影響高層鋼筋砼結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的因素

【關(guān)鍵詞】鋼筋砼結(jié)構(gòu)；抗震選型；因素 

　　隨著社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，現(xiàn)代化的高層建筑就像雨后春筍一樣，屹立在都市之中。但是，在高層建筑設(shè)計(jì)時(shí)，存在著許多現(xiàn)在人們難以解決的問題，而且高層建筑的抗震設(shè)計(jì)問題就是我們面臨的主要問題之一。目前，由于市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展建筑物的高度也越來(lái)越高，而抗震水平成為了高層建筑的關(guān)鍵性話題，因此如何提高建筑物的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，是我們?nèi)缃裥枰�思考的問題。 

　　一、鋼筋砼的結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀和來(lái)料特性 

　　前在中國(guó)，鋼筋混凝土為應(yīng)用最多的一種結(jié)構(gòu)形式，占總數(shù)的絕大多數(shù)，同時(shí)也是世界上使用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)最多的地區(qū)。據(jù)發(fā)改委相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，該地區(qū)其主要原材料水泥產(chǎn)量已于2005年達(dá)到10.60億噸，占世界總產(chǎn)量48%左右。 

　　混泥土是水泥與骨料和混合物。當(dāng)加入一定量水分的時(shí)候，水泥水化形成微觀不透明晶格結(jié)構(gòu)從而包裹和結(jié)合骨料成為整體結(jié)構(gòu)。通�；炷�土結(jié)構(gòu)擁有較強(qiáng)的抗壓強(qiáng)度。但是混凝土的抗拉強(qiáng)度較低，通常只有抗壓強(qiáng)度的十分之一左右，任何顯著的拉彎作用都會(huì)使其微觀晶格結(jié)構(gòu)開裂和分離從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的破壞。而絕大多數(shù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)部都有受拉應(yīng)力作用的需求，故未加鋼筋的混凝土極少被單獨(dú)使用于工程。 相較混凝土而言，鋼筋抗拉強(qiáng)度非常高，一般在200MPa以上，故通常人們?cè)诨炷�土中加入鋼筋等加勁材料與之共同工作，由鋼筋承擔(dān)其中的拉力，混凝土承擔(dān)壓應(yīng)力部分。 

　　二、高層建筑物的系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 

　　在高層建筑物中，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可分為結(jié)構(gòu)系統(tǒng)和功能系統(tǒng)，這兩個(gè)系統(tǒng)看似分離的，但是在實(shí)際運(yùn)用中，它們都相輔相成，前者是后者的實(shí)現(xiàn)，后者是前者的目的表現(xiàn)。建筑的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)主要是指建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料選擇，可以而功能系統(tǒng)就主要是由建筑物的使用功能和美學(xué)功能兩個(gè)內(nèi)容組成，它具有一定的功能適應(yīng)性在面對(duì)不同建筑的時(shí)候，有著不同的功能表現(xiàn)。 

　　結(jié)構(gòu)的使用功能適應(yīng)性影響因素，主要體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)形式所能提供的內(nèi)部空間特征及建筑功能所決定的內(nèi)部空間特征兩方面。我國(guó)高層建筑在功能上，主要包括住宅、旅館、辦公、綜合類等四大類。根據(jù)各功能類建筑的空間特征，又可將上述四類功能建筑劃分10個(gè)子功能類。同一結(jié)構(gòu)形式對(duì)不同的子功能類有不同的適應(yīng)性。 

　　結(jié)構(gòu)的美學(xué)功能適應(yīng)性影響因素包括兩方面：美學(xué)功能等決定的建筑平。立面體型特征及結(jié)構(gòu)形式?jīng)Q定抗力構(gòu)件特征及其可布置性。美學(xué)功能決定的平面特征，可概括為規(guī)則平面形狀和不規(guī)則平面形狀。結(jié)構(gòu)美學(xué)功能適應(yīng)性主要體現(xiàn)在，對(duì)于美學(xué)功能等所決定的不同平面形狀在分置各抗力構(gòu)件時(shí)的難易程度，及精心分置后可能獲得結(jié)構(gòu)體系的受力合理程度與抗震性能優(yōu)劣等兩個(gè)方面。 

