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摘要:中国城市化水平不断提高,正处于发展的黄金阶段,一定程度上激增的城市人口促进了城市规模扩大的步伐,提高了城市人口的数量,这间接为建筑行业在城市化进程中的发展提供了机遇。建筑工程最为重要的就是保证建筑结构的稳定性和安全性,广大人民的生命和财产安全都依托于建筑结构的性能。当前,城市人口大幅度增加,对建筑住房数量有了更大的要求,这造成高层建筑的大量建造,而对建筑抗震结构也提出了更高的要求,需要建筑设计人员充分重视抗震结构的设计。本文将对混凝土建筑抗震结构设计有效对策进行深入探讨,以供参考。
关键词:混凝土建筑;抗震设计;对策
引言
对于现代高层混凝土建筑而言,建筑结构的稳定性是保证建筑使用寿命和使用安全的前提条件。因此,现代高层混凝土建筑普遍重视抗震结构的设计和应用,并希望通过大量使用抗震结构来提高建筑物的综合抗震性能。
1建筑抗震设计中建筑设计与结构设计的关系
建筑设计对建筑抗震起着主导作用。一般情况下,在建筑方案中建筑结构设计的修改对于整个建筑设计来说很难做较大篇幅的修改,如果整体建筑设计方案确定,结构设计只能服从建筑设计方案要求进行结构布置,因此,如果建筑设计师能够从一开始就对建筑方案项目进行合理的布置来满足建筑抗震的需要,那么结构设计中,结构设计人员在构件选择、建筑的自重与刚度在整个建筑内的分布情况就可以更好的进行选择与分配,若地震来临,其构件系统分布产生的形变也可以较为均匀的分布,减小建筑整体的变形,从而减轻了地震给建筑带来的效果,提高了建筑抗震能力。如果建筑设计人员在开始的建筑设计方案中没有全面的加入抗震设计理念,那么在结构设计环节就会存在很多不可预估的困难,在结构构件及抗震性能布置方面存在诸多限制,甚至严重情况下,会造成一些不合理设计的发生。其次,如果存在无法合理布置的情况下,结构设计人员往往会通过在单位体积内加大承载能力,即通过加大构件物的截面或者配筋状况来实现设计规范要求的承载能力,但一般情况下,会增加预算,使建筑的经济性不合理,甚至造成一定浪费。
2地震时高层混凝土建筑的破坏特点
2.1地基破坏
地基破坏的情况在地震阶段当中较为少见,其仅仅发生在条件特殊的情况之下。当建筑物建立在软土层上时,土体会因为地震力的影响而出现液化的情况,并导致建筑物的地基出现不均匀沉降,而修建在地基上方的建筑结构也会出现不同程度的倾斜、裂缝等情况,一旦当地基的沉降、破坏情况达到某种程度时,建筑上部结构会出现明显的结构破坏情况,且多数无法再进行修复。
2.2刚度破坏
一般情况下,高层混凝土建筑的主体结构以矩形平面式结构为主,若建筑的电梯井在地震力的影响之下出现偏心的情况,则会加剧地震力对于建筑结构的破坏程度,导致建筑结构受到扭转振动的破坏。
2.3混凝土构件破坏
以框架剪力墙为主的高层混凝土建筑当中,柱的受破坏情况一般会过于板和梁的破坏情况,尤其是剪力墙的窗台位置最容易受到破坏。
2.4结构体系破坏
建筑结构体系破坏的情况主要会发生在框架填墙结构的高层混凝土建筑当中。在地震力的影响之下,建筑的内框架柱上部会出现剪切型破坏,而低框结构则由于自身的刚度相对较低,故其往往会在地震当中受到严重的破坏。
3混凝土结构建筑抗震结构设计的有效措施
3.1设置多道抗震防线
