探讨高层建筑结构抗震设计甘杰华--中国期刊网

字体：大中小

首页> 原创作品> 正文

探讨高层建筑结构抗震设计甘杰华

发表时间：2020/10/27 来源：《基层建设》2020年第19期作者：甘杰华

[导读] 摘要：随着我国经济水平的提高，建筑科学各个领域不断向前发展，高层建筑越来越多，越来越高，建筑功能越来越丰富，一批现代高层建筑以全新的面貌呈现在人们面前。

        身份证号码：45010419820908xxxx
        摘要：随着我国经济水平的提高，建筑科学各个领域不断向前发展，高层建筑越来越多，越来越高，建筑功能越来越丰富，一批现代高层建筑以全新的面貌呈现在人们面前。高层建筑的结构设计就称为结构工程师设计工作的重点和难点。而抗震设计在高层建筑结构设计中，是十分重要的，它是整个高层结构设计工作中最重要的基础核心，建筑结构的抗震设计是一个完整、系统的概念，从场址的选择到建筑物的结构设计，抗震概念设计贯穿了整个过程。本文主要对新形势下高层建筑抗震设计中常出现的问题进行了分析，并进一步对高层建筑结构抗震设计的合理化措施进行了具体的阐述。
        关键词：高层建筑；建筑结构；抗震设计；概念设计；合理化措施
        我国是一个多地震的国家，地震，特别是大地震、特大地震给人民生命和财产安全带来重大的损失。高层建筑由于其层数较多，容积率较大，一旦在地震中出现破坏，后果十分严重。因此做好建筑抗震设计具有十分重要的意义，需要在设计时对其抗震性能进行重点关注，切实把握好结构抗震设计的基本原则，做出切合实际的合理的结构体系，为进一步准确的结构分析计算打下坚实的基础。
        1 高层建筑结构抗震设计的主要内容
        抗震设计包括概念设计和结构分析计算两个方面，而概念设计始终贯穿其中。
        我国抗震设计遵循“三水准两阶段”设计总原则，“三水准”就是“小震不坏，中震可修，大震不倒”的抗震设防目标，“两阶段”则是对“三水准”抗震思想的具体实施，通过两阶段设计中第一阶段用小震（多遇地震）作用计算结构的弹性位移和构件内力，并辅以一系列的构造措施，和第二阶段对抗震有特殊要求或对地震特别敏感，存在大震作用时易发生震害的薄弱部位进行弹塑性变形验算，并与概念设计和构造措施相结合，从而实现“小震不坏，中震可修，大震不倒”的抗震要求。
        对于特别不规则结构和安全性要求特别高的建筑结构还应分别进行结构抗震性能设计和抗连续倒塌设计。
        2 随着社会的发展，人们对建筑艺术和建筑功能的要求不断提高，高层建筑的多样性和复杂性，对结构抗震设计提出新的挑战。
        合理的建筑形体和布置在抗震设计中是头等重要的。早期方案设计阶段研究确定结构体系时，必须考虑结构体型、规则性、整体性和质量分布等方面的问题。然而，实际工程中理想的绝对均匀对称刚度均匀变化的高层建筑少之又少。
        各种体型复杂和内部空间多变的高层建筑层出不穷，其建筑平面和竖向不规则建筑多分为以下几种类型：
        2.1 主体结构的转换
        对于下部商业空间，上部住宅公寓的商住综合楼，下部商业空间通常希望采用比较规则的大柱网框架体系，上部住宅公寓则避免室内出现较大柱子，利于防火防盗隔声和改善使用条件，又通常希望采用大开间的剪力墙体系。这两种体系的结合，必然要产生主体结构上部剪力墙结构到下部筒体框架或框架剪力墙结构的转换；类似的，上部酒店客房，下部大堂、商务、会议、健身、商业的大酒店，下部建筑空间大柱网框架体系，上部酒店小柱网薄壁柱，以便于客房室内布置，提高使用标准，避免梁格，可以提高室内净高，避免吊顶，改善室内空间，都必然产生主体结构中小柱网薄壁柱到下部大柱网的转换。
        2.2 结构空间的渗透
        由于建筑造型和建筑功能的需要，某些高层办公楼高层酒店建筑中，有时需要设置几层高，甚至通高的共享空间，有时需要局部设有几层通高的室内绿化空间，相应部分的楼盖被抽空，通常高层建筑结构中常用的刚性楼板假定难以实现，甚至使部分结构形成长短柱，结构受力比较复杂。
        同时还有连体结构，建筑下部跨越高速公路、地铁，上部建筑支承于下部的跨越结构。
        2.3 结构立面的变化
        高层建筑立面体型的丰富变化是近年来高层建筑发展的又一个重要趋势，立面退台、部分切块、挖洞、尖塔、悬挂、大悬臂等是其中的典型。
        高层建筑的多样性和复杂性，给结构工程师提出了意想不到的挑战，结构工程师如何实现建筑结构的完美统一，如何切实把握结构抗震设计的基本原则，选择好合理的结构体系，为进一步准确的分析计算打下坚实的基础，在复杂多变的情况下找出结构抗震设计的基本规律？
        3 高层建筑结构抗震设计的合理化措施
        要设计出具有较好的抗震能力的建筑应该从结构概念设计和构件设计两方面进行作手，同时概念设计工作始终贯穿其中。

