高层混凝土建筑抗震结构设计探析

来源 :城市建设理论研究 | 被引量 : 0次 | 上传用户:cdabcabc
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  摘要:随着地震的多发,房屋抗震的设计显得至关的重要。房屋的建筑要按照抗震的要求来进行合理的设计,我国建筑的标准规范在保证房屋的安全这一方面是起到了根本性作用的。大量的体系与结构都非常的合理,同时按照我们国家抗震的相关标准做设计并施工房屋,完全可以实现“小震震不坏、中震亦可修、大震震不倒”这一设计目标。本文谈论的是高层的建筑在抗震上结构要求,并对高层混凝土建筑抗震的设计方进行了探讨。
  关键词:高层建筑;混凝土结构;抗震设计
  中图分类号:TU208文献标识码: A
  引言
  近年来,由于人类对于自然环境的不断破坏,各类自然灾害发生的较为频繁。地震作为自然灾害中破坏性非常严重的一种,其突发性和破坏性对人类的生存安全及社会的稳定造成了较大的破坏。通过对近几年地震中的伤亡原因进行统计表明,由于地震所引发的次生灾害--房屋倒塌,成为地震中对人类的安全及经济损失影响最大的因素。所以对于当前的建筑物在设计时,特别是高层建筑在设计时,其结构抗震设计是十分关键的,对于减轻地震灾害具有十分重要的意义。
  一高层混凝土建筑抗震结构设计的要求
  就现在的情况而言,要想使高层混凝土建筑达到良好的抗震效果,例如,在地震较弱的时候,整体结构保持稳定牢固不破损;遇到中等程度的地震,能够经过相关的维修仍可投入使用;地震较为严重时,高层建筑要做到不倾倒,就需要在设计时,综合考虑刚柔配合,结构各方受力科学合理,根据具体的情况来针对性进行规划,必须按照“强剪强弯”的设计规范标准来提高建筑结构的整体稳定性。
  首先,高层混凝土建筑在设计规划时,一定要把握好结构刚度值的大小,经过精确的计算分析,充分了解地质地形条件、所用建材性能、机械设备运行参数、物理力学知识等内容,最终确定高层结构的整体刚度强弱或者某个结构设施的刚度,依靠连接设置的调节作用,力求保证抗震能力的提高,尽量让整个建筑波动受力保持在地质所能支持的范围之间。也就是说,如果其基础结构产生小幅度的变形,结构的自我调节功能就会使得整体结构不发生大幅度改变,在经过一些维护工作之后,仍然具有使用价值。
  其次,,在结构设计以及规划时,结构工程师一定要着重关键构件和连接点的受力情况,采取相关措施进行有效调节,可以达到消灾减震的目的,尽最大程度地降低地震灾害带来的损失。根据有关地震灾害统计,刚度过于柔和的高层混凝土建筑受到强大的震动作用后,其主体结构受到了一定程度的损毁,然而在余震的相继作用之下,就会受到持续损坏导致崩塌。
  总之,对于高层混凝土建筑抗震结构的设计,一定要保证其结构具备适宜的刚度,还要改善其延性等特点,进而增强其整体结构的抗震性能。
  二、高层混凝土建筑抗震设计中需要注意的问题
  1、从高层混凝土建筑地震的形变特征来看,由于地震造成的结构破坏有两种原因:一种是一次超越型,即由于地震振动引起的结构位移超过结构的变形承受的能力,最终使结构的强度下降导致高层建筑在地震作用下倒塌;另一类是反复损伤型,在地震的作用下引起结构的弹性和塑性变形循环,结构因损伤累积以及低周疲劳效应而破坏。高层建筑的防震底盘和裙房顶面与主楼相接处面积突然减小时,即相邻楼层质量突变较大时,则造成反复损伤类型的地震损坏;建筑结构的平面布置不合理,电梯井等抗侧力构件存在偏心的布置,因发生扭转振动而使震害加重,就导致建筑结构的反复损伤。钢筋混凝土结构在整体设计上存在较大的不对称性,钢筋混凝土多肢剪力墙的窗下墙通常会出现斜向或交叉裂缝,使得这些结构存在着层间屈服强度。在强烈地震作用下,结构的薄弱层率先屈服,弹塑性变形急剧变大,并形成弹塑性变形集中的现象。
  2、高层混凝土建筑最初设计阶段缺乏岩土工程勘察资料或资料不全,一些设计师在初审通过之后就直接进入了施工图设计阶段,没有岩土工程的前期勘察资料,使得设计缺少最重要的设计缺少了必要的依据,如果选取的参数再计算过程中出现问题,则结构设计和工程预算的相应参数需要重新选取。除此之外,如果不能正确选取建筑施工场地和施工技术也会对高层建筑的抗震能力造成负面影响,包括以下几点:
  (1)选取的地基不合理,高层建筑开发商不能正确的选择地基,没能避免选在两类土壤上和避开不利地形、不采用震陷土作天然地基,甚至有些地基建在断层、山崖、滑坡、地陷等抗震危险地段。
  (2)选用的材料不科学,导致体系结构不合理。我国建筑结构变形控制要以钢筋混凝土结构的位移限值为基准,其中主要以钢筋混凝土核心筒建筑形式为主,但因其弯曲变形的侧移较大,靠刚度很小的钢框架协同工作减小侧移,不仅增大了钢结构的负担,而且效果不大,有时不得不加大混凝土的刚度或设置伸臂结构,形成加强层才能满足规范侧移限值,但是这样还常常会出现部分建筑物高度过高,在震力作用下,超高限建筑物的变形破坏性会发生很大的变化,使得高层建筑物的抗震能力下降。
  三、高层混凝土建筑抗震的设计方
  1、选取合理的建筑结构参数
  对于复杂结构进行多遇地震作用下的内力和变形分析时,应采用不少于两个不同的力学模型,目前主要有两种计算理论:剪摩理论和主拉应力理论,它们有各自的适用范围:砖砌体一般采用主拉应力理论,而砌块结构可采用剪摩理论。先计算出结构在弹性状态下的地震作用效应,与风、重力荷载效应组合,并引入承载力抗震调整系数,进行构件截面设计,从而满足第一水准的强度要求。其次是选择建筑场地时,应掌握地震活动情况,根据工程地质和地震地质的有关资料,对抗震危险地段作出综合评价。对地震多发地段,应提出避开要求,当无法避开时应采取积极有效的措施,仔细的划分高层建筑地段的岩石、半岩石和密实的地基土对房屋抗震最有利,是最好的建筑场地;而松软的粘性土,尤其是易发生砂土液化的地区,都对房屋的抗震不利。同一结构单元的基础不宜设置在性质截然不同的地基上;同一结构单元不宜部分采用天然地基不采用桩基。减少地震发生时能量的输入在具体的设计中,积极采用基于位移的结构抗震方法,对具体的方案进行定量分析,使结构的变形弹性满足预期地震作用力下的变形需求。对建筑构件的承载力进行验收的同时,还要控制建筑结构在地震作用下的层间位移限值;并且更具建筑构件的变形和建筑结构的位移之间的关系,确定构件的变形值;根据建筑界面的应变分布以及大小,来確定建筑构件的构造需求。对于高层建筑来讲,在坚固的场地上进行建筑施工,可以有效减少地震发生作用时能量的输入,从而减弱地震对高层建筑的破坏程度。
  2、运用高延性设计、推广消震和隔震措施的运用
  现在在我国,许多高层建筑进行抗震设计时,多采用延性结构,也就是适当的空着建筑结构的刚度,允许地震时结构的构件进入到具有很大延性的塑性状态,从而消耗地震作用时的能量,使地震反应减小,减弱地震给高层建筑带来的破坏和重大损失。如果某高层建筑的承载能力较小,但是具有较高的延性,那么在地震中它也不容易倒塌,因为延性构件可以吸收较多的能量,经受住很大的结构变形。延性结构的运用,在很多情况下是有效的,它可以消耗地震能量,减轻地震反应,使结构物裂而不倒一。
  3、提升结构的抗震性能
  钢筋混凝土的结构建筑,隔墙与围护墙要多的采用空心砖与实心砖或者混凝土的砌块等。这些刚性都很好的填充了结构动力上的特性。砌体的填充墙别于轻质的隔墙,即时同为非承重的构件,但是有着很强的抗侧移能力,沿着房屋的竖向要做到连续性的贯通,以此保证在竖向上均匀的刚度,框架剪力就不会骤然的增大,薄弱层由此形成,这是不利于抗震的。所以说业主与监理人都不可对填充墙的作用忽视,仅仅只是功能要求,而任意将填充墙设计改变。框架房屋中,要采取措施不让窗裙墙的框架柱产生嵌固,由此而变作短柱。这样短柱承担的剪力会大增,容易破坏剪切。
  结束语
  随着高层建筑的不断兴起,其抗震结构设计成为人们关注的焦点,目前技术的进步,使高层建筑结构的抗震设计技术和方法越来越先进,越来越完善。但社会需求的不断提升,也需要设计人员不断强化自身的专业技能,同时还要做好对建筑环境及地质的分析和研究工作,从而根据实际情况来选择适合的抗震结构,从而增强高层建筑结构的抗震能力,避免在地震发生时造成严重的伤亡和损失
  参考文献
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