多道抗震防线结构体系需要进行多个延伸性较好的分体系的建设工作,在延伸性较好的结构构件的连接进行协同性的分析工作,多道抗震防线的设置保证了建筑物在抗震下的稳定性。以框剪结构或框架核心筒结构为例,第一道抗震防线的设计工作,应该选择少负担重力载荷的竖向构建、支撑来进行。一般来说,也就是在设计中选择轴压比值较小的抗震墙与核心筒等构件来进行第一道防线设计,如果采取轴压比较大的框架柱作为第一道防线的抗侧力构件的使用,就不利于延伸性的提升,也会带来不稳定的因素。第二道抗震防线,除了规范规定的一些方法和构造措施,还可以采用增加钢支撑的方法,让钢支撑与原结构协同工作,大大提高变形能力,地震时可以高效进行地震能量的散失与传递,保证建筑物在地震下变形幅度可控。
3.2材料的选择方面
从某种角度来看,高层混凝土建筑的材料选择将直接影响到建筑物的抗震等级和综合质量。在选择材料时,需要确保其质量达到设计标准,并在这一基础上再进一步追求材料选择的经济性。由于高层混凝土建筑抗震结构的设计具有复杂化的特点,故抗震结构设计需要兼顾建筑物自身的抗震要求、建筑类型、施工条件和材料因素等。需要注意的是,质量与价格之间永远是一种相对的关系,二者之间如何取舍、如何衡量均是设计人员需要考虑到的问题。在确定了建筑结构、建筑形式的基础上,才可以进一步对施工流程作出选择和判断,不同的施工流程会影响到高层混凝土建筑的稳定性和抗震性能,设计人员需要在设计图纸当中明确标注各个施工环节的具体施工流程,确保施工方可以规范施工。
3.3抗震结构竖向构件的设置
建筑设计中的竖向布置设计是值沿着建筑高度方向,结构质量与刚度的分配设计情况。在各种建筑类型中,不管是单层建筑还是多层建筑,又或者高层建筑与超高层建筑中,竖向布置设计对建筑抗震性能起到了重要的作用。竖向布置设计造成的建筑抗震性能降低的问题主要是建筑竖向方向建筑或构筑物的质量与刚度分配不均匀造成的,主要原因在于,建筑物逐渐趋向于高层或超高层建筑,但每层楼的功能存在一定的差异性,因此在竖向布置上也会存在一定程度的不均匀的情况,这样就会导致建筑物质量与刚度在建筑竖向方向分配不均匀。如果出现竖向方向两层或极短距离内,竖向方向的质量与刚度相差过大,那么在遭遇地震时,刚度最低的那个楼层最易遭受损坏,造成无法想象的后果。以地震情况表明,例如在1995年日本阪神地震中,存在较多钢筋混凝土结构高层建筑在遭遇地震过程中,在中部楼层直接腰斩被破坏的情况,因此在建筑竖向设计中,应避免出现较不均匀或者相差较大的竖向布置的情况
3.4分体柱设计合理应用
建筑物结构在受力的过程中,短柱容易出现因为抗剪能力不足而产生的裂缝,严重时也可以成为建筑物倒塌的根源。地震来临的时候建筑物的框架短容易先达到其抗剪强度的极限,随之出现剪切破坏的现象,从而导致后续的严重建筑问题。采用分体柱技术是一个解决此问题的很好的方法。钢筋混凝土分体柱技术就是利用隔板将矩形短柱截面劈分成2根或4根独立配筋的等截面单元柱,使短柱的剪跨比扩大一倍,直接变短柱为普通柱。在分体柱的设计过程中,此方法的应用可以变短柱为长柱,从而平衡抗弯和抗剪能力,也就保证了两者的动态稳定。
结束语
综上所述,建筑设计与建筑抗震设计相辅相成,两者必须相互融合,相互促进,才能将建筑物的抗震能力得以加强,建筑设计从业人员必须重视建筑抗震设计的功能,平时多加强理论学习,并不断积累设计经验,为建筑业的发展做出贡献。
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