(gòu)高層建筑的高度超過了這個(gè)限制。對(duì)于超高限建筑物，應(yīng)當(dāng)采取科學(xué)謹(jǐn)慎的態(tài)度：一要有專家論證，二要有模型振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)。在地震力作用下，超高限建筑物的變形破壞性態(tài)會(huì)發(fā)生很大的變化。因?yàn)殡S著建筑物高度的增加，許多影響因素將發(fā)生質(zhì)變，即有些參數(shù)本身超出了現(xiàn)有規(guī)范的適宜范圍，如安全指標(biāo)、延性要求、材料性能、荷載取值、力學(xué)模型選取等。
4、材料的選用和結(jié)構(gòu)體系
在地震多發(fā)區(qū)，采用何種建筑材料或結(jié)構(gòu)體系較為合理應(yīng)該得到人們的重視。我國(guó)150m以上的建筑，采用的三種主要結(jié)構(gòu)體系（框—筒、筒中筒和框架—支撐體系），都是其他國(guó)家高層建筑采用的主要體系。但國(guó)外，特別在地震區(qū)，是以鋼結(jié)構(gòu)為主，而在我國(guó)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)及混合結(jié)構(gòu)占了90%。如此高的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)及混合結(jié)構(gòu)，國(guó)內(nèi)外都還沒有經(jīng)受較大地震作用的考驗(yàn)。在高層建筑中采用框架———核心筒體系，因其比鋼結(jié)構(gòu)的用鋼量少，又可減少柱子斷面，故常被業(yè)主所看中?；旌辖Y(jié)構(gòu)的鋼筋混凝土內(nèi)簡(jiǎn)往往要承受80%以上的震層剪力，有的高達(dá)90%以上。由于結(jié)構(gòu)以鋼筋混凝土核心筒為主，變形控制要以鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的位移限值為基準(zhǔn)。但因其彎曲變形的側(cè)移較大，靠剛度很小的鋼框架協(xié)同工作減小側(cè)移，不僅增大了鋼結(jié)構(gòu)的負(fù)擔(dān)，且效果不大，有時(shí)不得不加大混凝土筒的剛度或設(shè)置伸臂結(jié)構(gòu)，形成加強(qiáng)層才能滿足規(guī)范側(cè)移限值；此外，在結(jié)構(gòu)體系或柱距變化時(shí)，需要設(shè)置結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層。加強(qiáng)層和轉(zhuǎn)換層都在本層形成大剛度而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)剛度突變，常常會(huì)使與加強(qiáng)層或轉(zhuǎn)換層相鄰的柱構(gòu)件剪力突然加大，加強(qiáng)層伸臂構(gòu)件或轉(zhuǎn)換層構(gòu)件與外框架柱連接處很難實(shí)現(xiàn)強(qiáng)柱弱梁。因此在需要設(shè)置加強(qiáng)層及轉(zhuǎn)換層時(shí)，要慎重選擇其結(jié)構(gòu)模式，盡量減小其本身剛度，減小其不利影響。
在高層建筑中，應(yīng)注意結(jié)構(gòu)體系及材料的優(yōu)選?，F(xiàn)在我國(guó)鋼材生產(chǎn)數(shù)量已較大，建筑鋼材的類型及品種也在逐步增多，鋼結(jié)構(gòu)的加工制造能力已有了很大提高，因此在有條件的地方，建議盡可能采用鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)、鋼管混凝土（柱）結(jié)構(gòu)或鋼結(jié)構(gòu)，以減小柱斷面尺寸，并改善結(jié)構(gòu)的抗震性能。在超過一定高度后，由于鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量較小而且較柔，為減小風(fēng)振而需要采用混凝土材料，鋼骨（鋼管）混凝土，通常作為首選。
另外，許多高層建筑底部幾層柱雖然長(zhǎng)細(xì)比小于4，但并不一定是短柱。因?yàn)榇_定是不是短柱的參數(shù)是柱的剪跨比，只有剪跨比≤2 的柱才是短柱。有專家學(xué)者提出現(xiàn)行抗震規(guī)范應(yīng)采用較高軸壓比。但是即使能調(diào)整軸壓比限值，柱斷面并不能由于略微增大軸壓比限值而顯著減小。因此在抗震的超高層建筑中采用鋼筋混凝土是否合理值得商榷。
總之，鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)是我國(guó)大量存在的建筑結(jié)構(gòu)形式之一，鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的柱端與節(jié)點(diǎn)的破壞較為嚴(yán)重，其抗震設(shè)計(jì)中應(yīng)該鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)抗震關(guān)鍵設(shè)計(jì)，另外，必須滿足“強(qiáng)柱弱梁”“、強(qiáng)剪弱彎”“、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)”“、強(qiáng)底層柱底”等延性設(shè)計(jì)原則和有關(guān)規(guī)定。
5、運(yùn)用延性設(shè)計(jì)
結(jié)構(gòu)良好的延性有助于減小地震作用，吸收與耗散地震能量，避免結(jié)構(gòu)倒塌。因此，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)力求避免構(gòu)件的剪切破壞，爭(zhēng)取更多的構(gòu)件實(shí)現(xiàn)彎曲破壞。始終遵循“強(qiáng)柱弱梁，強(qiáng)煎弱彎、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)、弱錨固”原則。構(gòu)件的破壞和退出工作，使整個(gè)結(jié)構(gòu)從一種穩(wěn)定體系過渡到另外一種穩(wěn)定體系，致使結(jié)構(gòu)的周期發(fā)生變化，以避免地震卓越周期長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)作用引起的共振效應(yīng)。
總之，高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)方法和技術(shù)是不斷變化和進(jìn)步的，需要在具體的實(shí)踐中對(duì)高層建筑所處的地質(zhì)和環(huán)境進(jìn)行詳細(xì)的分析和研究，選用適合的抗震結(jié)構(gòu)，注重建筑結(jié)構(gòu)材料的選擇，減小地震的作用力，增強(qiáng)地震的抵抗力，從而達(dá)到高層建筑抗震的目的。
參考文獻(xiàn)：
[1] 計(jì)靜．套建增層預(yù)應(yīng)力鋼骨混凝土框架抗震性能與設(shè)計(jì)方法研究.哈爾濱工業(yè)大學(xué)博士學(xué)位論文，2008.
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關(guān)鍵詞：高層建筑；抗震性能；理念；具體方法
Abstract: the world's population increased continuously, make the per capita living space gradually reduce, and then make the emergence of the high-rise building become an inevitable result. In recent years, such as earthquake disaster for high-rise building with the great damage and loss makes people have to of high-rise building in the design and construction of the construction of the seismic performance increase of consideration. This article describes and analyzes the structure of the high-rise building aseismic design of many of the idea of the foundation, and further puts forward the specific methods of seismic design.
Keywords: high building; Seismic performance; Ideas; The specific method
中圖分類號(hào)：[TU208.3]文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：
地震因?yàn)槠涓咂茐牧透卟淮_定性兩個(gè)特征成為一種危害人類正常生活的重大自然災(zāi)害。同時(shí)也成為包括高層建筑在內(nèi)的絕大部分建筑設(shè)計(jì)和施工項(xiàng)目都必需考慮的一個(gè)重要因素之一[1]。因?yàn)樵谌祟惖陌l(fā)展歷史上，地震這一自然災(zāi)害給人們帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)和人身安全的損失，于是在很早以前抗震設(shè)計(jì)就成為了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)里的一個(gè)重要考慮因素，而建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)理念和方法也隨著歷史的進(jìn)步在不斷的發(fā)展。雖然人類目前還無法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)地震災(zāi)害并確保建筑物在地震中免受損失和破壞，但是已經(jīng)形成了一套比較完整的理論和方法體系，在一定程度上能做到“小震不壞，中震不修，大震不倒”，并盡大可能的做到了減少因地震建筑物倒塌而給人們生命和財(cái)產(chǎn)帶來的的嚴(yán)重?fù)p失。
高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)理念
一直以來，對(duì)于建筑物的抗震設(shè)計(jì)理念和方法的研究都是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的一個(gè)必要考慮因素，而增強(qiáng)建筑物的抗震性能是理論研究者為之奮斗不懈的的目標(biāo)?，F(xiàn)有的抗震設(shè)計(jì)理念是經(jīng)過以下幾個(gè)重要的階段而總結(jié)得來的。
