淺議高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中抗震墻結(jié)構(gòu)的一些合理應(yīng)用

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摘要：本文闡述了高層建筑中混凝土抗震墻的一些受力性能和構(gòu)造要求，對于混凝土墻肢的穩(wěn)定性、混凝土結(jié)構(gòu)收縮變形和高大女兒墻等進行了探討，以供工程設(shè)計參考。
關(guān)鍵詞：高層建筑；抗震墻和連梁；穩(wěn)定性；溫度變形；
Abstract: this article expounds the concrete in high-rise buildings aseismic walls of some of the mechanical properties and structure, demands for concrete wall of stability, concrete structure segments contraction deformation and tall parapet, etc, the paper discusses the reference for engineering design.
Keywords: high building; Aseismic walls and even the beam; Stability; Temperature deformation;

隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，建筑工程項目的規(guī)模越來越大、技術(shù)難度越來越高、結(jié)構(gòu)設(shè)計涉及的方面越來越多，特別是建筑設(shè)計、施工、使用中的不確定性因素，對結(jié)構(gòu)專業(yè)提出了更高的要求。結(jié)構(gòu)工程師不但要嚴(yán)格遵守“經(jīng)濟、適用、合理”的設(shè)計原則，精心設(shè)計，應(yīng)用現(xiàn)代化科技手段，選擇合理的結(jié)構(gòu)方案，防止高層建筑在地震時出現(xiàn)倒塌，保證高層建筑的安全性和耐久性；還需要在結(jié)構(gòu)設(shè)計階段就必須把各種不利的因素考慮在內(nèi)，保證結(jié)構(gòu)具備良好的強度、剛度、穩(wěn)定性，從整體上改進結(jié)構(gòu)的受力性能。

一、高層建筑中抗震墻墻肢和連梁的設(shè)置

1、混凝土抗震墻的延性和破壞形態(tài)與墻體的高寬比和超靜定次數(shù)密切相關(guān)
（1）為了提高抗震墻的變形能力,避免發(fā)生剪切破壞,對于一道截面較長的抗震墻,應(yīng)該利用洞口設(shè)置弱連梁,使墻體分為若干小開口墻、多肢墻或單肢墻,并使每個墻段的高寬比處于合理范圍。
（2）在工程設(shè)計中,對連梁的剛度通常進行折減,這是因為抗震墻的剛度一般都很大,在水平力作用下,通過剛度分配抗震墻中的連梁會產(chǎn)生較大內(nèi)力而超過截面抗力允許值。工程常用的辦法是假定讓這些連梁先屈服,在連梁支座處產(chǎn)生塑性鉸。 要使連梁能形成塑性鉸而不發(fā)生脆性破壞,連梁首先就必須滿足強剪弱彎的要求, 對連梁的剛度進行折減實際上就是在保證不剪切破壞的前提下允許其有一定的耗能變形能力。
2、抗震墻在端部設(shè)置暗柱、端柱等邊緣構(gòu)件可以有效改善結(jié)構(gòu)的延性。 這些邊緣構(gòu)件的作用類似于磚混結(jié)構(gòu)的約束柱,當(dāng)結(jié)構(gòu)的剛度較小,地震作用下層間位移和頂點位移較大時,邊緣構(gòu)件所起的作用也就越大，此時暗柱的截面和配筋就應(yīng)加大。 如果抗震墻的總截面面積與樓層面積之比值較大,且房屋高度較小、 樓座面積較大時,墻端部的暗柱面積和配筋量就可以適當(dāng)減小。
3、在鋼筋混凝土坑震墻結(jié)構(gòu)中,采用大開間抗震墻還是采用小開間抗震墻必須根據(jù)工程具體情況合理確定。大開間抗震墻結(jié)構(gòu)有以下的優(yōu)點:
（1）相對小開間抗震墻結(jié)構(gòu),其側(cè)向抗推剛度小,自振周期長,水平地震作用相對較小。
（2）墻體數(shù)量少,相應(yīng)的混凝土用量少,結(jié)構(gòu)自重輕。
（3）墻體的水平和豎向鋼筋配置適當(dāng)時,結(jié)構(gòu)的延性性能顯著,地震時能充分發(fā)揮墻體的作用;
（4）有效使用空間大,建筑布置靈活。
缺點是：
（1）樓板跨度大,鋼筋用量大.
（2）要求設(shè)置高效輕質(zhì)的隔墻,可能會增加一定的技術(shù)難度和造價。

