摘要:本文主要以某高层建筑工程项目隔震设计为工程案例,系统化地研究了高层建筑物整体结构隔震设计。从而能更为全面地把握高层建筑物整体结构隔震设计要点,不断提高隔震设计的专业水准,开展科学合理的高层建筑物整体结构隔震设计专项工作,全面提升高层建筑物整体结构隔震设计效果,以能够提高高层建筑物整体结构的稳固性、隔震性,凸显出高层建筑物整体结构隔震设计的现实意义。
关键词:高层建筑;结构隔震设计;结构延性
引言
近年来,地震灾害频发,给国家和居民造成了难以估量的损失,究其原因,建筑企业在进行楼房建设时没有做好隔震减震工作,楼房的抗震性能很低。因此,当务之急是做好建筑物的隔震减震工作。相较于低层建筑物,高层建筑物的建筑难度更大,需要更为先进的技术支撑。尤其是在抗震性能方面,高层建筑物需要更大的承载力,因此必须通过一系列手段提高其抗震性能以保证居民的生命安全。随着我国科技的不断进步,隔震减震技术也在不断提升,对高层建筑的抗震性进行多角度多手段的提升已经成为可能。
1隔震装置的结构组成
在建筑结构中,隔震装置是由以下三个部分组成。第一,隔震支座。作用是支承上部结构的重量,延长结构的自振周期,可以应对较大变形。常见支座类型如下。①滑动支座。在上部结构和平板基础之间使用滚珠,可以隔开地面运动,避免结构产生振动。实际应用时,需要配合风稳定装置与辅助复位装置。②叠层橡胶支座。使用橡胶片和薄钢板相互叠合而成,将钢板嵌入橡胶内,可避免发生锈蚀。其中,叠层橡胶具有良好的非线性特征,能有效应对结构小变形或大变形,减轻地震反应。③摩擦摆支座。类似于铰装置,上部是摆头,下部是承台,中间是网状增强纤维,通过摩擦阻力耗散地震能量,并在自重作用下恢复原始位置。第二,阻尼器。作用是消耗地震产生的能量,阻止结构发生较大的位移。常见阻尼器类型有,①弹塑性阻尼器。塑性变形能力强,可在超过屈服应变的条件下使用。②铅棒阻尼器。面对强震铅棒可以软化,用来损耗振动能量。③干摩擦阻尼器。由叠层橡胶支座+摩擦板组成,既能产生阻尼,又具有保护作用。第三,复位装置。作用是提高装置的早期刚度,促使结构在风载与微震作用下具备较高安全性。一般需要设置微震和风反应控制装置,抗倾覆支座。
2高层建筑结构隔震设计的关键问题
2.1地基选取的位置不合理
在进行楼房的建筑之前,技术人员首先要对建筑场地进行考查,主要是对地基土质的考察,对土质的密度和硬度进行精确测量。不同的地区有不同的土壤类型,不同类型的土壤会对建筑物的抗震性能产生很大的影响。另外,由于高层建筑具有很高的高度,在选取地基时一定要选取地形相对平坦开阔以及离河较远的地方,避免地震发生时建筑物的抗震性减弱。但是,由于土地资源紧缺,房地产开发商在选取建筑场地时有一定的限制,不能随意选取建筑场地,而一旦发生地震,地基可能难以承受巨大的冲击力和破坏力。
2.2隔震支座受拉问题
目前,在高层建筑隔震设计问题的研究中,一个关键问题在于对隔震支座受拉问题的处理。在地震力的影响下,产生倾覆作用力可能超出隔震支座可以承受的总作用力,并且由于高层建筑结构中的竖向荷载会产生较大的轴向变形,从而在一定程度上影响高层建筑结构的抗弯和抗剪能力,造成结构侧向变形。尤其在建筑层高不断增加的情况下,受此因素影响所发生的轴向变形会在一定程度上对高层建筑结构的整体稳定性产生影响。因此,在隔震设计环节中应加强对建筑结构的轴向受力分析,尽可能地避免结构明显轴向变形问题的出现。