一是剛性設(shè)計(jì)理念。這是人們應(yīng)對(duì)地震這一自然災(zāi)害所總結(jié)和研究出的第一個(gè)設(shè)計(jì)的理念。當(dāng)時(shí)的地震工程學(xué)者對(duì)地震和抗震理論知識(shí)的了解還很少，很貧乏。學(xué)者普遍認(rèn)為建筑物在地震中損壞甚至倒塌的主要原因是因?yàn)榻ㄖ锏膭偠炔粔?，不能抵抗地震的巨大能量才?huì)倒塌。按照這一設(shè)計(jì)理念人們?cè)诜课莸氖┕そㄔO(shè)工程中就通過增加剪力墻的厚度和承重墻的鋼筋和水泥的比例，以此來保證墻體結(jié)構(gòu)有足夠的剛度，從而時(shí)地基與整個(gè)主體建筑形成一個(gè)剛性的有機(jī)整體。但是這一理念有其自身所具備的局限性，因?yàn)閺?qiáng)調(diào)對(duì)建筑物剛度的要求，使得建筑物在高度和跨度上的發(fā)展收到限制。
二是柔性設(shè)計(jì)理念。因?yàn)榭吹搅藙傂栽O(shè)計(jì)理念的先天性不足，在剛性設(shè)計(jì)理念之后，抗震設(shè)計(jì)專家和學(xué)者們又提出了一個(gè)與剛性設(shè)計(jì)理念全然不同的柔性設(shè)計(jì)理念。這一理念放棄了對(duì)建筑物剛性的追求并且利用柔性建筑在地震中建筑物可以有效的側(cè)移和形變的優(yōu)點(diǎn)來減少地震對(duì)建筑物的損害。事實(shí)表明，這一設(shè)計(jì)理念具備了剛性設(shè)計(jì)理念所無法具備的優(yōu)勢(shì)，并且在一些小的低等級(jí)的地震中能比較好的保證建筑物的完好[2]。但是也僅僅是限于應(yīng)對(duì)低等級(jí)的地震，事實(shí)表明，當(dāng)遇到較高等級(jí)的地震時(shí)，在這一設(shè)計(jì)理念的指導(dǎo)下所建設(shè)的房屋是沒有任何抵抗力的。
三是結(jié)構(gòu)控制設(shè)計(jì)理念。這一設(shè)計(jì)理念主要是通過對(duì)建筑物的控制結(jié)構(gòu)的設(shè)置使已有的結(jié)構(gòu)和新生的結(jié)構(gòu)共同抵御地震。最近這些年以來，這一設(shè)計(jì)理念被廣泛應(yīng)用于橋梁和高層建筑物的抗震設(shè)計(jì)中。
第四個(gè)是性能設(shè)計(jì)理念。這一設(shè)計(jì)理念的主要思想是讓建筑物在面對(duì)不同等級(jí)地震的時(shí)候能有不一樣的與之對(duì)應(yīng)的抗震能力與性能，體現(xiàn)了多級(jí)抗震設(shè)防的重要思想[3]。該理論是在之前剛性設(shè)計(jì)理念、柔性設(shè)計(jì)理念和結(jié)構(gòu)控制設(shè)計(jì)理念的基礎(chǔ)之上發(fā)展的全新的理論，因?yàn)槠漭^大的抗震優(yōu)勢(shì)，使得它成為現(xiàn)階段實(shí)際應(yīng)用最為廣泛的抗震設(shè)計(jì)理念。它具體表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：①盡可能增加多道抗震防線。每一個(gè)抗震機(jī)構(gòu)的體系都不是一個(gè)單一的體系，而一般都是右多個(gè)有良好延性的系統(tǒng)構(gòu)成，而每一個(gè)分系統(tǒng)又是通過有較好延伸性能和柔性的構(gòu)件相互連接配合作用的。比如說有剪力墻-框架體系是由具有良好延性的剪力墻和柔性較高的框架組成，而剪力墻又是分為雙肢剪力墻和多肢剪力墻分體系。一般的，強(qiáng)地震都伴隨著一系列的余震，這就要求建筑物節(jié)構(gòu)具備抵抗強(qiáng)震的第一道防線之后還能有第二道，第三道防線來抵抗接下來的余震，只有這樣，才能保證建筑物在強(qiáng)震之后仍舊能夠不倒塌。這就要求每一樓層里的主要抗震耗能構(gòu)建在強(qiáng)震中屈服后其他的輔助構(gòu)建仍具有彈性性能，從而延長(zhǎng)構(gòu)件的“有效屈服時(shí)間”。 ②增強(qiáng)薄弱部位的抗震性能。構(gòu)件的實(shí)際承受能力和計(jì)算承受能力是對(duì)構(gòu)件合理布置的基礎(chǔ)，當(dāng)在實(shí)際地震過程中，構(gòu)件的實(shí)際承受里高于計(jì)算承受力，也就是構(gòu)件面臨承受力的不定集中的情況，這時(shí)候就需要通過其他的與之相連的輔助構(gòu)件對(duì)它的承受力完成轉(zhuǎn)移[4]。在薄弱部位（很有可能出現(xiàn)力的集中的部位）增強(qiáng)抗震設(shè)計(jì)，提高其抗震性能，能夠有效做到保證建筑物在地震中變形小，不倒塌。
二、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法
對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)，通常要考慮高層建筑物的剛度、強(qiáng)度，和延性，因?yàn)椴粌H要保證整體結(jié)構(gòu)在地震中能夠承受一定范圍內(nèi)的軸壓力和剪力，同時(shí)還要做到在力過大的時(shí)候在允許結(jié)構(gòu)有一定的變形但是不至于嚴(yán)重倒塌。這是抗震的主要內(nèi)容，也是抗震的核心內(nèi)容。而現(xiàn)在具體的設(shè)計(jì)方法有以下這些。
一是多采用強(qiáng)剪弱彎結(jié)構(gòu)。建筑結(jié)構(gòu)中的梁和柱子簡(jiǎn)剪力破壞比軸向扭力破壞所帶來的后果要嚴(yán)重的多，所以在設(shè)計(jì)之中要增強(qiáng)粱柱和墻體的剪力弱化軸向彎力。另外與此類似的還應(yīng)該多采用強(qiáng)柱弱梁和強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件的設(shè)計(jì)方法。
二是改善高層建筑結(jié)構(gòu)均勻性設(shè)計(jì)。首先是高層建筑是一個(gè)三維結(jié)構(gòu)，在地震中作用力的方向是任意的，使其側(cè)向兩軸在剛度上均勻是保證其抗震性和抗風(fēng)性的重要因素[5]；然后是在沿豎直方向的層剪力剛性性能盡量不要發(fā)生突變；最后就是沿同一軸的各向抗側(cè)力結(jié)構(gòu)要避免出現(xiàn)剛度較大而延性較低的結(jié)構(gòu)。
三是加強(qiáng)短柱抗震性能。①改善建筑物整個(gè)結(jié)構(gòu)的抗震性能可以通過縮小短柱的截面積，增大剪跨比進(jìn)而提高短柱的計(jì)算受壓載重力的方式達(dá)到。具體的方法是增強(qiáng)混泥土的實(shí)際等級(jí)，降低其軸壓比。②采用鋼管混泥土的方式澆灌短柱。在由圓形鋼管構(gòu)成的構(gòu)件體系里澆筑混泥土保證了混泥土能夠在三個(gè)方向都能受到足夠強(qiáng)度的壓力，從而提高了混泥土本身的抗壓能力和極限應(yīng)力，進(jìn)而在保證剛度和強(qiáng)度的前提下增強(qiáng)了其延性。③采用分體柱結(jié)構(gòu)。這種方法是通過人為的將柱子的抗彎性能降低到其抗剪性能之下，從而用短柱在地震中的延性破壞代替它的水平斷裂進(jìn)而保證建筑物不易倒塌。
結(jié)語(yǔ)
隨著社會(huì)和科技的進(jìn)步和發(fā)展，專家學(xué)者對(duì)建筑物結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的理念也在不斷的更新進(jìn)步，進(jìn)步和先進(jìn)的理念給我們帶來的是可靠的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。雖然人類在戰(zhàn)勝地震這一自然災(zāi)害的路上還是任重而道遠(yuǎn)，但是我們有理由相信，隨著人們對(duì)已有地震經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，我們的抗震工程學(xué)者會(huì)研究出更好的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念理念和方法，進(jìn)而進(jìn)一步保證人類生命和財(cái)產(chǎn)不受損失。
參考文獻(xiàn):
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關(guān)鍵詞：不規(guī)則；高層建筑結(jié)構(gòu)；抗震
1前言
抗震工作是建筑設(shè)計(jì)和施工的重點(diǎn)，為使所設(shè)計(jì)的高層建筑結(jié)構(gòu)在強(qiáng)度、剛度、延性及耗能能力等方面達(dá)到最佳，結(jié)構(gòu)工程師要進(jìn)行嚴(yán)格系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)。不規(guī)則高層建筑的不規(guī)則性，對(duì)高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了更高的難度和要求，論文就此展開論述。
2不規(guī)則高層建筑結(jié)構(gòu)概述
以往，高層建筑造型與火柴盒一樣，單調(diào)且乏味，缺乏新意。但上個(gè)世紀(jì)八十年代，隨著城市化進(jìn)程建設(shè)不斷加快，人們物質(zhì)生活得到了極大的改善，對(duì)精神文化需求不斷增強(qiáng)，為建筑設(shè)計(jì)帶來了發(fā)展機(jī)遇。復(fù)雜、不規(guī)則及不對(duì)稱結(jié)構(gòu)高層建筑涌現(xiàn)，并成為建筑發(fā)展的潮流。如上海希爾頓酒店、深圳發(fā)展中心等，正因?yàn)榻ㄖ煨酮?dú)特引起了人們的關(guān)注。與此同時(shí)，美國(guó)高烈度地震區(qū)的西海岸也出現(xiàn)了很多形式復(fù)雜、不規(guī)則高層建筑物，雖然，我們看到的建筑物體型規(guī)則、簡(jiǎn)單，但由于其抗側(cè)力構(gòu)件布置與一般建筑差別較大，使其能夠在結(jié)構(gòu)上以不對(duì)稱形態(tài)呈現(xiàn)出來。如尼加拉瓜馬那瓜的中央銀行，在設(shè)計(jì)中，其主要呈現(xiàn)簡(jiǎn)單的矩形狀，但在建筑東西方向設(shè)置電梯井，在很大程度上增加了建筑物剛度。雖然不規(guī)則高層建筑看上去給人一種搖搖欲墜的視覺效果，但由于其設(shè)計(jì)依據(jù)科學(xué)的力學(xué)計(jì)算，是科學(xué)的。不規(guī)則高層建筑以扭轉(zhuǎn)、凹凸不規(guī)則等多種形式存在，相比較一般建筑來說，不規(guī)則高層建筑設(shè)計(jì)難度較大，故要給予更多關(guān)注和重視。
3不規(guī)則高層建筑結(jié)構(gòu)抗震分析
3.1案例分析
