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摘要:抗震构架相较于普通建筑构架而言,优势与特点长于普通架构,尤其是在建筑中更多地会选择抗震架构,毕竟,建筑本身具有抗震能力越高,在遇到地震的时候越不容易倒塌,对人身和财产也是一种保障。基于此,本文就高层建筑抗震设计问题进行简要探讨。
关键词:高层建筑;抗震设计;问题;
1 我国传统建筑的抗震措施与机理
中国传统建筑优良的抗震性能可以从材料、结构与布局方面得到解释。首先,在建筑材料方面,中国传统建筑多由砖木构成,特别是承力构件,几乎全部为木质。作为天然抗震材料,木材具有众多优点,最突出的便是质量轻、强度与容重的比值高。小质量与高阻尼的结合可以大大减小惯性力,因此只需要一个较弱的侧力抵抗系统即可维持稳定。另外,古代高级庙宇及皇家建筑的木构件表面多有漆饰,这些漆饰对木构件起到了很好的保护作用,缓解了木构件易受潮腐蚀而导致的力学性能变差的问题,使得建筑能在较长时间内维持较好的抗震能力。其次,中国传统建筑的一些常见结构也在抗震方面发挥着重要作用。从整体上看,中国传统建筑基本都属于柔性的框架结构,这使得建筑的主体结构具有相当的弹性与一定的自我恢复能力。“墙倒而屋不塌”便很好地概括了这一特点。逐个分析古建筑的结构单元,不难发现,古代建筑一般都由台基、梁架、屋顶构成,高级别建筑在屋顶与梁柱间还有斗拱层。其中,台基类似于现代的“整体浮筏式基础”,能有效避免建筑基础遭受剪切破坏,减少地震波对上部结构的冲击;传统梁架通常采用抬梁式设计,在竖直方向上形成下大上小的结构,有利于在地震中保持稳定;庞大的屋顶则通过大量构件与下部结构相连,极大地增强了建筑的整体性,不易散架;斗拱则通过减震消能进一步提高了建筑抵御地震的能力。此外,对于佛塔等高耸建筑还存在类似于“自复位”结构的“心柱”设计,这也在一定程度上解决了地震中建筑倾斜程度(侧移程度)随自身高宽比增大而增大的问题。最后,中国传统建筑的整体布局也在减小地震影响方面起到了一定的作用。我国的古建筑群往往有明确的中轴线,各个建筑关于中轴线呈对称分布。对称式布局有利于减轻地震扭转效应,从而降低地震损害。另外,就单个建筑而言,传统建筑通常是当心间最大,两侧房室逐渐缩小,这有利于抵抗地震的扭矩,保护建筑。
2 高层建筑抗震设计问题
2.1选择建筑场地时需要注意的问题
地震对于处于不同地质条件下的建筑物影响是不同的,因此,建筑企业应提高对建筑场地的重视,对建筑物场地进行选择时一定要对地质条件进行全面考虑,尽量选择一个能够对建筑物起到防护作用的场地。如果在沙地上建造建筑物,或是将建筑物建造在地质条件比较差的斜坡上,那么当遇到地震、滑坡等地质灾害时,就会给建筑物带来很大的影响,如若灾害情况比较严重,建筑物很可能就会发生崩塌。基于此,建筑企业对建筑场地进行选择时一定不能选择这种地质条件不好的场地,做出最终选择之前先要对所选场地的地形、地貌和地质条件等进行全方位考虑,确保场地的稳固性和良好性。
2.2设计平面布置时应注意的问题
站在实际角度考虑可以发现,平面布置能够对建筑物性能造成决定性影响,如果建筑设计师能够对建筑内部(房梁、房板等)进行合理布置,那么建筑物出现变形的概率也会变得比较小。我国现在建造的建筑物大部分都是高层建筑,每个楼层都会设计不同的功能,因此每个楼层也要采用不同的平面布置,但在这种形式的平面布置在面对地震灾害时,很容易因为建筑构件出现错位而导致建筑物发生坍塌。再加上有些设计人员在布置墙体时没有重视墙体抗震性能,因此导致墙体没有较高的均匀性和刚度,面对地震灾害时,这种墙体很容易就会出现变形。另外,还有一些设计人员过于追求提高建筑功能,对内隔墙对齐比较忽视,这就导致设计出来的建筑结构不具备良好的力传导性,当面对地震灾害时,产生的地震力就会直接被作用到建筑物内部结构,从而导致建筑物内部结构出现严重变形,甚至直接出现崩塌。
