高层钢精混凝土建筑结构抗震延性设计

尚义明

摘要：现在全国各地都有高层建筑，可是各地的地质条件不同，位置于地震区的高层建筑就很容易地震的影响，地震是不能控制的，而且级别较大的地震区会出现很严重的后果，这就需要对建筑加强抗震延性设计，本篇文章主要讲述高层建筑抗震延性的设计。

关键词：高层混凝土；建筑结构；抗震设计

1、浅析高层混凝土建筑结构抗震设计的必要性

1.1建筑结构的抗震设计是什么概念

现在谈到建筑结构的抗震设计，就是考验建筑的抗震能力，给人们提供最大安全性建筑的一种设计方案。我国近些年，也发生过很多大型地震，给国家和人民带来了巨大地损失。但是在这么多次地震中，国家的相关部门总结了很多工程建筑的经验，就是以这些经验作为抗震设计的基础，来不断完善建筑的结构体系。

1.2加强高层混凝土建筑结构抗震设计是必经之路

自从产生了建筑结构抗震的概念后，高层混凝土建筑结构设计更应该把抗震元素考虑在内。因为我国本身就是处于地震带多的国家，这几年来也频繁地发生地震，我国大多数地区的高层混凝土建筑的抗震能力差，都出现多处裂缝及崩塌的现象。正是上述原因，加强高层混凝土建筑结构的抗震设计是当务之急。现在在抗震设计中，并不是简简单单地分析计算就可以的，要重视概念设计，这才能保证结构的安全性和可靠性，地震时震动的周期是个变数，在设计中一定得考虑到这个概念，在高层结构计算时，一定要保证数据的精确性、再将地震的因素考虑在内，才能更好地做高层混凝土建筑结构的抗震设计。

2、延性设计的重要性

现在，结构抗震设计的根本原则是：“ 小震不坏，中震可修，大震不倒”。假如把建筑物设计成在强烈地震作用下依然呈弹性反应，那么建筑物的造价将是特别昂贵的。在现实项目中实行延性设计有着巨大的意义，我们可以从延性构造的优异性中深刻的体会到： 第一，破坏前有显著预兆，破坏经过缓慢，保证生命安全，财产损失减少，所以能使用偏小的计算安全可靠度。 第二，发生非预计荷载，比如有时超载，荷载反向，温度升高或基础沉降引发附加内力等状况下，有较强的承受与抗衡能力。第三，有利于完成超静定构造的内力充足重部署。延性结构允许构件的一些临界截面有必定的转动能力，变成塑性铰范围，发生内力重部署，从而让钢筋混凝土超静定构造可以依塑性办法实行设计，获得有利的弯矩部署，让配筋合理，节省材料，并且方便施工。第四，在承受动力作用状况下，可以把惯性力减小，吸收更大动能，动力反应降低，破坏程度减轻，避免构造倒塌和有利于修复。第五，延性结构的后期变形能力，能够作为各种意外状况时的安全储备。

3、钢筋混凝土结构的延性抗震设计

3.1强柱弱梁

人为增大柱相对于梁的抗弯能力，让钢筋混凝土框架在大震下，梁端塑性鉸产生较早，塑性转动较大是在达到最大非线性位移时；而柱端塑性铰产生较晚，塑性转动较小，甚至是在达到最大非线性位移时，几乎不出现塑性铰。从而确保框架具备一个相对稳定的塑性耗能机构大于塑性耗能能力。

3.2强剪弱弯

剪切破坏几乎没有延性，一旦某位置出现剪切破坏，这位置就将完全退出构造抗震能力，柱端的剪切破坏能够造成结构的部分或全体倒塌。所以能够人为增大柱端、梁端、节点的组合剪力值，让结构能在大震下的交替非弹性变形中使其构件都不会先出现剪切破坏。框架构造“强剪弱弯”的设计原则关键，由设计剪力的计算、抗剪承载力计算公式的选择和必要的构造办法来展现。

3.3强节点强锚固

梁柱节点是确保框架构造延性的主要位置，这就需要在梁结构充分发挥作用之前，框架节点与纵筋锚固不能太早破坏。框架节点破坏关键是由于节点处重点区箍筋数目不够，在剪力和压力的一起作用下，节点重点区砼发生斜裂缝，箍筋屈服甚至拉断，柱的纵筋被压屈甚至拉断而引发的。故我们可以通过确保重点区砼强度和配置充足数目的箍筋来避免节点重点区的太早剪切破坏，而强锚固要求则是通过在静力设计锚固长度的基础上叠加必定的抗震附加锚固长度，运用钢筋锚固端的机械锚固办法等来完成的。

4、保证建筑结构抗震延性的整体措施

4.1框架梁对延性的构造要求

設计框架梁时，控制梁端塑性铰区具有较大的塑性转动能力，从而确保框架梁端截面具备充足的曲率延性。随截面受压区高度减小而增大的是梁的延性，依据我国的试验探究结果与参考国外经验，当把受压区高度控制在0.25～0.35时，梁的位移延性能达到4.0～3.0左右。因此标准规定，一级抗震等级时，χ≤0.25ho，二、三级抗震等级时，χ≤0.35ho，而且需要受压钢筋和受拉钢筋之比控制在必须区域内。为避免太多的纵向受拉钢筋在地震中让梁发生粘结劈裂破坏，标准还规定ρs≤2.5%。

4.2框架柱对延性的构造要求

框架结构影响延性的主要原因是柱的轴压比。柱的延性会随着轴压比加大而减小，结构中出现小偏压脆性破坏是因为轴压比超过界限值。在抗震设计中要控制柱的轴压比不超过限值，让其出现生大偏压破坏并具备一定延性。抗震标准规定，对于框架柱对应于一、二、三级抗震时，轴压比限值分别为0.65、0.75、0.85。这里规定的轴压比限值系指柱轴压力设计值和柱轴压承载力设计值得比值。为避免地震作用下柱子少筋脆性破坏与超筋粘结劈裂破坏，柱的纵向配筋率不能少于0.8%、0.7%、0.6%、0.5%，角柱的上述限值相对提高0.1%；柱的纵向配筋最大距离不能超过200mm。

4.3箍筋的构造要求

箍筋是保证构件与节点的抗剪能力，完成“强柱弱梁”与“强节点、强锚固” 的设计目标，并且对梁、柱塑性铰区混凝土与受压钢筋提供限制作用，延缓塑性铰的破坏经过，从而提高构造的延性与耗能能力。梁与柱的剪切破坏区以及弯压塑性铰区都出现在构件的两端，所以要加密构件两端的箍筋。加密区的结构要求包含加密区的长度、箍筋最小直径、最大距离与最小体积率。其中柱加密区与节点的箍筋最小体积率和抗震等级、柱的轴压比以及箍筋的类型有关。

结束语：

综上，结构抗震设计要达到的总体要求是“小震不坏，中震可修，大震不倒”这一目的，必须进行严格的选型、分析和计算。高层建筑是当下建筑发展的主要趋势，其抗震设计是高层建筑设计的重中之重。

参考文献：

[1]闫旭梅.高层建筑结构抗震设计分析[J].科技传播，2010.8.

[2]于险峰.高层建筑结构抗震设计[J].中国新技术产品，2010.1.