某高層建筑地上25層，地下3層，總體高度104.2米。15層以下東西長(zhǎng)度94米，16層以上為83米。南北向?qū)挾葹?0米，總建筑面積5.3萬平方米。地下三層分別為餐飲、商業(yè)、車庫(kù)區(qū)。
建筑師從環(huán)境和功能的要素的角度，將北側(cè)設(shè)計(jì)為電梯、機(jī)房、管井的集中區(qū)域，南側(cè)為敞開式的商住和辦公區(qū)域，采用玻璃幕墻作為立面的材料。整體立面為起航的船體，屋頂從東向主屋面逐漸升起，高點(diǎn)高度為22.5米，上有桅桿，桅桿高度為15米。
3.2設(shè)計(jì)詳情
建筑物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)把握，從15層開始向上，西北側(cè)有收進(jìn)，豎向的變化較大，南側(cè)沒有設(shè)計(jì)剪力墻予以支撐，南北向的偏心較大。頂層自西向東有變化，東面較高和重。
平面上的特點(diǎn)是，建筑物的兩個(gè)端部有剛度較小的單跨框架，東南的尖角為單柱，在地震作用下，端面的平面質(zhì)量將起到很大的作用，由于不規(guī)則，因此，需要在扭轉(zhuǎn)效應(yīng)上，設(shè)計(jì)出較大的抗側(cè)剛度。
經(jīng)過對(duì)結(jié)構(gòu)特性的分析之后，采用試算的方法，發(fā)現(xiàn)建筑物的特點(diǎn)是西低東高、西輕東重。東端和西端出現(xiàn)的單跨框架以及部分的面積，側(cè)剛較小，產(chǎn)生東段振幅較大的情況，為了使得結(jié)構(gòu)能夠形成以平動(dòng)為主的基本振型，因此在東面設(shè)置了剪力墻。
針對(duì)南北向的偏心問題，為了滿足建筑連續(xù)多跨的框架剛度較大的特點(diǎn)要求按照剪力墻承擔(dān)的總彎矩進(jìn)行了剪力墻量的設(shè)置，減少了縱向地震作用下可能產(chǎn)生的扭矩，這樣，建筑物的靠近端部的剪力墻轉(zhuǎn)動(dòng)中心的力臂將增大，能夠在地震扭轉(zhuǎn)中南北偏心產(chǎn)生的時(shí)候起到重要的作用。
4工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)
對(duì)于位移限值的分析，在考慮了偶然偏心影響的地震作用，樓層的最大位移與層高的比例是滿足建筑設(shè)計(jì)要求。RATIO為層平均位移和最大位移之間的比值，RTIO-D（n）為層平均層間和最大層間的位移比值，MAX-D/h為最大層間位移角，Umax為頂層最大位移（mm）。
計(jì)算模型分別按照0、90度和45度方向計(jì)算結(jié)構(gòu)在水平力作用下的變形和內(nèi)力的組合特征，考慮雙向水平地震作用下的扭轉(zhuǎn)影響，得到了剪力墻連梁的折減系數(shù)、周期折減系數(shù)、阻尼比等數(shù)值。
經(jīng)過軟件的計(jì)算結(jié)果，還發(fā)現(xiàn)個(gè)別連梁的彎矩和剪力出現(xiàn)截面超筋的情況，再進(jìn)行連梁設(shè)計(jì)以及配筋的時(shí)候，通過設(shè)置鋼暗柱的方式，給予了加強(qiáng)措施。在本工程中，兩個(gè)單元的建筑均為混凝土核芯筒體的垂直交通通道，如電梯、樓梯，構(gòu)成的核心抗側(cè)力的構(gòu)件主要分布在兩側(cè)，這種設(shè)計(jì)提高了抗側(cè)的高度。對(duì)于周邊的翼板出現(xiàn)的出挑略多的問題，采用了彈性板加以解決，充分考慮變形對(duì)于邊角柱以及豎向構(gòu)件的影響，提高了一個(gè)等級(jí)的抗震功能，加強(qiáng)的區(qū)域內(nèi)的配筋，采用全高加密箍筋的方法，保證地震發(fā)生的時(shí)候構(gòu)件不屈服，結(jié)構(gòu)延性加強(qiáng)。
本建筑工程有著平面立面不規(guī)則的先天狀況，因此，要對(duì)計(jì)算過程中的近似性、局限性、地震的不確定性進(jìn)行充分的考慮，將施工因素等問題加入設(shè)計(jì)的內(nèi)容。不能完全依靠計(jì)算結(jié)構(gòu)，而是要對(duì)結(jié)構(gòu)的整體構(gòu)造，薄弱環(huán)節(jié)加以分析，從結(jié)構(gòu)安全的角度進(jìn)行設(shè)計(jì)。
例如工程在地震作用下，最不利的趨于在兩個(gè)端部，這部分為單跨柱框架，因此應(yīng)進(jìn)行承載能力和延性的加強(qiáng)，防止出現(xiàn)破壞。
工程的框架承擔(dān)地震的總彎矩經(jīng)過測(cè)量接近50%，因此要在南側(cè)縱向框架的強(qiáng)度和延性設(shè)計(jì)上采用提高抗震等級(jí)的方法進(jìn)行構(gòu)造的設(shè)計(jì)。
工程的西側(cè)剪力墻的數(shù)量較少，因此，在該區(qū)域的抗扭的設(shè)計(jì)上應(yīng)予以加強(qiáng)。
還有中心部位的樓電梯間，混凝土的剪力墻布置上，框架較小的框架帶來了單體抗扭轉(zhuǎn)剛度不足的問題，可以通過增加結(jié)構(gòu)的側(cè)力抗扭剛度的方法進(jìn)行增大，依靠外圍抗側(cè)力墻剛度增加的方法，將抗扭轉(zhuǎn)剛度增大。
5結(jié)構(gòu)不規(guī)則設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)
結(jié)構(gòu)不規(guī)則設(shè)計(jì)時(shí)，必須注意以下問題：（1）重點(diǎn)考慮結(jié)構(gòu)的均勻性與對(duì)稱性，并對(duì)結(jié)構(gòu)的偏心率進(jìn)行有效的控制。如果能夠保證偏心率足夠小，結(jié)構(gòu)就會(huì)出現(xiàn)清晰的平動(dòng)主振型和扭轉(zhuǎn)主振型，更容易符合扭平分量比的標(biāo)準(zhǔn)；（2）重視累積質(zhì)量對(duì)結(jié)構(gòu)的影響。如果結(jié)構(gòu)的某一部分存在高低跨現(xiàn)象，需要科學(xué)合理的設(shè)置剪力墻，有效的降低偏心距；（3）如果樓板因存在大面積缺失的現(xiàn)象而形成長(zhǎng)短柱的狀態(tài)，不但要提高短柱的延性，而且需要提高長(zhǎng)柱的剛度；（4）提高結(jié)構(gòu)周邊梁的剛度。通過提高周邊連梁與框架梁的剛度，可以提高整體結(jié)構(gòu)的抗扭剛度，并且有利于剛心位置的調(diào)整。
6結(jié)語(yǔ)
論文摘要:本文從抗震的角度探討建筑的體型，建筑平面布置和豎向布置、規(guī)范中設(shè)計(jì)限值的控制、屋頂建筑等設(shè)計(jì)問題。
建筑設(shè)計(jì)是否考慮抗震要求，從總體上起著直接的控制主導(dǎo)作用。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)很難對(duì)建筑設(shè)計(jì)有較大的修改，建筑設(shè)計(jì)定了，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則上只能是服從于建筑設(shè)計(jì)的要求。如果建筑師能在建筑方案、初步設(shè)計(jì)階段中較好地考慮抗震的要求，則結(jié)構(gòu)工程師就可以對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件系統(tǒng)進(jìn)行合理的布置，建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和剛度分布以及相應(yīng)產(chǎn)生的地震作用和結(jié)構(gòu)受力與變形比較均勻協(xié)調(diào)，使建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能和抗震承載力得到較大的改善和提高；如果建筑師提供的建筑設(shè)計(jì)沒有很好地考慮抗震要求，那就會(huì)給結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)帶來較多困難，使結(jié)構(gòu)的抗震布置和設(shè)計(jì)受到建筑布置的限制，甚至造成設(shè)計(jì)的不合理。有時(shí)為了提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗震承載力，不得不增大構(gòu)件的截面或配筋用量，造成不必要的投資浪費(fèi)。由此可見，建筑
設(shè)計(jì)是否考慮抗震要求，對(duì)整個(gè)建筑起著很重要的作用。因此，我們?cè)诮ㄖ拐鹪O(shè)計(jì)過程別要注重以下幾個(gè)問題。
一、建筑體型設(shè)計(jì)問題
建筑體型包括建筑的平面形狀和主體的空間形狀的設(shè)計(jì)。震害表明，許多平面形狀復(fù)雜，如平面上的外凸和凹進(jìn)、側(cè)翼的過多伸懸、不對(duì)稱的側(cè)翼布置等在地震中都遭到了不同程度的破壞。唐山地震就有不少這樣的震例。平面形狀簡(jiǎn)單規(guī)則的建筑在地震中未出現(xiàn)較重的破壞，有的甚至保持完好無損。沿高度立體空間形狀上的復(fù)雜和不規(guī)則在地震時(shí)都會(huì)造成震害。特別是在建筑結(jié)構(gòu)剛度發(fā)生突變的部位更易產(chǎn)生破壞。因此在建筑體型的設(shè)計(jì)中，應(yīng)盡可能地使平面和空間的形狀簡(jiǎn)潔、規(guī)則；在平面形狀上，矩形、圓形、扇形、方形等對(duì)抗震來說都是較好的體型。盡可能少做外凸和內(nèi)凹的體型，盡可能少做不對(duì)稱的側(cè)翼和過長(zhǎng)的伸翼。在體型布置上盡可能使建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和剛度比較均勻地分布，避免產(chǎn)生因體型不對(duì)稱導(dǎo)致質(zhì)量與剛度不對(duì)稱的扭轉(zhuǎn)反應(yīng)。
二、建筑平面布置設(shè)計(jì)問題
