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摘要:由于地震的不可預測性以及不可避免性,在進行結構抗震性能設計時,會受到很多未知因素的影響,增加了抗震精確計算的難度。因此,為增加高層建筑結構的抗震性能,不僅僅要依賴于精確定位抗震計算分析,更要重視高層建筑結構的設計方案。因此,在進行設計時,要多采用結構相對規則的體系,綜合評定施工場地的地質條件,做好地震設防工作,加強防震措施,保證高層建筑結構的抗震性能。
1高層建筑抗震設計的重要性
抗震設計在高層建筑設計中具有十分重要的意義。與普通房屋建筑工程相比,高層建筑的構造與之明顯不同,無論是規模還是構件都存在著較大差異。一旦高層建筑質量出現問題,所帶來的后果不堪設想。因此,在設計階段就要充分落實好質量控制。其中抗震設計與高層建筑工程整體質量存在著密切關聯。通過有效的抗震設計,可讓建筑結構的剛度、延性、整體性達到相關要求,使高層建筑整體穩定性得以提升。換句話說,抗震設計是否合理直接關系到高層建筑物的質量,應給予重視。
2我國高層建筑結構物抗震性設計的缺陷
受地震板塊的影響,我國是一個地震的多發國家。近年來,我國不斷探索,日漸形成了符合自身特點的高層建筑結構抗震性能的設計方案。然而和國外先進的抗震技術相對比,不足之處依然較為顯著。就美國方面來看,其抗震規定:在高烈度地區應采用高延性等級。而在低烈度地區,則應該選用低延性的等級。而我國則僅僅提出了“三個水準”的目標,也就是“小震不壞,中震可修,大震不倒”。但是對于不同的高層建筑結構而言,該目標并不具備普遍適用性。若對于所有的高層建筑,籠統的采用同一個目標,則對整個建筑結構的抗震性水平的提高顯然是不利的。因此只有針對不同的高層建筑結構選用恰當的抗震性能設計方案,方能有效確保高層建筑結構的穩定性。
3系統分析高層建筑物的抗震性能
3.1為高層建筑設計合理的鋼結構框架
最近幾年全球范圍內逐漸就行起一種新的建筑結構,鋼結構建筑。由于鋼材料不僅強度高而且韌性好,在強大的壓力面前可以通過變形來釋放能量,是很好的抗震建筑材料。同時鋼結構建筑結構靈活,形式多樣,施工步驟簡單,工期短,能夠在一些條件復雜的環境下進行建設是一種很不錯的新型建筑形式。唯一的缺點就是鋼結構建筑成本較普通的建筑方式要高出很多,在一些中小型的工程中使用并不常見。
3.2如何提高鋼結構框架的抗震性能
就目前的全球建筑市場情勢來看,鋼結構已經成為了一種使用越來越普遍的建筑結構形式。因為這種建筑方式不僅結構靈活空間利用率高,而且施工簡單質量輕抗震性能好,是不可多得的良好建筑形式。因為結構簡單所以大大增加了空間的利用率;因為各個框架之間可以隨組合變換所以結構靈活;因為是以結構框架的形式進行澆筑的所以技術簡單。總之這建筑結構在極大的提高了空間利用率的同時,簡化了施工步驟提高了建筑的抗震性能。
3.3關于磚和混凝土結合的建筑物的抗震性能研究
我們平時所說的磚混結構就是磚和混凝土結合的建筑結構,這種結構形式是用混凝土將磚塊之間粘結起來,這是最普遍也是常見的一種建筑形式。目前我國大部分地區使用的還是這種建筑方式,但是很多大城市已經不再使用著這種建筑方式了,只是在一些不重要的環節配合著其他建筑形式使用。但是磚和混凝土結合的結構抗震性能非常差,在地突然發的時候最容易因為房屋倒塌而造成大量的人員傷亡。所以在施工建筑的過程中承重墻切不可使用使用磚和混凝土結合的形式,而要多采用鋼結構形式。
