钢筋混凝土结构抗震设计

解素梅

摘要：我国的抗震设计思路大部分内容是都符合其抗震设计的理念，但期间也有许多欠考虑的地方，迫切的需要我们加以完善。我国规定的“大震不倒中震可修，小震不坏”的三水准抗震设防目标也存在一定的问题。本文主要从高层钢筋混凝土结构抗震设计影响的因素来分析，从而在提高高层钢筋混凝土结构抗震设计质量的方面也提出自己的一点建议。

关键词：高层建筑;钢筋混凝土结构;抗震设计;影响因素

前  言

在高层建筑的抗震设计过程中，抵抗水平力成为结构设计的主要矛盾，因此抗侧力结构形式及其相应结构体系的确定成为结构抗震设计的关键问题。尤其是近年来我国频频发生一些较大震级的地震，使得一些抗震性能较差的建筑物倒塌，不仅仅给社会经济带来了极大的损失，甚至是威胁到了人民的生命财产安全。因此，建筑的抗震设计再次得到而来人们的高度重视，我国的建筑结构抗震设计遵循两阶段、三水准的设计原则，三水准也就是“大震不倒、中震可修、小震不坏”。

一、高层钢筋混凝土结构在地震作用下的受力分析

1.荷载的反复作用

一般地震荷载作用下，建筑的受力主要是在水平方向的往复振动，即建筑发生左右摇摆的现象，这时的结构所受的内力是在不断的进行正负交替变换，但因为地震持续的时间相对较短，而且建筑本身也具有一定的抗震阻尼，因而其内力正负交变的次数不会太多，也就是说建筑在地震时的受力有低周期的特点。

2.屈服后的结构受力

当地震的震级较大、震感较为强烈时，超过一定范围后，钢筋混凝土结构会在地震荷载作用下形成一定的损伤，尤其是在受力较大、薄弱部位的构件与节点，更易出现裂缝，钢筋也会有部分弯曲变形，致使构件表面的混凝土剥落下来，但只要其结构设计具有足够的延性，虽然构件破坏，但不会出现垮塌现象。

3.高层钢筋混凝土结构的抗震能力与安全稳定性

当发生地震时，建筑的结构所承受的荷载主要是表现在结构的反应加速度以及由质量引起的惯性力中，具有很大的变动性，因而无法确定其所受到的具体的荷载值。但不能否认的是，在延性较大和变形能力较强的结构中，地震发生时能够在很大程度上耗散掉地震所带来的作用力，从而减少地震荷载，避免建筑受到更大的损害。反之，若结构设计的刚度较大，在地震来临时，不能将地震的荷载消耗掉，反而会对结构造成极大的破坏。

二、高层钢筋混凝土结构抗震设计的思路及其不足

1.高层钢筋混凝土结构抗震设计的思路

1.1制定有效的抗震措施。制定有效的抗震措施，可以使结构确实具备设计时采用的R所对应的延性能力。其中主要包括抗震构造措施和内力调整措施（强剪弱弯、强柱弱梁）。

1.2合理选择确定结构屈服水准的地震作用。一般是以具有统计意义的地面峰值加速度和不同的R（地震力降低系数）得到不同的设计，用地面运动加速度（即小震的）来进行结构的强度设计，从而在一定程度上确定了结构的屈服水准。随着对规律认识的深入，这一规律已被各国规范所接受。这一理念的主要含义为：工程师应该选择合适的形态水准和地震荷载进行结构设计。抗震设计理念是基于对结构非弹性性能的研究上建立起来的，其核心是在地面运动特征和不同滞回的规律之下，结构的自振周期与其屈服的水准以及最大非弹性动力反应之间的关系。

2.抗震设计思路中的不足

目前，国际上逐步形成了一套“多水准、多层次性态控制目标”的抗震理念。该设防目标对甲类、乙类、丙类这三类重要性不同的建筑来说，并不都是恰当的。这种笼统的设防目标也不符合当今国际上的“多水准，多层次性态控制目标思想，这种多性态目标思想提倡在建筑抗震设计中应灵活采用多重性生态的目标。

