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        住宅高層建筑結(jié)構(gòu)抗震的優(yōu)化設(shè)計(jì)

        2016-10-21 10:35:53陳詩(shī)開(kāi)
        建筑建材裝飾 2016年4期
        關(guān)鍵詞:抗震設(shè)計(jì)高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

        陳詩(shī)開(kāi)

        摘要:目前高層建筑的建設(shè)數(shù)量越來(lái)越多,為了保證人們的生命安全,優(yōu)化高層建筑的抗震設(shè)計(jì)尤為重要,因此本文探討了高層建筑結(jié)構(gòu)抗震的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

        關(guān)鍵詞:高層建筑;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);抗震設(shè)計(jì);優(yōu)化

        前言

        在地震出現(xiàn)時(shí),高層建筑物會(huì)受到很大的破壞,帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡特別大,因此做好建筑抗震設(shè)計(jì)具有特別重要的意義,唯有如此,才能夠提升高層建筑的抗震能力。

        1 高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的原則

        1.1 層間位移限制方面

        在建筑結(jié)構(gòu)工程師進(jìn)行建筑防震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)期間需參考下建筑結(jié)構(gòu)材料、位移的約束、結(jié)構(gòu)體系、側(cè)向荷載和高比寬等問(wèn)題。對(duì)于建筑防震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需在一定程度上要求鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的位移限值,還要對(duì)建筑的所處位置進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),保證其穩(wěn)定性及功能的穩(wěn)定使用等。建筑在地震或者是風(fēng)力之層間常常會(huì)產(chǎn)生很大位移,對(duì)于建筑防震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不但要滿(mǎn)足其剛度,還要防止超過(guò)其承載力。

        1.2 結(jié)構(gòu)的規(guī)則性方面

        對(duì)于建筑防震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),需先弄清楚建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的需求,在此基礎(chǔ)之上,優(yōu)化建筑平面和建筑物的應(yīng)用性能,并對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)牟季郑瑢?duì)于高層建筑而言,務(wù)必要保證其具有足夠的剛度,從而減小結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)的影響,對(duì)于建筑物來(lái)說(shuō)需確保其平面均勻?qū)ΨQ(chēng),建筑物的柱網(wǎng)剪力墻務(wù)必要科學(xué)布置。因?yàn)榇祟?lèi)建筑結(jié)構(gòu)可以很容易出現(xiàn)建筑物多地震的反應(yīng),對(duì)于建筑防震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需對(duì)建筑進(jìn)行適當(dāng)布置,如此一來(lái)對(duì)于減小豎向構(gòu)件間的差異形變和結(jié)構(gòu)內(nèi)應(yīng)力對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的不利影響具有非常大的作用。

        2 高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題

        2.1 材料的選取問(wèn)題

        這幾年,國(guó)內(nèi)地震出現(xiàn)的次數(shù)特別多,因此在對(duì)地震頻發(fā)區(qū)域進(jìn)行高層建筑設(shè)計(jì)時(shí),務(wù)必保證其結(jié)構(gòu)體系的科學(xué)性性,另外還需適當(dāng)選擇結(jié)構(gòu)材料。然而由于施工、經(jīng)濟(jì)等因素,輕質(zhì)高強(qiáng)材料并未適當(dāng)?shù)牟捎谩?/p>

        2.2 地基的選取問(wèn)題

        不同的地基類(lèi)型對(duì)地震力的傳遞有不一樣的特點(diǎn),高層建筑因?yàn)榇怪备叨容^高,自身重量較大,因此在選址時(shí),對(duì)于土質(zhì)的硬度、密實(shí)度與對(duì)地形的開(kāi)闊和平坦性具有很高的要求,而且需遠(yuǎn)離河岸,防止抗震危險(xiǎn)性路段,如此一來(lái)才可以保證高層建筑的基礎(chǔ)具有較好的抗震性能,可以在地震力作用下具有非常好的承受能力。然而目前因?yàn)閲?guó)內(nèi)城市發(fā)展速度的加快,城市人口日益增加,很大一部分房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)商在進(jìn)行高層建筑選址時(shí)均會(huì)更多的對(duì)其商業(yè)利益與商業(yè)開(kāi)發(fā)空間進(jìn)行考慮,這就造成高層建筑地基在選取上具有特別多的適宜性與不科學(xué)性,進(jìn)而使其抗震性能降低,在地震發(fā)生時(shí)高層建筑的基礎(chǔ)破壞更加嚴(yán)重。

