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關(guān)鍵詞:高層混凝土;建筑抗震;結(jié)構(gòu)設(shè)計
經(jīng)濟(jì)的發(fā)展給人們帶來的是生活水平的不斷提高,這樣人們對居住環(huán)境的要求更高了,所以對建筑物的要求就很高。近幾年,我們國家的建筑行業(yè)不斷發(fā)展,高層建筑物也是不斷涌現(xiàn),所以說高層建筑物的質(zhì)量和抗震設(shè)計就變成了人們關(guān)注的焦點(diǎn)。我們?nèi)绾翁岣吒邔踊炷量拐鹦阅芫统闪私ㄖ┕挝豢紤]的問題,優(yōu)化高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計就是我們需要考慮的,優(yōu)化了高層混凝土建筑抗震設(shè)計才能實(shí)現(xiàn)建筑物的抗震要求,我們的居民才能生活的更加安全、舒心。在建筑施工的過程中要嚴(yán)格按照規(guī)定進(jìn)行,這樣我們才能保證施工的過程是滿足要求的,建筑施工的每一個環(huán)節(jié)也是符合建筑質(zhì)量和抗震要求的,我們也才能保證建筑物的安全。
1高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計要求
高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)的設(shè)計要求對建筑物的質(zhì)量提出更高的要求,我們對建筑物抗震性能的要求是遇到大地震的時候能夠不倒,遇到中型地震的時候修修能繼續(xù)使用,遇到小地震的時候還可以基本保持原樣。這樣的抗震要求才是我們要追求的,也是保證人們生命安全的很重要的基礎(chǔ)。因此,我們在進(jìn)行高層混凝土建筑抗震設(shè)計時要從多個方面考慮,并且要考慮到各個方面的內(nèi)容,這樣我們才能更加全面的保證建筑物的抗震性能,我們設(shè)計出來的建筑物也才能滿足社會和人們的要求。在設(shè)計的過程中我們還要從實(shí)際出發(fā),確保建筑各個方面的受力都是最合理的,這樣才能滿足我們的要求。
1.1我們在進(jìn)行高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計的時候要明確高層建筑的剛度值要求
充分了解高層混凝土建筑的物理力學(xué)知識、施工過程中用到的材料的性質(zhì)和施工地的地質(zhì)環(huán)境等,這樣我們才能在設(shè)計的過程中不斷優(yōu)化高層混凝土建筑抗震性能。我們在進(jìn)行設(shè)計的時候要保證建筑在受到一定的外力之后是可以進(jìn)行一定程度范圍的波動的,這樣建筑在受到外力的時候才能屹立不倒。
1.2在進(jìn)行高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計的時候要注意設(shè)計人員要考慮到建筑物的受力節(jié)點(diǎn)處的受力情況
保證在受到一定外力的時候可以繼續(xù)保持不變,或者是經(jīng)過一定的修理之后能繼續(xù)使用。
2高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化
2.1優(yōu)化結(jié)構(gòu)功能
高層混凝土建筑抗震性能在設(shè)計的時候我們要考慮到工程造價的情況,這樣我們的設(shè)計才是符合實(shí)際的,我們還要結(jié)合高層建筑物的整體性能和結(jié)構(gòu)要求,在這樣的條件下進(jìn)行高層混凝土抗震結(jié)構(gòu)功能的優(yōu)化。
2.2優(yōu)化結(jié)構(gòu)體系選擇
我們在進(jìn)行抗震性能優(yōu)化的時候要考慮到高層混凝土建筑可以采用懸掛結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)和框架結(jié)構(gòu)等,我們就要從這些形式中選擇適合高層建筑物施工的一種,這樣我們才能保證高層建筑物的抗震性能。
3高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計的策略
3.1科學(xué)選擇建筑位置
隨著人口的增加,高層建筑逐漸成為人們生活和工作的主要場所,如何提高高層混凝土建筑物的抗震能力也成為人們關(guān)心的重要問題。經(jīng)過實(shí)驗和多年對高層混凝土建筑的了解,地理位置的選擇對高層混凝土建筑也有重要的影響,因此要想做好高層混凝土建筑的抗震工作就要科學(xué)的進(jìn)行選址。在選擇修建地址時,要綜合的考慮選址及其周邊位置的地理情況和地質(zhì)情況,要遠(yuǎn)離石油站以及化工廠和火電廠等危險的地方,避免發(fā)生不安全的事件。另外,高層混凝土在選址時還應(yīng)該避開山坡以及丘陵等這些抗震能力較弱的地方。
3.2改進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計方案
高層建筑由于高度上升,導(dǎo)致整個建筑物的重心上升,相比于低矮建筑的穩(wěn)定性下降,因此在高層混凝土建筑的修建過程中要合理的進(jìn)行空間結(jié)構(gòu)的設(shè)計,提高高層混凝土建筑的堅固程度和抗震性能。在進(jìn)行高層建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計時,要確保設(shè)計能夠符合我國建筑工程抗震的相關(guān)規(guī)定和要求。在進(jìn)行空間結(jié)構(gòu)設(shè)計時,要提高高層建筑的靈活性,使得在一定的壓力下,能夠自動恢復(fù)原來的結(jié)構(gòu)。提高高層混凝土建筑的抗壓能力,在進(jìn)行空間設(shè)計時,還要協(xié)調(diào)整個建筑物的受力的大小,使得高層建筑能夠?qū)崿F(xiàn)均勻受力,這樣它的抗震能力自然就會提升。另外,在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計時,還要結(jié)合周邊建筑物的情況進(jìn)行,要在不影響周邊建筑物的基礎(chǔ)上合理的提高高層混凝土建筑的抗震能力,可以嚴(yán)格控制處理整個高層建筑的重點(diǎn)的施工部門,以使整個建筑的重心位置能夠下降,提高整體建筑的穩(wěn)定性,這樣整個建筑的受力就相對均勻,抗震能力自然而然增強(qiáng)。
3.3控制扭轉(zhuǎn)效應(yīng)
地震發(fā)生時能夠產(chǎn)生巨大的扭轉(zhuǎn)效應(yīng),從而使得地震具有很大的破壞力,使得建筑物倒塌等。在高層混凝土建筑施工設(shè)計時就要考慮到地震這種強(qiáng)大的扭轉(zhuǎn)效應(yīng),并且地震發(fā)生時會有很多不確定性的因素,地震的級數(shù),地震的作用力,在高層建筑設(shè)計期間就要著眼于未來,將這些內(nèi)容全部考慮在內(nèi)。不僅僅要考慮建筑物的橫向作用力和豎向作用力,同時還要考慮地震的扭曲效應(yīng)以及其他的不確定性的因素。在建設(shè)時要依據(jù)地震的扭轉(zhuǎn)效應(yīng),精確的計算抗震時最大位移和最小位移的結(jié)構(gòu)剛度,這樣就能夠保證整個的高層建筑都有相同的位移,在地震發(fā)生時,整個的高層建筑的各個地方受力相同,整個的建筑是一個大的整體,這樣高層建筑物的抗震能力就提高了。在設(shè)計施工時,工作人員要盡力確保建筑的每個地方都符合抗震的要求和標(biāo)準(zhǔn),對高層建筑抗震能力進(jìn)行可行性分析,及時發(fā)現(xiàn)建筑中的不足之處,并進(jìn)行及時的改正。
4總結(jié)
隨著生活水平的提高,人們對高層建筑的質(zhì)量要求在不斷的提高,高層建筑作為以后人們生活工作的主要場所,應(yīng)該具有一定的抗震性能。高層混凝土建筑的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計對于提高高層建筑的抗震能力具有重要的意義,因此相關(guān)的工作人員在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計時,要著眼于未來,進(jìn)行綜合的考量,提高高層建筑的抗震能力。
參考文獻(xiàn)
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【關(guān)鍵詞】抗震概念;高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計;運(yùn)用
概念設(shè)計是建筑抗震設(shè)計的重要組成部分,建筑的抗震性能很大程度上取決于概念設(shè)計是否具備足夠的科學(xué)性,高層建筑的抗震設(shè)計開始之前,需要對高層建筑的建設(shè)地址進(jìn)行科學(xué)的選擇,并且對建筑的平面圖設(shè)計方案進(jìn)行評價,要加強(qiáng)對高層建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)的重視,根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)延性的特點(diǎn)對建筑抗震性的薄弱部分進(jìn)行重點(diǎn)施工改造,以便高層建筑的抗震性能能夠真正滿足使用者想需求。
一、抗震概念設(shè)計在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方面運(yùn)用情況概述
地震災(zāi)害是我國自然災(zāi)害中較為常見的種類,如果高層建筑的抗震性能不佳,無法應(yīng)對劇烈地震,人們的生活質(zhì)量將很難得到保證,因此,加強(qiáng)對抗震概念的關(guān)注,對提升高層建筑的抗震性能,具有十分重要的意義【1】??拐鸶拍畹脑O(shè)計工作根據(jù)以往對高層建筑抗震設(shè)計的經(jīng)驗進(jìn)行總結(jié),并且結(jié)合當(dāng)前的科學(xué)理論對高層建筑的抗震設(shè)計方案進(jìn)行改良,能夠保障高層建筑抗震性能得到提升。提升高層建筑整體結(jié)構(gòu)設(shè)計的科學(xué)性,并增強(qiáng)建筑細(xì)部構(gòu)造建設(shè)水平,建筑抗震概念的設(shè)計既包括對高層建筑建設(shè)位置進(jìn)行勘察,也包括建筑外部形態(tài)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的考察,還包括研究建筑設(shè)計人員的基本理念和基本思想,以便了解建筑的最終設(shè)計方案,制定出符合建筑實(shí)際要求的抗震設(shè)計概念。要對歷次地震災(zāi)害的具體破壞性進(jìn)行總結(jié),并根據(jù)抗震設(shè)計的經(jīng)驗對抗震概念進(jìn)行完善,高層建筑的抗震設(shè)計工作當(dāng)中,概念的設(shè)計環(huán)節(jié)比相關(guān)參數(shù)的計算更加重要。在對高層建筑的抗震結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計的過程中,要從影響建筑抗震性能的全局出發(fā)對建筑的結(jié)構(gòu)進(jìn)行科學(xué)的改造,并且結(jié)合建筑在重大地震災(zāi)害中可能出現(xiàn)的問題,對抗震概念的準(zhǔn)則進(jìn)行制定,只有做好了高層建筑的抗震概念設(shè)計工作,高層建筑的抗震性能才能真正得到保障。
