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来源：职称驿站所属分类：建筑设计论文 发布时间：2012-12-20浏览：24次
摘要：本文从剪力墙底部加强部位墙厚的确定，短肢剪力墙结构设计，与剪力墙及框架柱连接的框架梁设计，和 转换层上、下结构侧向刚度比的确定等几个方面探讨了高层建筑中钢筋混凝土结构抗震设计。
关键词：建筑结构,钢筋混凝土,抗震设计
1、前言
随着建筑结构抗震相关理论研究的不断发展，结构抗震设计思路也经历了一系列的变化。最初，在未考虑结构弹性动力特征，也无详细的地震作用记录统计资料的条件下，经验性的取一个地震水平作用(0.1倍自重)用于结构设计。到了60年代，随着地面运动记录的不断丰富，人们通过单自由度体系的弹性反应谱，第一次从宏观上看到地震对弹性结构引起的反应随结构周期和阻尼比变化的总体趋势，揭示了结构在地震地面运动的随机激励下的强迫振动动力特征。但同时也发现一个无法解释的矛盾，当时规范所取的设计用地面运动加速度明显小于按弹性反应谱得出的作用于结构上的地面运动加速度，这些结构大多数却并未出现严重损坏和倒塌。后来随着对结构非线性性能的不断研究，人们发现设计结构时取的地震作用只是赋予结构一个基本屈服承载力，当发生更大地震时，结构将在一系列控制部位进入屈服后非弹性变形状态，并靠其屈服后的非弹性变形能力来经受地震作用。由此，也逐渐形成了使结构在一定水平的地震作用下进入屈服，并达到足够的屈服后非弹性变形状态来耗散能量的现代抗震设计理论。
由以上可以看出，结构抗震设计思路经历了从弹性到非线性，从基于经验到基于非线性理论，从单纯保证结构承载能力的“抗”到允许结构屈服，并赋予结构一定的非弹性变形性能力的“耗”的一系列转变。
1. 短肢剪力墙结构设计
《 高规》 第7.1.2 条中所指的“短肢剪力墙较多的剪力墙结构”，主要是指结构平面中部为剪力墙构成的薄壁筒体、其余部位基本为短肢剪力墙的一种结构布置形式，近几年来在非抗震区以及6 度、7 度抗震设防区的住宅建筑结构中被广泛应用。对于短肢剪力墙较多的剪力墙结构，结构设计时除应符合《 高规》 第7.1.2 条的规定外，结构布置时宜使两个主要受力方向的抗侧刚度和承载力相差不大，同时应控制短肢剪力墙承受的倾覆力矩占结构底部总倾覆力矩的40%一50%。具体工程设计时，短肢剪力墙承受的倾覆力矩占结构底部总倾覆力矩的比例，可近似按同一抗侧力方向上短肢剪力墙截面面积与结构平面中全部剪力墙截面面积的比值确定。
《 高规》 中定义的短肢剪力墙是指墙肢截面高度与厚度之比为5 一8 的剪力墙。当剪力墙的截面高度与厚度之比为3 一5 时，其轴压比限值应符合《 高规》 第7.2.5 条的规定，此时剪力墙的抗震等级应按《 高规》 表4.8.2 规定的抗震等级提高一级采用;其纵向钢筋的构造钢筋可按《 高规》 第7.1.2 条第6 款的规定设计，配筋方式可根据实际情况和设计习惯按框架柱或剪力墙设计;其箍筋可按剪力墙约束边缘构件或构造边缘构件的要求设计。其中，剪力墙约束边缘构件箍筋的配箍特征值的取值如下：当剪力墙轴压比等于或接近《 高规》 表7.2.16 的限值时，箍筋配箍特征值为0.2 (抗震等级为特一级时为0.24 ) ;当剪力墙轴压比小于《 抗规》 表6.4.6 的限值时，箍筋配箍特征值可取0.1 ;其他情况，箍筋配箍特征值可按轴压比大小在0.1 和0.2 (抗震等级为特一级时为0.24 ) 之间线性插值。剪力墙构造边缘构件中箍筋的设置可按《 高规》 第7.2.17 条的有关规定执行。
2. 与剪力墙及框架柱连接的框架梁设计
