高层混凝土建筑抗震分析

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  摘要:目前我国社会经济发展的越来越快速了,城市建筑的紧密性也随之增加,所以那些城市建筑物中的高层钢筋混凝土框架结构的百分比持续的上升,就比如2008 年汶川地震中的高层钢筋混凝土框架结构抗震的实际例子,这其中大多数的建筑的结构和功能上有不同层次的损害,而出现建筑坍塌的事例发生的却很少,在确保人员生命安全的基础上造成了很大的财产损失。只有在高层混凝土建筑的抗震设计上加大监测力度,才能使高层钢筋混凝土框架结构在城市建筑中的重要比例不被破坏。
  关键词:高层混凝土;抗震;建筑
  1引言
  建筑设计新的战略高度的核心内容就是加大对高层建筑结构抗震的要求。设计人员只要在力学,建筑学,设计学这三个方面加强自己整体的专业知识和制图技能,结合严谨缜密的态度,深层次的探究设计规范与建筑结构中的所有构件,并且做出合规格的构件,从根本上,加强设计水平和设计质量的创新,最终控制好建筑结构的质量,为达成建筑的实用价值和美学价值的结合献出自己的一份力量。
  2高层混凝土建筑抗震结构的分析
  从这个时期的高层混凝土建筑的结构的根本来说,其结构方式就是垂直于地面的竖向悬臂。建筑物的垂直荷载使得它和地球产生一个相反的轴心力;而水平荷载则会产生弯矩。从它的结构受力情况可以得到这样的结论:建筑的垂直载荷方向无具体变化时,建筑高度的持续上升只会影响量的增加,此时的水平载荷可以由各个方向来传送;只要建筑的荷载水平分布式,建筑的高度就和弯矩就会出现二次方的改变。
  再从建筑的侧移特点来看:建筑竖直方向载荷引起的建筑位移是比较小的,而水平方向的载荷作为平均分布的载荷时,建筑的高度就和其侧移呈现出四次方的变化。由此可以得出,在高层混凝土建筑结构中,水平方向的载荷对建筑结构的影响是要远远大于垂直方向载荷对建筑结构的影响的,所以在进行高层混凝土建筑建设时,水平载荷是在进行结构设计时需要重点控制的影响因素,所以除了在保证高层建筑结构抵抗水平载荷产生的弯矩、剪力以及 压、拉应力时,要具有较大的强度以外,还要保证高层建筑结构具有足够的刚度,使得建筑随着高度的不断升高,所引起的侧向变形能控制在结构规范允许的范围之内。
  3我国高层混凝土建筑结构的设计现状
  地震由于其具有较强的突发性和随机性,要在强烈晃动中保证高层建筑的稳定性是一向很大的挑战。混凝土具有硬度高、连接性好的特点,但是强烈的晃动又要求建筑物的材质应该是变形可收缩的,这样就可以消耗地震的能量,提高结构的变形、耗能能力和整体抗震能力,防止高于设防烈度的“大震”不倒是抗震设计要达到的目标。虽然这几年,越来越多的研究者这在着手研究这方面的问题,但是效果并不是很理想。下面简述一下关于我国高层混凝提土建筑结构的抗震设计中存在的问题。
  1结构层间屈服强度有明显的薄弱楼层
  在对于混凝土框架结构的设计上存在明显的不均匀性,使得这些结构存在着层间屈服强度特别薄弱的楼层。当发生强烈地震时,结构的薄弱层率先屈服,弹塑性变形急剧发展,并形成弹塑性变形集中的现象,从而导致大楼的迅速垮塌。比如在1976年的唐山大地震中,就出现了高层建筑的集体弹性变形的情况。
  2柱端与节点的破坏较为突出
  在地震中易造成高层建筑严重变形倒塌的原因是框架结构中存在梁轻柱重的情况。如果柱顶重于柱底,那么很显然的容易造成尤角杜和边柱易发生破坏。这种情况对于短柱来说,易发生剪切破坏外。对于一般柱来讲,当节点核芯区无箍筋约束时,节点与柱端破坏合并加重。同时当柱侧有强度高的砌体填充墙紧密嵌砌时,柱顶剪切破坏严重,破坏部位还可能转移至窗洞上下处,甚至出现短柱的剪切破坏。
  3砌体填充墙的破坏较为普遍
  当遭到地震作用时,由于砌体承重墙变形力度较小,首先受到地震的作用而出现裂缝情况。当遇到8级或者8级以上地震时,填充墙的裂缝会明显变宽,甚至造成建筑物倒塌震害规律一般是上轻下重,空心砌体墙重于实心砌体墙,砌块墙重于磚墙。
  4高层混凝土建筑抗震结构设计方法
  本文主要探讨的就是高层混凝土建筑结构设计的方法,主要包括了以下几个方面的内容:
  1加强建材的选择
