多層鋼筋混土建筑設(shè)計論文

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1.引言

我國位于世界兩大地震系的交匯區(qū)域，有史記載以來，我國先后發(fā)生了上千次中震和數(shù)百次強震，特別是經(jīng)歷了汶川地震和玉樹地震之后，建筑結(jié)構(gòu)的防震抗震工作越來越受到人們關(guān)注。

2.建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生震害的原因

2.1扭轉(zhuǎn)破壞

如果建筑物的平面布置不當，造成結(jié)構(gòu)的剛度中心和質(zhì)量中心發(fā)生較大偏差，由于過大的扭轉(zhuǎn)反應或集中變形，極易導致結(jié)構(gòu)在地震中產(chǎn)生嚴重破壞。例如，據(jù)資料記載，在唐山大地震中，位于天津的一座平面布置為L形的建筑，由于不對稱而產(chǎn)生了強烈的扭轉(zhuǎn)反應，導致距離轉(zhuǎn)動中心較遠的東南角和東北角處產(chǎn)生了嚴重的破壞：東南角柱產(chǎn)生了較大的縱向列縫，混凝土內(nèi)部鋼筋外露，東北角處的梁柱節(jié)點混凝土酥裂。

2.2薄弱層破壞

如果結(jié)構(gòu)的不同部位結(jié)構(gòu)剛度相差懸殊，上下結(jié)構(gòu)剛度突變較大，則當?shù)卣饋砼R時，會使結(jié)構(gòu)的變形集中發(fā)生在剛度薄弱的部位。比如，1995年的阪神地震中，發(fā)現(xiàn)大量的20層左右的高層樓房都在第五層處倒塌，后來分析其原因得知，在日本舊的抗震規(guī)范中，允許結(jié)構(gòu)在第五層以上部位結(jié)構(gòu)的剛度較弱。

2.3防震縫處碰撞

防震縫是為減輕或防止相鄰結(jié)構(gòu)單元由地震作用引起的碰撞而預先設(shè)置的間隙。如果防震縫的寬度設(shè)置不夠，防震縫兩側(cè)的結(jié)構(gòu)單元在地震時就會由于相互碰撞兒發(fā)生破壞。例如，1976年唐山大地震中，北京民航大樓防震縫處的女兒墻遭到破壞，北京飯店西樓伸縮縫處的貼假磚柱脫落，內(nèi)填充墻側(cè)移達50mm。

3.震害的破壞形式

3.1整體破壞形式

混凝土結(jié)構(gòu)的整體破壞形式按破壞性質(zhì)可以分為延性破壞和脆性破壞，按破壞機制可以分為梁鉸機制（即強柱弱梁性破壞）和柱鉸機制（即強梁弱柱性破壞）。梁鉸機制即塑性鉸出現(xiàn)在梁端，此時結(jié)構(gòu)能承受較大的變形，吸收較多的地震能量；柱鉸機制即塑性鉸出現(xiàn)在柱端，此時結(jié)構(gòu)的變形往往集中出現(xiàn)在某一薄弱層，整個結(jié)構(gòu)的變形較小。

3.2局部破壞形式

構(gòu)件塑性鉸處的破壞：構(gòu)件在受壓或受彎時會出現(xiàn)這種情況，在塑性鉸處，混凝土發(fā)生嚴重的脫落，并且鋼筋會向外凸出，混凝土柱的破壞一般發(fā)生在柱的上端或下端，其中上端更為常見。其表現(xiàn)形式為混凝土壓碎縱向鋼筋受壓屈曲；混凝土構(gòu)件的剪切破壞：當構(gòu)件的抗剪強度較低時，會發(fā)生此類破壞，剪切破壞多為脆性的；節(jié)點破壞：當節(jié)點的配筋不適當時（節(jié)點處箍筋過少或節(jié)點區(qū)鋼筋過密），會出現(xiàn)十字交叉裂縫式的剪切破壞，節(jié)點破壞的后果往往會較嚴重；短柱破壞：當混凝土柱較短時，剪跨比過小，剛度較大，柱中的地震力也較大，也容易導致柱的脆性剪切破壞。另外，混凝土結(jié)構(gòu)的局部破壞還有填充墻破壞、搭接處破壞等。