二、抗震概念設(shè)計在高層建筑設(shè)計中的具體運(yùn)用
(一)科學(xué)的選擇高層建筑建設(shè)地址
地震災(zāi)害的發(fā)生并沒有完善的預(yù)警系統(tǒng),但是,高層建筑的抗震概念設(shè)計人員可以根據(jù)建筑建設(shè)地點(diǎn)在歷史上發(fā)生地震的強(qiáng)度和次數(shù)進(jìn)行地震發(fā)生可能性的估測,要選擇歷史上發(fā)生地震次數(shù)較少或不曾發(fā)生地震的地質(zhì)作為高層建筑的建設(shè)地址,并且對該地區(qū)的地質(zhì)狀況進(jìn)行調(diào)查,要選取地質(zhì)條件較為堅硬的地區(qū)或周邊缺少大型河流和湖波的地區(qū)作為高層建筑的施工地點(diǎn),以此保證高層建筑具備良好的抗震基礎(chǔ)。要盡可能選擇粘土作為高層建筑地基施工的土質(zhì),并且在檢測建筑抗震性能的過程中選擇間隔58m的點(diǎn)作為高層建筑的檢測距離,要在高層建筑抗震檢測的過程中做好參數(shù)的記錄,尤其是建筑外部凸起部分的檢測要加強(qiáng)重視程度【2】。研究表明,高層建筑外部凸起部分的抗震性能需要較凹陷部分的抗震性能強(qiáng)1.84倍,因此,要對高層建筑外部突出部位的抗震設(shè)施進(jìn)行加強(qiáng)處理。
(二)降低高層建筑的外部能量輸入
要加強(qiáng)對高層建筑施工場地覆蓋層的重視,盡可能選取較為輕薄的材質(zhì)作為施工場地的覆蓋層,要根據(jù)國家科研機(jī)構(gòu)制定的標(biāo)準(zhǔn)對覆蓋面的厚度進(jìn)行控制,從施工場地的地面到堅硬場地上面的面積需要進(jìn)行覆蓋面的處理,巖石是較為多見的堅硬場地的種類,場地的剪切波必須保證速度在500m/s以上【3】,在施工場地的土質(zhì)較為堅硬的區(qū)域和硬夾層區(qū)域,必須進(jìn)行特殊處理,不能采取同一般巖石施工相同的方法。在土質(zhì)較為疏松的區(qū)域,要運(yùn)用T0=4H/V作為公式,如果土質(zhì)的整體含量較大,要運(yùn)用T0=β4H/V作為公式。要借鑒其他國家的巖層處理經(jīng)驗,如果建筑屬性為柔性建筑,要注意對土質(zhì)密度較大的區(qū)域進(jìn)行震害檢測,保證地震災(zāi)害造成的破壞能夠盡可能多的對巖石材質(zhì)構(gòu)成影響,保證高層建筑的整體抗震性能。
(三)高層建筑的平立面布置
建筑設(shè)計應(yīng)根據(jù)抗震概念設(shè)計的要求,明確建筑形體的規(guī)則性。不規(guī)則的建筑應(yīng)按規(guī)定采取加強(qiáng)措施,特別不規(guī)則的建筑應(yīng)進(jìn)行專門研究和論證并采取特別的加強(qiáng)措施。不應(yīng)采取嚴(yán)重不規(guī)則的建筑。規(guī)則性評價需綜合考慮幾何布局、結(jié)構(gòu)設(shè)計以及使用等因素,總的要求是平面布置、質(zhì)量和抗側(cè)力構(gòu)件的平面布局宜規(guī)則、對稱,立面變化和側(cè)向剛度沿豎向宜均勻變化,豎向抗側(cè)力構(gòu)件的截面尺寸和材料強(qiáng)度宜自下而上逐漸減小,避免側(cè)向剛度和承載力的突變。建筑物的平面布置宜規(guī)則、對稱,平面不規(guī)則包括扭轉(zhuǎn)不規(guī)則、凹凸不規(guī)則和樓板局部不連續(xù)。
三、抗震概念設(shè)計在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計方面的具體運(yùn)用
在進(jìn)行結(jié)構(gòu)方案平面布置時,應(yīng)盡可能使得抗側(cè)力體系對稱分布,減輕房屋重量且保持重量分布較為均勻,以減小地震的扭轉(zhuǎn)影響。結(jié)構(gòu)布置應(yīng)有利于加大抗扭剛度和提高抗傾覆能力。因此,應(yīng)特別注意抗側(cè)剛度大的抗震墻、芯筒的位置,力求居中或?qū)ΨQ,在結(jié)構(gòu)布置一些抗震墻,可以提高結(jié)構(gòu)的抗扭剛度和抗傾覆能力。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)的豎向布置時,應(yīng)盡可能使其豎向剛度、強(qiáng)度變化均勻,
避免出現(xiàn)薄弱層,并應(yīng)盡可能降低房屋的重心。在地震中,第一道防線先行屈服或破壞,因此要求構(gòu)成第一道防線的部分應(yīng)當(dāng)是不負(fù)擔(dān)或少負(fù)擔(dān)豎向荷載的構(gòu)件,如填充墻、軸壓比小的抗震墻、柱或筒體等。在純框架結(jié)構(gòu)中,梁應(yīng)先于柱屈服,即“強(qiáng)柱弱梁”型框架。結(jié)構(gòu)整體的承載能力、變形能力取決于構(gòu)件的承載能力和變形能力的發(fā)揮,因此應(yīng)保證關(guān)鍵構(gòu)件、關(guān)鍵部位具有適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度和足夠的延性水平。在平面上,應(yīng)該在房屋周邊轉(zhuǎn)角處、平面突變處以及復(fù)雜平面各翼相接處的構(gòu)件延性著重提高。對于偏心結(jié)構(gòu),應(yīng)該對房屋周邊特別是剛度較弱一端構(gòu)件的延性進(jìn)行特別的加大。對于具有多道抗震防線的抗側(cè)力體系,應(yīng)著重提高第一道防線中構(gòu)件的延性。在同一構(gòu)件中,應(yīng)著重提高關(guān)鍵桿件的延性。在進(jìn)行抗震結(jié)構(gòu)材料的選擇時,應(yīng)該注重抗震結(jié)構(gòu)材料的性能,主要要求如下:具有較好的連接性、較好的延性、構(gòu)件的連接具有良好的整體性、能充分發(fā)揮材料的強(qiáng)度、延性系數(shù)高“、強(qiáng)度/重力”比值大、勻質(zhì)性好。按照上述標(biāo)準(zhǔn)來衡量,高層建筑使用不同材料的結(jié)構(gòu)類型,依其抗震性能優(yōu)劣而排序為:鋼結(jié)構(gòu)、型鋼混凝土結(jié)構(gòu)、混凝土-鋼混合結(jié)構(gòu)、現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)、裝配式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、配筋砌體結(jié)構(gòu)。
結(jié)束語:抗震概念設(shè)計是提升高層建筑抗震性能的重要設(shè)計工作,深入的分析抗震概念的重要意義,并從高層建筑具體施工和結(jié)構(gòu)設(shè)計方面對抗震概念的運(yùn)用進(jìn)行具體分析,對提升高層建筑的抗震性能,具有十分重要的意義。
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關(guān)鍵詞:高層建筑;抗震設(shè)計;結(jié)構(gòu)設(shè)計
引言
隨著建筑行業(yè)的快速發(fā)展,我國建筑逐漸向高層建筑和超高層建筑結(jié)構(gòu)發(fā)展。高層建筑的結(jié)構(gòu)復(fù)雜,層數(shù)比較高,建筑地基承受的荷載比較大。地震發(fā)生時,震源對高層建筑結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生沖擊力,容易造成建筑梁、柱斷裂,建筑倒塌等現(xiàn)象,嚴(yán)重威脅到人民群眾的安全。我國是地震災(zāi)害比較頻繁的國家,高層建筑抗震設(shè)計一直是社會關(guān)注的重點(diǎn),抗震設(shè)計的好壞直接關(guān)系到高層建筑的質(zhì)量。因此高層建筑抗震設(shè)計的時候要根據(jù)高層建筑的實(shí)際情況,提高建筑結(jié)構(gòu)抗震性能。
1超限高層建筑結(jié)構(gòu)基于性能抗震設(shè)計與常規(guī)抗震設(shè)計的比較
1.1基于性能的抗震設(shè)計的概念
概念設(shè)計是目前一種比較先進(jìn)的設(shè)計理念,與傳統(tǒng)建筑設(shè)計相比,概念設(shè)計不需要精準(zhǔn)的計算或參考建筑設(shè)計規(guī)范相關(guān)的目錄,而是設(shè)計者根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗,按照建筑結(jié)構(gòu)體系的力學(xué)關(guān)系、結(jié)構(gòu)破壞機(jī)理,從建筑結(jié)構(gòu)整體進(jìn)行把握設(shè)計。傳統(tǒng)的建筑設(shè)計思想無法滿足人們對建筑結(jié)構(gòu)抗震功能的要求,為了提高建筑結(jié)構(gòu)抗震安全性能要求,抗震設(shè)計已經(jīng)發(fā)生了較大變化。比如建筑結(jié)構(gòu)以力分析為主并兼顧力與變形,考慮到建筑結(jié)構(gòu)變形、耗能和損失,以及非線性分析和可靠性分析?;谛阅艿目拐鹪O(shè)計是20世紀(jì)90年代美國建筑設(shè)計師提出來的一個全新的設(shè)計理念。它的主要核心是將抗震設(shè)計從保護(hù)居民生命財產(chǎn)安全為基本目標(biāo)轉(zhuǎn)移到不同風(fēng)險水平地震作用力下滿足人們對建筑的性能要求,通過多層次、多目標(biāo)的抗震安全設(shè)計,保障建筑安全,最終實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和投資效益的平衡,滿足人們對建筑的個性需求。
1.2我國常規(guī)抗震設(shè)計方法
當(dāng)前大部分國家的抗震設(shè)計規(guī)范為“小震不壞、中震可修、大震不倒”的原則,我國采用二階段抗震設(shè)計方法滿足工業(yè)建筑和民用建筑實(shí)現(xiàn)以上三個原則的抗震要求,并在這個基礎(chǔ)上根據(jù)建筑物抗震重要性分成甲、乙、丙、丁四類建筑物,根據(jù)建筑物的類別設(shè)置相應(yīng)的抗震防烈要求。二階段抗震設(shè)計方法如下:第一階段是對建筑結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行驗算,也就是小震的地震洞參數(shù),通過彈性模量計算建筑結(jié)構(gòu)的彈性地震作用力,并與建筑物風(fēng)荷載、雪荷載、水平荷載等進(jìn)行組合,計算建筑結(jié)構(gòu)截面的抗震承載力,確保建筑結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度,并通過合理的平面結(jié)構(gòu)布置,確保建筑結(jié)構(gòu)的抗拉力。第二階段則是驗算建筑結(jié)構(gòu)的彈塑性,也就是對地震作用下很容易倒塌的建筑結(jié)構(gòu)按照大震標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計,處理好建筑結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié),以免地震發(fā)生時首先沖擊建筑結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié),影響到整個建筑結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性。
