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        論高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

        2016-05-14 23:05:13鄧?yán)?/span>
        建筑建材裝飾 2016年5期
        關(guān)鍵詞:高層建筑混凝土

        鄧?yán)?/p>

        摘要:近年來,我國建筑行業(yè)快速發(fā)展,高層建筑逐漸成為建筑行業(yè)的發(fā)展趨勢,同時(shí)人們對于高層建筑的抗震性能也提出了更高的要求,高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一種新型的建筑結(jié)構(gòu),具有良好的抗震性能,被廣泛的應(yīng)用在高層建筑施工建設(shè)過程中。本文主要分析了這一建筑形式的破壞特點(diǎn),并提出了幾點(diǎn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn)。

        關(guān)鍵詞:高層建筑;混凝土;抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

        中圖分類號(hào):TU973.31 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1674—3024(2016)05—138—02

        前言

        工程由于建筑高度較高,對于施工技術(shù)和施工工藝的要求也相對較高,而高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是高層建筑工程規(guī)劃設(shè)計(jì)的一個(gè)重要內(nèi)容,要不斷進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn),不斷提高高層混凝土建筑的施工質(zhì)量,推動(dòng)我國建筑行業(yè)快速發(fā)展。

        1高層混凝土建筑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及地震作用下的破壞特點(diǎn)

        1.1高層混凝土建筑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

        高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)其實(shí)就是一種豎向的懸臂結(jié)構(gòu)。高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)上的彎矩和軸向力是水平荷載跟垂直荷載導(dǎo)致的,建筑的高度跟軸向力實(shí)際上呈現(xiàn)線性關(guān)系。高層混凝土建筑的層數(shù)與水平位移,跟彎矩是呈上升曲線的關(guān)系,并且軸向力是與高度成正比例。從受力特性方面來說,當(dāng)水平荷載分布較均勻時(shí),建筑的高度跟彎矩是呈二次方變化關(guān)系。

        1.2發(fā)生地震時(shí)高層建筑的破壞特點(diǎn)

        1.2.1地基破壞特點(diǎn)

        如果高層建筑是處于軟弱土層上,就比較容易發(fā)生破壞,因?yàn)橥馏w液化會(huì)引起基礎(chǔ)沉降,最終會(huì)出現(xiàn)上部建筑結(jié)構(gòu)的傾斜,在一些危險(xiǎn)地段所建的高層建筑,如果遇到地震,建筑的基礎(chǔ)就會(huì)出現(xiàn)不均勻沉降,甚至導(dǎo)致建筑物出現(xiàn)裂縫,并且一旦高層建筑自身的結(jié)構(gòu)周期跟場地周期相同時(shí)就會(huì)出現(xiàn)共振效應(yīng),嚴(yán)重的破壞結(jié)構(gòu)。

        1.2.2剛度破壞特點(diǎn)

        建筑的主體結(jié)構(gòu)使用矩形平面時(shí),建筑中的電梯井等如果發(fā)生偏心,在扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的作用下會(huì)加重地震破壞度,而L形和三角形等對稱性不強(qiáng)的平面形式,地震中更容易受到扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的破壞,加重震害。

        1.2.3構(gòu)件的破壞特點(diǎn)

        采用框架剪力墻結(jié)構(gòu)的建筑中,柱會(huì)比板和梁破壞嚴(yán)重,剪力墻的窗臺(tái)下部位置比較容易發(fā)生交叉性裂縫。而框架柱因?yàn)樵O(shè)置了螺旋箍筋,所以,層問位移角比較大時(shí),框架柱在地震時(shí)具有較強(qiáng)的抵抗力。2高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求

        在高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,一定要具備不錯(cuò)的抗震能力,確保遇到大地震時(shí)候能夠挺立,如果是遇到中等地震,可以維修后能夠繼續(xù)使用,如果是微弱地震,高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)依然夠穩(wěn)定堅(jiān)固。

        2.1在設(shè)計(jì)規(guī)劃高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)時(shí),要準(zhǔn)確把握高層建筑的剛度要求,充分了解高層混凝土建筑的物理力學(xué)知識(shí)、機(jī)械設(shè)備運(yùn)行、建材性能、施工現(xiàn)場地形地貌等情況,確定高層混凝土建筑整體結(jié)構(gòu)設(shè)施的剛度,借助于建筑結(jié)構(gòu)的連接設(shè)置,通過適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié),不斷提高高層混凝土建筑的抗震效果,確保高層混凝土建筑的波動(dòng)受力能夠保持在一定的范圍內(nèi)。如果高層混凝土建筑的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)發(fā)生了微小的變形,通過結(jié)構(gòu)自身的調(diào)節(jié)作用,高層混凝土建筑的整體結(jié)構(gòu)不會(huì)發(fā)生較大的變化,在經(jīng)過適當(dāng)?shù)木S護(hù)檢修之后,還可以繼續(xù)使用。

        2.2設(shè)計(jì)、規(guī)劃高層混凝土建筑的抗震結(jié)構(gòu)時(shí),設(shè)計(jì)人員關(guān)鍵要研究高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)中的構(gòu)件和連接點(diǎn)的受力狀況,并采用合理的措施進(jìn)行減震消災(zāi)。據(jù)地震災(zāi)害的數(shù)據(jù)顯示,假設(shè)高層混凝土建筑的剛度很柔軟,如果高層混凝土建筑在嚴(yán)重地震的作用下,其主體結(jié)構(gòu)定會(huì)受到強(qiáng)烈損壞,如果后期還有余震,那么高層混凝土結(jié)構(gòu)就會(huì)一直受到損壞,導(dǎo)致出現(xiàn)不良的局面,結(jié)局是出現(xiàn)崩塌的后果。

