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摘要:地震对高层建筑的影响较大,科学性、规范性的抗震设计,能够确保居住公民的生命和财产安全,也能够降低危险事故的发生率。所以,在高层建筑实际设计当中,应当提高对抗震设计的重要性,设计人员要掌握基本原则和要求,根据工程实际情况,优化设计方案及流程,从根本上提高抗震设计的有效性,确保高层建筑的质量安全。
关键词:高层建筑;结构;抗震;设计
1 抗震设计原则
为了使高层建筑结构抗震设计更具科学性,获取应用价值良好的设计方案,则需要了解相关的设计原则。具体包括:(1)轻度地震不能发生损坏;(2)中度地震损坏能够修复;(3)重度地震建筑物不能坍塌。实践中通过对这些不同设计原则要求的充分考虑,可使高层建筑结构抗震设计质量更加可靠,满足建筑物安全使用要求,避免其结构稳定性、应用价值等受到不利影响。
2 高层建筑的抗震设计分析
2.1 建筑场地及地基的选择
建筑物的场地选取应根据实际的工程需要,对实际的工程地质条件和地震活动的具体情况进行掌握,同时了解地震地质的有关资料,分别对抗震的有利地段,不利地段以及危险地段进行综合性的评价,对于不利地段,例如,地质较为松软或者是具有软弱下卧层的地质应该尽量避让,在无法避让时应结合设计单位采取有效措施,例如,进行砂石换填和采用桩基础等[1]。
2.2 建筑结构的规则性
建筑的抗侧力结构适于采用简单规则的平面布置方式,建筑平面的规则性可以保证建筑本身的承载力与刚度分布较为均匀。建筑平面适宜于采用矩形以及方形等平面形式,由于这类建筑平面形状较为规整,所以在地震发生时可以保持建筑整体协调一致,使得结构的抗震处理相对安全简单。建筑平面布置不规则时,例如,出现L形或者是部分凸出凹进等形状时会造成结构质刚不同心,出现较大的扭转震动,使得结构转角应力过于集中,其中结构内部刚度较小的构件会因此承担更多的水平地震力,容易造成构件破坏,最终造成整体结构因一侧失效从而产生倒塌现象。此外为了避免抗侧力结构的侧向刚度以及承载力发生突变,应该将抗侧力构件的材料强度以及截面尺寸从下到上逐渐减小,对于竖向不规则结构,在结构模型计算时应将其薄弱层的地震剪力增大1.15倍,同时按照有关规定进行弹塑性变形分析。
2.3 减轻房屋自重
在高层建筑当中建筑的地上部分其楼盖自重约占40%左右,为了增强结构的抗震性能,减小结构层间水平应力值,避免竖向构件承担更多的水平地震力剪力和彎矩,应该采取措施适当减小楼盖自重,例如采用密肋楼板或者预制多孔板等结构形式。对于剪力墙结构或者框架剪力墙结构的高层建筑而言,内部包含有较多钢筋混凝土墙体,为了适当减轻墙体所造成的自重增加,在结构计算允许的范围内应当适当减薄墙体尺寸,同时对于其中自承重墙体可以选择使用加气混凝土砌块或者是轻骨料混凝土等材料设置轻型隔墙,这同时也是减轻房屋自重的有效措施。
3 高层建筑结构的抗震设计重点
3.1 合理选择建筑结构体系
在加强高层建筑结构设计、优化抗震性能的过程中,应注重建筑结构体系的合理选择。(1)根据高层建筑的自身情况及所在区域的地质状况、气候特点等,设计人员在实践中应重视对框架—剪力墙结构、剪力墙结构等不同结构体系的选择及使用,落实好相应的设计工作,并通过对地震冲击力破坏影响的思考,注重对多道防线结构体系的合理设置,促使高层建筑可处于安全应用状态,为其抗震设计目标实现及性能可靠性增强等提供专业保障;(2)基于高层建筑结构的抗震设计研究,通过对多道防线结构体系设置及应用方面的综合考虑,有利于增强相应设计方案的应用效果,逐渐提高建筑物结构方面的安全性能[2]。