1.3常規(guī)抗震設(shè)計方法與基于性能抗震設(shè)計方法的比較
基于常規(guī)抗震設(shè)計方法與基于性能抗震設(shè)計方法在設(shè)防目標(biāo)、設(shè)計實(shí)施方法和檢驗方法、實(shí)現(xiàn)性能和工程應(yīng)用方面都有所不同,具體見表1。通過比較發(fā)現(xiàn),基于性能抗震設(shè)計方法是未來建筑抗震設(shè)計的發(fā)展方向,它適應(yīng)了社會新技術(shù)和新工藝發(fā)展需求,能夠滿足建筑業(yè)務(wù)單位和使用單位對建筑結(jié)構(gòu)安全性、經(jīng)濟(jì)性等相關(guān)要求。
2超限高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能目標(biāo)
某酒店塔樓的高度是168.9m,結(jié)構(gòu)計算高度為176m,建筑結(jié)構(gòu)為B類鋼筋混凝土高層建筑。建筑場地類別為III類,建筑抗震等級為二級。
2.1結(jié)構(gòu)的抗震性能水準(zhǔn)
按照相關(guān)規(guī)定,酒店的塔樓高度、平面扭轉(zhuǎn)不規(guī)則等不能超限,所以在第一、二階段抗震設(shè)計過程中,必須采取有效的方法滿足建筑工程國家以及地方相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn),并將基于性能抗震設(shè)計目標(biāo)概念進(jìn)行設(shè)計。按照《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》給出的抗震性能設(shè)計方法以及《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》中的相關(guān)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計,確定該酒店的性能水準(zhǔn)為C類,具體控制目標(biāo)如下:
2.2建筑結(jié)構(gòu)的性能目標(biāo)
超限高層建筑結(jié)構(gòu)規(guī)則性、高度等方面超出了建筑工程規(guī)范中的適用限值,使得抗震設(shè)計缺乏相應(yīng)的參考依據(jù)?;谛阅苣繕?biāo)設(shè)計方法在設(shè)計的時候,需要綜合考慮到建筑場地實(shí)際設(shè)防裂度、超高限值以及建筑結(jié)構(gòu)不規(guī)則等經(jīng)濟(jì)因素,對超高建筑的薄弱環(huán)節(jié)、主抗側(cè)力構(gòu)件等結(jié)構(gòu)變形能力和抗震承載能力有具體的性能目標(biāo)。按照建筑工程設(shè)計中相關(guān)內(nèi)容,建筑結(jié)構(gòu)關(guān)鍵構(gòu)件由建筑結(jié)構(gòu)工程師根據(jù)工程實(shí)際情況分析。比如水平轉(zhuǎn)換構(gòu)件和支撐豎向構(gòu)件、大懸挑結(jié)構(gòu)的主要懸挑構(gòu)件、長短柱在同一樓層的數(shù)量相當(dāng)于在該層各個長短柱等要求。這其實(shí)是將過去常規(guī)抗震設(shè)計中的“小震不壞、中震可修、大震不倒”的抗震設(shè)計原則進(jìn)行量化和細(xì)化。比如將A級性能目標(biāo)設(shè)計要求建筑結(jié)構(gòu)小震不壞、中震和大震不壞,就是要求建筑結(jié)構(gòu)在中震和大震中依然保持一定的彈性。
3結(jié)語
隨著建筑行業(yè)的快速發(fā)展,常規(guī)的建筑工程抗震設(shè)計方法已經(jīng)無法滿足當(dāng)下建筑設(shè)計的要求,基于建筑結(jié)構(gòu)性能抗震設(shè)計理念對抗震結(jié)構(gòu)的目標(biāo)進(jìn)行量化,明確抗震目標(biāo)性能,能夠提高建筑結(jié)構(gòu)抗震性能,必將成為建筑行業(yè)的發(fā)展趨勢。
參考文獻(xiàn):
[關(guān)鍵詞]抗震結(jié)構(gòu);高層混凝土建筑;設(shè)計
文章編號:2095-4085(2015)10-0066-02
目前,我國建筑行業(yè)發(fā)展迅速,建筑工程逐漸向高層建筑發(fā)展。高層建筑工程的抗震性與一般建筑工程相比顯得更為重要。高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計是一種新型的建筑結(jié)構(gòu),抗震性能更為良好,在高層建筑工程的施工過程中得到了廣泛的應(yīng)用。
1建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計的必要性
在高層建筑設(shè)計中,做好抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計是非常必要的。隨著我國的城市化進(jìn)程不斷加快,城市中的人口和土地的矛盾逐漸增大。在這樣的背景下,高層建筑得到了迅猛發(fā)展,并且迅速成為城市建筑發(fā)展的主流方向。但是,建筑高度越高,其自身的重量也就越大,對于震動的抵抗能力越差,如果高層建筑的設(shè)計還按照普通建筑設(shè)計的方法,一旦遭遇地震,必然會導(dǎo)致建筑的損壞或倒塌,引發(fā)嚴(yán)重的后果。因此,設(shè)計人員應(yīng)該充分重視建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計,確保結(jié)構(gòu)能夠在強(qiáng)度、剛度、延性等方面達(dá)到最佳,實(shí)現(xiàn)“小震不動、中震可修、大震不倒”的目的,保障建筑的使用安全。
2抗震結(jié)構(gòu)在高層建筑中的設(shè)計
2.1科學(xué)選定建設(shè)位置
高層混凝土建筑的施工過程中,在進(jìn)行選址時,必須將地質(zhì)災(zāi)害如地震等考慮進(jìn)去,科學(xué)地進(jìn)行建設(shè)位置的選定,對高層混凝土建筑的抗震設(shè)計有著非常重要的作用。(1)高層混凝土建筑的施工地點(diǎn)應(yīng)該盡量遠(yuǎn)離低洼沼澤還陡峭的山坡;(2)在高層混凝土建筑的周圍不能有變電所和火力發(fā)電廠等影響其安全性的建筑設(shè)施。
2.2選用合適的建筑材料
合理選擇高層建結(jié)構(gòu)材料也有利于提高建筑設(shè)施的抗震性能。從抗震設(shè)計的角度對建筑工程所用材料參數(shù)進(jìn)行有效分析,選用符合高層建筑抗震要求的工程材料。盡量選用高性能混凝土和高強(qiáng)鋼筋及其他高強(qiáng)輕質(zhì)材料,以提高提高構(gòu)件內(nèi)力及抗震性能,并應(yīng)積極運(yùn)用新型減震、隔震材料。
2.3對建筑主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理設(shè)計
高層混凝土建筑的主體結(jié)構(gòu)和建筑物的質(zhì)量有著非常重要的關(guān)聯(lián)。主體結(jié)構(gòu)相同的建筑物應(yīng)當(dāng)在相同或相似的地基上進(jìn)行施工,如果地基的位置出現(xiàn)了液化土、橡皮土和新填土等土層時,由于這些土層的承載力不同,所以要采取一定的處理使基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的剛度增強(qiáng),使地基能夠承載建筑物。底框結(jié)構(gòu)的實(shí)用性較強(qiáng),并且經(jīng)濟(jì)性也非常的強(qiáng),在建筑工程中得到了廣泛的應(yīng)用。但是該結(jié)構(gòu)體系的剛度分布不夠均勻,有極大的可能導(dǎo)致建筑物的整體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不均勻變形,更有甚者會造成建筑的部分開裂,所以在高設(shè)防烈度地區(qū)不宜使用這種結(jié)構(gòu),在進(jìn)行建筑主體結(jié)構(gòu)的設(shè)計時,相關(guān)的設(shè)計人員必須采取一定的措施保證建筑物的上下部分剛度均勻一致,將高層混凝土建筑的抗震性進(jìn)行真正的提高。
2.4降低剪力帶來的破壞性影響
高層建筑的混凝土結(jié)構(gòu)具有一定的抗剪能力,但是混凝土一旦形成塑性鉸,其梁端的抗剪能力會變低,甚至低于非抗震狀態(tài)的抗剪能力,所以在進(jìn)行高層混凝土建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計時,要加強(qiáng)柱端、梁端和節(jié)點(diǎn)的組合剪力值,這樣才可以有效的提高高層建筑的混凝土結(jié)構(gòu)抗剪能力。
2.5保證結(jié)構(gòu)的規(guī)則性
建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)則性是指建筑物在平立面外形尺寸承載力分布、抗側(cè)能力構(gòu)件布置等多方面因素要求。在以往的大部分地震災(zāi)害研究中都說明了平立面簡單并且結(jié)構(gòu)對稱的建筑物在地震時,抗震能力比其他建筑物要高。因為這種結(jié)構(gòu)的建筑物的地震反應(yīng)容易被估算出來,有利于人們采取有效的抗震構(gòu)造措施并且對細(xì)部進(jìn)行處理。保證建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)則性,要求建筑物的平面要對稱均勻,體型簡單,結(jié)構(gòu)的剛度要沿建筑物豎向變化均勻。
2.6控制扭轉(zhuǎn)效應(yīng)
地震有水平作用、豎向作用以及扭轉(zhuǎn)作用等多種作用力,在這種情況下,就會很難掌握計算其破壞力,如房屋倒塌、地裂、較強(qiáng)的地勢波動等。地震的隨時性較大,包含的不穩(wěn)定因素較多,這就對高層混凝土建筑抗震方面的結(jié)構(gòu)設(shè)計提出了更高的要求,要不斷加強(qiáng)對地震帶來的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的重視。所有的細(xì)節(jié)都要與其相關(guān)設(shè)計要求達(dá)到一致,對暴露出問題的地方一經(jīng)發(fā)現(xiàn),要馬上進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整,盡最大的努力降低地震扭轉(zhuǎn)帶來的不良影響。