4.提高結(jié)構(gòu)抗震性的措施

4.1合理選擇結(jié)構(gòu)形式

①框架結(jié)構(gòu)

不同結(jié)構(gòu)形式的抗震性能也行應不同，通過工程經(jīng)驗和科學分析得出，框架結(jié)構(gòu)一般具有較好的抗震性能?？蚣芙Y(jié)構(gòu)的特點是結(jié)構(gòu)自身重量輕，適合于要求房屋內(nèi)部空間較大、布置靈活的場合。結(jié)構(gòu)整體重量的減輕有助于提高結(jié)構(gòu)抵抗地震的能力，框架結(jié)構(gòu)如果設(shè)計合理，具有較好的延性，抗震性能良好。但是由于框架結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度較小，在地震力的作用下，水平變形較大，容易造成非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞。當結(jié)構(gòu)較高時，過大的水平位移引起的P-△效應也較大，從而導致結(jié)構(gòu)的損傷也更為嚴重，所以，框架結(jié)構(gòu)的高度不宜過高。

②抗震墻結(jié)構(gòu)

抗震墻結(jié)構(gòu)的特點是側(cè)向剛度大，強度高，空間整體性能好，然而由于墻體多，重量大，相應的地震作用也大，并且內(nèi)部空間的布置和使用也不夠靈活。抗震墻體結(jié)構(gòu)比較適合于住宅，旅館等建筑結(jié)構(gòu)。這類建筑墻體多，分割較均勻，使承重結(jié)構(gòu)和圍護結(jié)構(gòu)達到較高程度的統(tǒng)一。

③框架-抗震墻結(jié)構(gòu)

在抗震結(jié)構(gòu)中，為滿足底層設(shè)商店等大空間的需要，設(shè)計時，常把底部基層設(shè)計成框架-抗震墻結(jié)構(gòu)之類的底部大空間抗震結(jié)構(gòu)，但對其高度加以限制?？蚣?抗震墻結(jié)構(gòu)在一定程度上，克服了純框架和純抗震墻的結(jié)構(gòu)缺點，發(fā)揮了各自的長處，剛度較大，自重較輕，平面布置較靈活，并且結(jié)構(gòu)的變形均勻，抗震性能良好，特別適用于辦公樓或旅館等建筑結(jié)構(gòu)。

④樓蓋的結(jié)構(gòu)形式

樓蓋在其平面內(nèi)的剛度應足夠大，以使水平地震力能夠通過樓蓋平面進行分配和傳遞。在樓蓋形式的選擇上，應優(yōu)先選擇現(xiàn)澆式樓蓋，其次是裝配整體式樓蓋，最后才是裝配式樓蓋。

5.結(jié)構(gòu)布置對抗震的影響

5.1墻體布置

非承重墻的材料、選型和布置，應根據(jù)烈度、房屋高度、建筑形體、結(jié)構(gòu)層間變形、墻體自身抗側(cè)力性能的利用等因素，綜合分析后確定。非承重墻體應優(yōu)先選擇輕質(zhì)墻體材料。

非承重墻體的布置，應避免使結(jié)構(gòu)形成剛度和強度上分布的突變。墻體與主體結(jié)構(gòu)之間應有可靠的拉結(jié)，應能適用主體結(jié)構(gòu)在不同方向上的層間位移。8、9度時應具有滿足層間變位的變形能力，與懸挑構(gòu)件相連式，尚應具有滿足節(jié)點轉(zhuǎn)動引起的豎向變形能力。外墻板的連接件應具有足夠的延性和適當?shù)霓D(zhuǎn)動能力，并且滿足在設(shè)防烈度下的主體結(jié)構(gòu)的層間變形要求。砌體墻應采取相應的措施以減小其對主體結(jié)構(gòu)的不利影響，并應設(shè)置拉結(jié)筋、水平連系梁、圈梁、混凝土構(gòu)造柱等與主體結(jié)構(gòu)可靠的拉結(jié)。

