高層建築結構設計中抗震問題研究

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近幾年我國經歷的幾場地震中,特別是汶川地震後,被破壞的建築普遍存在這一定的質量問題,這是導致建築受損嚴重的最主要因素。高層建築的抗震設計中包含防線建設,為了達到提升抗震能力的目的,可以增多抗震防線的建設。

高層建築結構設計中抗震問題研究

摘要:

隨著國民經濟的快速發展,我國高層建築的數量呈幾何式的增長,高層建築已經成為城市中最主要的建築形式,然而限於以前我國經濟條件所限,我國的抗震標準偏低,高層建築的抗震效能不佳,相關行業規範急需調整,我國高層建築設計過程中存在一系列問題,針對高層建築抗震設計中的相關問題,應該當採取積極的應對措施,切實提高高層建築的抗震效能。

關鍵詞:

高層建築;結構設計;抗震問題

一、高層建築抗震設計的原則

高層建築抗震設計主要遵循以下四點:應選擇有利抗震的場地和地基進行建設:高層建築的建設範圍應儘量避開地震帶,如果實在無法避免應採取必要的抗震措施。在危險地段上是不能進行高程建築的建設工作。在設計前需要計算好建築結構的自震週期,並與場地的週期錯開,以防止地震發生時,出現共振現象導致建築破壞。建立良好的抗震結構:良好的結構型別是在保證高層建築的抗震性的同時,具備良好的經濟性。結構中應設計對到抗震防線,以防止部分構件或結構損壞而導致整個建築的抗震體系被破壞。在青海地震中,玉樹縣結古鎮的建築結構以土木結構為主,該結構並不具備良好的抗震效能,且並沒有採取足夠的抗震措施,導致該地區90%的房屋發生坍塌。

儘量設計多道抗震防線:地震一般不會只發生一次,在第一次地震後,一定會發生多次餘震及第二次地震。如果高層建築只有一道抗震防線,在第一次地震後備破壞,將無力面對之後的第二次地震或多次餘震。青海地震一共發生了兩次地震及多次餘震。許多在第一次沒有震塌的建築都毀於了第二次或之後的餘震中。設計利於抗震的建築平面:在進行建築的平面設計時,應儘可能地保證建築結構的剛度和質量的均勻分配。建築結構與平面設計應採用對稱的方式,才能在地震中有效地變扭轉效應。青海地震主要發生在玉樹縣結古鎮,當地的房屋建築大多數是由居民自主建設的,因為缺乏足夠的建築專業知識,所以沒有考慮到建築平面設計的抗震需求也是非常常見的。

二、高層建築結構設計中抗震問題

1.高度問題

根據我國現行的高層建築技術結構規範,以鋼筋混凝土為基本結構的高層建築都有一定的合理高度。這個合適高度與當前經濟發展水平、建築技術發展水平以及建築施工水準直接吻合,具有極高的安全性和穩定性,然而實際的高層建築建設中可能出現高度超限的客觀情況,導致其抗震能力大打折扣,危害公眾安全。在高層建築建設實施中應該以嚴謹審慎的態度結合工程實踐的相關經驗科學合理處理,確保高層建築符合適宜高度。

2.建築結構材質問題

由於地震帶來的嚴重危害,人們越來越偏重於抗震效能好的高層建築結構形式以及建築材料,尤其在地震多發地帶這個趨勢更加明顯。我國高度達到150m的建築物廣泛採用的建築結構體系有框一筒、筒一中筒和框架一支撐三種。我國高層建築基本以鋼筋混凝土的建築結構為主,其主要結構是鋼筋混凝土核心筒,變形控制基準是鋼筋混凝土結構的位移限制。但是,考慮到鋼筋混凝土的彎曲變形有較大的側移,只是依賴剛度本身就比較小的鋼框架的協調配合來減弱側移,無疑無法收到理想的抗震效果,同時還加大了鋼結構負擔。

