高层建筑结构抗震设计浅析杨姁君

发表时间:2020/6/29   来源:《建筑实践》2020年第5期   作者:杨姁君
[导读] 建筑工程的抗震性能取决于抗震结构的设计
         摘要:建筑工程的抗震性能取决于抗震结构的设计,这就对抗震结构的设计提出了更高的要求。设计单位需要不断分析预见地震灾害中可能会遇到的各种问题,探讨如何在设计过程中有效规避这些问题,不断优化抗震结构,尽量减小地震造成的建筑损失。此外,设计单位必须明确抗震结构的设计目标,利用最有效的设计方式,提高建筑工程的安全能力,保障建筑工程的稳定性,发挥建筑工程的最大效益。抗震设计作为高层建筑结构设计的核心,应多方位明确建筑结构抗震特性,掌握建筑结构设计要点,对建筑结构中的抗震薄弱环节(刚度分布、结构体系以及构件延性等)进行综合分析,并对其加以解决和优化,从而提升高层建筑结构抗震设计水平,增强建筑工程整体质量及其抗震强度。
         关键词:高层建筑结构;抗震设计;措施
引言
         自20世纪90年代兴起的基于性能的抗震设计,代表了现代结构抗震设计的发展方向,近些年来我国的发展速度迅猛,建筑水平也在不断地提升,高层建筑出现的频率也越来越高,这是城市高速发展的必然结果,在高层建筑物设计阶段需要对其结构的稳定性和抗震性多加考虑,这样才能最大化的保证高层建筑在建成以后的牢固性和安全性。基于性能的抗震设计(PBSD)(Performance Based Seismic Design)是基于性能的地震工程的一部分设计内容,其主导思想史是:采用合理的抗震性能目标和合适的结构抗震措施进行设计,使结构在各种水准地震作用下的破坏损失,能为业主选择和承受,其特点为:使抗震设计从宏观定性的目标向具体量化的多重目标过渡,只有这样才能促进我国高层建筑行业的高速发展,确保我国建筑领域快速的发展。
一、高层建筑结构抗震设计原则
         抗震设计原则:
具体包括:(1)协同原则,建筑工程的抗震结构并不是单一个体,而是由多个独立的单元模块组成,建筑单位必须确保协同作用,才能发挥抗震结构的优势,提升建筑的抗震性能;(2)多防线原则,地震产生的波动不局限于一次,建筑抗震设计需考虑地震的连锁危害,不能仅靠一条防线,根据建筑的实际情况,设置多防线保护,最大程度的保护建筑工程,高层结构形式应采用具 有联肢 、多肢及壁式框架的框架剪力墙 、剪力墙 、框架简体筒 中筒等多道抗震防线结构体系.应避免采用纯框架结构体系;(3)刚性原则,抗震结构的建设材料,必须达到刚性标准,确保抗震材料的坚韧度,高层抗震设计,应考虑建筑外装修对结构 的影响,连接幕墙的结构构件除平面内承载力和稳定满足要求外,平面外设计更应加强(4)平衡原则,建筑抗震结构需具备平衡的数据参数,各项抗震结构保持在统一水平,避免作用力突然转移,发挥建筑工程动态抗震的优势;(5)整体原则,抗震结构需以整体为出发点,不能单纯考虑单方面的防震。
二、高层建筑结构抗震设计的重要性
抗震设计重要性:
         具体表现为:(1)地震是一种严重威胁人类社会的自然灾害。地震灾害具有突发性、破坏性大的特点,科学水平发展至现阶段,人类还不能够准确预测地震的发生,一次又一次惨痛的事实告诫我们建筑结构抗震是城市防灾学中的一个重要课题,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。


我国的很多现有以及在建的高层建筑均有抗震设计这一环节,但是很多时候建设方都未能将防震这一环节落实到位,主要集中体现在高层建筑高度超标,很多开发商为了谋取更多的利益,选择了将高层建筑建的超过安全高度;其次一个比较普遍的问题就是高层建筑的建筑地址选择也存在一些问题,随着城市人口越来越多,对于住宅的需求也随着增大,开发商为了取得更多的利益,尽可能的开发可利用的土地资源进行高层建筑的建设,但是由于为了加快开发速度,很多的高层建筑在选择建筑地址前没有充分的考虑到地质问题,没有对建筑地的地质结构进行严格的勘探,这对于房屋建成以后的抗震性也是很大的考验,很大程度上也影响了高层建筑结构的抗震性;最后还有一个问题在于高层建筑材料的选择,大家都知道材料的质量直接决定了建筑物的整体质量,如果高层建筑在材料选择方面没有做好的话,最后很有可能将整体建筑的防震性降低,在遇到地震时一些非抗震材料很难经受住猛烈的震感,所以说目前我国的高层建筑还是存在着非常多的问题的,需要后续不断地进行改进。
三、高层建筑结构抗震设计有效措施