關(guān)鍵詞: 高層建筑;結(jié)構(gòu)設(shè)計;抗震概念;應(yīng)用
中圖分類號:TU97文獻(xiàn)標(biāo)識碼: A
0引言;近年來,由于人類對于自然環(huán)境的不斷破壞,各類自然災(zāi)害發(fā)生的較為頻繁。高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中抗震概念設(shè)計是對建筑抗震設(shè)計的宏觀控制,合理的運(yùn)用抗震概念和原則是建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的必要前提,在高層建筑工程一開始從建筑的場地選擇、平立面形式、結(jié)構(gòu)布置以及延性等方面進(jìn)行考慮,從根本上消除高層建筑中抗震的薄弱環(huán)節(jié),再通過計算與結(jié)構(gòu)措施,能夠保證設(shè)計出的高層建筑具有良好的抗震能力,顯著的提高高層建筑的抗震可靠度。
一.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中抗震概念設(shè)計的意義
高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中應(yīng)該非常重視抗震概念設(shè)計,因為高層建筑結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜,當(dāng)發(fā)生地震時具有動力不確定性特點(diǎn),人們對地震時對結(jié)構(gòu)認(rèn)識的局限性,再加上材料性能和施工安裝的變易性、模擬地震波的模糊性等因素,導(dǎo)致計算結(jié)果和實(shí)際之間具有很大的差異。簡單的依賴數(shù)值計算獲得結(jié)構(gòu)并不能有效的解決高層建筑的實(shí)際抗震問題,尤其是地質(zhì)特征的差異性原因,導(dǎo)致許多國家甚至是地區(qū)指定的抗震規(guī)范都有明顯的差異。高層建筑結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計在依據(jù)數(shù)值計算的基礎(chǔ)上,還增加了實(shí)踐經(jīng)驗元素,并且結(jié)構(gòu)概念設(shè)計甚至比分析計算更重要,使得這一抗震設(shè)計理念能夠滿足區(qū)域差別下從事高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的實(shí)際需求。強(qiáng)調(diào)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中抗震概念設(shè)計的重要性,其目的是為了引起高層建筑結(jié)構(gòu)工程是在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時,特別重視相應(yīng)的結(jié)構(gòu)規(guī)程以及抗震概念設(shè)計中的相關(guān)規(guī)定,從而擺脫傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計中只重視計算結(jié)果的誤區(qū),要求結(jié)構(gòu)工程師嚴(yán)格的按照結(jié)構(gòu)設(shè)計計算原則,再結(jié)合地區(qū)的抗震規(guī)范,以此保證高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能。
二.影響建筑物抗震效果的因素
2.1 建筑結(jié)構(gòu)建造過程中所使用的材料和施工過程在實(shí)際抗震設(shè)計時,抗震 效果與建筑結(jié)構(gòu)的材料具有十分密切的關(guān)系。但在許多時候工作人員往往意識不到這一點(diǎn)。建筑材料的質(zhì)量的好壞與建筑物所受到的地震作用力有直接的關(guān)系,質(zhì)量好的材料所受到的地震作用力就小,則質(zhì)量差的則所受到的力就大。因此一些輕型材料的應(yīng)用,對于提高建筑物的抗震性能具有非常好的效果,不僅施工材料對于抗震性能有所影響,施工過程中的每一個具體環(huán)節(jié)都會對抗震效果有所影響,所以在高層建筑施工中,要控制好施工的質(zhì)量,做好相應(yīng)的監(jiān)管工作,從而保證高層建筑的施工質(zhì)量,使建筑的抗震效果有所保證。
2.2 建筑物自身的結(jié)構(gòu)設(shè)計
結(jié)構(gòu)設(shè)計的好壞直接關(guān)乎建筑物的質(zhì)量,同時也是對抗震效果具有關(guān)鍵性的影響因素,所以在實(shí)際建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計中,保證抗震效果是非常必要的。目前在建筑物抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計時通常以在震不壞、大震不倒為目標(biāo),因此在建筑設(shè)計時,無論是點(diǎn)式還是板式建筑,其合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計都是十分重要的,這對提高建筑物的抗震效果將起到積極的作用。另外建筑物在平面結(jié)構(gòu)布置時,其盡量做到質(zhì)心和剛心的重合,因為在建筑物平面布置時一般都較為復(fù)雜,一旦發(fā)生地震如果質(zhì)心和剛心不一致時則會導(dǎo)致地震的作用力加劇,從而形成較大的破壞性,所以為了有效的提高地城的抗震能力,則需要做到質(zhì)心與剛心的重合。
2.3 建筑物所處地質(zhì)環(huán)境情況
建筑物所處位置的地質(zhì)情況對建筑抵抗各種自然災(zāi)害發(fā)生時的破壞性具有非常重要的意義。通常在地震發(fā)生時,如果建筑物位于巖石地帶、山體附近、容易產(chǎn)生滑坡的地質(zhì)情況下時,則一旦發(fā)生地震所造成的破壞是十分巨大的。所以為了有效的增強(qiáng)建筑的抗震性能,可以在進(jìn)行建筑位置選擇時即做好詳細(xì)的勘測工作,盡量避開容易在地震中由于導(dǎo)致地表發(fā)生變化的不利地段,選擇有利的地點(diǎn)進(jìn)行建筑物建造。
三.抗震概念設(shè)計在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用
3.1抗震概念設(shè)計應(yīng)該重視高層建筑的結(jié)構(gòu)規(guī)律。在高層建筑的抗震概念設(shè) 計應(yīng)用中,應(yīng)該對高層建筑的體型設(shè)計進(jìn)行科學(xué)的修正,保證在質(zhì)量、剛度、對稱、規(guī)則上分布均勻,保證設(shè)計的整體性,避免局部出現(xiàn)剛度過大的問題。高層建筑的結(jié)構(gòu)布局對抗震概念設(shè)計具有十分重要的作用,簡單、對稱的建筑在地震中的應(yīng)力分析和實(shí)際反映很容易做到,并且能夠達(dá)到相一致,但是在凹凸的立面與錯層設(shè)計的高層建筑中,當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時將會產(chǎn)生復(fù)雜的地震效應(yīng),很難做到對高層建筑抗震效果的最佳分析。因此,高層建筑的抗震概念設(shè)計應(yīng)該重視結(jié)構(gòu)的規(guī)律性。
3.2抗震概念設(shè)計在結(jié)構(gòu)體系上的應(yīng)用。高層建筑抗震結(jié)構(gòu)體系是抗震概念設(shè)計的關(guān)鍵,抗震概念設(shè)計在結(jié)構(gòu)體系上的應(yīng)用依據(jù)高層建筑物的高度以及抗震等級選擇合適的抗側(cè)力體系,通過概念近似手算確定結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的可行性以及主要構(gòu)件的基本尺寸??拐鸾Y(jié)構(gòu)方案選擇的合理性,直接影響建筑抗震概念設(shè)計的經(jīng)濟(jì)性與安全性。合理的選擇建筑結(jié)構(gòu)體系,應(yīng)該注意以下三個方面: 其一,選擇建筑結(jié)構(gòu)體系時,應(yīng)該對因為部分結(jié)構(gòu)或者部分構(gòu)件的破壞而導(dǎo)致整體建筑結(jié)構(gòu)體系喪失對抗震能力或者重力荷載的承載能力,應(yīng)該堅持抗震設(shè)計原則中的贅余度功能和內(nèi)力重分配功能,這一原則的重要性在許多建筑物地震后的實(shí)際狀況中都得到了很好的印證; 其二,選擇建筑結(jié)構(gòu)體系時,不僅僅應(yīng)該要求建筑體系的受力明確、傳力合理以及傳力路線,還應(yīng)該有合理的地震作用傳遞途徑和明確的計算簡圖,這些都應(yīng)該和不間斷的抗震分析相符合; 其三,其中延性是建筑結(jié)構(gòu)中的重要特性之一,結(jié)構(gòu)體系的變形能力取決于組成結(jié)構(gòu)的構(gòu)件和連接的延性水平,提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的延性水平,是提高高層建筑抗震設(shè)計概念在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)用中的重點(diǎn)問題,通過采用豎向和水平向混凝土構(gòu)件,能夠增強(qiáng)對砌體結(jié)構(gòu)的約束,當(dāng)配筋砌體在地震中即使產(chǎn)生裂縫也不會倒塌或者散落,保證高層建筑早地震中不至于喪失對重力荷載的承載能力。
3.3抗震概念設(shè)計在結(jié)構(gòu)構(gòu)件上的應(yīng)用。高層建筑抗震的實(shí)現(xiàn)需要各個構(gòu)件的支撐,因此,抗震結(jié)構(gòu)體系中的各個構(gòu)件都必須具有一定的剛度與強(qiáng)度,并且還應(yīng)該具有可靠的連接性。高層建筑的結(jié)構(gòu)體系是一個多層次超靜定結(jié)構(gòu),因此其抗震結(jié)構(gòu)也應(yīng)該設(shè)置多道抗震防線,這樣在地震作用下,即使一部分構(gòu)件先被破壞,剩余的構(gòu)件依然具備支撐的作用,形成獨(dú)立的抗震結(jié)構(gòu),承受地震力與豎向荷載。因此,合理的預(yù)見高層建筑結(jié)構(gòu)先屈服或者破壞的位置,適當(dāng)?shù)恼{(diào)整構(gòu)件的強(qiáng)弱關(guān)系,形成多道抗震防線,實(shí)現(xiàn)對高層建筑結(jié)構(gòu)體系的合理控制,這是結(jié)構(gòu)抗震耗能的一種有效措施,是建筑抗震結(jié)構(gòu)概念設(shè)計的重要內(nèi)容。