3.2 注重对施工场地的科学处理
高层建筑建设中的施工场地处理是否有效,与其结构抗震设计水平能否提升、性能是否可靠等密切相关。因此,在实现高层建筑结构抗震设计目标的过程中,应对其施工场地科学处理进行充分考虑。(1)了解施工场地的具体情况,落实与之相关的处理工作,并根据高层建筑选址要求,为其地基结构稳定性提高提供参考信息,确保高层建筑结构抗震设计有效性,全面提高其应用质量;(2)当施工场地处理工作完成后,可为高层建筑结构抗震设计提供更多的参考信息,满足其设计工作高效开展要求,优化高层建筑使用功能,避免引发其结构应用问题。
3.3 隔震消能减震设计
隔震系统具有足够的竖向强度和刚度以支撑上部结构的重量,并且具有足够的水平初始刚度,应用过程中可满足高层建筑结构安全性能优化要求,实现其抗震设计目标。具体表现为:(1)隔震系统自身具有较大的阻尼,地震时可耗散较多的能量,增强建筑结构应用安全性。因此,高层建筑设计人员应在了解隔震系统功能特性的基础上,积极开展这类建筑结构减震设计工作,降低高层建筑主体结构的地震反应,减少其破坏影响;(2)基于高层建筑的隔震消耗减震设计,应加强信息技术使用,实现对丰富信息资源的整合利用,促使建筑隔震消耗减震设计能够达到预期效果,为其设计方案应用质量提高提供技术保障。
3.4 结构刚度的合理布置
对于钢框架核心筒结构,变形控制主要要以钢筋混凝土结构的位移限值为基准,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,且效果不大,有时不得不加大混凝土筒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;此外,在结构体系或柱距变化时,需要设置结构转换层和加强层。加强层和转换层都在本层形成大刚度而导致结构刚度突变,常常会使与加强层或转换层相邻的柱构件剪力突然加大,加强层伸臂构件或转换层构件与外框架柱连接处很难实现强柱弱梁。
4 高层建筑结构构件的抗震设计
高层建筑结构抗震设计当中,需要注意地震作用下的一些影响因素与阻碍,其中位移是非常重要的一点,需要随时面对界面应变,来匹配框架支撑结构框架水平。在框架中若能保证强柱弱梁设计,且梁具有良好延性,则柱子进入屈服的可能就大大减少,此时可放松轴压比限值。确定是不是短柱的参数是柱的剪跨比,只有剪跨比≤2的柱才是短柱。另外,还可以运用其他方法对抗震结构进行精准设计,如设计多段墙框架、利用高延展性结构等方法,来进行消震或隔离,确保建筑结构的稳固性。其中高延展性结构的设计能够将其运用在承受地震时,更好地使用阻尼器转接并吸收地震能量,从而提高建筑的稳固性。其次,还要在抗震结构设计中遵循强柱弱梁的原则,将框架在地震中所承受的力进行分布,这样就会降低高层建筑倒塌的几率。[3]其中建筑结构不同构件和非构件,其内力设计值,以及抗震作用都要进行规范设定,以确保辅助框架结构的稳固性和抗震性。
5 结语
高层建筑在设计中,从基础选型开始到上部结构的布置,再到细部构件的选择均需要非常严格,这样才能够保证建筑本身具有非常良好的抗震性能。与此同时,还要与一些先进的结构抗震优化设计理念和方式进行结合,这样不仅可以保证抗震设计方案在制订和具体应用过程中具有科学性和合理性,而且还可以提高高层建筑本身结构的抗震性和经济性,为人们的生命财产安全提供有效保障。
参考文献:
[1]王雪峰.浅谈超限高层建筑工程抗震设计与实践[J].黑龙江科技信息,2017(05):228.