二、高層建筑的整體穩(wěn)定性

對高層建筑來說,在抗震設(shè)計中,房屋的高寬比是一個需慎重考慮的問題。近年來出現(xiàn)了許多板式高層住宅, 其立面高度很大而房屋進深尺寸有限,即高寬比超過了規(guī)范限值。建筑物的高寬比愈大,也就是說建筑愈瘦高,在地震作用下的側(cè)移就愈大,地震引起的傾覆作用就愈嚴(yán)重,巨大的傾覆力矩在柱中和基礎(chǔ)中引起的拉力和壓力比較難處理。根據(jù)工程經(jīng)驗可以從下面幾個方面提高抗震墻結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性： 
1、對整個建筑進行抗傾覆穩(wěn)定性驗算,使地震作用下的傾覆力矩與相應(yīng)的重力荷載在基礎(chǔ)與地基交界面上的合力作用點,不應(yīng)超出力矩作用方向抗傾覆構(gòu)件基礎(chǔ)邊長的1/4。
2、使基礎(chǔ)有足夠的埋置深度。 在部分設(shè)計圖紙上, 有的裙樓和高層主樓從地上到地下用變形縫徹底分開, 導(dǎo)致主樓基礎(chǔ)埋深不夠或者主樓側(cè)面沒有有效約束,地震時會使建筑物發(fā)生滑移、整體傾斜甚至傾覆。
3、對于高寬比很大的高層建筑, 建議盡可能采用深基礎(chǔ),如箱形基礎(chǔ)、樁筏基礎(chǔ)等。對于樁基礎(chǔ)而言,樁是埋在土中的細長構(gòu)件,由于樁土間摩阻力的存在,樁的抗拔性能較好, 從而能有效抵抗上部結(jié)構(gòu)的傾覆彎矩。
4、加大建筑物下部幾層的寬度, 使其滿足規(guī)范高寬比的限值, 但也要盡可能避免形成大底盤建筑 必要時通過設(shè)置類似扶壁的鋼筋混凝土構(gòu)件,來增加基礎(chǔ)底板的懸挑寬度, 達到擴大基礎(chǔ)底面積的效果,從而保證上部結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。

三、混凝土干縮變形和超長結(jié)構(gòu)的溫度變形

混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范規(guī)定,在室內(nèi)條件下現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)伸縮縫的最大間距為 55m, 現(xiàn)澆抗震墻結(jié)構(gòu)伸縮縫的最大間距為 45m;在露天條件下,結(jié)構(gòu)伸縮縫的間距還要小,這樣規(guī)定的目的就是解決兩個方面的問題:
1、 現(xiàn)澆混凝土在凝固硬化時會產(chǎn)生收縮應(yīng)力,以致在結(jié)構(gòu)中形成干縮裂縫,結(jié)構(gòu)越長,干縮的影響越大。
2、 結(jié)構(gòu)在使用其間必然要經(jīng)過春夏秋冬季節(jié)的變化,大氣溫度的變化會使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生熱脹冷縮,從而在結(jié)構(gòu)中造成溫度裂縫,并且結(jié)構(gòu)越長,溫度的影響越大。但是,在實際工程中超長建筑物常常出現(xiàn)。如果按規(guī)定去設(shè)伸縮縫, 就會出現(xiàn)雙墻、雙柱、雙梁,給建筑物的立面處理，防水構(gòu)造帶來很大的困難。為了解決超長結(jié)構(gòu)混凝土干縮裂縫的問題,目前常常采用的一種辦法是設(shè)置混凝土后澆帶,即將較大的樓板面積劃分成小的區(qū)格,首先用澆筑各分段區(qū)格的混凝土,當(dāng)分段區(qū)格混凝土干縮變形大部分完成后,再澆筑區(qū)格之間的預(yù)留帶。這樣能很大程度上減少結(jié)構(gòu)的干縮裂縫。值得注意的是,后澆帶不能代替結(jié)構(gòu)的溫度伸縮縫，因為后澆帶混凝土硬化后,樓板又連接成一個較長的整體。

四、屋面高大混凝土女兒墻的設(shè)計

作為結(jié)構(gòu)附屬構(gòu)件，屋頂女兒墻對于高層建筑的作用也不可忽視，其不但影響整體建筑效果，還影響結(jié)構(gòu)的安全性。女兒墻設(shè)計時通常難以直接參與主體結(jié)構(gòu)的整體分析，只通過添加女兒墻的自重荷載來簡化考慮女兒墻的影響。
女兒墻較高時需精確計算出女兒墻所受水平和豎向荷載值，選用科學(xué)合理的力學(xué)簡化計算模型，當(dāng)條件允許時應(yīng)建立包括女兒墻結(jié)構(gòu)的整體計算模型并考慮高層建筑頂層荷載的鞭梢效應(yīng)。
高層建筑同時承受著較大的豎向和水平荷載作用，隨著房屋高度的增加，水平荷載逐漸成為結(jié)構(gòu)設(shè)計的控制因素，為保證建筑的抗震性能，需要合理設(shè)置抗震墻，使結(jié)構(gòu)在側(cè)向荷載作用下保持良好的延性和耗能能力。同時通過采用合理的結(jié)構(gòu)布置方案，可以優(yōu)化設(shè)計，節(jié)省材料用量，減少混凝土的收縮變形，并加強附屬構(gòu)件與主體結(jié)構(gòu)的連接。

參考文獻：

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