四.結(jié)束語
總而言之;隨著高層建筑的不斷興起,其抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計成為人們關(guān)注的焦點(diǎn),目前技術(shù)的進(jìn)步,使高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計技術(shù)和方法越來越先進(jìn),越來越完善。但社會需求的不斷提升,也需要設(shè)計人員不斷強(qiáng)化自身的專業(yè)技能,同時還要做好對建筑環(huán)境及地質(zhì)的分析和研究工作,從而根據(jù)實(shí)際情況來選擇適合的抗震結(jié)構(gòu),從而增強(qiáng)高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震能力,避免在地震發(fā)生時造成嚴(yán)重的傷亡和損失。
參考文獻(xiàn)
關(guān)鍵詞:高層建筑;抗震;結(jié)構(gòu)設(shè)計;理論
中圖分類號:[TU208.3] 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A
1 我國的高層建筑發(fā)展歷程
上世紀(jì)80年代,我國高層建筑在設(shè)計計算機(jī)施工技術(shù)等領(lǐng)域快速發(fā)展,100m左右及以上的將建筑快速發(fā)展,多以鋼筋為主要材料,在層數(shù)與高度增加的同時,功能與類型也日益增多。各大城市幾乎都建立了具有各自特色的建筑,以上海錦江飯店為代表:高度達(dá)到153.52m,全部采用的鋼結(jié)構(gòu)體系;而深圳的發(fā)展中心大廈有43層,高度達(dá)到165.3m,算上天線高度達(dá)到185.3m,是我國第一幢大型的高層鋼結(jié)構(gòu)建筑。到了90年代,我國的高層建筑結(jié)構(gòu)從設(shè)計到施工進(jìn)入到一個新的階段,除了體系與材料的多樣化,高度上也有了質(zhì)的飛躍。在1995年完工的深圳地王大廈,共有81層,高度達(dá)到385.95m,居世界第四高。
2 建筑抗震的理論
2.1 建筑結(jié)構(gòu)的抗震規(guī)范
一般的抗震規(guī)范都是各國結(jié)合具體的情況進(jìn)行的經(jīng)驗總結(jié),是指導(dǎo)抗震設(shè)計的法定文件,及反應(yīng)國家經(jīng)濟(jì)與建設(shè)的發(fā)展水平,也反映了各個國家的抗震經(jīng)驗。盡管抗震理論不斷完善,技術(shù)水平也在不斷地提高,但是必須要有實(shí)踐的指導(dǎo),要將建筑工程的安全性放在首要位置,容不得任何的大意與疏忽?;谶@一認(rèn)識,現(xiàn)代建筑部分條文被列為強(qiáng)制條文,使用了“嚴(yán)禁、不得”等絕對性的字眼,同時也有不同條文有較大的自由空間。
2.2 建筑抗震設(shè)計的理論
當(dāng)前建筑抗震設(shè)計的理論主要分為擬靜力理論、反應(yīng)譜理論及動力理論。擬靜力理論起源于20世紀(jì)10~40年代出現(xiàn)的理論,在估測地震對結(jié)構(gòu)的影響時,假設(shè)結(jié)構(gòu)為剛性,地震水平作用在結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的質(zhì)量中心,地震力的大小當(dāng)于結(jié)構(gòu)的重量乘以一個比例常數(shù)(地震系數(shù))。
反應(yīng)譜理論是在上世紀(jì)40-60年展起來的,以強(qiáng)地震動加速度觀測記錄的增多與對地震地面運(yùn)動特性的進(jìn)一步了解,及結(jié)構(gòu)動力反應(yīng)特性的研究為基礎(chǔ),是加理工學(xué)院的學(xué)者對地震加速度記錄的特性進(jìn)行分析后獲得的成果。
動力理論是上世紀(jì)70-80年代的應(yīng)用較為廣泛的地震動力理論,是在60年代以來電子計算機(jī)技術(shù)與試驗技術(shù)的發(fā)展為基礎(chǔ),人們對各類結(jié)構(gòu)在地震作用下的線性與非線性的反應(yīng)過程也有了較多的了解,隨著強(qiáng)震觀測臺的增加,各種受損結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)記錄也在不斷地增加。進(jìn)一步動力理論也稱地震時程分析理論,它將地震作為一個時間過程,選擇具有代表性的地震加速度時過程作為地震動輸入,建筑物簡化為多自由度體系,計算得到每一時刻建筑物的地震反應(yīng),完成設(shè)計工作。
3 高層建筑的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計
3.1 必要的抗震對策
在高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計中國,出了要考慮到概念的設(shè)計,還要進(jìn)行驗算,結(jié)合地震的情況,要在高度允許的范圍內(nèi)建造,增加結(jié)構(gòu)的延性。在當(dāng)前的抗震設(shè)計中,抗震驗算及構(gòu)造與措施等角度入手進(jìn)行分析,提高結(jié)構(gòu)的抗震性與消震性能。建立地震力與結(jié)構(gòu)延性互相影響的雙重設(shè)計指標(biāo),直到達(dá)到預(yù)期的抗震效果。當(dāng)前強(qiáng)柱弱梁,強(qiáng)剪弱彎和強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件在提高結(jié)構(gòu)延性方面的作用已得到普遍的認(rèn)可。
3.2 高層建筑的抗震設(shè)計思想
在《建筑抗震規(guī)范》中有明文規(guī)定,建筑的抗震設(shè)防要符合“三水準(zhǔn)、兩階段”的要求。所謂的“三水準(zhǔn)”就是指“小震不壞,中震可修,大震不倒”。當(dāng)遇到第一設(shè)防烈度地震即低于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的地震時,結(jié)構(gòu)處于彈性變形階段,建筑物可以正常使用。一般情況下,建筑物不會被損害,也不需要修理即可使用。所以,高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計要滿足地震頻發(fā)下的承載力極限,要求建筑的彈性變形不超過規(guī)定的彈性變形限值。當(dāng)遇到第二設(shè)防烈度地震即相當(dāng)于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的基本烈度地震時,結(jié)構(gòu)屈服進(jìn)入非彈性變形階段,建筑物結(jié)構(gòu)會發(fā)生損害,但是不經(jīng)修理或者簡單修理就可以繼續(xù)使用。所以,建筑結(jié)構(gòu)必須要有足夠的延性能力,不會出現(xiàn)脆性破壞。當(dāng)發(fā)生第三設(shè)防烈度地震的情況下,就是遇到本地區(qū)地震極限外的情況,結(jié)構(gòu)會受到非常嚴(yán)重的損害,但是結(jié)構(gòu)的非彈性變形距離倒塌仍有一段距離,不致產(chǎn)生危及生命的損害,保障了居住人員的安全。所以在進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中,要保證建筑的足夠變形能力,其彈塑變形要在規(guī)范的數(shù)值之內(nèi),保證結(jié)構(gòu)良好的抗震性能。三個水準(zhǔn)烈度的地震作用水平是根據(jù)不同超越概率進(jìn)行區(qū)分的,一般情況下是:
多遇地震:50年超越概率63.2%,重現(xiàn)期50年;設(shè)防烈度地震(基本地震):50年超越概率10%,重現(xiàn)期475年;罕遇地震:50年超越概率2%-3%,重現(xiàn)期1641-2475年,平均約為2000年。
從高層建筑的抗震水準(zhǔn)來看,設(shè)防的要求是通過“兩個階段”設(shè)計來實(shí)現(xiàn)的,具體方法如下:第一環(huán)節(jié),第一步采用與第一水準(zhǔn)烈度相應(yīng)的地震動參數(shù),提前計算出高層建筑結(jié)構(gòu)在彈性狀態(tài)下的地震作用效應(yīng),與風(fēng)力、重力荷載進(jìn)行高效組合。同時引入承載力抗震調(diào)整系數(shù),進(jìn)行構(gòu)件截面的準(zhǔn)確射擊,進(jìn)而達(dá)到第一水準(zhǔn)的強(qiáng)度要求;然后是運(yùn)用同一地震參數(shù)計算出結(jié)構(gòu)的層間位移角,使其可以在抗震規(guī)范設(shè)定的限值之內(nèi);同時采用相應(yīng)的抗震構(gòu)造對策,確保結(jié)構(gòu)可以有足夠的延性、變形能力與塑形耗能,進(jìn)而達(dá)到第二水準(zhǔn)的變形目的。而第二階段則是運(yùn)用與第三水準(zhǔn)對應(yīng)的地震動參數(shù),算出結(jié)構(gòu)的彈塑性層間位移角,使其在抗震規(guī)范的限值之內(nèi),然后進(jìn)行必要的抗震構(gòu)造對策,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)第三水準(zhǔn)的防倒塌目的。
3.3 現(xiàn)代高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計方法
在《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》中對各類的建筑結(jié)構(gòu)的抗震計算應(yīng)該采用的方法都有明確的規(guī)定:高度要在40m之內(nèi),以剪切變形為主且質(zhì)量和剛度沿高度分布比較均勻的結(jié)構(gòu),以及近似于單質(zhì)點(diǎn)體系的結(jié)構(gòu),可采用底部剪力法等簡化方法;除1款外的建筑結(jié)構(gòu),宜采用振型分解反應(yīng)譜方法;特別不規(guī)則的建筑、甲類建筑和限制高度范圍的高層建筑,應(yīng)采用時程分析法進(jìn)行多遇地震下的補(bǔ)充計算,可取多條時程曲線計算結(jié)果的平均值與振型分解反應(yīng)譜法計算結(jié)果的較大值。
結(jié)語
地震是威脅較大的天災(zāi)之一,必須要加強(qiáng)防御,從上文的分析中我們可以看到,高層建筑的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計必須要在要求的限值之內(nèi),保證結(jié)構(gòu)的良好性能,提高建筑的使用性能。
參考文獻(xiàn)
[1]朱鏡清.結(jié)構(gòu)抗震分析原理[M].地震出版社,2002.
