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        探析高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設計

        2019-10-21 15:47:29郭丹
        關(guān)鍵詞:高層抗震結(jié)構(gòu)設計

        郭丹

        摘要:高層建筑抗震結(jié)構(gòu)設計是一個長期、復雜甚至循環(huán)往復的過程,為了提高高層建筑的穩(wěn)定性,保證人民的生命安全,本文從高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設計的要求、影響建筑物抗震效果的因素,以及高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設計這三個方面對高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設計進行分析、闡述。

        關(guān)鍵詞:高層;混凝土;抗震;結(jié)構(gòu)設計

        一、隨著城市建筑的不斷增高,建筑物的抗震設計關(guān)系的許多方面利益,任何過程中產(chǎn)生的錯誤和遺漏都將導致巨大的事故,因此,我們應該嚴格按照設計規(guī)范、根據(jù)經(jīng)驗,使得我們的抗震結(jié)構(gòu)設計更加的完善。

        二、高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設計的要求

        就現(xiàn)在的情況而言,要想使高層混凝土建筑達到良好的抗震效果,例如,在地震較弱的時候,整體結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定牢固不破損;遇到中等程度的地震,能夠經(jīng)過相關(guān)的維修仍可投入使用;地震較為嚴重時,高層建筑要做到不傾倒,就需要在設計時,綜合考慮剛?cè)崤浜?,結(jié)構(gòu)各方受力科學合理,根據(jù)具體的情況來針對性進行規(guī)劃,必須按照“強剪弱彎”的設計規(guī)范標準來提高建筑結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。

        一方面,高層混凝土建筑在設計規(guī)劃時,一定要把握好結(jié)構(gòu)剛度值的大小,經(jīng)過精確的計算分析,充分了解地質(zhì)地形條件、所用建材性能、機械設備運行參數(shù)、物理力學知識等內(nèi)容,最終確定高層結(jié)構(gòu)的整體剛度強弱或者某個結(jié)構(gòu)設施的剛度,依靠連接設置的調(diào)節(jié)作用,力求保證抗震能力的提高,盡量讓整個建筑波動受力保持在地質(zhì)所能支持的范圍之間。也就是說,如果其基礎結(jié)構(gòu)產(chǎn)生小幅度的變形,結(jié)構(gòu)的自我調(diào)節(jié)功能就會使得整體結(jié)構(gòu)不發(fā)生大幅度改變,在經(jīng)過一些維護工作之后,仍然具有使用價值。

        另一方面,在結(jié)構(gòu)設計以及規(guī)劃時,結(jié)構(gòu)工程師一定要著重關(guān)鍵構(gòu)件和連接點的受力情況,采取相關(guān)措施進行有效調(diào)節(jié),可以達到消災減震的目的,盡最大程度地降低地震災害帶來的損失。根據(jù)有關(guān)地震災害統(tǒng)計,剛度過于柔和的高層混凝土建筑受到強大的震動作用后,其主體結(jié)構(gòu)受到了一定程度的損毀,然而在余震的相繼作用之下,就會受到持續(xù)損壞導致崩塌??傊?,對于高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)的設計,一定要保證其結(jié)構(gòu)具備適宜的剛度,還要改善其延性等特點,進而增強其整體結(jié)構(gòu)的抗震性能。

        三、影響建筑物抗震效果的因素

        (一)建筑物自身的結(jié)構(gòu)設計

        建筑物的結(jié)構(gòu)設計是影響抗震效果極為關(guān)鍵的一個因素,建筑物若要達到抗震目的,無論點式住宅或是板式住宅,都必須進行合適的結(jié)構(gòu)設計,保證抗震措施合理,能夠基本實現(xiàn)小震不壞、中震可修、大震不倒這樣的目標,提高建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能。如果建筑物的結(jié)構(gòu)較為復雜,荷載較大或荷載分布不均勻,質(zhì)心與剛心不一致,將會加劇地震的作用影響力,增強破壞性。所以,建筑物的結(jié)構(gòu)平面布置應盡量保證質(zhì)心和剛心重合,提高建筑物的抗震能力。在建筑結(jié)構(gòu)的設計中,出屋面建筑部分不宜太高,以降低地震過程中的鞭梢影響;平面布置不規(guī)則的房屋注意偏離建筑結(jié)構(gòu)剛心遠端的抗震墻等等。

        (二)建筑結(jié)構(gòu)建造材料和施工過程

        建筑結(jié)構(gòu)的材料是影響抗震效果非常重要的因素,但是這個因素往往被人們忽視,工作人員需要明確這樣一點:在一般情況下,地震對建筑物作用力的大小與建筑物的質(zhì)量成正比。在同等地震環(huán)境下,建筑物使用的材料越好,其受到的地震作用力也相對較小;反之,建筑物就會遭到地震很大的作用力。建筑結(jié)構(gòu)施工過程同施工材料共同影響整個建筑工程的質(zhì)量,在施工過程中,每一個環(huán)節(jié)都可以影響建筑結(jié)構(gòu)抗震效果。所以,高層建筑在具體施工中,要加強監(jiān)管和規(guī)范,嚴格做好高層建筑施工管理,從建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量上來提高抗震效果。

