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        高層鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)抗震延性設(shè)計

        2021-07-03 02:47:43王全偉
        裝備維修技術(shù) 2021年52期

        王全偉

        摘? 要:目前我國經(jīng)濟發(fā)展很快,由于全球經(jīng)濟一體化建設(shè)的影響,我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)非常多,鋼筋混凝土高層建筑既能滿足居民的生活需要,又能節(jié)約土地資源,在建設(shè)過程中能夠促進城市化進程,但是隨著鋼筋混凝土高層建筑規(guī)模不斷擴大,其安全性問題也越來越突出,尤其是在發(fā)生地震的時候,更是如此。由于抗震設(shè)計并非一項簡單的工作,涉及的內(nèi)容十分復雜,為了提高結(jié)構(gòu)抗震性能,必須把建筑設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計有機地結(jié)合起來。

        關(guān)鍵詞:高層鋼筋混凝土;抗震;延性

        前言:

        目前高層建筑的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計非常重要,特別是抗震設(shè)計要做好,因為地震災害難以預測,而且會給建筑物造成很大的傷害。因此在設(shè)計時必須重視抗震設(shè)計,減少地震對人身的傷害,需要結(jié)合國內(nèi)外先進的設(shè)計經(jīng)驗,結(jié)合實際施工情況,使結(jié)構(gòu)在使用過程中更加穩(wěn)固,并能化解地震帶來的沖擊。本文對高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計方法作了相關(guān)分析與探討

        1.高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)分析

        隨著建筑業(yè)的發(fā)展,建筑工程項目越來越多,但如何使建筑的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)系統(tǒng)與建筑設(shè)計要求更為相符,就要求將其與項目的實際情況相結(jié)合,防止為了追求規(guī)模而造成浪費,而且在基礎(chǔ)條件建設(shè)較為樂觀的情況下,為了達到鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系的變形極限值,在設(shè)計中應盡量降低結(jié)構(gòu)的剛度,對此筆者從以下兩個方面來分析鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

        1.1結(jié)構(gòu)高度的控制

        超高現(xiàn)象是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中經(jīng)常遇到的一個問題,它直接影響著建筑物的抗震性能,不同的建筑高度會導致不同的設(shè)計形式。因此,當高層建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)生高度變化時,特別是出現(xiàn)超高問題時,必須重新設(shè)計結(jié)構(gòu)體系。

        1.2結(jié)構(gòu)體系的選擇

        在高層建筑的外觀設(shè)計上,現(xiàn)代的高層建筑并不像傳統(tǒng)的建筑那樣嚴格,但是要保證其整體的強度和穩(wěn)定性,就需要對其進行全面的優(yōu)化,而建筑的設(shè)計也起到了至關(guān)重要的作用,以建筑的結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ),完善的體系建設(shè),可以更好地保證其施工的質(zhì)量。

        2.高層鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)抗震延性的設(shè)計原則

        2.1強剪弱彎的設(shè)計原則

        在抗震作用下,應嚴格遵守強剪-弱彎矩原理,盡量減少發(fā)生剪力失效的可能性。在進行設(shè)計時,必須掌握剪力的具體計算方法。在具體的抗剪承載力計算時,應根據(jù)實際情況,選取合適的計算公式,提出實用的結(jié)構(gòu)措施。在實際的抗彎承載力及剪應力計算中,應按結(jié)構(gòu)的不同級別進行相應的調(diào)整。在進行梁柱剪力設(shè)計時,應與梁柱末端的剪力設(shè)計相適應,塑性鋼管的極限彎曲強度應與其相應,在抗剪計算中,主要考慮的是地震反應和剪切離散問題。由于抗震等級的不同,其延性要求也不盡相同,其抗剪承載能力的計算也不盡相同。

        2.2強柱弱梁的設(shè)計原則

        首先在柱的抗彎能力設(shè)計上相對于梁的設(shè)計要更大,從而能夠讓塑性更少地出現(xiàn)的梁端,更多地在柱端,這種設(shè)計方案能夠讓地震作用時使建筑鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)能夠出現(xiàn)梁柱鉸接機構(gòu)或梁柱機構(gòu),從而最大限度地緩解地震的作用力;其次是分析梁柱鉸結(jié)構(gòu)或梁鉸結(jié)構(gòu)時,可以明顯的發(fā)現(xiàn)梁柱鉸結(jié)構(gòu)或梁鉸結(jié)構(gòu)比柱鉸機構(gòu)產(chǎn)生了更對塑性鉸,因此在地震能量的耗散上作用更為明顯,所以在設(shè)計上遵循了加強柱的抗彎能力原則,加強柱抗彎能力能夠形成更加科學的梁柱鉸結(jié)構(gòu)或梁鉸結(jié)構(gòu),因此在抗震上作用更為明顯;;最后由于建筑的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)延性和塑性鉸分布有很大的關(guān)系,如果實際情況中梁中優(yōu)先地產(chǎn)生了塑性鉸,再形成了梁鉸結(jié)構(gòu),那么建筑爭議的塑性鉸在理論上分布就較為合理,,那么框架結(jié)構(gòu)的延性也就較為良好,如果實際情況是柱中出現(xiàn)塑性鉸,并且形成了柱地結(jié)構(gòu),那么在建筑結(jié)構(gòu)上的非彈性變形就主要分布在某一柱中,這使得柱需要極高的彈性要求,往往實際情況難以實現(xiàn),這使框架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性極大的下降,因此在設(shè)計上就必須使非彈性變量不能出現(xiàn)在柱中,而是在梁中。