高层建筑结构简化计算时通常假定地基为绝对刚性，不考虑地基不均匀沉降对结构构件竖向变形差的影响。同时，《 高规》 关于抗震设计轴压比的规定中，框架柱和剪力墙的限值是不相同的，如表1 所示。
表1 钢筋混凝土剪力墙与框架柱轴压比限值
因此，对高层结构进行内力分析及截面设计时，与剪力墙及框架柱连接的框架梁往往由于竖向变形差过大而容易超筋，给框架梁截面设计带来一定的困难。
3、钢筋混凝土结构在地震作用下受力性能的主要特点有：
3.1
结构的抗震能力和安全性，不仅取决于构件的(静)承载力，还在很大程度上取决于其变形性能和动力响应。地震时结构上作用的“荷载”是结构反应加速度和质量引起的惯性力，它不像静荷载那样具有确定的数值。变形较大，延性好的结构，能够耗散更多的地震能量，地震的反应就减小，“荷载”小，町能损伤轻而更为安全。相反，静承载力大的结构，可能因为刚度大、重量大、延性差而招致更严重的破坏。
3.2
屈服后的工作阶段——当发生的地震达到或超出设防烈度时，按照我国现行规范的设计原则和方法，钢筋混凝土结构一般都将出现不同程度的损伤。构件和节点受力较大处普遍出现裂缝，有些宽度较大;部分受拉钢筋屈服，有残余变形;构件表面局部破损剥落等。但结构不致倒塌。
4.3
“荷载”低周的反复作用——地震时结构在水平方向的往复振动，使结构的内力(主要是弯矩和剪力，有时也有轴力)发生正负交变。由于地震的时间不长且结构具有阻尼，荷载交变的反复次数不多(即低周)。所以，必须研究钢筋混凝土构件在低周交变荷载作用下的滞回特征。
4 结构抗震变形验算
抗震设防三水准的要求是通过两阶段设计来保证的：多遇地震下的承载力验算，建筑主体结构不受损，非结构构件没有过重破坏保证建筑正常使用功能;罕遇地震作用下建筑主体结构遭遇破坏，但不倒塌。结构抗震变形验算是两阶段设计很重要的内容。
第一阶段设计，变形验算以弹性层间位移角表示。以保证结构及非结构构件不开裂或开裂不明显，保证结构整体抗震性能。新规范增加了变形验算的范围，对以弯曲变形为主的高层建筑可以扣除结构的整体弯曲变形，因为这部分位移对结构而言是无害位移，只是人的舒适度感觉不同而已，
第二阶段的变形验算为罕遇地震下薄弱层弹塑性变形验算，以弹塑性层间位移表示。根据震害经验、实验研究和计算结果分析提出了构件和节点达到极限变形时的层间极限位移角，防止结构薄弱层弹塑性变形过大引起结构倒塌。规范对验算的范围有明确规定，但考虑到弹塑性变形计算的复杂性和缺乏实用软件，对不同建筑有不同要求。在以后发展中可以把验算范围推广到更大，甚至可以基于位移控制法来设计结构，满足某些类型的建筑对结构位移的特殊要求，来保证结构的位移在可接受范围。
需要说明的是，现阶段的位移控制和抗震设计还限于单一地震下结构的反应。如何有效考虑在地震高发区及多次地震下累积损伤对结构变形和抗震性能的影响，保证结构整个寿命期内的安全，需要进一步的研究。
结束语
总而言之，钢筋混凝土高层结构设计是一个长期、复杂甚至循环往复的过程，任何在这过程中的遗漏或错误都有可能使整个设计过程变得更加复杂或使设计结果存在不安全隐患。因此我们设计工作应按规范相应的构造要求严格执行，才真正确保设计质量的安全。
参考文献
[1]《建筑抗震设计规范》(GB50011一2001)
[2]《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)
《钢筋混凝土抗震设计的基本思路和方法》
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文章名称： 钢筋混凝土抗震设计的基本思路和方法
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