3高层建筑设计中的隔震措施和策略
3.1采用特殊材料地基隔震
地基是建筑接触地面的部分,是建筑的基础部分,在地震时最先波及的便是建筑的地基,所以,只有地基坚实,才能够保证建筑更加稳固,有效地进行隔震。地基隔震的方式通常是选用特殊的材料或者是对地基进行特殊处理,从而减少地震对建筑的损伤,达到隔震的效果。为了减少地震时所产生的能量,可以在地基中使用大量的沙土或者黏土作为垫层,还有一小部分的设计师会选用糯米作为垫层材料,经过历史的不断验证,现如今使用最多的垫层材料是沥青,这是目前最好的隔震材料。垫层材料的合理选择以及材料的科学配比,能够有效地抵消地震产生的能量和地震波。此外,在地基的表层可以铺设碎石、砂砾石、素土等材料,加大建筑与地面的摩擦力,在地震时能够有效地减少地震波。
3.2结构悬挂隔震
该种隔震处理方式是将建筑本身包含的部分设施以悬挂的方式呈现,若遇到地震,采用悬挂式的设备往往不会受到地震作用力的影响,有助于控制实际的破坏程度。目前,该种隔震方式在钢结构的建筑物中较为常见。具体而言,该方面的设计难度较大,要求将主体结构和相应的子结构联系起来,对子框架起到保护的作用。悬挂式隔震的处理是使建筑物整体的主结构能够在遇到地震时,跟随地壳活动进行摆动,利用锁链实现连接,可以使地震产生的能量进行较好的传递,在此过程中,逐渐消耗能量,以此来降低地震对结构产生的破坏程度。该种隔震方式最终呈现的效果较为明显,避免地震能量对建筑本身包含的设备造成伤害。但在隔震设计中,还应考虑经济性的问题,该种建设方式实际的造价较好,因此,在常规的高层建筑中,通常不会选择。
3.3隔震的支座设计
隔震支座需放置于建筑物结构基础上部,上部形心需与建筑物上部结构柱截面的形心重合在一起。对于隔震支座的顶面标高设计,设计者需确保规格不同的相应隔震支座顶面均能够处于相同标高之上,由一层建筑物地面结构的标高减去其隔震层处梁板最大梁高度;在隔震支座的底面表面设计方面,需由该隔震制作的顶面标高参数值减去两块相互连接的钢板厚度,再减去该制作高度,最后参数值便是该隔震支座的底面实际标高值;隔震层净空需为1.0m-1.8m左右,以方便更好该隔震支座空间,提高隔震设计效果;该隔震层需在耐火使用空间内部设计,隔震支座均需与其它部件结合实际使用空间耐火的等级适当采取防火措施。那么,针对于本高层建筑项目工程,最适宜采用橡胶式的隔震支座,且在该隔震层当中所有橡胶式隔震支座竖向压的应力必须保证均匀;隔震支座实际极限水平的变位必须超过有效直径0.55倍以上,还需超过支座内部的橡胶厚度3倍以上;该隔震层处于罕遇地震的作用之下,必须维持着稳定性状态,不可有变形情况出现,也不能够有拉应力存在。倘若一部分隔震支座有拉应力存在时,设计者需将该拉应力控制在1MPa范围内。
结语
总而言之,我国的建筑行业想要取得进一步的发展,就必须对建筑结构的设计进行优化。尤其是在高层建筑设计中,设计结构的不合理会严重影响建筑物的各项指标。做好高层建筑的抗震减震工作是建筑企业需要优先考虑的问题,设计师在设计高层建筑的结构时,要确保抗震级别符合国家规定标准,还要考虑到各种材料的使用是否能够提升建筑物的抗震性,并在高层建筑的隔震减震工作中采取多种手段,以达成建筑目标。
参考文献:
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