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摘要:为了更好地优化高层建筑结构设计,作为设计师必须充分意识到做好抗震设计工作的重要性,它是高层建筑结构的基础。在进行设计工作之前,必须结合高层建筑工程的实际情况,把握高层建筑结构设计的要点,将抗震技术更好地运用到高层建筑结构设计中,在提高高层建筑结构设计水平的同时,确保建筑物的质量。
关键词:高层建筑;混凝土结构;抗震设计
一、高层建筑混凝土结构设计的原则
1.1科学选取结构构件原则。设计人员要结合高层建筑结构特点,科学选取结构构件,在确定好高层建筑工程结构体系后,针对性地选取结构构件。对于刚度比较小的梁体结构需要设置支撑,而对于竖向承载能力较差的构件来说,特别容易出现受力不均的现象,从而引发严重的坍塌。因此,设计人员要加强竖向支撑设计,提升高层建筑构件的延性。
1.2不同施工环节设计不同抗震防线原则。在高层建筑工程不同的施工环节,需要设置相应的抗震防线,针对较为脆弱的部位,可适当增加抗震防线设置数量,科学地设置抗震防线能够避免出现连带危险。
1.3对不同部位进行合理抗震设计的原则。在高层混凝土结构内部不同位置要进行不同程度的抗震设计。例如,设计人员在局部材料与结构构件设计前要开展受力试验,并结合实际承载力确定构件承载能力,若构件承载力较差,则需要加强抗震设计,以减少安全隐患。
二、高层混凝土建筑抗震破坏形式分析
2.1剪切破环
高层建筑混凝土结构物在振动过程中受到剪切力的作用,导致发生剪切破坏。这一过程的发展会出现四个阶段:(1)当弯矩的作用达到足够大的条件时,结构物开始开裂;(2)截面出现水平弯曲的裂缝;(3)由于力的不断增大,裂缝越来越严重,高层建筑混凝土结构出现斜向的剪切裂缝;(4)抗剪钢筋的屈服使得剪切裂缝不断增大,剪切破坏随之发生。
2.2弯曲破坏
弯曲破坏是指高层建筑混凝土结构在受到水平地震荷载作用下,使得高层建筑混凝土结构外部钢筋保护层出现混凝土剥落的现象,结构整体失去相应的承载能力。整个过程中由于力的不断作用,高层建筑混凝土结构构件截面出现水平弯曲的裂缝,随着荷载强度的不断增加,受拉一侧的纵向钢筋逐渐达到屈服强度,随着变形量的不断增大,混凝土保护层脱落范围不断扩大,导致截面受压区钢筋受压不断增大,最终导致混凝土崩裂。
三、高层建筑结构抗震设计的要素分析
3.1高层建筑结构平面和竖向布局的抗震设计重点
墙体和柱子之间的平面位置与高层建筑结构的抗震性能有着直接的关系,因此,要科学合理地分布高层平面和竖向的位置,这是高层建筑抗震技术的首要设计方向。为了科学地分布平面和竖向的位置,需要在抗震设计过程中遵循以下两个原则:1要使竖向和平面结构构件保持整洁;2将刚度的重心与质量的中心相结合。但在对竖向进行设计时,为了达到竖向位置的平衡,需适度降低高层建筑的刚度重心,减少高层建筑竖向结构的错向频率,做好对高层建筑结构的竖向高度、刚度和强度的控制,确保其分配均匀,严格控制高出屋面的高度,才能有效地预防“鞭梢效应”的出现。因此,在进行高层建筑抗震设计工作之前,要制定科学、合理的设计方案,以避免后期设计过程中出现问题。可通过设置抗震缝对建筑进行划分,用抗震缝把建筑分割开来,这样既可以确保建筑物整体形状的美观,还能使其他功能得到发挥。
3.2结构抗震设计计算要点
基于抗震性能的高层建筑结构设计的结构抗震设计计算要满足如下要求:1在进行弹性和非线性的分析计算中,要合理正确地选择结构整体计算模型,以及构件和节点的计算参数。2在对具有水平转换构件的结构抗震设计计算中,对不落地柱和墙体的转换梁以及框支梁的相邻层计算层数和层高要注意区分清楚,要正确划分转换厚板有限元的类型。3对剪力墙抗震设计计算,要正确选择非线性分析中的计算模型和各种计算参数;对采用滑动支座的结构进行大震下的抗震设计计算,采用的计算模型应考虑支座两侧结构的相互作用和影响;对平面尺寸凹凸不规则,以及平面内局部开设大洞口的结构进行抗震设计计算时,应根据开设洞口大小、数量和分布位置以及抗侧力构件的布置形式等合理建立计算模型。4要正确合理选择分片刚性楼盖和整体非刚性楼盖的结构抗震设计计算模型,比如楼板在大震下不能处于基本弹性状态时,要先研究出合理的计算模型后再进行抗震设计验算。5对于采用了消能减震措施的结构,在进行抗震结构设计计算时要合理选择构件和整体结构的有效阻尼比,另外要注意节点和构件的计算参数对整体结构计算的影响。6对于结构体系复杂,难以准确反映各构件受力状态的抗震结构设计,应采用各种不同的力学模型进行设计计算,然后予以分析对比;另外,有时还需要进行对应的模型试验来确定计算的可信程度。
3.3地震作用下的结构变形
《抗规》、《高规》都对高层建筑,尤其是结构复杂的高层建筑变形情况进行了规定,因为在地震作用下如果结构发生较大变形,极有可能造成结构变形而失去承载力,进而受损。《高规》中规定对于A级高度的高层建筑,楼层竖向构件水平位移及层间位移不宜大于该楼层均值的1.2倍,不应大于该楼层均值的1.5倍。楼层层间最大位移与层高比值不大于1/1000。通过数据分析发现,无论是X向还是在Y向地震作用下,转换层下部结构的楼层位移情况增速相对具备规律性,可以用近似的直线进行表示,转换层上部结构的楼层位移也具备规律性,但是在转换层部分却有一定程度的突变,转换层下部过度到转换层上部时,楼层位移曲线的斜率有明显减小的趋势。
3.4高层建筑结构整体抗震性能的技术要点分析
1地基是高层建筑抗震设计的基础,在对地基进行设计时,要确保地基的稳定性,要选用稳定性能较强的地基,以防地基出现变形、下陷的情况,对一些相同结构的单元,必须确保地基的统一性,才能充分发挥地基的抗震性能。2在设计过程中,要确保建筑结构分布的对称性和均匀性,平均分布建筑的承受力,利用对称性来降低地震带来的影响,从而避免由于应力集中而产生的建筑坍塌或扭曲情况。在对高层建筑整体结构进行设计时,应采用多元化的设计方法来提升抗震性能,例如对容易发生坍塌的地方,应采取相应的加固措施,以降低出现危险的几率。3必须确保高层建筑物结构设计的牢固性,最大限度的减轻建筑物自重,从而降低对地基的压力。如果发生地震,也能缓解地震对高层建筑造成的冲击力,为人员的迅速撤离提供时间,这对于一般震级的地震抵抗效果非常明显。
四、结语
地震灾害具有不可预见性和不可控性特征,并且会造成严重的财产损失与人员伤亡。由此,加强高层混凝土建筑结构抗震设计显得尤为重要。设计人员需全面考虑高层混凝土建筑结构的设计要求,结合实际情况,制定完整性、合理性、可执行性的抗震设计方案,以此不断优化整体结构的抗震性能,增强建筑物安全稳固性,保障大众生命安全。
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