期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆

        概念设计是在地震灾害和工程经验等中形成的基本设计原则和设计思想。结构工程师在计算分析前如何得到主体抗侧力结构及其楼屋盖结构的合理布置具体可以从以下几点进行考虑：
        3.1 对称均匀性
        结构的均匀对称内含与建筑之中，它主要指抗侧力的主体结构的对称均匀。
        对称和非对称的建筑平面，内含结构的基本对称仍是有可能实现的。这要求结构设计中结合建筑平面的功能和需要进行合理的结构布置，设法调整结构的刚心和建筑的质心、平面形心尽量接近，从而实现结构的基本对称。
        均匀性主要体现在一下四个方面：①高层建筑主体抗侧力结构两个主轴方向的刚度和变形特性应比较接近，如此具有较好的抗震抗风性能；②高层建筑主体抗侧力结构的层剪切刚度变化要缓慢均匀，不要突变，避免因薄弱层的破坏而引起结构整体破坏；③同一主轴方向的各片抗侧力结构刚度均匀，水平荷载作用下应力分布均匀，有利于结构抗震延性的实现。反之，个别结构刚度巨大，容易产生应力集中，首先招致破坏；④中央核心和周边结构的刚度协调均匀，保证主体结构具有较好的抗扭刚度。
        3.2 荷载传力直接
        3.2.1 垂直荷载传力直接
        楼盖梁系的布置   应尽量使垂直重力荷载以最短的路径传递到竖向构件墙柱上去；
        转换构件的布置   事实证明，一些必要的转换不仅具备建筑的合理性，在结构方面也是可行的，国内外已有大量成功的工程事实例，但从概念设计的角度，应尽量做到使上部结构竖向构件传来的垂直重力荷载通过转换层一次至多两次转换，既能传递到下部的竖向构件上去。
        3.2.2水平荷载传力直接
        地震作用一般主要表征为水平荷载，高层建筑结构抵抗水平荷载主要依靠其空间整体抗侧力结构，所以，整体抗侧力结构必须体系明确，传力直接，尽量贯通连续，若他们竖向有变化，则变化要缓慢均匀。同时，高层建筑结构的整体工作特性，主要是各层楼板作用的结果，楼屋盖具有一定的刚度和承载力，以能可靠有效地传递水平力，协同空间结构中各抗侧力构件共同有效地参与抗侧力工作。
        3.3 主体抗侧力结构的合理刚度
        主体抗侧力结构的合理刚度要满足规范规定的水平位移、整体稳定、结构延性的要求，保证整体结构能正常工作，而同时，主体抗侧力刚度也不宜过大，应该合理。因为：1）主体结构抗侧力刚度过大，结构的基本自振周期较短，地震作用加大，结构承受的水平力、倾覆弯矩加大，地基基础的负担加大，而且，结构的截面和相应的构造配筋加大，还会造成不经济。2）主体结构抗侧力刚度大，势必造成结构所占面积空间加大，影响建筑作用，降低建筑平面使用率。
        合理的高层建筑主体抗侧力结构刚度以满足和略大于规范限制即可，结构的延性和安全储备主要来源于结构构造和精心设计。
        3.4 采用新材料、新方法，和建筑巧妙地结合，为建筑创造更多的有效使用空间
        1）扁梁框架、宽扁梁框架的合理应用有效提高建筑空间和使用标准，降低层高改善结构延性，是建筑空间利用的一个好典型。
        2）在高层、超高层建筑中，利用避难层、设备层设置刚性加强层，有效提高了结构侧移刚度，满足建筑结构的使用要求，保证建筑平面使用率和使用空间，是空间利用的又一个好典型。
        4 结语
        如今，我国在高层抗震设计方面已积累了很多宝贵经验，现行国家规范《建筑抗震设计规范》以及行业规程《高层建筑混凝土结构技术规程》已普遍被广大工程技术人员所熟悉和掌握，然而随着建筑科学的不断发展，高层建筑抗震设计更新更合理的结构体系和形式还会出现，再加之新材料新技术新工艺的发展，减震隔震技术的应用，高层建筑结构的抗震性能将不断提升，结构工程师也要不断总结创新，努力实现既合理又较理想的建筑构成，实现建筑结构的完美统一，推动结构抗震科学的不断向前发展。
        参考文献：
        ［1］池祥．高层建筑结构抗震设计要点分析［J］．化工管理，2018（25）：68．
        ［2］靳晓燕．超限高层建筑结构基于性能抗震设计要点［J］．江西建材，2018（5）：72 － 73．
        ［3］潘卫宁．高层建筑结构抗震设计原则及要点浅析［J］．山西建筑，2017，43（33）：41 － 43．
        ［4］罗维．解析超限高层建筑结构基于性能抗震设计［J］．低碳世界，2017（2）：158 － 159．