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        超高層建筑抗震性能設(shè)計(jì)分析

        2021-10-27 16:37:04鄭小偉
        科技研究·理論版 2021年13期
        關(guān)鍵詞:性能分析超高層建筑抗震設(shè)計(jì)

        鄭小偉

        摘要:隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高,高層以及各種超高層建筑在城市建設(shè)中的應(yīng)用越來(lái)越多。為有效保障人們生命財(cái)產(chǎn)安全,必須重視對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì),尤其是進(jìn)行抗震概念設(shè)計(jì)能有效降低地震對(duì)建筑物的損害,提升社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。城市規(guī)模的擴(kuò)大,建筑數(shù)量的增加使城市用地變得更加緊張,而超高層建筑的出現(xiàn)為緩解用地緊張?zhí)峁┝怂悸?。這一種思路不僅可以促進(jìn)城市土地利用效率的提升,同時(shí)能滿足人們對(duì)生活舒適度與生活環(huán)境提出的更高要求。超高層剪力墻結(jié)構(gòu)住宅可以滿足人們對(duì)住宅的消費(fèi)需求,而其抗震設(shè)計(jì)也成為人們重點(diǎn)關(guān)注的焦點(diǎn)問(wèn)題。

        關(guān)鍵詞:超高層建筑;抗震設(shè)計(jì);性能分析

        近些年來(lái),超高層建筑在我國(guó)發(fā)展日益迅速,就建筑行業(yè)的研究而言, 目前普通結(jié)構(gòu)抗震已難以滿足超高層建筑設(shè)計(jì)。隨著時(shí)代的不斷發(fā)展,在 超高層住宅設(shè)計(jì)中剪力墻結(jié)構(gòu)得到廣泛的應(yīng)用,設(shè)計(jì)人員要重點(diǎn)關(guān)注高層 剪力墻結(jié)構(gòu)抗震性能的應(yīng)用分析,在實(shí)際的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)通過(guò)多方的論證,與建筑實(shí)際情況和對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)要求相互結(jié)合,進(jìn)行科學(xué)合理的分析,以推動(dòng)剪力墻結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展,同時(shí)讓建筑事業(yè)獲取更大的成就。

        1超高層建筑抗震性能設(shè)計(jì)的必要性

        在高層建筑工程建設(shè)過(guò)程中,抗震性能至關(guān)重要,只有保證高層建筑 結(jié)構(gòu)的抗震性能嚴(yán)格滿足設(shè)計(jì)基本原則和要求,才能保證工程整體結(jié)構(gòu)抗震性處于良好的狀態(tài),而且這一問(wèn)題和建筑物乃至人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全都息息相關(guān),可見(jiàn)做好高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)工作的重要性和必要性。我國(guó)大多數(shù)高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震能力相對(duì)還是比較強(qiáng)的,甚至很多地層建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能都遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及高層建筑工程。所以很多地震中更多倒塌的建筑物為低層建筑結(jié)構(gòu),而非高層建筑。但由于高層建筑的層數(shù)比較多, 高度大,所以在遇到地震的時(shí)候往往會(huì)出現(xiàn)較為嚴(yán)重的搖晃現(xiàn)象,所以對(duì) 其整體結(jié)構(gòu)的抗震性要求也非常嚴(yán)格。通常情況下我國(guó)高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能要達(dá)到7度以上,由于地震的不可預(yù)測(cè)性,在真正遭受到地震的時(shí)候難免會(huì)造成一定的損壞,我們只能是通過(guò)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)盡可能減低損失,保證人員的生命安全。

        針對(duì)超高層建筑設(shè)計(jì),需要重點(diǎn)關(guān)注其抗震設(shè)計(jì),并且這對(duì)于具體的 超高層建筑項(xiàng)目具有重要的指導(dǎo)意義。隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,針對(duì)超高層剪力墻抗震性能做好對(duì)應(yīng)的分析具有重要的意義與價(jià)值。此外,隨著社會(huì)的高速發(fā)展,人類社會(huì)需要更多的超高層建筑,超高層建筑的增多不僅預(yù) 示著生產(chǎn)力的進(jìn)步,也會(huì)充分利用土地資源,進(jìn)而提升社會(huì)的經(jīng)濟(jì)效益。 當(dāng)然,施工企業(yè)在追求超高層建筑外觀與施工效率的同時(shí),要確保超高層 建筑的整體質(zhì)量,而剪力墻的結(jié)構(gòu)抗震性能會(huì)直接影響建筑的整體質(zhì)量, 做好其抗震設(shè)計(jì)分析是非常有必要的。