　　結(jié)構(gòu)受力合理形式對(duì)結(jié)構(gòu)形式與具體建筑方案及環(huán)境條件等要素相互結(jié)合、作用后所的綜合性能中的結(jié)構(gòu)受力特性側(cè)面的描述，也是對(duì)結(jié)構(gòu)的整體抗力性能得到充分發(fā)揮程度的肚量。在結(jié)構(gòu)受力特性影響因素中，結(jié)構(gòu)形式諸要素的影響往往比較穩(wěn)定。千差萬(wàn)別的建筑方案所決定諸要素的影響是積極主動(dòng)、靈活多變的，且其影響的穩(wěn)定性較小，彈性大，極易發(fā)生變化。當(dāng)方案違背了結(jié)構(gòu)受力特征，人們可以通過(guò)調(diào)整方案特征來(lái)改善結(jié)構(gòu)的受力合理性。環(huán)境因素（如場(chǎng)地類別、設(shè)防烈度、基本風(fēng)壓等）的影響主要表現(xiàn)為對(duì)某結(jié)構(gòu)形式與方案特征結(jié)合后的動(dòng)力特性、幾何側(cè)度（高度、高寬比、長(zhǎng)寬比等人體型等方面的限制。一般的，結(jié)構(gòu)受力合理性影響因素可以概括為兩個(gè)方面：綜合抗力（包括綜合抗震、抗風(fēng)能力）和結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性（合抗傾覆能力）。 

　　三、影響綜合抗力的影響因素 

　　在設(shè)計(jì)施工中或者施工完成后中存在著許多影響著節(jié)后綜合抗力的因素。在設(shè)計(jì)中，尤其是在對(duì)建筑結(jié)構(gòu)階段的選型階段方面，影響因素大概包含著這兩個(gè)方面：一是結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度；二是結(jié)構(gòu)的整體協(xié)調(diào)變形能力。 

　　結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度取決于結(jié)構(gòu)形式與建筑方案環(huán)境結(jié)合后形成概念結(jié)構(gòu)體系的高度合理性、水平豎向剛度分布的均勻連續(xù)性和場(chǎng)地適應(yīng)性等。其中，高度合理性取決于結(jié)構(gòu)形式與設(shè)防烈度；剛度分布的均勻連續(xù)性取決于建筑平面規(guī)則性、空間分布均勻性、豎向構(gòu)件的連續(xù)性等；場(chǎng)地適應(yīng)性則取決于場(chǎng)地特征周期及結(jié)構(gòu)自據(jù)周期等。 

　　結(jié)構(gòu)的整體協(xié)調(diào)變形能力是指，結(jié)構(gòu)在遭遇中、大地震時(shí)協(xié)調(diào)和保證各構(gòu)件能整體工作，并通過(guò)塑性變形耗散地震能量的能力。它取決于兩個(gè)方面的因素：空間整體性和整體延性�？臻g整體性是指在結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)承受地震作用的過(guò)程中協(xié)同各結(jié)構(gòu)構(gòu)件共同工作，保證豎向承載力，充分發(fā)揮結(jié)構(gòu)整體抗震性能及結(jié)構(gòu)系統(tǒng)各構(gòu)件抗震潛能的能力。這也是保證‘次震不倒”的前提。它主要取決于結(jié)構(gòu)形式及構(gòu)件間連接方式與質(zhì)量、構(gòu)件破壞特征、屈服機(jī)制、長(zhǎng)寬比、平面特征的因素。結(jié)構(gòu)的整體延性一般用結(jié)構(gòu)的最大允許變形卻與屈服變形的比值表示。它是對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)徹底破壞前超越彈性極限進(jìn)一步承擔(dān)荷載能力的度量，職決于結(jié)構(gòu)構(gòu)件特別是關(guān)鍵關(guān)鍵或薄弱部位處構(gòu)件的延性。當(dāng)結(jié)構(gòu)遭遇災(zāi)難性地震時(shí)，在整個(gè)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的前提下，良好的整體延性可以使結(jié)構(gòu)具有足夠的變形性能實(shí)現(xiàn)預(yù)定屈服機(jī)制，以耗散地震能量，保護(hù)結(jié)構(gòu)不致發(fā)生倒塌破壞。結(jié)構(gòu)的整體延性主要與結(jié)構(gòu)形式種類、抗側(cè)力構(gòu)件變形與破壞特性、可能采取的構(gòu)造措施、平面規(guī)側(cè)程度、結(jié)構(gòu)體系剛度的均勻以及連續(xù)性等有關(guān)。 