        2.3高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),要不斷改善高層混凝土結(jié)構(gòu)的延性,確保其具有適宜的強(qiáng)度和剛度,提高高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)的抗震效果。

        3高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法

        3.1科學(xué)選定建設(shè)位置

        高層混凝土建筑的建設(shè)位置對于其抗震效果有著直接的影響,因此在建設(shè)高層混凝土建筑時(shí),要科學(xué)選定建設(shè)位置,充分考慮到高層混凝土建筑周圍的地質(zhì)條件和地形地貌情況,一方面高層混凝土建筑的建設(shè)位置要遠(yuǎn)離石油儲(chǔ)存場所、變電站、火電廠等地方,避免一些不安全因素的影響;另一方面,高層混凝土建筑的建設(shè)位置不能處于山坡、丘陵等位置,這些地方的抗震能力較低。

        3.2增加抗震防線

        高層建筑的抗震結(jié)構(gòu)是由多個(gè)延性分體系構(gòu)成的,并且各個(gè)延性構(gòu)件是相互協(xié)調(diào)連接的,如框剪力結(jié)構(gòu)就是結(jié)合了剪力墻與框架分體而構(gòu)成的多肢剪力墻結(jié)構(gòu)體系,通常在大型地震出現(xiàn)后會(huì)發(fā)生余震,所以,若是只設(shè)置一道抗震防線,一旦該抗震防線受到余震的破壞,就會(huì)嚴(yán)重?fù)p傷到高層主體結(jié)構(gòu),嚴(yán)重者甚至出現(xiàn)倒塌。設(shè)計(jì)人員必須認(rèn)真處理結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗震設(shè)防體系,并確保同一平面內(nèi)的主要構(gòu)件屈服,剩余抗側(cè)力部件處于彈性過程階段,提高主體結(jié)構(gòu)的有效屈服持續(xù)時(shí)間,保證主體結(jié)構(gòu)具有加強(qiáng)的延性和抗側(cè)移能力。在進(jìn)行建筑的抗震設(shè)計(jì)時(shí),可能會(huì)出現(xiàn)某一結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗側(cè)移值太大的現(xiàn)象,最終引起其他結(jié)構(gòu)構(gòu)件強(qiáng)度不夠,所以在設(shè)計(jì)時(shí)必須適當(dāng)強(qiáng)化構(gòu)件的抗側(cè)移能力,必須反復(fù)權(quán)衡施工中的以大帶小與個(gè)別抗側(cè)力部件的配筋率提高等設(shè)計(jì)行為。

        3.3使用多種抗震計(jì)算方法

        在進(jìn)行高層混凝土建筑設(shè)計(jì)時(shí),必須正確計(jì)算抗震結(jié)構(gòu)的位移,定量的分析結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案,將主體結(jié)構(gòu)的變形量控制在一定范圍中。計(jì)算主體結(jié)構(gòu)的承載力時(shí),要計(jì)算高烈度地震下結(jié)構(gòu)的層間位移角和延性位移,并根據(jù)建筑物構(gòu)件中位移跟結(jié)構(gòu)的變形關(guān)系,最終獲得主要構(gòu)件的變形數(shù)值,再結(jié)合建筑截面的應(yīng)變情況,明確構(gòu)件的合理構(gòu)造要求。

        3.4提高抗震構(gòu)件的延性

        在多數(shù)情況下,高層建筑都明確了抗震設(shè)防要求,因此高層建筑不但要滿足一定的剛度和延性要求,還需滿足一定的強(qiáng)度要求,而鋼筋混凝土由于本身的自重比較大,特別是底層柱其軸力跟建筑物高度是成正比的關(guān)系,而主要構(gòu)件對延性有一定的要求,在層高既定時(shí),往往以調(diào)整軸壓比的形式來增強(qiáng)構(gòu)件的延性,對軸壓比有一定限值,不可構(gòu)成結(jié)構(gòu)短柱,因?yàn)槎讨有韵喈?dāng)有限,易導(dǎo)致剪切破壞,最終會(huì)導(dǎo)致整體的倒塌,所以提高構(gòu)件的延性很重要。

        3.5設(shè)置合理的高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)參數(shù)

        通過模擬地震發(fā)生時(shí)對高層混凝土建筑的各種受力情況,設(shè)置合理的結(jié)構(gòu)參數(shù),計(jì)算和分析各個(gè)結(jié)構(gòu)的受力情況,如計(jì)算柱梁變形、墻體承載能力等。在設(shè)計(jì)和規(guī)劃高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)時(shí),在充分了解高層混凝土建筑的質(zhì)量檢測、施工工藝、施工材料、地形條件、建設(shè)位置等方面內(nèi)容基礎(chǔ)上,把握高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要點(diǎn),優(yōu)化和改進(jìn)抗震設(shè)計(jì)的基本框架,在高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵位置進(jìn)行詳細(xì)的說明,不斷提高高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平。

        構(gòu)建完善的高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫,便于設(shè)計(jì)人員查找相關(guān)資料和案例,深入研究高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)的綜合受力情況,確定科學(xué)合理的力學(xué)模型,科學(xué)判斷高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)的合理性。高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)參數(shù)包括整體結(jié)構(gòu)的剛度比例、扭轉(zhuǎn)角度、震動(dòng)周期等,對于高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要多次協(xié)調(diào)和反復(fù)研究,設(shè)置合理的結(jié)構(gòu)參數(shù)。

        4結(jié)語

        綜上所述,高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是高層建筑施工建設(shè)的一項(xiàng)重要研究內(nèi)容,應(yīng)該結(jié)合高層建筑的現(xiàn)實(shí)問題,進(jìn)行有目標(biāo)的規(guī)劃、設(shè)計(jì),從而達(dá)到強(qiáng)剪強(qiáng)彎的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范,實(shí)現(xiàn)高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的需求。

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