[2]李彬.對于高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計探討[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品.2012(02).
關(guān)鍵詞:高層建筑;結(jié)構(gòu)設(shè)計;抗震性能
地震作用影響因素極為復(fù)雜,它是一種隨機(jī)的、尚不能準(zhǔn)確預(yù)見和準(zhǔn)確計算的外部作用,目前規(guī)范給出的計算方法還是一種半經(jīng)驗半理論的方法,要進(jìn)行精確的抗震計算還有一定的困難,因此高層建筑抗震安全問題必須引起建筑師們的高度重視,及時采取有效措施,防患于未然。
1 我國高層建筑發(fā)展概況
隨著社會的進(jìn)步,在20世紀(jì)80年代,是我國高層建筑在設(shè)計計算及施工技術(shù)各方面迅速發(fā)展的階段。從各大中城市普遍興建高層或超高層以鋼筋為主的建筑,建筑層數(shù)和高度不斷增加,功能和類型越來越復(fù)雜,結(jié)構(gòu)體系日趨多樣化。當(dāng)進(jìn)入90年代以來我國高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計與施工技術(shù)進(jìn)入了新的階段,不僅結(jié)構(gòu)體系及建筑材料出現(xiàn)多樣化,而且在高度上長幅很大有一個飛躍。東方明珠廣播電視塔,坐落在中國上海浦東新區(qū)陸家嘴,毗鄰黃浦江,與外灘隔江相望。建筑動工于1991年,于1994年竣工,投資總額達(dá)8.3億元。高467.9m,亞洲第一,世界第三高塔。
2 建筑抗震的理論分析
對于建筑結(jié)構(gòu)抗震規(guī)范實(shí)際上是各國建筑抗震經(jīng)驗帶有權(quán)威性的總結(jié),是指導(dǎo)建筑抗震設(shè)計的法定性文件。它不僅反映了各個國家經(jīng)濟(jì)與建設(shè)的時代水平,也反映了各個國家的具體抗震實(shí)踐經(jīng)驗。它雖然受抗震有關(guān)科學(xué)理論的引導(dǎo),向技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理性的方向發(fā)展,但它更要有堅定的工程實(shí)踐基礎(chǔ),把建筑工程的安全性放在首位,容不得半點(diǎn)冒險和不實(shí)。其中動力理論是20世紀(jì)70年代~80年代廣為應(yīng)用的地震動力理論。它的主要發(fā)展除了基于60年代以來電子計算機(jī)技術(shù)和試驗技術(shù)外,人們也對各類結(jié)構(gòu)在地震作用下的線性與非線性反應(yīng)過程有了較多的了解,同時隨著強(qiáng)震觀測臺站的不斷增多,各種受損結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)記錄也不斷增多。進(jìn)一步動力理論也稱地震時程分析理論,它把地震作為一個時間過程,選擇有代表性的地震動加速度時程作為地震動輸入,建筑物簡化為多自由度體系,計算得到每一時刻建筑物的地震反應(yīng),從而完成抗震設(shè)計工作。
3 高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的基本內(nèi)容
3.1 應(yīng)重視建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)則性
建筑設(shè)計應(yīng)符合抗震概念設(shè)計的要求,不應(yīng)采用嚴(yán)重不規(guī)則的設(shè)計方案。合理的建筑布置在抗震設(shè)計中是頭等重要的,提倡平、立面簡單對稱。因為震害表明,對稱建筑在地震時較不容易破壞,容易估計出其地震反應(yīng),宜于采取相應(yīng)的抗震構(gòu)造進(jìn)行細(xì)部處理。
3.2 抗震概念設(shè)計應(yīng)堅持的措施和原則
結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)具有必要的承載力、剛度、穩(wěn)定性、延性等方面的性能 1)結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)遵守“強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件、強(qiáng)底層柱(墻)”的原則。2)對可能造成結(jié)構(gòu)的相對薄弱部位,應(yīng)采取措施提高抗震能力。3)承受豎向荷載的主要構(gòu)件不宜作為主要耗能構(gòu)件。
3.3 抗震措施
在滿足抗震設(shè)防要求的高層建筑除應(yīng)滿足強(qiáng)度、剛度要求外,還要滿足延性的要求。鋼筋混凝土材料本身自重較大,所以對于高層建筑的底層柱,隨著建筑物高度的增加,其所承擔(dān)的軸力不斷增加,而抗震設(shè)計對結(jié)構(gòu)構(gòu)件有明確的延性要求,在層高一定的情況下,提高延性就要將軸壓比控制在一定的范圍內(nèi)而不能過大,這樣則必然導(dǎo)致柱截面的增大,從而形成短柱,甚至成為剪跨比小于1.5的超短柱。眾所周知,短柱的延性很差,尤其是超短柱幾乎沒有延性,在建筑遭受本地區(qū)設(shè)防烈度或高于本地區(qū)設(shè)防烈度的地震影響時,很容易發(fā)生剪切破壞而造成結(jié)構(gòu)破壞甚至倒塌。
3.3.1 使用復(fù)合螺旋箍筋 高層建筑框架柱的抗剪能力是應(yīng)該滿足剪壓比限值和“強(qiáng)剪弱彎”要求的,柱端的抗彎承載力也是應(yīng)該滿足“強(qiáng)柱弱梁”要求的。對于短柱,只要符合“強(qiáng)剪弱彎”和“強(qiáng)柱弱梁”的要求,是能夠做到使其不發(fā)生剪切型破壞的。因此,使用復(fù)合螺旋箍筋來提高柱子的抗剪承載力,改善對混凝土的約束作用,能夠達(dá)到改善短柱抗震性能的目的。
3.3.2 采用分體柱 由于短柱的抗彎承載力比抗剪承載力要大得多,在地震作用下往往是因剪壞而失效,其抗彎強(qiáng)度不能完全發(fā)揮。因此,可人為地削弱短柱的抗彎強(qiáng)度,使抗彎強(qiáng)度相應(yīng)于或略低于抗剪強(qiáng)度,這樣,在地震作用下,柱子將首先達(dá)到抗彎強(qiáng)度,從而呈現(xiàn)出延性的破壞狀態(tài)。人為削弱抗彎強(qiáng)度的方法,可以在柱中沿豎向設(shè)縫將短柱分為各柱肢組成的分體柱,分體柱的各柱肢分開配筋在組成分體柱的柱肢之間可以設(shè)置一些連接鍵,以增強(qiáng)它的初期剛度和后期耗能能力。一般連接鍵有通縫、預(yù)制分隔板、預(yù)應(yīng)力摩擦阻尼器、素混凝土連接鍵等形式。對分體柱工作性態(tài)的理論分析和試驗研究表明:采用分體柱的方法雖然使柱子的抗剪承載力基本不變,抗彎承載力稍有降低,但是使柱子的變形能力和延性均得到顯著提高,其破壞形態(tài)由剪切型轉(zhuǎn)化為彎曲型,從而實(shí)現(xiàn)了短柱變“長柱”的設(shè)想,有效地改善了短柱尤其是剪跨比入蕊的超短柱的抗震性能。分體柱方法已在實(shí)際工程中得到應(yīng)用。
關(guān)鍵詞:抗震設(shè)計處理措施新型結(jié)構(gòu)
Abstract: For seismic design of buildings has clear requirement of ductility of structure member. Seismic influence in building suffered local fortification intensity or higher than local fortification intensity, easy to shear failure caused by damage and even collapse of the structures, unable to meet the "repairable under moderate earthquake, design earthquake does not fall". This paper mainly discusses the structure design of high-rise building and the solution, and proposes the use of some new building structure.