4高層建筑結構的抗震性能設計
4.1地基的選擇分析
由于地震造成建筑物的倒塌,除去地震的直接破壞因素外,場地的地質條件也是不容忽視的。在選擇場地時,應先對地質條件進行綜合評定。選擇建筑場地時,首先應選擇有利于高層建筑結構抗震的堅硬土質地區,避開土質軟化的場地,如果無法避免,也應先做好抗震措施。對于易發生地震的地區,不能建造甲、乙、丙三類建筑,并且有研究表明,在土質越軟,覆蓋層越厚的地區,地震對建筑物的損壞也就越大,后果更加嚴重。
4.2落實抗震驗算
在進行截面抗震驗算時,結構應在設防烈度下進入彈塑性狀態。可將大部分結構變形轉變為眾值烈度地震作用下構件承載力驗算的形式來表現。進行構件截面抗震驗算時,可選用非抗震承載力設計值,將承載力抗爭調整系數與其關聯起來。計算過程中,去地震作用效應值乘以抗震調整系數來進行折減。通過完善抗震驗算,保證建筑抗震設計的有效性,使抗震設計充分發揮作用。
4.3承載能力設計方法
從當前我國的抗震設計現狀看,這種方法是較常用的。對于經常發生的地震,通過反應譜將建筑的底部剪力計算出來,按照相應的規則分配至結構全高,并且和其他的荷載組合起來,然后進行結構強度設計,使各部分的構件都具備相應的承載能力,最后通過變形驗算得出結論。一般來說,運用承載能力設計這種方法具有設計可靠、比較清晰的性能概念以及使用方便等優點,能夠很好地實現預期性能目標。但這種方法也具有一定的缺點,比如,以彈性反應為基礎,對于非彈性反應的建筑就不能進行全面計算。因此,新規范衍生出承載力按抗震等級調整地震效應的設計值、不計抗震等級調整地震效應的設計值、標準值、極限值的四種復核方法。
4.4加強多重抗震防線的設置
一旦發生地震災害,建筑物若多設置一道抗震放線,就能相對降低地震災害造成的危害性,提高人們獲救和逃生的幾率。一般來說,在建筑結構的抗震設計中,可以采取多重放線的辦法。第一,可以選用具備良好延展性的材料來作為第一道抗震放線。第二,適當選取適宜用作抗震設計的部件來設置其他的抗震放線。之所以設置多重放線,主要目的在于緩解地震的沖擊力,最大限度的降低地震災害的破壞和損失。
4.5抗震結構體系的選擇分析研究
通常情況下,為提高高層建筑結構的抗震性能,減少在地震中的損害,一般都選擇不承擔重力載荷豎向支撐墻或者填充墻,或者是具有良好延性的抗震墻作為抗震防線的第一種構件。在框架—抗震墻結構體系中,如果抗震墻遭到破壞,在吸收一定的地震能量后,框架就隨即起就承擔起防震的作用。此類體系結構的設計思路,既保證了抗震性能,同時又具有良好的強度。如果抗震體系單純的具有良好的強度,但是延性較低,這樣的結構在遭遇地震時,很容易受到破壞,反之,如果抗震體系的延性較好,但是強度較低,在遭遇地震作用時,也容易發生損壞。因此,只有具備合理的剛度和強度分配,重點關注可能出現問題的薄弱部位,保證抗震性能,提高高層建筑結構的抗震能力。
5結論
高層建筑抗震設計是一個較為復雜的過程,涉及因素較多,需要從各方面進行綜合性研判,才能得到獲取最佳的設計效果。通過落實抗震驗算、設置多道抗震防線、完善隔震及消能減震設計,可進一步強化整體抗震設計效果,讓建筑物的抗震性能得到提升。
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作者:劉藝晶 單位:重慶卓創國際工程設計有限公司