3 高层混凝土建筑抗震结构设计的优化策略
3.1方案
高楼层混凝土建筑结构抗震性能设计需要考虑很多因素,在这期间的人是处在一个不断修改设计的过程中的,目的是让设计具备科学性,并保证对高层建筑混凝土抗震结构的受力保持在一个能够协调和控制范围之内,保证平衡和受力均衡达到抗震的作用。此外,设计人员也不能忽视高层混凝土建筑抗震性结构层次性问题,因为这种结构具有抗震和稳定的性能。地质也是开展实际考察的一个重要方面,全方位认识所选地区的地质情况,对建筑所设计的抗震方面保持严肃的态度,提高抗震性能。
3.2抗震结构体系
筒体、悬挂、剪力墙等作为高层混凝体抗震结构设计的主要形式,在很多的建筑的优化方案中都会被应用。筒结构是建筑构架的核心,以其为例,在开始设计的时候,因为腰桁架加强层和伸臂桁架的设计会使建筑出现一些薄弱层,设计人员一定要时刻注意这方面,因此,要求设计人员在设计时运用限制刚度的思路,以此来对加强层削弱。
3.3 建设位置的选择
地理位置决定了建筑物需要的抗震性能大小,因为它对建筑的抗震有最直接的要求,因此,在进行设计的过程中,一定要考虑该地区的地震发生情况,有依据有理论支持地选择建设位置,当然地质条件也是不能忽略的,因此在选址的时候,要避开建设在丘陵以及山坡的附近。在对高层混凝土建筑抗震结构进行设计的时候,设计工作人员一定不能忽视抗震结构本身的功能,在提高抗震质量上要有明显进展。在这基础上功能造价和建筑要求也不能降低要求标准,参考科学的建筑原理论著,根据已有的建筑案例提高混凝土建筑的抗震性能,在已经确定的目的影响、限制条件和情况下,优化这方面的使用功能。
3.4 抗震建筑材料
建筑的抗震性能与其自重大致成反比,即建筑整体质量越大,在地震中受损情况越严重。因此,抗震材料通常具备质轻的特点。此外,为提高结构的抗拉伸能力以及缓冲能力,材料还应具有高强、高韧的特性。常用的具有一定抗震功能的建筑材料有加气混凝土、橡胶、碳纤维等。其中,加气混凝土多用于高层建筑的填充墙和低层建筑的承重墙,是典型的通过大幅减轻建筑自重来增强建筑抗震能力的低密度建材;橡胶是制造隔震层或阻尼器的常用材料,主要通过吸收地震能量起到缓冲减震的作用;而近年来兴起的碳纤维则凭借其密度低、强度高、抗拉伸能力强等综合优势被越来越多地应用于建筑加固或混凝土改性。日本建筑师隈研吾曾使用密布在办公楼周围的混合碳纤维将办公楼与地面相连,从而对其进行加固并取得了良好的艺术效果。这也是世界上第一座使用碳纤维加固的具有抗震功能的商务办公楼。
结束语
综上所述,提高人们生活质量和生存环境安全性是高层混凝土建筑结构优化的初衷,也是进行设计的指导思想,本身建筑设计是有据可依的,就是要符合已有的设计理念,在此基础上学习和理解新型抗震结构内核,既不失去原有的科学设计,又在此基础上进行了优化,设计上符合科学原理,优化设计抗震结构的功能,促进设计质量的提升,促进经济效益的提高,控制工程造价,为社会谋福利。
参考文献:
[1] 张保珍.建筑结构抗震概念设计浅议[J]. 山西建筑,2020,30(06):121-122.
[2] 相 阳,罗永峰,黄青隆. 装配式钢结构抗震性能研究进展[J]. 建筑钢结构进展,2019,21(03):111-112.
[3] 王 理,徐 伟,王静爱. 中国历史地震活动时空分异[J]. 北京师范大学学报(自然科学版),2020(04):544-550.
[4] 鲁 亮,胡宇飞,张会会,等. 基底悬摆隔震结构振动台试验研究[J]. 振动与冲击,2019,38(05):171-179.