        2超高層建筑抗震性能設(shè)計(jì)要點(diǎn)

        2.1合理選擇和布置建筑方案

        結(jié)構(gòu)工程師的作用是配合建筑設(shè)計(jì)師的工作,通過(guò)力學(xué)計(jì)算分析、概念設(shè)計(jì)等方式盡可能實(shí)現(xiàn)其設(shè)計(jì)意圖。然而在方案設(shè)計(jì)時(shí),結(jié)構(gòu)工程師往往參與較少,待建筑方案確定后往往出現(xiàn)結(jié)構(gòu)布置不合理、不滿足抗震設(shè)計(jì)要求的情況。因此,為確保后期結(jié)構(gòu)抗震方案的可實(shí)施性,結(jié)構(gòu)工程師 應(yīng)盡可能早地參與到建筑方案的確定過(guò)程中來(lái),并要求建筑方案遵循"平 面對(duì)稱、立面均勻"的布置原則。

        2.2加強(qiáng)抗震防線設(shè)計(jì)

        隨著人們對(duì)高層建筑抗震效果的重視程度的提高,相關(guān)設(shè)計(jì)人員除了要確保建筑基本的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)以及安全建設(shè)標(biāo)準(zhǔn),還需要提高現(xiàn)代混凝土結(jié)構(gòu)的抗震性能。在設(shè)計(jì)高層混凝土建筑的過(guò)程中,需要加強(qiáng)抗震防線的設(shè)計(jì)。如果發(fā)生地震,那么建筑物可以處于多條防線的保護(hù)下,盡可能地防 止出現(xiàn)混凝土結(jié)構(gòu)坍塌的情況,從而增強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)的平衡性。因此,設(shè)計(jì) 人員需要根據(jù)國(guó)家所制定的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),科學(xué)設(shè)計(jì)混凝土結(jié)構(gòu)的抗震級(jí)別, 不斷提高混凝土結(jié)構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性。

        2.3抗側(cè)力體系布置

        根據(jù)建筑施工圖布置方案,剪力墻布置在建筑交通核四周及角部,四周設(shè)置稀疏的框架柱。剪力墻盡量采用長(zhǎng)墻形式,增加結(jié)構(gòu)的抗側(cè)移剛度。該工程底部因建筑功能為商業(yè),需要大開(kāi)間空間,而局部區(qū)域上部剪力墻無(wú)法落地,故可通過(guò)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層進(jìn)行轉(zhuǎn)換,該工程采用型鋼混凝土框支柱、 框支梁進(jìn)行轉(zhuǎn)換。型鋼截面尺寸、厚度通過(guò)計(jì)算確定,并加強(qiáng)鋼柱、鋼梁 節(jié)點(diǎn)構(gòu)造,增加其在地震作用下結(jié)構(gòu)的延性。同時(shí),對(duì)于其余上下連續(xù)貫通落地的剪力墻,在框支層以下部分進(jìn)行加厚處理,邊緣構(gòu)件內(nèi)設(shè)置型鋼, 增加落地剪力墻的剛度和延性。上部四周框架梁適當(dāng)加高加寬,以提高結(jié) 構(gòu)的整體性。

        2.4運(yùn)用高延性結(jié)構(gòu)消震和隔震

        高延性結(jié)構(gòu)可以有效提高抗震能力,并且有著良好的吸收地震能量的 作用,我國(guó)當(dāng)前在建筑的防震設(shè)計(jì)及后期施工過(guò)程中,為增加建筑結(jié)構(gòu)的延性、整體剛度,對(duì)結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)構(gòu)造進(jìn)行了科學(xué)合理的設(shè)計(jì),以減少地震作用帶來(lái)的不利影響。必要時(shí)可采用減震、隔震設(shè)計(jì),確保建筑結(jié)構(gòu)的安全、經(jīng)濟(jì)、用。