　　四、結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性（合抗傾覆能力）的影響因素 

　　高層建筑隨著高度的增加，剛度相對(duì)減小，在水平載荷作用下，傾覆力矩增大，例向變形增加，卜D效應(yīng)加劇，對(duì)結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性的要求也逐漸提高。 

　　整體穩(wěn)定性的主要影響因素，可概括為結(jié)構(gòu)的整體剛度和抗傾覆能力兩個(gè)方面。充分恰當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)整體剛度（包括抗彎、抗剪、抗扭剛度），對(duì)限制結(jié)構(gòu)遭遇中大地震的水平位移及層問位移，對(duì)減小P-D效應(yīng)、減輕震害、防止突然倒塌、保證電梯等設(shè)備的正常運(yùn)行、防止填充墻、裝修材料等的損壞有著重要意義。其合理性影響因素為結(jié)構(gòu)形式、高定比、設(shè)防烈度、基本風(fēng)壓等；結(jié)構(gòu)的整體抗傾覆能力主要受建筑方案的高寬比、長(zhǎng)寬比設(shè)防烈度、基本風(fēng)壓等因素的影響。 

　　五、建筑物抗震維護(hù)的方向 

　　（1）結(jié)構(gòu)抗震選型作為高層鋼筋議結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其影響因素繁多（部分因素具有隨即、模糊、耦合性），且主要集中在建筑方案、結(jié)構(gòu)形式、環(huán)境條件、當(dāng)前造價(jià)與預(yù)期維護(hù)、改造費(fèi)用等幾個(gè)方面。 

　�。�2）諸影響因素間的關(guān)系具有多維性、層次性。主要表現(xiàn)在喝兩個(gè)方面：一方面為人們認(rèn)識(shí)和控制該類結(jié)構(gòu)抗震選型提供了全面、系統(tǒng)的基礎(chǔ)信息；另一方面也為對(duì)該類結(jié)構(gòu)抗震選型問題的進(jìn)一步深入研究提供了前提。 

　�。�3）繪出的因素框架模型對(duì)設(shè)計(jì)質(zhì)量評(píng)價(jià)及現(xiàn)有建筑物的綜合性能評(píng)價(jià)與維護(hù)也具有一定的指導(dǎo)意義。 

　　六、結(jié)束語(yǔ) 

　　目前，由于鋼筋砼的廣泛運(yùn)用，已成為我國(guó)大量存在的建筑結(jié)構(gòu)形式之一。根據(jù)歷年來(lái)的震害資料顯示，目前我國(guó)的建筑的鋼筋砼結(jié)構(gòu)還存在著許多問題，當(dāng)遇到地震災(zāi)害是鋼筋砼框架結(jié)構(gòu)的鑄鍛與節(jié)點(diǎn)都有著嚴(yán)重的破壞。由此可見，在目前高層建筑鋼筋砼的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)踐中，由于設(shè)計(jì)師們?cè)趯?duì)高層建筑進(jìn)行其結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，存在著許多問題，我們還應(yīng)在這些問題方面深入研究，才能更好的解決。