天津市建筑设计院 天津 300074
摘要:随着高层建筑的逐渐增多,高层建筑的抗震性得到了社会各界广泛的关注,因为高层建筑的安全性与抗震性直接关乎着百姓的切身利益,这就要求相关部门在高层建筑的设计与建筑过程中最大化的考虑到其抗震性,需要设计人员在设计的过程中选择安全可靠的防震建筑材料,并且严格按照安全保准进行高层建筑设计,杜绝出现一些有安全隐患的设计出现,提升我国高层建筑的安全性与抗震性,推动我国建筑业高速发展。
关键词:高层建筑结构;抗震设计;重点
1抗震设计的目标及等级规定
1.1抗震设计的目标
建筑所在地区基本烈度数值是指该地区在以后50年的时间内,一般场所条件下可能遭受的超过概率为10%的地震烈度值。一个地区经过国家规定的相关权限批准之后所具有的抗震设防依据的地震烈度称之为抗震设防烈度,我国现行的《建筑抗震设计规范》当中所提出的三水准的抗震设防要求主要是“小震可修,中震不坏,大震不倒”。上述抗震目标主要是通过二阶段设计法得以实现,分别为(1)第一阶段为按照小震的作用效应以及其他荷载效应的基本组合对结构构件的承载能力进行计算分析,同时在小震作用的情况下对结构的弹性形变进行验算。(2)第二阶段为在大震作用时对结构的弹塑性变形进行验算,确保其可以满足第三水准的抗震设防要求。而第二水准的抗震设防要求主要通过抗震的构造措施得以实现。
1.2结构抗震的等级规定
地震的强度值主要是通过震级进行表示,一般将地震划分为六级,小型地震的等级为3级,有感地震的震级一般为3级~4.5级,而中强地震的震级一般为4.5级~6级,地震震级为7级~8级的地震为强烈地震,而地震震级为8级以上的地震称之为巨大地震。目前我国大部分民用建筑的抗震设防烈度为8度,对应的可抗地震震级为6级。抗震等级是建筑设计部门依据国家相关规定,建筑物的重要性以及设防要求为标准,根据建筑自身的高度,结构类型以及该地区的设防烈度等进行的具体划分,例如当前广泛采用的钢筋混凝土框架结构,抗震等级主要分为四级。
2高层建筑结构抗震设计原则及重要性
2.1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。
2.2抗震设计重要性
高层建筑结构设计中,为了使抗震设计工作能够落实到位,应对其设计重要性有所了解。具体表现为:(1)通过对抗震设计的充分考虑,有利于提高高层建筑设计及应用质量,并使其结构应用中有着良好的刚度、延性等,满足稳定性方面的要求;(2)抗震设计工作的及时开展及作用发挥,也能使高层建筑应用更具安全性,为其结构科学设计工作水平的提升提供参考依据,实现建筑领域的可持续发展,也能使高层建筑结构设计更加科学、合理。因此,在完成高层建筑建设工作的过程中,应加深对与之相关的结构抗震设计的重视程度。
3高层建筑结构抗震设计有效措施
3.1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。
3.2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。
3.3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。因此在需要设置加强层及转换层时,要慎重选择其结构形式,尽量减小其本身刚度,减小其不利影响。
3.4多道抗震防线的设计
高层建筑结构的抗震体系设计,要综合考虑结构布局,在基础结构完善当中,要注重建筑规则性和对称性,以降低扭转失衡情况的出现。其中核心筒等竖向结构设计是必要的,能够将高层建筑的整体结构均衡,局部受损时抗震性能可以进行填补和稳定。其次,高层建筑抗震结构设计中一般采用多道抗震防线,从结构上来讲,抗震防线能够起到内外均衡的作用,多道抗线遭遇地震时,能够起到多道防线对建筑逐步保护的作用。而从结构受力方面来讲,多道抗震防线能够确保在地震作用下,第一道防线先发生破坏,从而消耗一部分地震能量,以减少地震作用对整个建筑的影响,实现中震可修,大震不倒的目标。
3.5高层建筑非结构构件的抗震设计
高层建筑的抗震设计与施工中,不仅需要建筑整体性能及材料的综合性评估,同时还需要构件的支持,其中每个构件的强度,以及刚性都要符合相关标准和要求,这样才能降低抗震薄弱环节所遭遇的损害,同时各构件的连接,能够优化抗震结构,减少薄弱环节,从根本上提高高层建筑的抗震水平。
其次,在高层建筑抗震结构设计中,也要加强非结构构件的设计。但是在设计非结构构件时,需要注意的点有很多,比如非结构构件与结构构件的区分性不强,所以需要按照结构构件来看待,在设计中也要赋予其相应的标准性。另外,非结构部件所处高层建筑中的位置比较特殊(楼层之间和防震缝两侧),所以其抗震设计也要多方面考虑,以此确保地震时根据不同结构位移所产生的支撑结构及支撑点变化,从而形成有效的抗震作用。
结束语
新时期建筑领域发展速度的加快,对高层建筑建设产生了积极影响。实践中为了优化高层建筑结构性能,提高其应用过程中的稳定性,则需要对与之相关的抗震设计进行充分考虑,明确相应的设计重视予以应对,避免高层建筑结构应用质量、设计效果等受到不利影响,实现现代建筑企业的长效发展,保持高层建筑良好的应用状况。
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