建筑物的平面布置在建筑設(shè)計(jì)中是十分重要的部分，它直接反映建筑的使用功能和要求。柱子的距離、內(nèi)墻的布置、空間活動(dòng)面積的大小、通道和樓梯的位置、電梯井的布置、房間的數(shù)量和布置等，都要在建筑的平面布置圖上明確下來。而且，由于建筑使用功能不同，每個(gè)樓層的布置有可能差異很大，建筑平面上的墻體，包括填充墻、內(nèi)隔墻、有相應(yīng)強(qiáng)度和剛度的非承重內(nèi)隔墻等等布置不對(duì)稱，墻體與柱子分布的不對(duì)稱、不協(xié)調(diào)，使建筑物在地震時(shí)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)地震作用，對(duì)抗震很不利。有的建筑物，其剛度很大的電梯井筒被布置在建筑平面的角部或是平面的一側(cè)，結(jié)果在地震中造成靠電梯一側(cè)建筑物的嚴(yán)重破壞。這是因?yàn)殡娞菥簿哂袠O大的抗側(cè)力剛度，吸引了地震作用的主要部分［3］。有的建筑物，在平面布置上一側(cè)的墻體很多，而另一側(cè)的墻體稀少，這就造成平面上剛度分布的很不對(duì)稱，質(zhì)量分布也偏心，使結(jié)構(gòu)的受力和變形不協(xié)調(diào)，導(dǎo)致扭轉(zhuǎn)地震作用效應(yīng)，帶來局部墻面的破壞。有的建筑物，如底層為商場(chǎng)的臨街建筑，臨街一側(cè)往往不設(shè)墻體，而其另一側(cè)則有剛度很大的墻體封閉，兩側(cè)在剛度上相差很多，也將在地震時(shí)引起扭轉(zhuǎn)地震作用，對(duì)抗震不利。還有的建筑平面布置上，經(jīng)常出現(xiàn)內(nèi)隔墻不對(duì)齊或中斷，使剛度發(fā)生突變和地震力傳遞受阻，對(duì)抗震也帶來不利，客易引起結(jié)構(gòu)的局部破壞。建筑平面布置設(shè)計(jì)對(duì)建筑抗震關(guān)系很大，從概念上要解決的一個(gè)核心問題是：建筑平面布置設(shè)計(jì)上要盡可能做到使結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和剛度分布均勻，對(duì)稱協(xié)調(diào)，避免突變，防止產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。在建筑平面布置的總體設(shè)計(jì)上要盡可能為結(jié)構(gòu)抗側(cè)力構(gòu)件的合理布置創(chuàng)造條件，使建筑使用功能要求與建筑結(jié)構(gòu)抗震要求融合成一體，充分發(fā)揮建筑設(shè)計(jì)在建筑抗震中的作用。
三、建筑豎向布置設(shè)計(jì)問題
建筑的豎向布置設(shè)計(jì)問題在建筑設(shè)計(jì)中主要反映在建筑沿高度(樓層)結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和剛度分布設(shè)計(jì)上。無論是單層或多層，還是高層建筑或超高建筑，這個(gè)問題是比較突出的。存在的這個(gè)主要問題是，由于建筑使用功能的不同要求，如底層或下面幾層是商場(chǎng)、購(gòu)物中心，建筑上要求是大柱距、大空間；而上面的樓層則是開間較大的寫字樓或布置多樣化的公寓樓，低層設(shè)柱、墻很少，而上面則是以墻為主，柱很少。有的建筑在布置上還設(shè)有面積很大的公用天井大廳，在不同樓層上設(shè)有大會(huì)議廳、展廳、報(bào)告廳等，建筑使用功能的不同，形成了建筑物沿高度分布的質(zhì)量和剛度的嚴(yán)重不均勻、不協(xié)調(diào)。突出的問題是沿上下相鄰樓層的質(zhì)量和剛度相差過大，形成突變［3］。在剛度最差的樓層形成對(duì)抗震極為不利的抗震承載力不足和變形很大的薄弱層。這是在建筑設(shè)計(jì)中必須高度重視的問題。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，在建筑使用功能不同的情況下，很可能出現(xiàn)上下相鄰樓層的墻體不對(duì)齊，柱子不對(duì)齊，墻體不連續(xù)，不到底；上層墻多，下層墻少；上層有柱，下層無柱等，使地震力的傳遞受阻或不通；抗震用的剪力墻設(shè)置不能直通到底層、剪力墻布置嚴(yán)重不對(duì)稱或數(shù)量太少。所有這些布置都將給建筑物帶來地震作用分布的不均勻、不對(duì)稱和對(duì)建筑物很不利的扭轉(zhuǎn)作用。多次大震害表明，建筑物豎向樓層剛度的過大變化，給建筑物造成很多破壞，甚至是整個(gè)樓層的倒塌。在1995年的日本阪神大地震中，有多棟鋼筋混凝土高層建筑發(fā)生了中間樓層的整體坐落倒塌破壞。因此，盡可能使剪力墻布置比較均勻并使其能沿豎向貫通到建筑物底部，不宜中斷或不到底。盡量避免其某樓層剛度過少，盡量避免產(chǎn)生地震時(shí)的鈕轉(zhuǎn)效應(yīng)。
四、建筑上應(yīng)滿足的設(shè)計(jì)限值控制問題
根據(jù)大量震害的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，現(xiàn)行《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GBJll-89)對(duì)房屋建筑在建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮的一些抗震要求的限值控制提出了規(guī)定。這些規(guī)定，建筑設(shè)計(jì)應(yīng)予遵守：一是房屋的建筑總高度和層數(shù)；二是對(duì)房屋抗震橫墻問題和局部墻體尺寸的限值控制。
五、屋頂建筑的抗震設(shè)計(jì)問題
在高層和超高層建筑設(shè)計(jì)中，屋頂建筑是一個(gè)重要的設(shè)計(jì)部分。從近幾年對(duì)一些高層建筑抗震設(shè)計(jì)審查結(jié)果來看，屋頂建筑存在的主要問題，一是過高，二是過重。這樣的屋頂建筑加大了變形，也加大了地震作用。對(duì)屋頂建筑自身和其下的建筑物的抗震都不利。屋頂建筑的重心與下部建筑的重心不在一條線上，且前者的抗側(cè)力墻與其下樓層的抗側(cè)力墻體上下不連續(xù)時(shí)，更會(huì)帶來地震的扭轉(zhuǎn)作用，對(duì)建筑物抗震更不利。為此，在屋頂建筑設(shè)計(jì)中，宜盡量降低其高度。采用高強(qiáng)輕質(zhì)的建筑材料和剛度分布比較均勻、地震作用沿結(jié)構(gòu)的傳遞比較通暢，使屋頂重心與其下部建筑物的重心盡可能一致；當(dāng)屋頂建筑較高時(shí)，要使其具有較好的抗震定性，使屋頂建筑的地震作用及其變形較小，而且不發(fā)生扭轉(zhuǎn)地震作用。
六、結(jié)束語(yǔ)
總的來說，建筑設(shè)計(jì)是建筑杭震設(shè)計(jì)的一個(gè)重要方面，建筑設(shè)計(jì)與建筑
抗震設(shè)計(jì)有著密切關(guān)系。它對(duì)建筑抗震起著重要的基礎(chǔ)作用。一個(gè)優(yōu)良的建筑抗震設(shè)計(jì)，必須是在建筑設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相互配合協(xié)作共同考慮抗震的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上完成。為此，要充分重視建筑設(shè)計(jì)在建筑抗震設(shè)計(jì)中的重要性，在建筑抗震設(shè)計(jì)中更好地發(fā)揮建筑設(shè)計(jì)應(yīng)有的作用。
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關(guān)健詞：概念設(shè)計(jì) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 框—剪結(jié)構(gòu)
中圖分類號(hào)：S611文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：
一、概念設(shè)計(jì)的涵義
概念設(shè)計(jì)就是從結(jié)構(gòu)總體方案設(shè)計(jì)一開始，就運(yùn)用人們對(duì)建筑結(jié)構(gòu)抗震已有的正確知識(shí)去處理好結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中將遇到的問題，諸如:房屋體形、結(jié)構(gòu)體系、剛度分布、構(gòu)件延性等等。從宏觀原則上進(jìn)行評(píng)價(jià)、鑒別、選擇等處理，再輔以必要的計(jì)算和構(gòu)造措施。從而消除建筑物抗震的薄弱環(huán)節(jié)，以達(dá)到合理抗震設(shè)計(jì)的目的。也就是說概念設(shè)計(jì)是工程師運(yùn)用思維和判斷力，根據(jù)從大量震害經(jīng)驗(yàn)得出的結(jié)構(gòu)抗震原則，從宏觀上確定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的基本問題。因此，工程師必須從主體上了解結(jié)構(gòu)抗震特點(diǎn)，振動(dòng)中結(jié)構(gòu)的受力特征，抓住要點(diǎn)，突出主要矛盾，用正確的概念來指導(dǎo)概念設(shè)計(jì)，才會(huì)獲得成功。由于概念設(shè)計(jì)包括的范圍極廣，因此不僅僅要分析總體方案確定的原則，還要顧及非材料的正確使用和關(guān)鍵部位的細(xì)部構(gòu)造。但是首先和最重要的還是結(jié)構(gòu)總體概念設(shè)計(jì)、材料選型和細(xì)部構(gòu)造等問題，這些設(shè)計(jì)原則和結(jié)構(gòu)概念中，較為重要的是結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)。
二、結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)的注意要點(diǎn)
1.延性耗能
在建筑結(jié)構(gòu)的整體設(shè)計(jì)上要注意加強(qiáng)薄弱環(huán)節(jié)，盡量做到等強(qiáng)度。同時(shí)，應(yīng)使建筑結(jié)構(gòu)在一個(gè)恰當(dāng)?shù)牟课荒芟拇罅康哪芰?，在具體設(shè)計(jì)中即為各式各樣的梁，如框架梁、聯(lián)肢墻的連肢梁等。結(jié)構(gòu)延性一般用延性系數(shù)表示，它表示的是結(jié)構(gòu)極限變形(位移、轉(zhuǎn)角、曲率)與屈服變形的比值，也可以分別用位移延性系數(shù)，轉(zhuǎn)角延性系數(shù)等來表示，該比值越大，結(jié)構(gòu)的延性越好。在設(shè)計(jì)上為提高鋼筋混凝土梁的延性，一般采取以下措施:(1)首先應(yīng)選取合適的梁截面尺寸，以獲得合適的配筋率，避免梁受拉筋過多或出現(xiàn)超筋。因此，對(duì)地震區(qū)梁的配筋率要大大低于一般梁的最高配筋率。(2)梁上部(跨中)和下部(端部)配置適量的受壓筋。(3)提高梁混凝土強(qiáng)度等級(jí)，采用中低級(jí)鋼筋對(duì)延性有利。(4)T形梁比矩形梁延性好。(5)注意加密箍筋。地震區(qū)鋼筋混凝土梁的位移延性系數(shù)一般要求不得低于4。
2.多道防線設(shè)計(jì)
現(xiàn)在有一種新的抗震概念:當(dāng)建筑結(jié)構(gòu)受到強(qiáng)烈地震動(dòng)主脈沖卓越周期的作用時(shí)，一方面利用結(jié)構(gòu)中增設(shè)的贅余桿件的屈服和變形，來耗散地震輸入能量;另一方面利用贅余桿件的破壞和退出工作，使整個(gè)結(jié)構(gòu)從一種穩(wěn)定體系過渡到另一種穩(wěn)定體系，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)周期的變化，以避開地震動(dòng)卓越周期長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)作用所引起的共振效應(yīng)。這種通過對(duì)結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的適當(dāng)控制，來減輕建筑物的破壞程度，是對(duì)付高烈度地震的一種經(jīng)濟(jì)有效的方法。