[2]李晶晶,颜秉星.高层建筑抗震结构设计探讨[J].智能城市,2017,3(01):106.
[3]凌小萍.高层抗震结构设计要点探究[J].低碳世界,2016(31):145-146.
关键词:高层建筑;结构;抗震;设计
1 抗震设计原则
为了使高层建筑结构抗震设计更具科学性,获取应用价值良好的设计方案,则需要了解相关的设计原则。具体包括:(1)轻度地震不能发生损坏;(2)中度地震损坏能够修复;(3)重度地震建筑物不能坍塌。实践中通过对这些不同设计原则要求的充分考虑,可使高层建筑结构抗震设计质量更加可靠,满足建筑物安全使用要求,避免其结构稳定性、应用价值等受到不利影响。
2 高层建筑的抗震设计分析
2.1 建筑场地及地基的选择
建筑物的场地选取应根据实际的工程需要,对实际的工程地质条件和地震活动的具体情况进行掌握,同时了解地震地质的有关资料,分别对抗震的有利地段,不利地段以及危险地段进行综合性的评价,对于不利地段,例如,地质较为松软或者是具有软弱下卧层的地质应该尽量避让,在无法避让时应结合设计单位采取有效措施,例如,进行砂石换填和采用桩基础等[1]。
2.2 建筑结构的规则性
建筑的抗侧力结构适于采用简单规则的平面布置方式,建筑平面的规则性可以保证建筑本身的承载力与刚度分布较为均匀。建筑平面适宜于采用矩形以及方形等平面形式,由于这类建筑平面形状较为规整,所以在地震发生时可以保持建筑整体协调一致,使得结构的抗震处理相对安全简单。建筑平面布置不规则时,例如,出现L形或者是部分凸出凹进等形状时会造成结构质刚不同心,出现较大的扭转震动,使得结构转角应力过于集中,其中结构内部刚度较小的构件会因此承担更多的水平地震力,容易造成构件破坏,最终造成整体结构因一侧失效从而产生倒塌现象。此外为了避免抗侧力结构的侧向刚度以及承载力发生突变,应该将抗侧力构件的材料强度以及截面尺寸从下到上逐渐减小,对于竖向不规则结构,在结构模型计算时应将其薄弱层的地震剪力增大1.15倍,同时按照有关规定进行弹塑性变形分析。
2.3 减轻房屋自重
在高层建筑当中建筑的地上部分其楼盖自重约占40%左右,为了增强结构的抗震性能,减小结构层间水平应力值,避免竖向构件承担更多的水平地震力剪力和彎矩,应该采取措施适当减小楼盖自重,例如采用密肋楼板或者预制多孔板等结构形式。对于剪力墙结构或者框架剪力墙结构的高层建筑而言,内部包含有较多钢筋混凝土墙体,为了适当减轻墙体所造成的自重增加,在结构计算允许的范围内应当适当减薄墙体尺寸,同时对于其中自承重墙体可以选择使用加气混凝土砌块或者是轻骨料混凝土等材料设置轻型隔墙,这同时也是减轻房屋自重的有效措施。
3 高层建筑结构的抗震设计重点
3.1 合理选择建筑结构体系
在加强高层建筑结构设计、优化抗震性能的过程中,应注重建筑结构体系的合理选择。(1)根据高层建筑的自身情况及所在区域的地质状况、气候特点等,设计人员在实践中应重视对框架—剪力墙结构、剪力墙结构等不同结构体系的选择及使用,落实好相应的设计工作,并通过对地震冲击力破坏影响的思考,注重对多道防线结构体系的合理设置,促使高层建筑可处于安全应用状态,为其抗震设计目标实现及性能可靠性增强等提供专业保障;(2)基于高层建筑结构的抗震设计研究,通过对多道防线结构体系设置及应用方面的综合考虑,有利于增强相应设计方案的应用效果,逐渐提高建筑物结构方面的安全性能[2]。
3.2 注重对施工场地的科学处理
