摘要:当前,如何提高建筑的抗震效果已经成为城市建筑物建 设过程中广泛关注的问题,也是一个难以有效解决的问题。 想要提高建筑物的抗震效果,不仅需要从建筑物所在位置的 地质构造入手,还要考虑建筑物所使用的建筑材料以及建筑 物的结构特点。因此,为了使建筑物具有更强的抗震性能, 需要对其结构进行科学合理的优化。
关键词:高层;建筑结构;抗震设计
1 抗震设计中的“概念设计”方法
抗震“概念设计”是指将地震影响不确定性和已研究出 的规律性结合起来,在方案制定阶段就对结构总体布置、承 载力与结构刚度分布、结构延性、关键薄弱部位设计等重要 问题进行重点设计控制。“概念设计”重视结构整体计算指 标,在结构破坏特性知识基础上,结合现行规范对方案在制 定初期就进行整体控制,尽量消除方案对结构抗震设计的不 利影响,从根本上保证结构体系抗震安全。在我国现行《建 筑抗震设计规范》(以下简称《抗规》)规定基本的抗震设防 目标是:小震不坏(即多遇地震,从抗震设计角度看,结构体 系可视作弹性体系,一般采用反应谱法进行弹性分析),中 震可修(即设防地震,结构抗侧力体系进入非弹性工作阶段; 要求结构体系在非弹性变形或结构体系及构件损坏控制在 可修复的范围),大震不倒(即罕遇地震,要求结构体系可以 存在较大非弹性变形,但应控制在规定的范围内,避免倒塌)。
2 高层混凝土建筑抗震结构设计
2.1 抗震支吊架构件的存放及加工处理
(1)抗震支吊架构件运输到现场时,应尽量存放于干 燥的室内,小型构件应分序放好。(2)槽钢及吊杆放置在室 内时,应在地面放置木条或防水薄膜。当受场地制约不得不 放置到室外时,存放方式同室内一样,但地面必须设置一层 防水层,防止抗震产品构件腐蚀。(3)槽钢及吊杆放置时堆 叠高度不宜过高,且接触全螺纹吊杆时应戴上手套,防止被 螺纹划伤。(4)切割槽钢和吊杆应采用无齿距或砂轮锯。有 孔槽钢切割时必须按照槽钢标示的刻度进行,以保证后续安 装精度。(5)为保证槽钢断面的垂直度,对于 C 型槽钢,要 采用背切(开口朝下)。(6)切割槽钢或吊杆后,应把材料 上吸附的铁屑清除,还应把材料的切口用砂轮磨去毛刺并喷 上镀锌剂,以保护抗震支吊架构件,防止毛刺划伤人体。
2.2 设置多道抗震防线
所谓设置多道抗震防线,是指在高层建筑结构抗震设计 方面,利用一些耗能杆件的屈服和弹塑性变形来消除地震能 量,从而使得建筑结构的各个构件处于一个稳定的状态,避 免构件因为地震作用力的影响而出现破坏。因此,建筑结构 的各个构件都应该具有良好的抗变形能力,能够做到“小震 不坏、中震可修、大震不倒”,当遇到强震的时候,能够有 足够的变形时间来保证建筑物不会马上脆裂破坏,能够留出 足够的时间和空间保证人民群众的安全。同时,还需要考虑 余震的影响,设置多道抗震防线,避免余震的作用导致建筑 结构损伤的积累而导致建筑坍塌。
2.3 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。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。同时针对强柱弱梁 原则,也可以采用框架中心调节法,偏离支撑结构构件,但 是其中需要注意的点在弯矩上,此方法的运用要注重偏离所 产生的后果,即附加弯矩。
2.4 结构设计常见问题
建筑结构抗震设计前期准备工作中,根据建筑工程需要 和地震活动情况、工程地质和地震地质的有关资料,对抗震 有利、一般、不利和危险地段做出综合评价。对不利地段, 及时和建设单位沟通,提出避开要求;当无法避开时应采取 有效的措施。对危险地段,应严禁建造甲、乙类建筑,不应 建造丙类建筑(《抗规》3.3.1)。可以看到规范用了最严 重的字眼“禁止”及“不应”,这是因为凭借现今的建筑科 技,任何设计无法从根本上采取特别有效的措施可以去解决 危险场地带给建筑的不利影响。选择较好的场地,一些平坦 的空间和均匀的土壤都会有利于抗震结构作用的发挥,一定 要尽量避开液化土和一些河岸边缘,这些都会非常不利于建 筑结构的抗震安全。合适的场地可以最大程度化解地震带来 的冲击力,从而尽可能保证整个结构体系稳定,使地震对于 建筑物造成的损坏降到最低。建筑结构布置也是结构抗震设 计中需要特别注意的一个问题。地震作用时,建筑物承受的 往往不是一个方向的地震作用,而是结构附加偶然偏心后的 多个方向的地震作用。所以,结构抗震设计中,结构设计人 员一定要考虑到结构可以同时抵抗不同方向的地震作用,整 个建筑物有合理的结构布置,具有足够的刚度和稳定性。结 构抗震设计过程中,设计人员要对基本力学知识有所掌握。 结构设计软件计算出的构件配筋结果出现超限时,除了对不 满足的构件截面通过扩大结构构件截面增加刚度调整;必要 时,可尝试增强周边构件截面刚度,地震作用力会根据周边 构件截面刚度增大进行更多分摊,减小对计算结果超限构件 的作用力分摊,使得结构整体和构件计算都能满足。结构抗 震整体计算(剪重比、周期比、位移比等)参数要严格控制, 对双向地震和偶然偏心的计算使用条件要明确。除此之外, 结构工程师在设计前期,一定要和各专业人员沟通好。对使 用功能要求、设备荷载参数要仔细了解;设计计算过程中认 真参考设计规范(《抗震设防分类标准》《抗震设计规范》等), 设计中应养成勤于思考的习惯。对新的理论、规范的变动和 技术应及时学习,设计过程中应有如履薄冰的意识,只有这 样才能很好的完成结构设计工作。
2.5 减少地震时的能量输入
减少地震时的能量输入也是建筑抗震结构设计的一个 主要方法。建筑物在地震发生时被破坏的一个非常重要的原 因就是其对于地震所产生的能量不能够进行合理 的传播,因 此,在进行建筑物的设计过程中,要充分的考虑建筑物承载 力、地震所带来的位移等,从而使建筑的设计具有更强的变 形能力和弹性。通过对建筑设计的实际需求进行相应的分解, 能够使得其对于地震的能量进行有效的传输,降低地震对于 建筑物的破坏程度,更好的保证人们的生命和财产安全。
3 结语
经过上文系列严谨的分析我们可以发现,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。
参考文献
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