3.妥善處理非結(jié)構(gòu)部件
非結(jié)構(gòu)部件一般是指在通常結(jié)構(gòu)分析中不考慮承受重力荷載以及風(fēng)、地震等側(cè)力荷載的部件，如內(nèi)隔墻，框架填充墻，建筑處圍墻板，樓梯等。實(shí)際上，在地震作用下，高層建筑中的這些部件或多或少地參與工作，從而改變了整個(gè)結(jié)構(gòu)或局部構(gòu)件的剛度，承載力和傳力路線。造成未曾估計(jì)到的局部震害。在鋼筋混凝土框架體系的高層建筑中，這些影響最為普遍。(1)砌體填充墻的抗震作用：①使結(jié)構(gòu)剛度增大，自振周期縮短，水平地震力增大30%~50%。②改變了結(jié)構(gòu)的地震剪力分布狀況。③砌體填充墻具有較大的抗推剛度，限制了框架的變形，從而減小了整個(gè)結(jié)構(gòu)的地震側(cè)移幅值。 (2)柱端震害，在地震中，角柱上端被嵌砌于框架間的磚墻頂斷。這是典型的柱端震害。在框架體系設(shè)計(jì)中必須考慮，并采取恰當(dāng)?shù)念A(yù)防措施。(3)形成短柱破壞。采用鋼筋混凝土框架的高層建筑，就框架柱的受力狀況和破壞形態(tài)而言，一般情況下屬于長(zhǎng)柱。由于窗裙墻對(duì)框架柱的剛性約束，減短了柱的有效長(zhǎng)度，使它變成了短柱，承擔(dān)的地震力大增，發(fā)生剪切破壞。因此，采用貼砌圍護(hù)方案或墻、柱柔性連接方案都是防止短柱破壞的有效手段。否則沿柱的全高，柱身箍筋的配置均應(yīng)符合短柱的規(guī)定。這一點(diǎn)，在施工圖中，應(yīng)當(dāng)說明清楚。
三、案例討論
某項(xiàng)目情況：地上34層共120m，地下共3層，其中地下第3層為5級(jí)人防。該結(jié)構(gòu)為超高層結(jié)構(gòu)，框架－剪力墻結(jié)構(gòu)體系。其中在地上第三層有局部框值轉(zhuǎn)換。在方案設(shè)計(jì)階段，框架的軸線尺寸己經(jīng)由建筑確定，梁柱截面尺寸根據(jù)豎向荷載及粗估的水平地震作用效應(yīng)確定。最后問題是剪力墻如何布置、數(shù)量多少。這是一個(gè)關(guān)系到結(jié)構(gòu)安全和技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理性，并體現(xiàn)出體系優(yōu)越性的關(guān)鍵性環(huán)節(jié)。所以結(jié)構(gòu)工程師在方案設(shè)計(jì)階段都積極參與，并根據(jù)適宜剛度概念算出剪力墻的面積，結(jié)合建筑要求設(shè)計(jì)出經(jīng)濟(jì)合理的方案。
1.剪力墻的布置。一般情況下，剪力墻應(yīng)在縱橫兩個(gè)方向同時(shí)布置，并使兩個(gè)方向的自振周期比較接近。在非抗震設(shè)計(jì)的條件下，也允許只設(shè)橫向剪力墻而不設(shè)縱向剪力墻，這時(shí)，縱向風(fēng)力全部由縱向框架承受。剪力墻的一般布置原則是“均勻、分散、對(duì)稱、周邊”。均勻、分散是要求剪力墻的片數(shù)多，每片的剛度不要太大，也就是說布置很多片短的剪力墻;并且在樓層平面上均勻布開不要集中在某一局部區(qū)域。一方面，剪力墻對(duì)稱布置可以避免和減少建筑物受到的扭矩。另一方面，剪力墻沿周邊布置可以最大幅度地加大抗扭轉(zhuǎn)的內(nèi)力臂，提高整個(gè)結(jié)構(gòu)的抗扭能力。經(jīng)過討論，大家一致同意剪力墻沿周邊布置。
2.剪力墻的平面位置。一般情況下，剪力墻宜布置在下述的各個(gè)部位:（1）豎向荷載較大處。這樣可以獲得三點(diǎn)好處:①較大重力荷載引起的較大地震作用，可以直接傳到剪力墻上;②剪力墻承受很大的彎矩和剪力，有了較大軸向壓力來平衡，可以減小墻體的拉應(yīng)力，并提高墻體的受剪力承載力;③可以避免使用較大截面梁、柱的框架來承擔(dān)較大的豎向荷載。（2）平面形狀變化處或樓蓋水平剛度劇變處。這樣可以消除地震時(shí)在該部位樓板中引起的應(yīng)力集中效應(yīng)。（3）樓梯間、電梯間以及樓板較大洞口的兩側(cè)。根據(jù)本工程特點(diǎn)，剪力墻的平面位置布置在豎向荷載較大處。
3.剪力墻最大間距。在框—剪體系中，剪力墻是主要抗震構(gòu)件，承擔(dān)著80%以上的地震力;框架是次要抗震構(gòu)件，僅承擔(dān)加%以下的地震力。要保持框一剪體系這一結(jié)構(gòu)特性，以剪力墻為側(cè)向支撐的各層樓蓋，在地震力作用下的水平變形就需控制在很小數(shù)值范圍以內(nèi)，使框架的側(cè)向變形與剪力墻大致相同。否則，就需要通過空間分析來考慮樓蓋水平變形所引起的框架剪力增值。在實(shí)際工程中，剪力墻間距一般在2.5B及30m以內(nèi)。有30m長(zhǎng)的一段無剪力墻的自由布置空間，完全可以滿足建筑功能的要求。
參考文獻(xiàn)：
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關(guān)鍵詞：高層建筑；高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；抗震；常見問題；
一、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的意義及依據(jù) 1.1概念設(shè)計(jì)的意義 高層建筑能做到結(jié)構(gòu)功能與外部條件一致，充分展現(xiàn)先進(jìn)的設(shè)計(jì)，發(fā)揮結(jié)構(gòu)的功能并取得與經(jīng)濟(jì)性的協(xié)調(diào)，更好地解決構(gòu)造處理，用概念設(shè)計(jì)來判斷計(jì)算設(shè)計(jì)的合理性。 1.2概念設(shè)計(jì)的依據(jù) 高層建筑結(jié)構(gòu)總體系與各分體系的工作原理和力學(xué)性質(zhì)，設(shè)計(jì)和構(gòu)造處理原則，計(jì)算程序的力學(xué)模型和功能，吸取或不斷積累的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。
二、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的幾個(gè)問題及設(shè)計(jì)方面的原則 2.1高層建筑結(jié)構(gòu)受力性能 對(duì)于一個(gè)建筑物的最初的方案設(shè)計(jì)，建筑師考慮更多的是它的空間組成特點(diǎn)，而不是詳細(xì)地確定它的具體結(jié)構(gòu)。建筑物底面對(duì)建筑物空間形式的豎向穩(wěn)定和水平方向的穩(wěn)定都是非常重要的，由于建筑物是由一些大而重的構(gòu)件所組成，因此結(jié)構(gòu)必須能將它本身的重量傳至地面，結(jié)構(gòu)的荷載總是向下作用于地面的，而建筑設(shè)計(jì)的一個(gè)基本要求就是要搞清楚所選擇的體系中向下的作用力與地基土的承載力之間的關(guān)系，因此，在建筑設(shè)計(jì)的方案階段，就必須對(duì)主要的承重柱和承重墻的數(shù)量和分布作出總體設(shè)想。 2.2高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的扭轉(zhuǎn)問題 在水平荷載作用下，高層建筑扭轉(zhuǎn)作用的大小取決于質(zhì)量分布。為使樓層水平力作用沿平面分布均勻，減輕結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)，應(yīng)使建筑平面盡可能采用方形、矩形、圓形、正多邊形等簡(jiǎn)面形式。同時(shí)，在結(jié)構(gòu)平面布置時(shí)，應(yīng)盡可能使結(jié)構(gòu)處于對(duì)稱狀態(tài)。
2.3 選用適當(dāng)?shù)挠?jì)算簡(jiǎn)圖：結(jié)構(gòu)計(jì)算是在計(jì)算簡(jiǎn)圖的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，計(jì)算簡(jiǎn)圖選用不當(dāng)則會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)安全的事故經(jīng)常發(fā)生，所以選擇適當(dāng)?shù)挠?jì)算簡(jiǎn)圖是保證結(jié)構(gòu)安全的重要條件。
關(guān)鍵詞：高層建筑 多塔體系結(jié)構(gòu) 嵌固端
中圖分類號(hào)：TU97 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）05（b）-0049-02
高層多塔住宅建筑嵌固端是指上部結(jié)構(gòu)的底部嵌固部位，嵌固端的確定主要通過調(diào)整承載力和剛度，迫使塑性鉸在預(yù)期部位出現(xiàn)，且能夠承受上部結(jié)構(gòu)在該處屈服超強(qiáng)引起的極限彎矩和出現(xiàn)塑性鉸時(shí)最大剪力以及相應(yīng)最大或最小軸向力。高層多塔住宅建筑必須合理選取和優(yōu)化嵌固端，以此保證地基基礎(chǔ)具備較強(qiáng)承載力，防止建筑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)滑移和轉(zhuǎn)動(dòng)，確保高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)形成穩(wěn)定的體系，有效預(yù)防建筑傾覆或較大的差異沉降。多塔高層嵌固端的合理選取對(duì)結(jié)構(gòu)的安全和經(jīng)濟(jì)性都有較大的影響。
1 高層多塔式建筑結(jié)構(gòu)嵌固端的作用分析
隨著高層建筑的迅猛發(fā)展，建筑高度也隨之增加，使得因風(fēng)載荷或地震作用而產(chǎn)生的水平載荷對(duì)高層多塔住宅建筑結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和位移影響逐步加大。而合理確定基礎(chǔ)埋置深度，是滿足高層多塔住宅地基承載力和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性要求的前提，以此有效減少由于地基沉降和不均勻沉降所造成的建筑整體傾斜，防止水平載荷使建筑物產(chǎn)生傾斜和滑移，增強(qiáng)抗震能力?；A(chǔ)埋深的確定直接影響高層多塔住宅建筑的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)選型，所以必須將其作為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，確保地基的可靠性。加之，基礎(chǔ)埋深會(huì)影響建筑結(jié)構(gòu)的動(dòng)力反應(yīng)性質(zhì)和靜力反應(yīng)性質(zhì)，因此必須在保證高層多塔住宅建筑結(jié)構(gòu)安全的基礎(chǔ)上，兼顧技術(shù)因素和經(jīng)濟(jì)因素選擇合理的基礎(chǔ)埋置深度。