        2.5合理規(guī)劃墻肢面積

        通過(guò)機(jī)構(gòu)形式直接構(gòu)成雙肢墻或者多肢墻,嚴(yán)格控制裂縫與屈服部位出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)豎縫與洞口連梁位置,進(jìn)而構(gòu)成耗能結(jié)構(gòu)。這種模式的剪力墻會(huì)降低剛度,當(dāng)?shù)卣馂?zāi)害出現(xiàn)的時(shí)候可避免出現(xiàn)剪切破壞或者底部墻體過(guò)早屈服的現(xiàn)象,以此減少災(zāi)害帶來(lái)的影響。第二,在設(shè)計(jì)超高層剪力墻結(jié) 構(gòu)的時(shí)候,還需要添加梁柱結(jié)構(gòu)構(gòu)件,這樣就可以形成邊框剪力墻,如此也可以規(guī)避斜向裂縫擴(kuò)展到相鄰結(jié)構(gòu)的問(wèn)題。另外,還可以在剪力墻被嚴(yán)重破壞之后發(fā)揮其承載作用。

        2.6加強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)的整體性

        只有保證建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部整體強(qiáng)度、剛度和耗能能力,在發(fā)生地震時(shí)各個(gè)部件才能夠協(xié)調(diào)工作。因此,應(yīng)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)四周梁截面尺寸,對(duì)于開(kāi)大洞 四周樓板要加大樓板厚度和拉通筋的配筋率,提高樓板的平面內(nèi)剛度,確 保結(jié)構(gòu)滿足計(jì)算假設(shè)以及結(jié)構(gòu)抗震性能滿足規(guī)范要求。

        2.7注意薄弱層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

        建筑結(jié)構(gòu)的薄弱層一般出現(xiàn)在建筑結(jié)構(gòu)豎向抗側(cè)力構(gòu)件不連續(xù),樓層的承載力出現(xiàn)突變以及結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度的突變位置。在地震的作用下,薄弱層是最容易受到影響的,因此在強(qiáng)化薄弱層的結(jié)構(gòu)計(jì)算分析的基礎(chǔ)上,要加強(qiáng)薄弱層的抗震承載能力和耗能能力,使薄弱層有足夠的強(qiáng)度和剛度來(lái)應(yīng)對(duì)地震作用。

        2.8妥善落實(shí)建筑抗震性能的加固設(shè)計(jì)

        通過(guò)分析目前我國(guó)的高層建筑抗震設(shè)計(jì)情況可知,很多建筑的抗震方 式比較簡(jiǎn)單,抗震的能力也不強(qiáng)。因此,當(dāng)建筑物遇到強(qiáng)烈的地震發(fā)生時(shí), 就會(huì)產(chǎn)生不同程度的破壞和坍塌,從而造成嚴(yán)重的人員傷亡事故。為此, 在設(shè)計(jì)高層混凝土建筑抗震結(jié)構(gòu)的過(guò)程中,需要妥善落實(shí)建筑抗震性能的 加固設(shè)計(jì)工作。在具體的施工過(guò)程中,施工人員要科學(xué)合理地分布建筑結(jié) 構(gòu)的剛度和強(qiáng)度,防止出現(xiàn)薄弱層。

        3結(jié)束語(yǔ)

        綜上所述,隨著時(shí)代的不斷發(fā)展,剪力墻結(jié)構(gòu)施工作為較為成熟的一 種施工工藝,在當(dāng)前的建筑工程之中得到廣泛的應(yīng)用,尤其是針對(duì)超高層 住宅而言,做好超高層剪力墻結(jié)構(gòu)住宅抗震設(shè)計(jì)成為現(xiàn)階段值得思考的問(wèn)題。地震是對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)安全造成最大威脅的一種因素,對(duì)于高層建筑來(lái)說(shuō),良好的抗震設(shè)計(jì)能夠保障人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全,因此在建設(shè)高層 建筑的過(guò)程中必須加強(qiáng)抗震設(shè)計(jì),在掌握基本設(shè)計(jì)原則的基礎(chǔ)上不斷優(yōu)化抗震結(jié)構(gòu)。

        參考文獻(xiàn):

        [1]陳宇飛.郝紹金.馬貴紅.等.超限高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)失效分析[J].工程抗震與加固改造 .2020.42(6):175.

        [2]程潔.李茜.高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)和加固措施分析[J].工程技術(shù)研究 .2019.4(4):197-198.

        [3]宿專青.高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中的不足及對(duì)策分析[J].住宅與房地產(chǎn) .2019(5):81.

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