  对于建筑工程而言,其材料属于基础,因此在抗震方案设计中,不可忽视建材的选择。为了提高建材的的抗震性能,不仅需要对建材承受力进行分析,还应应加强建材的抗震性能参数分析,从整体上进行所有建材的参数变异性的分析。换句话说,从抵抗地震来选择建材就应控制好建筑结构的延性,为了达到这个方面的需求,就需要选择满足抗震需求同时也经济适用的建材。
  2概念设计及设计参数的合理选择
  在进行抗震结构方案设计时,需要进行概念设计,以明确结构体系地震作用的传递途径,同时也使得结构拥有更多的抗震防线。结构最大且适用高度等应控制在规范的允许范围之内,以便结构拥有足够的延性。在剪力墙的布置上理应对称与均匀,而且应在横纵两方向上都要合理布置,使得两个主轴方向上的刚度能保持一致;墙体上的开洞尽量少,若必须开洞,则应保证洞口的齐整,要避免随意的开洞;高层混凝土结构的构件在截面尺寸、受力钢筋及箍筋等方面的设置应控制恰当;在结构构建的装配及连接上,要保证其结构的整体性,对于预应力混凝土构建的预应力钢筋而言,锚固在节点核心区之外最佳。
  3重视抗震结构的设计
  就目前来看,我国在150米及以上的高层混凝土建筑,主要有三种结构体系,这些结构体系也是其他各国普遍采用的体系。由于我国钢材生产十分丰富,加之该类结构在加工制造中也得到了很大的进步与提高,基于此我国高层混凝土建筑结构可以采用钢骨混凝土结构或者钢管混凝土结构,这样可以有效减少柱断面的尺寸,从而提高层建筑的抗震性能。
  4科学选择高层建筑结构体系
  在高层建筑结构设计的时候,首先就要充分考虑该高层建筑的房屋高度、使用功能、抗震设防烈度、高宽比、地基情况、场地类别及施工技术等,通过综合的分析与研讨,最终科学选择高层建筑结构体系。就当前来看,我国普遍适用的高层混凝土建筑结构体系主要有:框架、剪力墙、框架—剪力墙、板柱一剪力墙等。本文就其中的前三者进行简要的阐述与探讨:   ①框架结构
  高层建筑结构采用框架结构的话,则其室内空间可以灵活布置。当高层建筑层数不多时,水平荷载所承受的力不大,同时对结构的影响也很小,因此采用框架结构就比较合理。但是,这种结构的本质属于柔性,并且以剪切变形为主,因此实际的使用高度受到了限制,一般适用于层数较少或者非抗震设计的高层建筑中。
  ②剪力墙结构
  这种结构主要指的是剪力墙随着纵向与横向采用多轴线斜交布置或者正交布置,而全部的水平及竖向荷载最终都由钢筋混凝土墙体所承受,其本质为刚性,同时以弯曲变形为主。这种结构有着很好的抗侧力,并且在水平力的作用下侧向变形很小,空间的整体性不错。但是,由于剪力墙结构自身的重量过大,使得建筑的平面布置过于局限,无法满足内部过大的建筑需求。因此,剪力墙结构主要用在墙体布置较多且房屋面积要求不大的建筑中。
  ③框架一剪力墙结构
  框架一剪力墙结构当属框架结构与剪力墙结构的有机结合,指的是在框架结构中适当增设剪力墙,从而实现建筑结构的刚柔并进,能屈能伸。这种结构能够为建筑提供更为广阔的使用空间,并且框架与剪力墙可以共同承当水平作用力。但是,两种结构在刚度及变形上还是有一定的区别的,所以要进行相应的辅助工作使它们的变形保持一样,具体是在每个楼板间做准备,从而可以确保两者间的协调工作。本来受力不同的两部分,在经过协调以后,顶部的框架能帮助分担剪力墙的抗震作用,还能使底部的剪力墙也一起发挥抗震的作用,从而将两者的优点融合在一起,最大程度上的加强抗震性能。所有高度的建筑结构都可以采用这种模式来抗震。
  ④建筑结构抗震性能的提升
  高层建筑与一般建筑在受力上存在很大的差异性,特别是处于地震区开展高层建筑结构设计时期,不仅要确保符合标准的刚度与强度,还要有完美的抗震性能。通过对高层建筑结构抗震设计的研究与分析,建筑结构抗震性能有一个整体的提高,从而达到了“小震不坏,中震可修,大震不倒”的目的。这个目的的达成取决于在部分地区的结构抗震设计采用的是塑性变形,以此来收纳地震产生的能量,地震破坏相应的下降。这种方式被普遍的运用起来,效果也十分的明显。
  5结束语
  社会经济的不断发展,高层建筑也随之多了起来,所以抗震设计发挥的作用也越来与重要了。高层结构体系结构形式越来越繁杂,探究难度也比较麻烦,要整体且详细的分析每个构件及组成部分,已成為之后高层建筑结构体系的设计与分析的核心。
  参考文献:
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