在高層多塔住宅建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，合理選取和優(yōu)化嵌固端有利于保證地基基礎(chǔ)的承載力、剛度、抗轉(zhuǎn)動(dòng)能力和抗滑移能力，構(gòu)建穩(wěn)定的高層多塔住宅建筑結(jié)構(gòu)，對(duì)于防止差異沉降和傾覆具有重要意義。在高層多塔住宅建筑的抗震設(shè)防中，正確選取結(jié)構(gòu)嵌固端是建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算模式的重要假定，直接影響到結(jié)構(gòu)中某些構(gòu)件內(nèi)力分配的準(zhǔn)確性，以及結(jié)構(gòu)產(chǎn)生側(cè)移的真實(shí)性和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性。尤其對(duì)于上部結(jié)構(gòu)嵌固而言，其在基礎(chǔ)或地下室部位的選擇，會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)計(jì)算中彎矩大小、配筋用量等問題產(chǎn)生重大影響。一般情況下，高層多塔住宅建筑帶有二層或二層以上的地下室，嵌固端既可以選擇地下室頂板位置，也可以地下室基礎(chǔ)位置。然而在實(shí)際的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員往往忽視了嵌固端的設(shè)置問題，埋下了建筑結(jié)構(gòu)安全隱患。如，嵌固端上下層剛度比的限制和抗震等級(jí)的一致性、嵌固端樓板的設(shè)計(jì)、嵌固端在結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)的設(shè)置、嵌固端位置與結(jié)構(gòu)抗震縫設(shè)置的協(xié)調(diào)性等問題，這些問題的忽視會(huì)大量增加后期結(jié)構(gòu)的分析計(jì)算量和設(shè)計(jì)工作的修改量。因此，在高層多塔住宅建筑的抗震設(shè)計(jì)中，必須解決好嵌固端的選取和優(yōu)化問題，積極采取有效的技術(shù)措施，提高高層多塔住宅建筑結(jié)構(gòu)的可靠性。
2 高層多塔式住宅嵌固端的合理選取及優(yōu)化途徑
（1）高層多塔式住宅結(jié)構(gòu)嵌固端選取原則。
①工程所在地的地質(zhì)和水文條件。高層多塔式住宅嵌固端的選取與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)有著非常密切的關(guān)系，而工程所在地的地質(zhì)和水文條件是基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的主要影響因素，鑒于此，其必然會(huì)對(duì)嵌固端的選取產(chǎn)生一定程度的影響，所以，在實(shí)際工程中，對(duì)結(jié)構(gòu)嵌固端進(jìn)行選取時(shí)，應(yīng)當(dāng)充分考慮工程所在地地基土地的性質(zhì)，這對(duì)于嵌固端的合理選取尤為重要。
例如，某多塔式高層建筑為商住兩用，最初設(shè)計(jì)時(shí)，決定將樁基礎(chǔ)頂面作為嵌固端，后經(jīng)多方面綜合分析發(fā)現(xiàn)，若是以樁基礎(chǔ)頂面作為嵌固端雖然便于施工，但是工程造價(jià)相對(duì)較高。設(shè)計(jì)人員提出可將地下室結(jié)構(gòu)頂板作為嵌固端，這樣不但能夠使計(jì)算模型得以簡(jiǎn)化，而且結(jié)構(gòu)的傳力途徑也更加直接和明確，同時(shí)還能夠解決各個(gè)塔樓可能存在的質(zhì)量與剛度分布不均勻的缺陷。此外，地上的多塔樓可按照多、高層建筑進(jìn)行考慮，不需要作為復(fù)雜高層結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算，這使得構(gòu)造過程得以簡(jiǎn)化，有助于工程整體造價(jià)的降低。
②地基基礎(chǔ)的實(shí)際埋深深度。就高層住宅建筑結(jié)構(gòu)而言，在合理選取嵌固端的過程中，勢(shì)必會(huì)涉及到建筑地基基礎(chǔ)的埋深深度問題。嵌固端部位應(yīng)當(dāng)在符合地基基礎(chǔ)有效埋深深度或是可靠埋深深度的基礎(chǔ)上進(jìn)行合理選取，嵌固端的位置應(yīng)當(dāng)在基礎(chǔ)頂面或是高于頂面的位置上，而對(duì)于帶有地下室結(jié)構(gòu)的高層建筑來講，地基基礎(chǔ)的埋深深度直接決定了地下室的具體層數(shù)，嵌固端可按照具體要求選在某一層頂板或是底板的位置上。
③基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式。高層建筑基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式不同，嵌固端選取的重點(diǎn)和位置也有所不同，相應(yīng)的結(jié)構(gòu)計(jì)算模型也不相同。
④首層樓面荷載。高層建筑的地下室頂板常被作為結(jié)構(gòu)嵌固端的首層樓面，在正常使用條件下，其所承受的活荷載通常較小，即便是商用的高層建筑，其活荷載也不超過3.5 kN/m2，但需要注意的是，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中必須充分考慮施工荷載。
（2）多塔式高層住宅嵌固端的優(yōu)化措施。
目前，按照建筑功能、區(qū)域規(guī)劃以及現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境等方面需要，大底盤多塔式高層住宅越來越多，而隨著該結(jié)構(gòu)形式住宅的增多，與之相關(guān)的技術(shù)問題也隨之突顯。對(duì)于塔樓的嵌固端，可選取在底盤的頂板處，具體優(yōu)化措施如下。
①通常情況下，為了確保轉(zhuǎn)換層上下部結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度基本一致，需要在大底盤的部分增設(shè)新的剪力墻。由于高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的計(jì)算軟件日趨完善，為此，多塔式住宅能夠?qū)崿F(xiàn)以整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算。
②就大底盤地下室上部的多塔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而言，由于結(jié)構(gòu)本身為大底盤，故此其上部結(jié)構(gòu)無需按照多塔結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算，但是對(duì)于地下室結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)則應(yīng)當(dāng)充分考慮上部多塔對(duì)其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響。這主要是因?yàn)榈叵率医Y(jié)構(gòu)連為整體且地上結(jié)構(gòu)分為若干個(gè)獨(dú)立結(jié)構(gòu)時(shí)，地上結(jié)構(gòu)與高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定的多塔式結(jié)構(gòu)不符。為此，在設(shè)計(jì)地下室時(shí)，必須考慮地上多個(gè)獨(dú)立塔樓的重力荷載、高度以及結(jié)構(gòu)類型，并采用多塔模型進(jìn)行相應(yīng)的靜力計(jì)算分析。
③在對(duì)大底盤多塔式住宅進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)重視概念設(shè)計(jì)，如果在條件允許的情況下，應(yīng)當(dāng)對(duì)地面以上的裙房建筑進(jìn)行分縫處理，這樣可以使各個(gè)單體結(jié)構(gòu)的體型變得更加簡(jiǎn)單，傳力也更為直接。同時(shí)，在計(jì)算結(jié)構(gòu)的位移比時(shí)，應(yīng)當(dāng)注意程序的輸出結(jié)果并一定是真實(shí)情況，所以應(yīng)當(dāng)按照規(guī)程的要求對(duì)位移比進(jìn)行重新計(jì)算，并選取塔樓最大位移點(diǎn)對(duì)應(yīng)裙房的位置值進(jìn)行單塔復(fù)核計(jì)算。除此之外，還應(yīng)注意程序有時(shí)會(huì)將質(zhì)心的位移確定為平均位移，這種情況并不適用于對(duì)稱性較差的多塔式住宅結(jié)構(gòu)，為此，實(shí)際工程中也應(yīng)當(dāng)采取單塔復(fù)核計(jì)算的方式進(jìn)行復(fù)核。
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關(guān)鍵詞：高層住宅 混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
Abstract: the development of our national economy, urban and rural residents and the standard of living rises ceaselessly, housing demand rapid increase, construction land increasingly nervous, national and each large and medium cities arise high-rise residential big development situation. To high-level residence structure design of further discussion and research, and has important practical significance. This paper mainly high-rise residential buildings to the shear wall structure design of the related problems on the some research.