Keywords: seismic design; measures; new structure;
Technology;
1 高層建筑抗震設(shè)計常見的問題
在高層建筑的建設(shè)中,其中最主要的問題是對它的抗震問題的研究,現(xiàn)在首先介紹一下抗震設(shè)計中常見的一些問題。
1.1 缺乏巖土工程勘察資料或資料不全。有的在擴(kuò)初設(shè)計會審之后就直接進(jìn)入了施工圖設(shè)計,有的在規(guī)劃設(shè)計或方案設(shè)計會審后就直接進(jìn)入了施工圖設(shè)計。無巖土工程勘察資料,設(shè)計缺少了必要的依據(jù)。
1.2 結(jié)構(gòu)的平面布置。外形不規(guī)則、不對稱、凹凸變化尺度大、形心質(zhì)心偏心大,同一結(jié)構(gòu)單元內(nèi),結(jié)構(gòu)平面形狀和剛度不均勻不對稱,平面長度過長等。
1.3 一個結(jié)構(gòu)單元內(nèi)采用兩種不同的結(jié)構(gòu)受力體系。如一半采用砌體承重,而另一半或局部采用全框架承重或排架承重;底框磚房中一半為底框,而另一半為磚墻落地承重。
1.4 底框磚房超高超層。高層項目普遍存在此現(xiàn)象,超高建筑不僅給疏散工作帶來壓力,而且也會減弱抗震效果。
1.5 抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)掌握不當(dāng)。有一些項目擅自提高了設(shè)防標(biāo)準(zhǔn),按照《建筑抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)(GB 50223-2008)》劃分應(yīng)屬六度設(shè)防的,但設(shè)計中提高了一度按七度設(shè)防,提高了建筑抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn),將會增加工程投資;有的項目嚴(yán)格應(yīng)按七度采取抗震措施的,卻減低了抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn),不利抗震。
1.6 結(jié)構(gòu)的豎向布置。在高層建筑中,豎向體型有過大的外挑和內(nèi)收,立面收進(jìn)部分的尺寸比值B1/B不滿足≥0.75的要求。
1.7 抗震構(gòu)造柱布置不當(dāng)。如外墻轉(zhuǎn)角處,大廳四角未設(shè)構(gòu)造柱或構(gòu)造柱不成對設(shè)置;以構(gòu)造柱代替磚墻承重;山墻與縱墻交接處不設(shè)抗震構(gòu)造柱;過多設(shè)置抗震構(gòu)造柱等。
1.8 框架結(jié)構(gòu)砌體填充墻抗震構(gòu)造措施不到位。砌體護(hù)墻砌筑在框架柱外又沒有設(shè)置抗震構(gòu)造柱,框架間砌體填充墻高度長度超過規(guī)范規(guī)定要求又沒有采取相應(yīng)構(gòu)造措施。
1.9 結(jié)構(gòu)其他問題。有的底層無橫向落地抗震墻,全部為框支或落地墻間距超長;有的僅北側(cè)縱墻落地,南側(cè)全為柱子,造成南北剛度不均;有的底層作汽車庫,設(shè)計時橫墻都落地,但縱墻不落地,變成了縱向框支;還有的底框和內(nèi)框砌體住宅采用大空間靈活隔斷設(shè)計,其中幾乎很少有縱墻。
1.10 平面布局的剛度不均??拐鹪O(shè)計要求建筑的平、立面布置宜規(guī)正、對稱,建筑的質(zhì)量分布和剛度變化宜均勻,否則應(yīng)考慮其不利影響。但有的平面設(shè)計存在嚴(yán)重的不對稱:一邊進(jìn)深大,一邊進(jìn)深小;一邊設(shè)計大開間,一邊為小房間;一邊墻落地承重,一邊又為柱承重。這些都對抗震極為不利。
1.11 防震縫設(shè)置。對于高層建筑存在下列三種情況時,宜設(shè)防震縫:①平面各項尺寸超過《鋼筋混凝土高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計與施工規(guī)程(JGJ 3-2002)》中表2.2.3的限值而無加強(qiáng)措施;②房屋有較大錯層;③各部分結(jié)構(gòu)的剛度或荷載相差懸殊而又未采取有效措施;但有的竟未采取任何抗震措施又未設(shè)防震縫。
上述這些問題的存在,倘若不能得到改正,勢必對建筑物的安全帶來隱患。選擇合理的抗震措施是提高建筑物抗震的關(guān)鍵。
2 保證結(jié)構(gòu)延性能力的抗震措施
合理選擇了結(jié)構(gòu)的屈服水準(zhǔn)和延性要求后,就需要通過抗震措施來保證結(jié)構(gòu)確實(shí)具有所需的延性能力,從而保證結(jié)構(gòu)在中震、大震下實(shí)現(xiàn)抗震設(shè)防目標(biāo)。系統(tǒng)的抗震措施包括以下幾個方面內(nèi)容:
2.1 “強(qiáng)柱弱梁”:人為增大柱相對于梁的抗彎能力,使鋼筋混凝土框架在大震下,梁端塑性鉸出現(xiàn)較早,在達(dá)到最大非線性位移時塑性轉(zhuǎn)動較大;而柱端塑性鉸出現(xiàn)較晚,在達(dá)到最大非線性位移時塑性轉(zhuǎn)動較小,甚至根本不出現(xiàn)塑性鉸。從而保證框架具有一個較為穩(wěn)定的塑性耗能機(jī)構(gòu)和較大的塑性耗能能力。
2.2 “強(qiáng)剪弱彎”:剪切破壞基本上沒有延性,一旦某部位發(fā)生剪切破壞,該部位就將徹底退出結(jié)構(gòu)抗震能力,對于柱端的剪切破壞還可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的局部或整體倒塌。因此可以人為增大柱端、梁端、節(jié)點(diǎn)的組合剪力值,使結(jié)構(gòu)能在大震下的交替非彈性變形中其任何構(gòu)件都不會先發(fā)生剪切破壞。
2.3 抗震構(gòu)造措施:通過抗震構(gòu)造措施來保證形成塑性鉸的部位具有足夠的塑性變形能力和塑性耗能能力,同時保證結(jié)構(gòu)的整體性。對于梁柱等構(gòu)件,延性的影響因素最終可歸納為最根本的兩點(diǎn):混凝土極限壓應(yīng)變,破壞時的受壓區(qū)高度。影響延性的其他因素實(shí)質(zhì)都是這兩個根本因素的延伸。
3、關(guān)于新型結(jié)構(gòu)的探討和應(yīng)用
3.1脊骨結(jié)構(gòu)(inestructure)特別適用于具有高大門廳、空曠地下車庫,頂部階梯式的高層建筑。脊骨結(jié)構(gòu)根據(jù)建筑布置條件可由支撐、外伸框架或單跨空腹梁構(gòu)成,可采用全鋼或鋼筋混凝土組合體系。由于抗側(cè)力構(gòu)件沿高度連續(xù),避免了薄弱樓層,有利于結(jié)構(gòu)抗震,保證剛度和穩(wěn)定的抗側(cè)力構(gòu)件是高層建筑的脊骨,包括豎向構(gòu)件抵抗由傾覆力矩引起的軸力及由對角支撐或剛性連接的構(gòu)件或抗側(cè)力的墻組成剪離膜(Shearmembrane),一個脊骨結(jié)構(gòu)包括位于建筑外端少數(shù)鋼、混凝土或組合巨型柱,這些柱不應(yīng)影響各樓層的使用。
巨型柱由支撐、空腹桁架或剛性連接的外伸框架梁連接成為一個脊骨結(jié)構(gòu),以下是脊骨結(jié)構(gòu)組成的幾個要點(diǎn)。
1.為了有效的抗傾覆力矩及剪力,脊骨結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)是上下貫通的。
2.為了有效的抗傾覆力矩,巨型柱相距越遠(yuǎn)越好。
3.脊骨結(jié)構(gòu)主軸應(yīng)與結(jié)構(gòu)主軸相重合。
4.樓板結(jié)構(gòu)應(yīng)能直接將樓層荷載傳到巨型柱以提高抗傾覆能力。
5.脊骨結(jié)構(gòu)在平面上包括的面積應(yīng)能提供良好的抗扭剛度,否則應(yīng)附設(shè)周邊框架。
6.剪力膜(空腹梁、支撐、剛性連梁及作為脊骨的豎向構(gòu)件)應(yīng)不影響地下空間(車庫)并應(yīng)與建筑設(shè)計相適應(yīng)。
3.2剪力膜的三種型式:
1.帶支撐框架,巨型柱由跨過多層的對角支撐連在一起。
2.帶外伸框架的支撐筒體。
3.單跨空腹梁。不論是風(fēng)力控制或地震力控制的高層建筑,脊骨結(jié)構(gòu)體系都是非常有效的??捎糜?0層至100層的高層建筑。在國外,脊骨結(jié)構(gòu)已在高層建筑中得到應(yīng)用。如:美國費(fèi)城53層的拜耳大西洋塔樓采用全鋼脊骨結(jié)構(gòu)和56層的米尼亞波里斯的西北中心大樓具有多層次階梯形屋頂是采用組合巨型柱脊骨結(jié)構(gòu)。
4、結(jié)語
從長遠(yuǎn)觀點(diǎn)看,如何從我國高層建筑抗震設(shè)計現(xiàn)狀及國際高層抗震設(shè)計發(fā)展的趨勢出發(fā),探求一種新型的結(jié)構(gòu)的應(yīng)用,應(yīng)該成為地震區(qū)高層建筑發(fā)展的新方向。為了最大限度地減輕震害,建筑工程技術(shù)人員應(yīng)努力在抗震設(shè)防、抗震設(shè)計和施工質(zhì)量三方面都提高到一個新的水平,才能確保建筑工程具備合理的抗御地震的能力。
參考文獻(xiàn):
(1)施楚賢主編《砌體結(jié)構(gòu)》武漢工業(yè)大學(xué)出版社
關(guān)鍵詞:高層建筑;抗震結(jié)構(gòu);設(shè)計;問題;
0.引言