        2.3 平面及豎向規(guī)則問(wèn)題

        由于經(jīng)濟(jì)水平的提升和大家對(duì)流動(dòng)的藝術(shù)的追求,建筑師創(chuàng)作的平面與立面日益復(fù)雜。進(jìn)而平面與立面規(guī)則性超限的狀況日益普遍。這就促使建筑的抗震性能有很大的削弱。

        2.4 抗震設(shè)防烈度問(wèn)題

        由于我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)程度還不夠高,現(xiàn)在國(guó)內(nèi)的建筑的抗震設(shè)防烈度不高,中震和規(guī)定的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期內(nèi)超越概率大約為10%的地震烈度相似,較低的抗震設(shè)防烈度減小了高層建筑的抗震需求。

        3 高層建筑結(jié)構(gòu)抗震的優(yōu)化設(shè)計(jì)

        3.1 合理選擇建筑材料

        在進(jìn)行高層建筑抗震設(shè)計(jì)時(shí),材料的選擇十分重要。對(duì)于即將選擇的材料,要科學(xué)的分析其材料的抗震性能,對(duì)材料的參數(shù)變異性進(jìn)行整體研究,保證最終材料的選擇的合理性。同時(shí),還需要對(duì)材料的承載能力進(jìn)行充分的考慮,保證材料抗震分析的全面性。從抵抗地震的要求來(lái)看,建筑結(jié)構(gòu)還需要具備一定的延性,為了充分的滿(mǎn)足需求,在選擇建筑材料時(shí),就需要充分地考慮建筑施工的各個(gè)方面的實(shí)際情況,選擇最為科學(xué)合理的建筑材料,提升高層建筑抗震能力的同時(shí),保證材料選擇的科學(xué)性及經(jīng)濟(jì)性。

        3.2 合理選擇抗震場(chǎng)地

        由于地質(zhì)條件的不同,地震對(duì)建筑設(shè)施的破壞具有很大的差異。在施工前要勘察好地基狀況,保證建筑場(chǎng)地有助于建筑設(shè)施的抗震,應(yīng)盡量不在抗震不利地段建設(shè)建筑構(gòu),在不能避開(kāi)時(shí),需采用恰當(dāng)?shù)拇胧┨嵘拐鹦阅?。根?jù)建筑場(chǎng)地地基地質(zhì)特征與受地震破壞作用的強(qiáng)弱來(lái)進(jìn)行分類(lèi),依據(jù)建筑場(chǎng)地實(shí)際狀況適當(dāng)采取抗震措施,比方說(shuō)依據(jù)地基地質(zhì)抗震設(shè)防種類(lèi)、地基液化等級(jí)等實(shí)際狀況科學(xué)采用適當(dāng)?shù)幕A(chǔ)形式。

        3.3 降低地震能量的輸入

        建筑物吸收的地震能量越少時(shí),建筑物的抗震能力就越高,基于此,在進(jìn)行抗震優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)該采用基于位移的結(jié)構(gòu)抗震方法,利用定量分析的方法分析具體的方案,在預(yù)期地震作用力下,高層建筑的變形彈性能夠滿(mǎn)足變形需求,從而具備較高的抗震能力。高層建筑中,包含的構(gòu)件數(shù)量比較多,需要驗(yàn)收其承載能力,同時(shí),在地震作用下,建筑結(jié)構(gòu)的層間位移限值還需要進(jìn)行有效地控制;建筑構(gòu)件在使用的過(guò)程中會(huì)發(fā)生一定的變形,而且建筑結(jié)構(gòu)也會(huì)產(chǎn)生一定的位移,對(duì)于變形與位移之間的關(guān)系,能夠比較好的計(jì)算出來(lái),從而將構(gòu)建的變形值確定出來(lái);建筑構(gòu)件的構(gòu)造需求需要進(jìn)行有效確定,確定依據(jù)為建筑界面的應(yīng)變分布和大小。此外,高層建筑在選擇建筑地址時(shí),堅(jiān)固場(chǎng)地在地震發(fā)生時(shí)能量輸入比較少,從而提高建筑物的抗震能力,減少地震對(duì)建筑物的破壞,保護(hù)人們的生命安全,因此要對(duì)高層建筑的選址十分重視。

        3.4 合理選用結(jié)構(gòu)體系

        體系問(wèn)題為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要把握的關(guān)鍵問(wèn)題。需注意體系的科學(xué)性問(wèn)題,優(yōu)先使用抗震性能高、延性?xún)?yōu)、耗能性能強(qiáng)、有利于施工的具有多道防線(xiàn)的體系。防止選用抗震性能特別低的板柱-抗震墻結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)、特別是單跨框架結(jié)構(gòu)等。