Keywords: high-rise residential concrete shear wall structure design
中圖分類號(hào)：TU318文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：
前言
剪力墻是一種有效的抗側(cè)向力結(jié)構(gòu)單元，可以組成完全由剪力墻抵抗側(cè)向力
的結(jié)構(gòu)，也可以和框架共同組成抵抗側(cè)向力的框一剪結(jié)構(gòu)。通常按其墻肢截面高度與厚度的比值分為一般剪力墻、短肢剪力墻和異型柱。剪力墻結(jié)構(gòu)作為高層建筑中的主要結(jié)構(gòu)形式，被廣泛運(yùn)用于現(xiàn)代高層建筑領(lǐng)域。《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》(JGJ3．2002)對(duì)剪力墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則、計(jì)算方法和構(gòu)造措施作出了相應(yīng)規(guī)定，但有些規(guī)定尚不夠細(xì)致，可操作性較差。目前工程實(shí)踐中大多數(shù)剪力墻結(jié)構(gòu)的布置還主要取決于設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)。
一、剪力墻的分類
剪力墻根據(jù)墻肢的高厚比分為一般剪力墻和短肢剪力墻。―般剪力墻是指墻肢截面高度和厚度之比大于8的剪力墻；短肢剪力墻是指墻肢截面高度與厚度之比為5～8 的剪力墻。當(dāng)剪力墻的墻肢截面高度hw與厚度bw之比不大于3時(shí)，應(yīng)按柱的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，底部加強(qiáng)部位縱向鋼筋的配筋率不應(yīng)小于1.2%，其他部位不應(yīng)小于1.0%，箍筋應(yīng)沿全高加密。剪力墻墻肢長(zhǎng)度（即墻肢截面高度）―般不宜大于8m。
剪力墻按受力特性的不同主要可分為：①整體剪力墻。不開洞或開洞面積不大于15%的墻。②小開口整體剪力墻。開洞面積大于15%，但仍屬洞口較小的開孔剪力墻，其局部彎矩不超過水平荷載的懸臂彎矩的 15%，且大部分樓層上墻肢沒有反彎點(diǎn)。③雙肢墻（多肢墻）。開洞面積比較大或洞口成列布置的墻，其受力特點(diǎn)與小開口整體剪力墻相似。④壁式框架。洞口尺寸大，連梁線剛度與墻肢線剛度相近的墻，其受力特點(diǎn)是彎矩圖在大多數(shù)樓層中都出現(xiàn)反彎點(diǎn)。
二、剪力墻結(jié)構(gòu)分析模型及方法
高層建筑結(jié)構(gòu)中的剪力墻所承受的荷載有風(fēng)和地震引起的水平荷載、結(jié)構(gòu)自重和各樓層活荷載等豎向荷載，其主要功能還是抵抗結(jié)構(gòu)的水平側(cè)力，利用其強(qiáng)大的抗側(cè)移剛度，減小結(jié)構(gòu)的側(cè)移。一般在多遇地震作用下，剪力墻能很好地滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度和抗震方面的要求，在大震和罕遇地震作用下，由于地震加速度峰值大，輸入的地震能量大，這就要求剪力墻具有較好的耗能能力，具有較好的延性。所以在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)有抗震設(shè)防要求的結(jié)構(gòu)就要進(jìn)行非線性靜力、動(dòng)力分析，而在這一分析中，如何建立合理的剪力墻計(jì)算分析模型就顯得尤為重要。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)剪力墻的計(jì)算分析模型的研究很多，主要可歸納為兩種，
基于固體力學(xué)的微觀模型和以一個(gè)構(gòu)件為一個(gè)單元的宏觀模型。
三、剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問題
1、選擇有利的建筑形式
住宅剪力墻結(jié)構(gòu)布置時(shí)，墻片不宜過長(zhǎng)，一般以墻片高寬比為1.5左右為宜，墻片平面形式不宜采用提高抗側(cè)剛度的“L”“T”等平面形式，而是應(yīng)盡可能采用“一”字形，以弱化每一單片剪力墻的剛度，實(shí)現(xiàn)剪力墻均勻分散、多道設(shè)防的目的。另外，還應(yīng)控制剪力墻的最大間距，而縱向抗震墻應(yīng)在外縱軸布置開窗洞的抗震墻或剪力墻，以增強(qiáng)橫向抗傾覆的能力，避免邊柱產(chǎn)生過大的壓力和拉力。
2、結(jié)構(gòu)豎向布置
結(jié)構(gòu)豎向布置方面，該項(xiàng)目高寬比H／B=5，符合抗震規(guī)范剪力墻結(jié)構(gòu)6度設(shè)防小于6的要求。在抗震設(shè)計(jì)中要求結(jié)構(gòu)承載力和剛度宜自下而上逐漸減小，變化均勻、連續(xù)，不要突變。該工程平面在豎向上沒有大的內(nèi)收外挑情況，平面從底至頂一致。豎向剛度的變化主要表現(xiàn)在分段改變構(gòu)件截面尺寸和混凝土強(qiáng)度等級(jí)，從施工方便來說，改變次數(shù)不宜太多；但從結(jié)構(gòu)受力角度來看改變次數(shù)太少，每次變化太大又容易產(chǎn)生剛度的突變。
3、 剪力墻邊緣構(gòu)件的設(shè)置
根據(jù)（JGJ 3―2002）《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》 中規(guī)定，當(dāng)一、二級(jí)抗震等級(jí)底部加強(qiáng)部位軸壓比小于限值時(shí)，需要設(shè)置約束邊緣構(gòu)件，其長(zhǎng)度及箍筋配置量都需要進(jìn)行計(jì)算，并從加強(qiáng)部位頂部向上延伸一層。對(duì)于普通剪力墻，其暗柱配筋滿足規(guī)范要求的最小配筋率，建議加強(qiáng)區(qū)配筋率取0.7%，一般部位配筋率取0.5%；而根據(jù) 《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》規(guī)定，對(duì)于短肢剪力墻截面的全部縱向鋼筋的配筋率，底部加強(qiáng)部位不宜小于1.2％，其他部位不宜小于取1.0％。對(duì)于小墻肢的受力性能較差，應(yīng)嚴(yán)格按《 高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》控制其軸壓比，宜按框架柱進(jìn)行截面設(shè)計(jì)，并應(yīng)控制其縱向鋼筋配筋率，加強(qiáng)區(qū)取1.2%，一般部位取1.0%；而對(duì)于一個(gè)方向長(zhǎng)肢另一方向短肢的墻體，設(shè)計(jì)計(jì)算中，一是另一方向短肢不計(jì)入剛度，則配筋可不考慮該方向短肢的影響，二是短肢計(jì)入剛度，則配筋中應(yīng)考慮該方向短肢的不利影響，即該短肢配筋率在加強(qiáng)區(qū)取1.0%，一般部位可取0.8%。同時(shí)，對(duì)抗震等級(jí)為二級(jí)的剪力墻和三、四級(jí)抗震等級(jí)的全部，以及非抗震設(shè)計(jì)剪力墻的全部，在重力荷載代表值作用下軸壓比小于 0.30 時(shí)，可按 《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》僅設(shè)置構(gòu)造邊緣構(gòu)件，而設(shè)置約束邊緣構(gòu)件配筋不宜過大。
4、連梁的設(shè)計(jì)及配筋
剪力墻的連梁是耗能構(gòu)件，它的剪切破壞對(duì)抗震不利，會(huì)使結(jié)構(gòu)的延性降低。設(shè)計(jì)時(shí)要注意對(duì)連梁進(jìn)行“強(qiáng)剪弱彎”的驗(yàn)算，保證連梁的剪切破壞后于彎曲破壞。切忌人為加大連梁的縱筋，如此，可能無法滿足“強(qiáng)剪弱彎”的要求。不能認(rèn)為加大箍筋就能保證“強(qiáng)剪弱彎”。當(dāng)連梁不滿足截面控制條件時(shí)，盲目增加箍筋的結(jié)果會(huì)導(dǎo)致連梁剪切破壞先于箍筋充分發(fā)揮作用。連梁截面的抗剪計(jì)算，對(duì)于跨高比大于2．5的連梁，其剪力設(shè)計(jì)值應(yīng)乘以增大系數(shù)ƞvb：一級(jí)取
1．3，二級(jí)取1．2，三級(jí)取1．1。剪力墻連梁的截面尚應(yīng)滿足以下要求：
跨高比大于2，5時(shí)：
跨高比不大于2．5時(shí)：
式中：V――梁端截面組合的剪力設(shè)計(jì)值；
ßc――混凝土強(qiáng)度影響系數(shù)，按《高規(guī)》(JGJ 3-2002)第6．2．6條的規(guī)定采用。
由于高層建筑中聯(lián)肢剪力墻在風(fēng)荷載、地震作用下被破壞時(shí)的形態(tài)與剪力墻的連梁有很大關(guān)系，因此，在設(shè)計(jì)中為減少剪力墻受破壞，應(yīng)注重連梁的設(shè)計(jì)。即在設(shè)計(jì)中，應(yīng)降低連梁的彎矩，從而降低連梁的抗彎承載力，使連梁早出現(xiàn)塑性鉸，降低連梁中的平均剪應(yīng)力，改善其延性；設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)使連梁的剪力設(shè)計(jì)值大于或等于連梁的抗彎極限狀態(tài)相應(yīng)的剪力；相應(yīng)增大連梁的跨高比（連梁的高度計(jì)算與設(shè)計(jì)應(yīng)按照統(tǒng)一規(guī)定，從洞頂算到樓板面或屋面），從而可相應(yīng)降低連梁的剛度，使連梁的承載力有可能不超限；對(duì)于窗洞樓面至窗臺(tái)部分可用輕質(zhì)材料砌筑；對(duì)于窗臺(tái)有飄窗時(shí)，可再增加 1 根梁，2 根梁之間用輕質(zhì)材料填充。連梁配筋應(yīng)對(duì)稱配置，腰筋同墻體水平筋預(yù)應(yīng)力筋有腐蝕作用的外加劑。
四、剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)控制因素初探
影響剪力墻結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)的主要因素包括結(jié)構(gòu)變形和軸壓比、建筑功能布局、剪力墻的構(gòu)造要求、經(jīng)濟(jì)性能等。
