高層建筑抗震設(shè)計原則及應(yīng)注意的問題

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摘要：高層建筑抗震工作一直建筑設(shè)計和施工的重點，概述高層建筑的發(fā)展，對建筑抗震進(jìn)行必要的理論分析，從而來探索高層建筑的設(shè)計理念、方法，從而采取必須的抗震措施。為了避免短柱脆性破壞問題在高層建筑中發(fā)生，筆者認(rèn)為，首先要正確判定短柱，然后對短柱采取一些構(gòu)造措施或處理，提高短柱的延性和抗震性能。 關(guān)鍵詞：高層建筑抗震設(shè)計措施 引言 結(jié)構(gòu)工程師按抗震設(shè)計要求進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計，其目標(biāo)是希望使所設(shè)計的結(jié)構(gòu)在強(qiáng)度、剛度、延性及耗能能力等方面達(dá)到最佳，從而經(jīng)濟(jì)地實現(xiàn)“小震不壞，中震可修，大震不倒”的目的。但是，由于地震作用是一種隨機(jī)性很強(qiáng)的循環(huán)、往復(fù)荷載，建筑物的地震破壞機(jī)理又十分復(fù)雜，存在著許多模糊和不確定因素，在結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析方面，由于未能充分考慮結(jié)構(gòu)的空間作用、非彈性性質(zhì)、材料時效、阻尼變化等多種因素，計算方法還很不完善，單靠微觀的數(shù)學(xué)力學(xué)計算還很難使建筑結(jié)構(gòu)在遭遇地震時真正確保具有良好的抗震能力。 1，高層建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本原則 1.1結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)具有必要的承載力、剛度、穩(wěn)定性、延性等方面的性能①結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)遵守“強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)節(jié)點弱構(gòu)件、強(qiáng)底層柱(墻)”的原則。②對可能造成結(jié)構(gòu)的相對薄弱部位，應(yīng)采取措施提高抗震能力。③承受豎向荷載的主要構(gòu)件不宜作為主要耗能構(gòu)件。 1.2盡可能設(shè)置多道抗震防線①一個抗震結(jié)構(gòu)體系應(yīng)由若干個延性較好的分體系組成，并由延性較好的結(jié)構(gòu)構(gòu)件連接協(xié)同工作。例如框架—剪力墻結(jié)構(gòu)由延性框架和剪力墻兩個分體組成，雙肢或多肢剪力墻體系組成。②強(qiáng)烈地震之后往往伴隨多次余震，如只有一道防線，則在第一次破壞后再遭余震，將會因損傷積累導(dǎo)致倒塌?？拐鸾Y(jié)構(gòu)體系應(yīng)有最大可能數(shù)量的內(nèi)部、外部冗余度，有意識地建立一系列分布的屈服區(qū)，主要耗能構(gòu)件應(yīng)有較高的延性和適當(dāng)剛度，以使結(jié)構(gòu)能吸收和耗散大量的地震能量，提高結(jié)構(gòu)抗震性能，避免大震時倒塌。③適當(dāng)處理結(jié)構(gòu)構(gòu)件的強(qiáng)弱關(guān)系，同一樓層內(nèi)宜使主要耗能構(gòu)件屈服后，其他抗側(cè)力構(gòu)件仍處于彈性階段，使“有效屈服”保持較長階段，保證結(jié)構(gòu)的延性和抗倒塌能力。④在抗震設(shè)計中某一部分結(jié)構(gòu)設(shè)計超強(qiáng)，可能造成結(jié)構(gòu)的其他部位相對薄弱，因此在設(shè)計中不合理的加強(qiáng)以及在施工中以大帶小，改變抗側(cè)力構(gòu)件配筋的做法，都需要慎重考慮。 1.3對可能出現(xiàn)的薄弱部位，應(yīng)采取措施提高其抗震能力①構(gòu)件在強(qiáng)烈地震下不存在強(qiáng)度安全儲備，構(gòu)件的實際承載能力分析是判斷薄弱部位的基礎(chǔ)。②要使樓層(部位)的實際承載能力和設(shè)計計算的彈性受力的比值在總體上保持一個相對均勻的變化，一旦樓層(部位)的比值有突變時，會由于塑性內(nèi)力重分布導(dǎo)致塑性變形的集中。③要防止在局部上加強(qiáng)而忽視了整個結(jié)構(gòu)各部位剛度、承載力的協(xié)調(diào)。④在抗震設(shè)計中有意識、有目的地控制薄弱層(部位)，使之有足夠的變形能力又不使薄弱層發(fā)生轉(zhuǎn)移，這是提高結(jié)構(gòu)總體抗震性能的有效手段。 2，高層建筑抗震設(shè)計常見的問題 在高層建筑的建設(shè)中，其中最主要的問題是對它的抗震問題的研究，其中又以中短柱問題為最主要的問題?，F(xiàn)在首先介紹一下抗震設(shè)計中常見的一些問題。 2.1缺乏巖土工程勘察資料或資料不全。有的在擴(kuò)初設(shè)計階段還缺建筑場地巖土工程的勘察資料，有的在擴(kuò)初設(shè)計會審之后就直接進(jìn)入了施工圖設(shè)計，有的在規(guī)劃設(shè)計或方案設(shè)計會審后就直接進(jìn)入了施工圖設(shè)計。無巖土工程勘察資料，設(shè)計缺少了必要的依據(jù)。 2.2結(jié)構(gòu)的平面布置。外形不規(guī)則、不對稱、凹凸變化尺度大、形心質(zhì)心偏心大，同一結(jié)構(gòu)單元內(nèi)，結(jié)構(gòu)平面形狀和剛度不均勻不對稱，平面長度過長等。 