高层建筑建设中的施工场地处理是否有效,与其结构抗震设计水平能否提升、性能是否可靠等密切相关。因此,在实现高层建筑结构抗震设计目标的过程中,应对其施工场地科学处理进行充分考虑。(1)了解施工场地的具体情况,落实与之相关的处理工作,并根据高层建筑选址要求,为其地基结构稳定性提高提供参考信息,确保高层建筑结构抗震设计有效性,全面提高其应用质量;(2)当施工场地处理工作完成后,可为高层建筑结构抗震设计提供更多的参考信息,满足其设计工作高效开展要求,优化高层建筑使用功能,避免引发其结构应用问题。
3.3 隔震消能减震设计
隔震系统具有足够的竖向强度和刚度以支撑上部结构的重量,并且具有足够的水平初始刚度,应用过程中可满足高层建筑结构安全性能优化要求,实现其抗震设计目标。具体表现为:(1)隔震系统自身具有较大的阻尼,地震时可耗散较多的能量,增强建筑结构应用安全性。因此,高层建筑设计人员应在了解隔震系统功能特性的基础上,积极开展这类建筑结构减震设计工作,降低高层建筑主体结构的地震反应,减少其破坏影响;(2)基于高层建筑的隔震消耗减震设计,应加强信息技术使用,实现对丰富信息资源的整合利用,促使建筑隔震消耗减震设计能够达到预期效果,为其设计方案应用质量提高提供技术保障。
3.4 结构刚度的合理布置
对于钢框架核心筒结构,变形控制主要要以钢筋混凝土结构的位移限值为基准,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,且效果不大,有时不得不加大混凝土筒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;此外,在结构体系或柱距变化时,需要设置结构转换层和加强层。加强层和转换层都在本层形成大刚度而导致结构刚度突变,常常会使与加强层或转换层相邻的柱构件剪力突然加大,加强层伸臂构件或转换层构件与外框架柱连接处很难实现强柱弱梁。
4 高层建筑结构构件的抗震设计
高层建筑结构抗震设计当中,需要注意地震作用下的一些影响因素与阻碍,其中位移是非常重要的一点,需要随时面对界面应变,来匹配框架支撑结构框架水平。在框架中若能保证强柱弱梁设计,且梁具有良好延性,则柱子进入屈服的可能就大大减少,此时可放松轴压比限值。确定是不是短柱的参数是柱的剪跨比,只有剪跨比≤2的柱才是短柱。另外,还可以运用其他方法对抗震结构进行精准设计,如设计多段墙框架、利用高延展性结构等方法,来进行消震或隔离,确保建筑结构的稳固性。其中高延展性结构的设计能够将其运用在承受地震时,更好地使用阻尼器转接并吸收地震能量,从而提高建筑的稳固性。其次,还要在抗震结构设计中遵循强柱弱梁的原则,将框架在地震中所承受的力进行分布,这样就会降低高层建筑倒塌的几率。[3]其中建筑结构不同构件和非构件,其内力设计值,以及抗震作用都要进行规范设定,以确保辅助框架结构的稳固性和抗震性。
5 结语
高层建筑在设计中,从基础选型开始到上部结构的布置,再到细部构件的选择均需要非常严格,这样才能够保证建筑本身具有非常良好的抗震性能。与此同时,还要与一些先进的结构抗震优化设计理念和方式进行结合,这样不仅可以保证抗震设计方案在制订和具体应用过程中具有科学性和合理性,而且还可以提高高层建筑本身结构的抗震性和经济性,为人们的生命财产安全提供有效保障。
参考文献:
[1]王雪峰.浅谈超限高层建筑工程抗震设计与实践[J].黑龙江科技信息,2017(05):228.
[2]李晶晶,颜秉星.高层建筑抗震结构设计探讨[J].智能城市,2017,3(01):106.
[3]凌小萍.高层抗震结构设计要点探究[J].低碳世界,2016(31):145-146.