水平位移是結(jié)構(gòu)變形的主要方面，高層建筑中為了保證結(jié)構(gòu)具有較大剛度，應(yīng)對(duì)層間位移加以控制。這個(gè)控制實(shí)際上是對(duì)構(gòu)件截面大小、剛度大小的一個(gè)相對(duì)指標(biāo)。層間位移角的限制卻不包括建筑整體彎曲產(chǎn)生的水平位移，要求較寬松。顯然層間位移是與結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度緊密聯(lián)系的，剪力墻結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度主要是由剪力墻產(chǎn)生的，而剪力墻的多少又直接與混凝土和鋼筋的用量相關(guān)。所以對(duì)位移進(jìn)行控制就間接控制結(jié)構(gòu)的造價(jià)。剪力墻的軸壓比是指在地震作用下，剪力墻的軸力與混凝土的抗壓強(qiáng)度和剪力墻截面積之比。對(duì)軸壓比的限制是為了保證在地震作用下剪力墻具有足夠的延性，也即是說對(duì)軸壓比的控制就是對(duì)剪力墻延性的控制。結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)性是在綜合考慮各個(gè)控制因素的基礎(chǔ)上對(duì)結(jié)構(gòu)作出的功能與造價(jià)的最優(yōu)比。
低烈度區(qū)在非強(qiáng)風(fēng)作用下，因?yàn)榈卣鹱饔门c風(fēng)荷載作用較小，水平力較小，且一般剪力墻結(jié)構(gòu)墻肢布置間距較小，可能軸壓比和結(jié)構(gòu)變形均不起控制作用，建筑功能布局、剪力墻構(gòu)造要求起控制作用。在強(qiáng)震區(qū)水平力較大，主要控制因素可能是結(jié)構(gòu)變形和軸壓比。
結(jié)語(yǔ)
隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，我國(guó)高層建筑也有了快速的發(fā)展，尤其是改革開放之后建設(shè)了很多的高層建筑。但是由于高層建筑設(shè)計(jì)上的復(fù)雜性，也給高層建筑的設(shè)計(jì)帶來許多難點(diǎn)。所以，我們要不斷加強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞：嵌固端，概念設(shè)計(jì)，剛度
多層、特別是高層鋼筋混凝土建筑，在進(jìn)行概念設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)，必須明確嵌固端的位置。嵌固端是人為的對(duì)多、高層建筑結(jié)構(gòu)計(jì)算模型中的一個(gè)重要假定，它直接關(guān)系到結(jié)構(gòu)計(jì)算模型與結(jié)構(gòu)實(shí)際受力狀態(tài)的符合程度，以及構(gòu)件內(nèi)力、結(jié)構(gòu)側(cè)移等計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。
嵌固端的定義，指除能承受軸力、彎矩、剪力之外；X向水平位移，Y向水平位移，豎向位移，位移角均為零的部位。按在地震作用下的屈服機(jī)制而言，就是預(yù)期塑性鉸出現(xiàn)的部位。確定嵌固端就是通過剛度和承載力調(diào)整，迫使塑性鉸在預(yù)期部位出現(xiàn)，并能承擔(dān)上部結(jié)構(gòu)在該處屈服超強(qiáng)引起的極限彎矩和出現(xiàn)塑性鉸時(shí)的最大剪力以及相應(yīng)的最大最小軸力。故嵌固端的選取和處理直接影響結(jié)構(gòu)體系的受力和變形狀態(tài)；恰當(dāng)和正確對(duì)待嵌固端的選擇和處理對(duì)保證結(jié)構(gòu)體系的可靠性有重要意義。
如進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)的高層建筑，當(dāng)?shù)叵率翼攲幼鳛樯喜拷Y(jié)構(gòu)的嵌固端時(shí)，地下一層的抗震等級(jí)應(yīng)按上部結(jié)構(gòu)采用，地下一層以下結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí)可根據(jù)具體情況采用三級(jí)或四級(jí)?？拐鹪O(shè)計(jì)時(shí)，一般剪力墻結(jié)構(gòu)底部加強(qiáng)部位的高度可取墻肢總高度的1/8和底部?jī)蓪佣叩妮^大值。此“底部?jī)蓪?rdquo;理解為從嵌固端向上的二層，而不是從基礎(chǔ)向上的二層。墻厚和配筋，底部加強(qiáng)部位的墻厚，一、二級(jí)不宜小于200，且不宜小于層高的1/16；三、四級(jí)不應(yīng)小于160，且不應(yīng)小于層高的1/20。一、二、三級(jí)抗震墻的豎向和橫向分布鋼筋最小配筋率均不應(yīng)小于0.25%，四級(jí)抗震墻不應(yīng)小于0.2%。從以上數(shù)據(jù)可以看出，嵌固端的正確選取，直接影響工程的墻厚及配筋，影響工程造價(jià)。所以，設(shè)計(jì)人應(yīng)高度重視?？萍颊撐?。
多層建筑的嵌固端一般在基礎(chǔ)位置；因?yàn)槎鄬咏ㄖ话悴缓叵率遥浠A(chǔ)埋深較淺；實(shí)際工程中，特別是城市繁華地段，多層商業(yè)公建也存在聯(lián)體的大底盤地下室?？萍颊撐?。規(guī)范規(guī)定“高層建筑宜設(shè)地下室”，但實(shí)際工程中，高層建筑也存在不含地下室的情況；所以，應(yīng)根據(jù)建筑物的使用功能，基礎(chǔ)埋深，有無地下室，地質(zhì)情況等具體對(duì)待。
1． 有地下室的建筑
有地下室的建筑宜將上部結(jié)構(gòu)的嵌固部位設(shè)在地下室頂板，此時(shí)應(yīng)滿足以下條件：1.1地下室頂板與室外地坪的高差不能太大，一般宜小于本層層高的1/3。
1.2地下室頂板結(jié)構(gòu)應(yīng)為梁板體系（即強(qiáng)梁弱柱），且該層樓板不得留有大洞，樓板框架梁應(yīng)有足夠的抗彎剛度，地下室頂板部位的梁柱節(jié)點(diǎn)的左右梁端截面實(shí)際受彎承載力之和不宜小于柱端實(shí)際承載力之和。
1.3地下室結(jié)構(gòu)的布置應(yīng)保證地下室頂板及地下室各層樓板有足夠的平面內(nèi)整體剛度和承載力，能將上部結(jié)構(gòu)的地震作用傳遞到所有的地下室抗側(cè)力構(gòu)件上；為此，地下室頂板的厚度不宜小于180mm，混凝土強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于C30，并應(yīng)采用雙層雙向配筋，每個(gè)方向每層配筋率不小于0.25%。
1.4地下室結(jié)構(gòu)應(yīng)能承受上部結(jié)構(gòu)屈服超強(qiáng)及地下室本身的地震作用，即地下室的樓層剪切剛度不小于相鄰上部結(jié)構(gòu)樓層剪切剛度的2倍；一般情況下，地下室外墻可參與地下室樓層剪切剛度的計(jì)算，但當(dāng)?shù)叵率彝鈮εc上部結(jié)構(gòu)相距較遠(yuǎn)，如地下室一端附帶多跨地下車庫(kù)的情況，則在確定結(jié)構(gòu)底部嵌固部位時(shí)，地下室外墻不參與地下室樓層剪切剛度的計(jì)算。
1.5上部為多塔結(jié)構(gòu)地下室為大底盤時(shí)，應(yīng)滿足以下條件：<1>大底盤地下室的整體剛度與上部所有塔樓的總體剛度比不小于2.0。<2>每棟塔樓范圍內(nèi)的地下室剪切剛度與相鄰上部塔樓的剪切剛度比不應(yīng)小于1.5，塔樓范圍可取塔樓周邊向外擴(kuò)出與地下室高度相等的水平長(zhǎng)度。
1.6地下室柱截面每側(cè)縱向鋼筋面積，處應(yīng)滿足計(jì)算要求外，不應(yīng)少于地上1層對(duì)應(yīng)柱每側(cè)縱向鋼筋面積的1.1倍。
若由于地下室大部分頂板標(biāo)高降低較多、開大洞口、地下室頂板標(biāo)高與地下室地坪的高差大于本層層高的1/3或地下一層混凝土剪力墻墻體較少等原因，不能滿足地下室頂板作為上部結(jié)構(gòu)嵌固部位的要求時(shí)，一般宜將嵌固部位設(shè)在基礎(chǔ)頂面。除非地下室不是一層，當(dāng)為兩層甚至多層地下室時(shí)，地下1層剪切剛度應(yīng)大于地上1層樓層的剪切剛度，且地下2層樓層剪切剛度應(yīng)大于地下1層樓層剪切剛度，并應(yīng)大于地上1層樓層剪切剛度的2倍。
2.無地下室建筑
2.1若基礎(chǔ)埋深較淺，可取基礎(chǔ)頂面作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固部位。
2.2若基礎(chǔ)埋深較深，多層剪力墻或砌體結(jié)構(gòu)，當(dāng)建筑地面設(shè)有200~300mm厚混凝土剛性地面時(shí)，可取室外地面以下500mm處作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固部位。上部結(jié)構(gòu)為剛度較柔的框架結(jié)構(gòu)，采用柱下獨(dú)立基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋深較深時(shí)，將拉梁作為上部結(jié)構(gòu)的嵌固部位是不妥的。拉梁改變了柱子的計(jì)算長(zhǎng)度，使柱子的配筋較為經(jīng)濟(jì)合理，但拉梁本身剛度比較小，再加上回填土的密實(shí)度不好控制，行不成嵌固端。如果按《建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》設(shè)計(jì)為高杯口基礎(chǔ)，滿足高杯口基礎(chǔ)的壁厚要求，可將高杯口基礎(chǔ)的頂面作為嵌固端。
總之，嵌固端是個(gè)人為假定的概念，當(dāng)?shù)叵率一蚧A(chǔ)側(cè)向剛度足夠大，可以成為上部結(jié)構(gòu)嵌固端的時(shí)候，也只能說明其只能成為上部結(jié)構(gòu)水平方向的嵌固端，不能成為其豎向的嵌固端，因?yàn)榍豆潭瞬荒芗s束上部結(jié)構(gòu)的豎向變形，更保證不了因地基土的壓縮而造成的沉降。科技論文。所以，不同的結(jié)構(gòu)空間計(jì)算模型，不同的工程，應(yīng)采用力學(xué)知識(shí)，力學(xué)概念，分析其正確性，確保結(jié)構(gòu)的安全。