1、对建筑场地与环境进行科学分析与选择
         建筑物在建设前,必须要科学选择建设场地与环境,因为其所处的地理位置、地形、水文等因素,都会对建筑物的抗震性能产生重大的影响。设计人员要对建筑场地、环境等各项条件进行充分调研,如果发现场地存在断层错动、陷落等问题,就说明场地属于危险地段,不能在其上建造各种建筑物,需要另外进行选址。适合建造建筑物的场地,要详细勘察其地形、地质、水文等情况,并做好详细的勘查记录,在高层建筑抗震设计时,要选择硬质场地,尽可能避免不利因素的场地选择,当实在无法避免时,就要采取必要的措施,减少地震效果的输出,从而为建筑物的结构设计提供准确的参考。
2、结合实际优选适宜的建筑的平 、立面布置
         根据新的《建筑抗震设计规范( GB50011-2010)》 (2016年版),要求建筑
的形状及抗侧力构件的平面布置宜规则 、对称、并具有良好的整 体性,避免采用严重不规则的设计方案。因为比较简单的建筑,受力性能比较明确,设计时容易分析结构在地震时的应力反应和结构的内力分布,容易采取抗震构造措施和进行结构的细部处理。对于建筑的立面设计,要避免有突变的阶梯立面出现,降低建筑的重心,并且保证凸出建筑主体的建筑部分高度,避免在地震中出现鞭梢效应。建筑物的高度与地震造成的损害成正比,所以,在高层建筑建设过程中层数和高度都要有一定的限值。在保证建筑平面与立面的平整要求后,还应该考虑建筑的外观造型设计上美观、大方。这样既能达到抗震效果,又能符合建筑的使用条件。
3、隔震以及消能减震设计科学合理
         在进行实际的结构减震设计工作时能够发现,通过设置适当的效能部件,能使的结构载多震作用下减震到预期的效果。在此情况下,建筑结构仍然在弹性范围之内进行工作。同时地震发生过程中,结构进行运动的加速度与位移和速度等不良反应大大降低,使得结构部件受到损坏的程度大大减弱,土木工程结构以及整体建筑物保护效果良好。在隔震以及消能减震设计过程当中,需要注意如下几点内容,第一,在进行地基以及建筑场地的选择过程中,需要保证地基的密实性高,并且地基的稳定性要强,使地震对建筑的作用能够大大降低。第二,建筑结构之间存在的差异导致隔振系数也不同,所以进行实际设计工作时需要根据真实情况来进行隔震支座的选择。第三个抗震的相应构件选择,需要根据材料的延展性来进行考虑,降低地震对建筑物所产生的损坏以及破坏程度。
4、抗震结构体系的选择
         抗震结构体系体型是抗震设计中应考虑的最关键问题 ,应根据建筑类别 、设防烈度 、房屋高度、使用要求、装修标准、场地、地基、基础、材料和施工等因素,结合设计、经济条件综合考虑与确定。抗震结构体系必须具有合理的地震作用传递途径,多道抗震防线,必要的强度、变形能力和耗能能力及合理的刚度和强度分布。(1) 抗震概念设计在选择建筑结构的方案和采取抗震措施 时。首先要考虑地震动的性质及其对建筑影响 ,应注意地震的不 确定性及其一定的规律性 。(2) 结构体系应具有多道抗震防线,可避免因部分构件破坏 而导致整个体系丧失抗震能力或对重力的承载能力。抗震防线 应注重对第一道防线的选择,应优先选用不承受重力荷载的构件如框架填充墙、柱间支撑或轴压比不太大的钢筋混凝土抗震墙等构件;不宜用轴压比很大的钢筋混凝土框架柱作为第一道防线。在上述提到的抗震结构中,地震发生时抗震墙会吸收一定的能量,如果此时地震的能量还没有散播完,结构框架就能够有效的吸收剩余的能量。由于钢结构框架具有轻质高强整体性好的特点,使得这种体系下的建筑抗震性极优,既保证了抗震性能,建筑也具有很好的强度。所以我们在进行建筑设计时,要结合强度以及抗震性能,针对不同地区有效把握好强度以及抗震性能的需求度,从而使建筑具有良好的抗震性能。
结束语
总之,随着我国建筑领域技术水平提升,高层建筑的高度与规模得到显著增加。高层建筑抗震设计中普遍存在一些问题,需要设计者深入分析问题成因,并给出具体的设计优化与加固措施。。在高层建筑结构设计中应用抗震概念设计,有效的提高了建筑物的抗震能力,能有效减少地震对建筑物的损害,从而保证人民生命财产安全。
参考文献
[1]屈壮,薛颖.高层建筑的结构抗震设计分析[J].中国标准化,2019(08):73-74.
[2]张利军.高层建筑结构抗震设计要点解析[J].建材技术与应用,2018(06):12-14.
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