        3.5 抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化

        近年來(lái),隨著高層建筑的增多,人們?cè)絹?lái)越重視建筑物的抗震設(shè)計(jì),尤其是地震頻發(fā)的地區(qū),建筑物的抗震能力更是受到重視。當(dāng)建筑物的高度超過(guò)150m時(shí),結(jié)構(gòu)體系主要有三種,分別為框-筒結(jié)構(gòu)、筒中筒結(jié)構(gòu)和框架-支撐結(jié)構(gòu)。隨著我國(guó)鋼材生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,鋼結(jié)構(gòu)的制造能力越來(lái)越強(qiáng),在條件允許的情況下,建筑物的結(jié)構(gòu)應(yīng)該盡可能的采用鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)或鋼管混凝土結(jié)構(gòu),這樣一來(lái),柱斷面的尺寸比較小,建筑結(jié)構(gòu)的抗震能力可以有效地提升。在我國(guó)傳統(tǒng)文化中,“以柔克剛”的思想受到廣泛的重視,很多實(shí)際問(wèn)題都可以利用這一思想解決,在高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)中,同樣可以利用這種思想,將剛與柔相結(jié)合,由傳統(tǒng)的硬性抗震變?yōu)楝F(xiàn)在的柔性抗震,降低地震對(duì)建筑物的沖擊作用,提升建筑物的抗震能力,最大限度的降低地震對(duì)建筑物的破壞程度。

        3.6 高延性設(shè)計(jì)的應(yīng)用

        目前,延性結(jié)構(gòu)為我國(guó)高層建筑抗震設(shè)計(jì)的主要方法,所謂延性結(jié)構(gòu),是指在適當(dāng)?shù)目罩ㄖY(jié)構(gòu)的剛度,地震時(shí),結(jié)構(gòu)構(gòu)件較大的延性塑性狀態(tài)是允許出現(xiàn)的,這樣一來(lái),地震作用時(shí)的能量就能夠比較好的被消耗,降低地震反應(yīng),減少建筑物受到的地震作用危害,降低損失程度。實(shí)際上,當(dāng)高層建筑的延性比較高時(shí),即使承載能力比較小,那么在發(fā)生地震時(shí),建筑物倒塌的可能性也比較小,主要原因是延性構(gòu)件在地震發(fā)生時(shí),吸收了大部分的地震作用能量,結(jié)構(gòu)變形比較大時(shí),依然能夠承受,提升建筑物的抗震能力。通過(guò)高延性設(shè)計(jì),減輕地震反應(yīng),增強(qiáng)建筑物抵抗地震的能力,減少建筑物倒塌發(fā)生率,保證人們的安全。除了高延性設(shè)計(jì)之外,在進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí),還應(yīng)用了消震及隔震措施,比如阻尼,通過(guò)阻尼器的應(yīng)用,有效地吸收地震能量,減輕地震反應(yīng),降低地震對(duì)建筑物的破壞,提升建筑物的抗震能力。

        3.7 增加抗震防線(xiàn)建設(shè)

        高層建筑的抗震設(shè)計(jì)中包含防線(xiàn)建設(shè),為了達(dá)到提升抗震能力的目的,可以增多抗震防線(xiàn)的建設(shè)。這樣一來(lái),在發(fā)生地震時(shí),即使第一道防線(xiàn)被破壞,第二道、第三道,甚至是更多道的防線(xiàn)均會(huì)起到阻擋地震作用力的目的,減低建筑物倒塌發(fā)生率。通常來(lái)說(shuō),多個(gè)肢節(jié)和壁式框架的框架剪力墻結(jié)構(gòu)是比較有效的防震結(jié)構(gòu)之一。框架剪力墻中包含多道抗震防線(xiàn),第一道抗震防線(xiàn)為剪力墻,這是主要的抗側(cè)力構(gòu)件,當(dāng)剪力墻的數(shù)量比較多時(shí),其所具備的承載能力也會(huì)相應(yīng)的提升。同時(shí),在地震的作用下,剪力墻開(kāi)裂之后,任一層框架部分的框架和墻會(huì)協(xié)同一起分散地震剪力,降低地震作用對(duì)建筑物的傷害。此外,框架剪力墻中的剪力墻也可以進(jìn)行連梁的設(shè)置,通過(guò)連梁的防線(xiàn)作用,改善建筑物的抗震能力。

        4 結(jié)語(yǔ)

        在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,抗震設(shè)計(jì)是十分重要的一個(gè)方面。我國(guó)抗震設(shè)計(jì)水平在不斷提高,但是還是存在一些問(wèn)題的,因此需要對(duì)建筑結(jié)構(gòu)抗震進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),有效地提升建筑物的抗震能力,保證人們的生命安全。

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