5.2平面布置

結(jié)構(gòu)的平面布置是指在結(jié)構(gòu)平面圖上布置柱和墻的位置以及樓蓋的傳力方式。結(jié)構(gòu)布置應簡單、規(guī)則、對稱，在框架結(jié)構(gòu)和抗震墻結(jié)構(gòu)中，框架和抗震墻均應雙向設(shè)置，柱中心線和抗震墻中心線、梁中心線與柱中心線之間的偏心距不大于柱寬的四分之一。

從抗震角度分析，平面布置最主要的是使結(jié)構(gòu)平面的質(zhì)量中心和剛度中心相重合或盡可能的靠近，以減小結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)反應。地震引起的慣性力作用在結(jié)構(gòu)構(gòu)件的質(zhì)量中心，而樓層平面的抗力則作用在其剛度中心，當二者的作用線不重合時，就會產(chǎn)生扭矩，其值等于兩者作用線之間的距離乘以樓層慣性力的值。所以，結(jié)構(gòu)平面的布置，應盡可能的再x和y的兩個正交方向上對稱，并且平面布置應使得平面作為一個截面有盡可能大的抗扭剛度，以抵抗實際情況中難以完全避免的扭矩。

5.3防震縫的布置

在地震設(shè)防地區(qū)的建筑必須充分考慮地震對建筑造成的影響。當平面形狀較復雜時，可以利用防震縫將結(jié)構(gòu)劃分成規(guī)則、簡單的單元（對于高層結(jié)構(gòu)不宜設(shè)置防震縫）。當設(shè)置防震縫時，其最小寬度應符合小列要求：①框架結(jié)構(gòu)房屋的防震縫寬度，當高度不超過15m時，可采用70mm；超過15m時，6度、7度、8度、9度相應每增加高度5m、4m、3m和2m，宜加寬20mm。②框架-抗震墻結(jié)構(gòu)房屋的防震縫寬度可采用上述對框架規(guī)定寬度值的70%，抗震墻結(jié)構(gòu)房屋的防震縫可采用對上述框架規(guī)定數(shù)值的50%，且均不應小于70mm。③防震縫兩側(cè)結(jié)構(gòu)類型不同時，宜按需要較寬防震縫的結(jié)構(gòu)類型和較低房屋高度確定縫寬。④8、9度框架結(jié)構(gòu)房屋防震縫兩側(cè)結(jié)構(gòu)的高度、剛度或者層高相差較大時，可以在抗震縫兩側(cè)房屋的盡端沿全高設(shè)置垂直于防震縫的抗撞墻，每側(cè)抗撞墻的數(shù)量不少于兩道，最好對稱布置，墻肢長度可不大于一個柱距?？蚣芎涂棺矇Φ膬?nèi)應力應按考慮和不考慮抗撞墻兩種情況分別進行分析，并按不利情況取值?？棺矇υ诜勒鹂p一端的邊柱，箍筋應沿房屋全高加密。

6.結(jié)語

隨著我國建筑規(guī)模的不斷擴大和施工技術(shù)的發(fā)展，多層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)房屋已經(jīng)成為當前房屋建筑的主要結(jié)構(gòu)形式，并將在今后一段時期內(nèi)得到較好的發(fā)展，同時，我國又是地震多發(fā)國家，提高結(jié)構(gòu)的抗震性，我們可以通過對建筑結(jié)構(gòu)合理布局，采取一定的構(gòu)造措施以及施工技術(shù)措施等多種方法，來進一步提高混凝土結(jié)構(gòu)體結(jié)構(gòu)的抗震性能，達到“小震不壞，中震可修，大震不倒”的設(shè)防目標，確保房屋建筑具備合理的抗御地震的能力。