三、高层钢筋混凝土结构抗震设计的影响因素

1.结构整体稳定性的影响因素

高层建筑随着高度的增加，刚度相对减小，在水平载荷作用下，倾覆力矩加大，横向变形增加，对结构整体稳定性的要求也逐渐提高。影响整体稳定性的主要因素，可概括为抗倾覆能力而和结构的整体刚度两个方面。适宜的结构整体刚度，对限制结构在遭遇中震、大震时的水平位移及层间位移，对减轻震害、防止突然倒塌、保证电梯等设备的正常运行、防止填充墙、装修材料等的损坏有着重要意义。其合理性影响因素为建筑的高宽比、长宽比、抗震设防烈度、结构形式、构件布置等。

2.影响综合抗力的因素

根据实践经验分析，可以发现影响高层钢筋混凝土结构的整体综合抗力的因素有很多种，有些是在设计中体现的，有些体现在施工中。对于设计来讲，其影响因素主要有结构的空间整体协调变形能力，即整体延性和空间的整体性的设计这两方面。

结构的整体延性一般用结构的屈服变形与最大允许变形的比值表示。它是对整个结构彻底破坏前超越弹性极限进一步承担荷载能力的度量，取决于结构构件特别是关键部位或薄弱部位处构件的延性。当建筑遭遇灾难性地震时，在整个结构稳定的前提下，良好的整体延性可以使其具有足够的变形性能，实现预定屈服机制，以耗散地震能量，保护结构不致发生倒塌破坏。

空间整体性是指在结构承受地震作用的过程中协同各结构构件共同工作。保证竖向承载力。充分发挥结构整体抗震性能及结构体系各构件抗震潜能的能力。这也是保证“大震不倒”的前提。它主要取决于构件、长宽比、平面特征、结构形式之间连接的屈服机制、构件破坏特征、方式与质量等的因素。

四、提高高层钢筋混凝土结构抗震设计质量的建议

1.结构抗震的本质就是延性

对于受弯的构件来说，会随着荷载的增加，首先是要受到拉区的混凝土出现裂缝，表现出非弹性的变形，然后再受到拉钢筋的屈服，受压区高度就会随之减小，受压区混凝土压碎，构件最终遭到破坏，从受拉钢筋屈服到受压区的混凝土压碎，是构件的破坏过程。在这个过程之中，构件的承载能力并没有多大的变化。但其破坏的性质决定了变形的大小。反之，假如结构的延性不好，则就必须要有一个足够大的承载力来抵抗地震荷载的作用。

2.“强剪弱弯”

剪切破坏基本上是没有延性的，某部位一旦发生剪切破坏，该部位就将彻底退出工作，对于柱端的剪切破坏可导致结构的局部或整体倒塌，因此可以设计时增大柱端、梁端、节点的组合剪力值，使结构能在大震下的交替非弹性变形中。其任何构件都不会先发生剪切破坏。

3.“强柱弱梁”

在设计的时候，增大柱相对于梁的抗弯能力，钢筋混凝土框架在大震之下。梁端塑性铰出现的比较早，在达到最大非线性位移时塑性转动较大;而柱端塑性铰出现较晚，达到最大非线性位移时塑性转动较小，甚至根本不出现塑性铰，从而保证框架具有一个较为稳定的塑性耗能机构和较大的塑性耗能能力。

五、结束语

总之，在高层钢筋混凝土结构的设计中，我们必须要充分的考虑到建筑的抗震性能，确保其结构延性能够达到一定的要求，从而保证结构的变形能力，提高结构的稳定性。在设计过程中应当充分考虑到影响结构抗震设计的因素，并通过合理的设计方法来避免这些因素的影响，确保建筑结构的稳定性。

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