        2.3強節(jié)點錨固的設(shè)計原則

        根據(jù)以往的施工經(jīng)驗,在梁鉸結(jié)構(gòu)還沒有完全發(fā)揮其應有的功能之前,就必須對其進行加強,避免過早地損壞和破壞,造成框架節(jié)點的破壞,主要是因為節(jié)點上的箍筋數(shù)量不夠,一旦受到剪力和壓力的影響,箍筋就會發(fā)生變形,甚至斷裂,造成框架節(jié)點的斷裂。在設(shè)計時,必須加強節(jié)點的施工,在核心混凝土區(qū)域布置適當?shù)墓拷?,以提高核心區(qū)的混凝土強度,防止核心節(jié)點過早地發(fā)生剪切和拉斷,而強錨固則是在靜力基礎(chǔ)的長度上加上一定的錨固長度,以達到加強的目的。

        3.高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的方法

        3.1保證結(jié)構(gòu)的規(guī)則性

        在高層建筑的設(shè)計中,設(shè)計者應從整體上考慮建筑的整體性能,確保其設(shè)計與實際需要相符,并制定出相關(guān)的平面布置圖。在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中,應著重考慮其扭轉(zhuǎn)剛度,以確保其合理地扭轉(zhuǎn)剛度,以改善其抗震性能,此外,在高層建筑剪力墻的設(shè)計中,應遵循“金角銀邊銅肚”的原則,并根據(jù)墻體和門窗的開洞來確定其內(nèi)部剪力墻的布置。同時,要充分認識高層建筑的受力薄弱環(huán)節(jié),采取針對性的措施,以增強其整體的抗震性能。這樣可以減少在地震中發(fā)生的超高層建筑的意外坍塌,提高其安全性。

        3.2充分認識結(jié)構(gòu)的受力特點

        高層建筑實質(zhì)上是一種垂直的懸臂式結(jié)構(gòu),垂直載荷的作用主要是作用于結(jié)構(gòu)的軸向作用力,它與建筑物的高度呈線性關(guān)系,而橫向載荷則是對結(jié)構(gòu)的作用。在受力特征方面,垂直荷載的方向基本不變,且隨建筑物的高度增大而增大,而橫向荷載可以在任意方向產(chǎn)生,在均勻荷載下,其與建筑物的高度成正比。從側(cè)向位移特征來看,垂直加載對側(cè)向位移影響較小,而在均勻加載下,橫向位移隨高度的增加呈現(xiàn)四次方差。結(jié)果表明,在高層建筑中,橫向荷載的作用要比垂直荷載大得多,而水平荷載是結(jié)構(gòu)的主要受力因子,結(jié)構(gòu)抵抗水平荷載產(chǎn)生的彎矩、剪力以及拉應力和壓應力除應有較大的強度外,同時要求結(jié)構(gòu)又有足夠的剛度,使其隨著高度增加所引起的側(cè)向變形限制在結(jié)構(gòu)的允許范圍內(nèi)。

        3.3合理布置結(jié)構(gòu)

        在高層鋼筋砼結(jié)構(gòu)中,應充分考慮其造價和施工困難。比如,在地下停車場布局時,采用統(tǒng)一的立柱網(wǎng)格布局,不僅便于施工,而且經(jīng)濟合理。此外,在建筑外觀設(shè)計時,可選用方形、長方形等,由于上述形狀的穩(wěn)定性好,應用于建筑設(shè)計時,可以改善其穩(wěn)定性,從而改善其抗震性能。

        3.4優(yōu)化抗震性的設(shè)計方案

        高層建筑的設(shè)計方案是進行鋼筋砼結(jié)構(gòu)抗震性能設(shè)計的先決條件,因此,設(shè)計者應充分關(guān)注并完善其設(shè)計方案。在結(jié)構(gòu)設(shè)計中,應確保構(gòu)件的延性,使其在變形后能自行復位,從而在某種程度上防止因變形而導致的房屋倒塌,從而使建筑物在較長時間內(nèi)保持相對穩(wěn)定。此外,在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時,結(jié)構(gòu)工程師要對不同級別的地震所帶來的影響進行深刻的理解,并依據(jù)施工現(xiàn)場的實際情況來制定方案。即,在進行工程設(shè)計時,應結(jié)合工程實際,主要考慮施工現(xiàn)場地質(zhì)條件、震級、頻度等,并對施工關(guān)鍵部位進行嚴密監(jiān)控,確保其結(jié)構(gòu)的抗震能力。從上述分析可知,在進行高層 RC結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計時,必須深入研究其自身的抗震性能,發(fā)現(xiàn)問題所在,并提出相應的解決辦法,確保其安全。

        結(jié)束語

        因此,在我國,高層建筑的抗震設(shè)計是一項十分關(guān)鍵的工作,它直接影響到整個建筑物的使用。因此,這就給我們的設(shè)計者帶來了新的挑戰(zhàn),在設(shè)計初期,我們要嚴格按照我國有關(guān)的法律法規(guī),利用各種技術(shù),對建筑結(jié)構(gòu)的各項參數(shù)進行科學地計算,盡量采用目前最先進的基于性能的超限高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計,以此來提高我國對高層建筑的安全要求,為其在實際中的應用與發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)。

        參考文獻:

        [1]楊宗輝.高層鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)抗震延性設(shè)計[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品,2014(27):25-26.

        [2]季志正.高層鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)抗震延性設(shè)計[D].中國地震局工程力學研究所,2014.

        [3]王宏偉.高層鋼筋混凝土建筑結(jié)構(gòu)抗震延性設(shè)計[J].建材世界,2015(26):46-48.

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