3.抗震設防烈度低

在當今中國經濟水平得到長足發展的時代背景下,我國現行的建築結構設計規範已經遠遠落後於現實的`要求,已經很難適應當下的國情,建築結構設計規範應該在某種程度上進行調整,以適應當前對抗震安全性的新要求。以前受制於財力不足的限制,我國建築結構設計標準低,抗震設防烈度低,建築結構在抗震中的經濟損失很大,因此基於地區設防烈度的級別制定相應的彈性設計標準得到了眾多業界人士的支援。

三、增強高層建築結構抗震效能的具體策略

1.高層建築結構彈塑性

在發生地震時,高層建築物,會在地震力影響下,出現不同程度的形變。此時,建築中的抗震組織,會發揮塑形保持的作用。對此,針對於高層建築,必須要注重其建築的抗震能力,以及建築彈塑性變形能力的分析研究。因此,在高層建築工程抗震設計中,對於建築的彈塑性分析計算是非常關鍵的一個點。在分析高層建築結構的彈塑性時,分析的方法主要體現在以下兩點:即彈塑性動力以及彈塑性靜力分析法。彈塑性動力分析方法,以結構統計模型為前提。這種方式的應用,雖然理論上分析較為簡單,但是實際的操作,對於技術人員的專業水平要求較高,對此加強設計人員的綜合素質培養,是非常有必要的。從而更好地降低地震破壞的後果,同時在對其進行分析時,地震波會產生很大的影響。最後的結果往往會有很多個,這時就要對結果進行仔細地研究,更好地保證其研究的結果。彈塑性靜力分析法,採取的是結構統計模型,在使用過程中,需要結合空間協同平面結構模型、三維空間模型,照比第一種方法,分析結果受到地震波的影響不大,但是對於建築底層的水平載荷要求較高。

2.合理選擇高層建築材料

在進行高層建築抗震設計時,材料的選擇十分重要。對於即將選擇的材料,要科學地分析其材料的抗震效能,對材料的引數變異性進行整體研究,保證最終材料的選擇的合理性。同時,還需要對材料的承載能力進行充分的考慮,保證材料抗震分析的全面性。從抵抗地震的要求來看,建築結構還需要具備一定的延性,為了充分地滿足需求,在選擇建築材料時,就需要充分地考慮建築施工的各個方面的實際興情況,選擇最為科學合理的建築材料,提升高層建築抗震能力的同時,保證材料選擇的科學性及經濟性。

3.增多抗震防線的建設

高層建築的抗震設計中包含防線建設,為了達到提升抗震能力的目的,可以增多抗震防線的建設。這樣一來,在發生地震時,即使第一道防線被破壞,第二道、第三道,甚至是更多道的防線均會起到阻擋地震作用力的目的,減低建築物倒塌發生率。通常來說,多個肢節和壁式框架的框架剪力牆結構是比較有效的防震結構之一。框架剪力牆中包含多道抗震防線,第一道抗震防線為剪力牆,這是主要的抗側力構件,當剪力牆的數量比較多時,其所具備的承載能力也會相應的提升。同時,在地震的作用下,剪力牆開裂之後,任一層框架部分的框架和牆會協同一起分散地震剪力,降低地震作用對建築物的傷害。此外,框架剪力牆中的剪力牆也可以進行連樑的設定,通過連樑的防線作用,改善建築物的抗震能力。

4.加強高層建築工程的質量監督

近幾年我國經歷的幾場地震中,特別是汶川地震後,被破壞的建築普遍存在這一定的質量問題,這是導致建築受損嚴重的最主要因素。建設施工時的不規範給建築結構的抗震效果帶來嚴重的潛在危害,一旦地震發生建築結構將變得相對脆弱,所以要全面加強相應的監督機制,使高層建築的設計、施工、監理等各個環節發揮應有的作用,切實保證高層建築結構的優良,確保其在地震發生時具有較好的抗震效能。

四、結語

本文通過對高層建築結構抗震設計的基本方法進行闡述,然後對高層建築的受力特點及結構型別進行分析,得出提高建築抗震效能的設計方案,希望本文可以對以後高層建築結構設計提供有利的幫助,從而提高高層建築的抗震效能,促進高層建築的進步與發展。

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