2.3一個結(jié)構(gòu)單元內(nèi)采用兩種不同的結(jié)構(gòu)受力體系。如一半采用砌體承重，而另一半或局部采用全框架承重或排架承重；底框磚房中一半為底框，而另一半為磚墻落地承重，這種情況常發(fā)現(xiàn)在平面縱軸與街道軸線相交的住宅，其底層為商店，設(shè)計成一半為底框磚房(有的為二層底框)，而另一半為磚墻落地自承，造成平面剛度和豎向剛度二者都產(chǎn)生突變，對抗震十分不利。 2.4底框磚房超高超層。如1996年，對在杭設(shè)計單位作的一次專題普查，發(fā)現(xiàn)有69幢底框磚房超高超層。新項目亦普遍存在此現(xiàn)象，1999年某地塊住宅竣工交付使用驗收中發(fā)現(xiàn)有三幢底框磚房超高超層，甚至有超三層的。 2.5抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)掌握不當(dāng)。有一些項目擅自提高了設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)，按照《建筑抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)(gb50223-95)》劃分應(yīng)屬六度設(shè)防的，但設(shè)計中提高了一度按七度設(shè)防，提高了建筑抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)，將會增加工程投資；有的項目嚴(yán)格應(yīng)按七度采取抗震措施的，但設(shè)計中又按六度設(shè)防，減低了抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)，不利抗震。 2.6結(jié)構(gòu)的豎向布置。在高層建筑中，豎向體型有過大的外挑和內(nèi)收，立面收進(jìn)部分的尺寸比值b1/b不滿足≥0.75的要求。 2.7抗震構(gòu)造柱布置不當(dāng)。如外墻轉(zhuǎn)角處，大廳四角未設(shè)構(gòu)造柱或構(gòu)造柱不成對設(shè)置；以構(gòu)造柱代替磚墻承重；山墻與縱墻交接處不設(shè)抗震構(gòu)造柱；過多設(shè)置抗震構(gòu)造柱等。 2.8框架結(jié)構(gòu)砌體填充墻抗震構(gòu)造措施不到位。砌體外圍護(hù)墻砌筑在框架柱外又沒有設(shè)置抗震構(gòu)造柱，框架間砌體填充墻高度長度超過規(guī)范規(guī)定要求又沒有采取相應(yīng)構(gòu)造措施。 2.9結(jié)構(gòu)其他問題。有的底層無橫向落地抗震墻，全部為框支或落地墻間距超長；有的僅北側(cè)縱墻落地，南側(cè)全為柱子，造成南北剛度不均；有的底層作汽車庫，設(shè)計時橫墻都落地，但縱墻不落地，變成了縱向框支；還有的底框和內(nèi)框砌體住宅采用大空間靈活隔斷設(shè)計，其中幾乎很少有縱墻。不少地方都采用鋼筋混凝土內(nèi)柱來承重以代替磚墻承重，實際上將磚混結(jié)構(gòu)演變?yōu)閮?nèi)框架結(jié)構(gòu)，這比底框磚房還不利，因內(nèi)框磚房的層數(shù)、總高度控制比底框磚房更嚴(yán)，因此存在著嚴(yán)重抗震隱患。更為嚴(yán)重的是這種情況并未引起目前大多數(shù)結(jié)構(gòu)工程師的重視。 2.10平面布局的剛度不均?？拐鹪O(shè)計要求建筑的平、立面布置宜規(guī)正、對稱，建筑的質(zhì)量分布和剛度變化宜均勻，否則應(yīng)考慮其不利影響。但有的平面設(shè)計存在嚴(yán)重的不對稱：一邊進(jìn)深大，一邊進(jìn)深?。灰贿呍O(shè)計大開間，一邊為小房間；一邊墻落地承重，一邊又為柱承重。平面形狀采用l、π形不規(guī)則平面等，造成了縱向剛度不均，而底層作為汽車庫的住宅，一側(cè)為進(jìn)出車需要，取消全部外縱墻，另一側(cè)不需進(jìn)出車輛，因而墻直接落地，造成橫向剛度不均。這些都對抗震極為不利。 2.11防震縫設(shè)置。對于高層建筑存在下列三種情況時，宜設(shè)防震縫：①平面各項尺寸超過《鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工規(guī)程(jgj3-91)》中表2.2.3的限值而無加強(qiáng)措施；②房屋有較大錯層；③各部分結(jié)構(gòu)的剛度或荷載相差懸殊而又未采取有效措施；但有的竟未采取任何抗震措施又未設(shè)防震縫。 2.12結(jié)構(gòu)抗震等級掌握不準(zhǔn)。有的提高了，而有的又降低了，主要是對場地土類型、結(jié)構(gòu)類型、建筑高度、設(shè)防烈度等因素綜合評定不準(zhǔn)造成。 上述這些問題的存在，倘若不能得到改正，勢必對建筑物的安全帶來隱患。上述這些問題的存在，倘若不能得到改正，勢必對建筑物的安全帶來隱患。上述這些問題的原因是多方面的，有認(rèn)識方面的原因有計劃經(jīng)濟(jì)向市場經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)化過程中出現(xiàn)的原因，有設(shè)計人員忽視了抗震概念設(shè)計方面的原因(未能從整體、全局上把握好)，有法律建設(shè)方面的原因(在工程抗震設(shè)防管理方面缺乏國家政府法律依據(jù)，特別是處罰方面)，通過這些問題來研究中短柱的問題。