        (三)建筑物所處地質(zhì)環(huán)境情況

        在地震中,對建筑物造成破壞的原因是多方面的,比如巖石斷層、山體崩塌、地表滑坡等使得地表發(fā)生運動,造成建筑物的破壞,或海嘯、水災等次生災害對建筑物造成破壞。在造成建筑物破壞的諸多原因中,有些是可以通過工程措施加以預防的。所以,在選擇建筑工地的位置之前,要進行詳盡的勘探工作,分析地形和地質(zhì)條件,避開不利地段,挑選對建筑物抗震有利的地點。

        四、高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)設計

        (一)減少地震發(fā)生時能量的輸入

        在具體的設計中,積極采用基于位移的結(jié)構(gòu)抗震方法,對具體的方案進行定量分析,使結(jié)構(gòu)的變形彈性滿足預期地震作用力下的變形需求。對建筑構(gòu)件的承載力進行驗收的同時,還要控制建筑結(jié)構(gòu)在地震作用下的層間位移限值;并且根據(jù)建筑構(gòu)件的變形和建筑結(jié)構(gòu)的位移之間的關(guān)系,確定構(gòu)件的變形值;根據(jù)建筑界面的應變分布以及大小,來確定建筑構(gòu)件的構(gòu)造需求。對于高層建筑,在堅固的場地上進行建筑施工,可以有效減少地震發(fā)生作用時能量的輸入,從而減弱地震對高層建筑的破壞。

        (二)運用高延性設計、推廣消震和隔震措施

        在我國,許多高層建筑進行抗震設計時,多采用延性結(jié)構(gòu),也就是適當控制建筑結(jié)構(gòu)的剛度,允許地震時結(jié)構(gòu)的構(gòu)件進入到具有很大延性的塑性狀態(tài),從而消耗地震作用時的能量,使地震反應減小,減弱地震給高層建筑帶來的破壞。如果某高層建筑的承載能力較小,但是具有較高的延性,那么在地震中它也不容易倒塌,因為延性構(gòu)件可以吸收較多的能量,經(jīng)受住很大的結(jié)構(gòu)變形。

        (三)高度的確定

        按我國現(xiàn)行高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程規(guī)定,在一定設防烈度和一定結(jié)構(gòu)型式下,鋼筋混凝土高層建筑都有一個適宜的高度。這個高度是我國目前建筑科研水平,經(jīng)濟發(fā)展水平和施工技術(shù)水平下,較為穩(wěn)妥的,也是與目前整個土建規(guī)范體系相協(xié)調(diào)的。可實際上,已有許多混凝土結(jié)構(gòu)高層建筑的高度超過了這個限制。對于超高限建筑物,應當采取科學謹慎的態(tài)度:一要有專家論證,二要有模型振動臺試驗。在地震力作用下,超高限建筑物的變形破壞性態(tài)會發(fā)生很大的變化。因為隨著建筑物高度的增加,許多影響因素將發(fā)生質(zhì)變。

        (四)材料的選用和結(jié)構(gòu)體系

        由于結(jié)構(gòu)以鋼筋混凝土核心筒為主,變形控制要以鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的位移限值為基準。但因其彎曲變形的側(cè)移較大,靠剛度很小的鋼框架協(xié)同工作減小側(cè)移,不僅增大了鋼結(jié)構(gòu)的負擔,且效果不大,有時不得不加大混凝土筒的剛度或設置伸臂結(jié)構(gòu),形成加強層才能滿足規(guī)范側(cè)移限值;此外,在結(jié)構(gòu)體系或柱距變化時,需要設置結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層。加強層和轉(zhuǎn)換層都在本層形成大剛度而導致結(jié)構(gòu)剛度突變,常常會使與加強層或轉(zhuǎn)換層相鄰的柱構(gòu)件剪力突然加大,加強層伸臂構(gòu)件或轉(zhuǎn)換層構(gòu)件與外框架柱連接處很難實現(xiàn)強柱弱梁。因此在需要設置加強層及轉(zhuǎn)換層時,要慎重選擇其結(jié)構(gòu)模式,盡量減小其本身剛度,減小其不利影響。在高層建筑中,應注意結(jié)構(gòu)體系及材料的優(yōu)選。

        五、結(jié)語:

        由于高層建筑抗震設計屬于繁重而復雜的過程,需要從多方面同時入手,因此,在進行抗震結(jié)構(gòu)設計時應當對高層建筑所處的地質(zhì)和環(huán)境進行詳細的分析和研究,選用適合的抗震結(jié)構(gòu),進而提高高層建筑的抗震性能,提高建筑物的安全性。

        參考文獻:

        [1]孫小童. 建筑設計施工過程中抗震措施的應用 [J] 山西建筑2017(7)

        [2]李彤.淺談高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設計 [J] 建筑結(jié)構(gòu)學報 2015(8)

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