我國城市人口的不斷增多、建設(shè)用地的日趨緊張和城市規(guī)劃的需要,使高層建筑得以快速的發(fā)展。科技的進(jìn)步、新材料出現(xiàn)和施工技術(shù)的不斷提高、計算機(jī)的普及和結(jié)構(gòu)分析等新科技水平的提高,為高層建筑的發(fā)展提供了條件。而高層建筑的發(fā)展也對建筑的抗震性能提出了更高的要求。近年來不斷發(fā)生的地震災(zāi)害,帶來了巨大的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失,給人們敲響了警鐘。地震作用影響因素復(fù)雜,目前尚沒有精確的抗震計算方法,規(guī)范給出的計算方法也是半經(jīng)驗半理論的計算,但在樓層的設(shè)計中,對于高層建筑的抗震性能設(shè)計,已經(jīng)引起人們的高度重視,采用了各種措施來提高高層建筑的抗震性能。本文將從抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本原則,我國高層建筑抗震設(shè)計常見的問題以及提高抗震性能措施三個方面對高層建筑的抗震結(jié)構(gòu)進(jìn)行闡述。
1.高層建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本原則
(1)結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)具有必要的承載力、剛度、穩(wěn)定性、延性等方面的性能。①結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)遵守“強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件、強(qiáng)底層柱(墻)”的原則;②對可能造成結(jié)構(gòu)的相對薄弱部位,應(yīng)采取措施提高抗震能力;③承受豎向荷載的主要構(gòu)件不宜作為主要耗能構(gòu)件。
(2)盡可能設(shè)置多道抗震防線。由于每次強(qiáng)震之后都會伴隨多次余震,因此在建筑物的抗震設(shè)計過程中若只有一道設(shè)防,則其在首次被破壞后而余震來臨時其結(jié)構(gòu)將因損傷積累而倒塌。因此,建筑物的抗震結(jié)構(gòu)體系應(yīng)由若干個延性較好的分體系組成,在地震發(fā)生時由具有較好延性的結(jié)構(gòu)構(gòu)件協(xié)同工作來抵擋地震作用。當(dāng)遭遇第二設(shè)防烈度地震即低于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的基本烈度地震時,結(jié)構(gòu)屈服進(jìn)入非彈性變形階段,建筑物可能出現(xiàn)一定程度的破壞,但經(jīng)一般修理或不需修理仍可繼續(xù)使用。因此,要求結(jié)構(gòu)具有相當(dāng)?shù)难有阅芰Σ话l(fā)生不可修復(fù)的脆性破壞。當(dāng)遭遇第三設(shè)防烈度地震即高于本地區(qū)抗震設(shè)防度的罕遇地震時,結(jié)構(gòu)雖然破壞較重,但結(jié)構(gòu)非彈性變形離結(jié)構(gòu)的倒塌尚有一段距離。不致倒塌或者發(fā)生危及生命的嚴(yán)重破壞,從而保了人員的安全。
(3)對可能出現(xiàn)的薄弱部位,應(yīng)采取措施提高其抗震能力。①構(gòu)件在強(qiáng)烈地震下不存在強(qiáng)度安全儲備,構(gòu)件的實(shí)際承載能力分析是判斷薄弱部位的基礎(chǔ);②要使樓層(部位)的實(shí)際承載能力和設(shè)計計算的彈性受力的比值在總體上保持一個相對均勻的變化,一旦樓層(部位)的比值有突變時,會由于塑性內(nèi)力重分布導(dǎo)致塑性變形的集中;③要防止在局部上加強(qiáng)而忽視了整個結(jié)構(gòu)各部位剛度、承載力的協(xié)調(diào);④在抗震設(shè)計中有意識、有目的地控制薄弱層(部位),使之有足夠的變形能。
2.我國高層建筑抗震設(shè)計常見的問題
(1)工程地質(zhì)勘查資料不全
在設(shè)計初期,設(shè)計人員應(yīng)該及時掌握施工場地的地質(zhì)情況,但是往往在設(shè)計過程中,卻沒有建筑場地巖土工程的勘察資料,就不能很好的進(jìn)行地基設(shè)計,給建筑物的結(jié)構(gòu)帶來安全隱患。
(2)建筑材料不滿足要求
對于材料而言,我們要明確這樣一個道理:地震對結(jié)構(gòu)作用的大小幾乎與結(jié)構(gòu)的質(zhì)量成正比。一般說在相同條件下,質(zhì)量大,地震作用就大,震害程度就大,質(zhì)量小,地震作用就小,震害就小。所以,在建筑物的樓板、墻體、框架、隔斷、圍護(hù)墻以及屋面構(gòu)件中,廣泛采用多孔磚、硅酸鹽砌塊、陶粒混凝土、加氣混凝土板、空心塑料板材等輕質(zhì)材料,將能顯著改善建筑物的抗震性能。
(3)建筑物本身的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計
建筑物如果平面布置復(fù)雜,致使質(zhì)心與剛心不重合,在地震作用下產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)效應(yīng),則會加劇了地震的破壞作用,海城地震和唐山地震中有不少這樣的震害實(shí)例。臺灣9.21地震中,一棟鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)由于結(jié)構(gòu)平面不規(guī)則,在水平地震作用下,結(jié)構(gòu)產(chǎn)生嚴(yán)重扭轉(zhuǎn)效應(yīng)而破壞倒塌,同時撞壞相鄰建筑上部的陽臺。
(4)平面布局的剛度不均
抗震設(shè)計要求建筑的平、立面布置宜規(guī)正、對稱,建筑的質(zhì)量分布和剛度變化宜均勻,否則應(yīng)考慮其不利影響。但有的平面設(shè)計存在嚴(yán)重的不對稱:一邊進(jìn)深大,一邊進(jìn)深小;一邊設(shè)計大開間,一邊為小房間;一邊墻落地承重,一邊又為柱承重。平面形狀采用L、π形不規(guī)則平面等,造成了縱向剛度不均,而底層作為汽車庫的住宅,一側(cè)為進(jìn)出車需要,取消全部外縱墻,另一側(cè)不需進(jìn)出車輛,因而墻直接落地,造成橫向剛度不均。這些都對抗震極為不利。
3.提高抗震性能措施
(1)選擇合理結(jié)構(gòu)類型
在高層建筑中,其豎向荷載主要使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生軸向力,而水平荷載主要使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生彎矩,隨著高度的增加,在豎向荷載不變的情況下,水平荷載作用力增加,此時豎向荷載所引起的建筑物側(cè)移很小,但是水平荷載參數(shù)的側(cè)移就非常大,與高度層四次方變化,因此在高層建筑中,主要對水平荷載進(jìn)行控制,在設(shè)計過程中,應(yīng)該在滿足建筑功能及抗震性的前提下,選擇切實(shí)可行的結(jié)構(gòu)類型,使其具有良好的結(jié)構(gòu)性能。目前大多數(shù)的高層建筑都采用了鋼混結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)具有較大的剛度,空間整體性好,材料資源豐富,可組成多種結(jié)構(gòu)體系。但是其變形能力差,造價相對較高,當(dāng)場地特征周期較長時,容易發(fā)生共振現(xiàn)象。
(2)減小地震能量輸入
具有良好抗震性能的高層建筑結(jié)構(gòu)要求結(jié)構(gòu)的變形能力滿足在預(yù)期的地震作用下的變形要求,因此在設(shè)計過程中除了控制構(gòu)件的承載力外還應(yīng)控制結(jié)構(gòu)在地震作用下的層間位移極限值或位移延性比, 然后根據(jù)構(gòu)件變形與結(jié)構(gòu)位移的關(guān)系來確定構(gòu)件的變形值,同時根據(jù)截面達(dá)到的應(yīng)變大小及分布來確定構(gòu)件的構(gòu)造要求,選擇堅硬的場地土來建造高層建筑等方法來減小地震能量的輸入。
(3)減輕結(jié)構(gòu)自重
對于同樣的地基條件下進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計若減輕結(jié)構(gòu)自重則可相應(yīng)增加層數(shù)或減少地基處理造價,尤其是在軟土基礎(chǔ)上進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計這一作用更為明顯,同時由于地震效應(yīng)與建筑質(zhì)量成正比,而高層建筑由于其高度大重心高等特點(diǎn),在地震作用時其傾覆力矩也隨之增加, 因此, 為了盡量減小其傾覆力矩應(yīng)對高層建筑物的填充墻及隔墻盡量采用輕質(zhì)材料以減輕結(jié)構(gòu)自重。
5.結(jié)語
總之,面對中國的高層建筑抗震結(jié)構(gòu)存在的諸多問題,限于我國作為一個發(fā)展中國家的財力、物力,探討、研究有效的建筑抗震措施的任務(wù)仍然十分艱巨。于此同時,我國政府相關(guān)部門也應(yīng)該加強(qiáng)規(guī)范力度,發(fā)揮好對高層建筑防震措施的檢查、檢驗效力。
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