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高層建筑結構抗震設計探究

2021-11-25 23:23朱興永
中國建筑金屬結構 2021年9期
關鍵詞:抗震結構設計整體

朱興永

高層建筑結構設計要充分考慮到建筑結構的抗震性,高層建筑受到地震、振動的影響,會產生嚴重的危害。為了確保人們的居住環(huán)境,以及建筑整體的安全性,要高度重視高層建筑抗震結構設計。

1.高層建筑結構抗震設計重要性

城市化進程的加快,使得城市中高層建筑不斷增加,因此人們對高層建筑抗震設計尤為重視,高層建筑結構的抗震設計要從多方面入手,采取更加有效的預防措施,提高高層建筑的抗震性能和穩(wěn)定性,將地震會造成的傷害降至最小。抗震設計是指在建設工作開展前,結合建筑實際情況建立建筑力學模型,并對其進行科學計算,根據計算結構以及對建筑的要求,設計抗震構造。針對高層建筑結構的抗震設計,要充分考慮到建筑結構的整體概念,充分把握高層建筑結構的薄弱環(huán)節(jié),從而優(yōu)化高層建筑結構抗震設計,使其符合高層建筑規(guī)定標準。高層建筑與普通房屋建筑相比,其在結構上、建筑規(guī)模、建筑構件上都有很大區(qū)別。如果高層建筑出現質量問題,其所帶來的后果不堪設想。因此,在高層建筑結構抗震設計中,要嚴格把控建筑質量。其中,抗震設計與高層建筑質量密切相關,有效的高層建筑結構抗震設計,能夠有效提高建筑結構的整體性、延性和剛度,全面提高高層建筑整體的穩(wěn)定性。因此,高層建筑結構的抗震設計尤為重要,應給予高度重視[1]。

2.高層建筑結構抗震設計現狀

隨著城市的迅速發(fā)展,高層建筑如雨后春筍般拔地而起,在高層建筑建設中,對于建筑結構的抗震設計,很多時候建筑方、設計方并沒有將其各方性能有效落實到位,結合大量調查發(fā)現,當前我國高層建筑結構仍然存在一些問題,而這些問題的存在嚴重威脅了高層建筑整體質量和使用壽命。

2.1 建筑高度超標問題

高層建筑的高度超出規(guī)定標準,開發(fā)商為了牟取利益,在高層建筑建設中使建筑高度超出安全高度,當高層建筑高度超出規(guī)定標準和安全設計高度后,其整體結構就會受到破壞,建筑的穩(wěn)定性就會降低,在發(fā)生地震地質災害時,就會引發(fā)建筑整體的損壞和倒塌。

2.2 建筑選址問題

高層建筑結構抗震設計問題還表現為建筑地址選擇的問題,城市人口的增加,對建筑的需求量也隨之增加,開發(fā)商在利益的驅使下,會盡可能地開發(fā)利用土地資源,為了加速開發(fā),在地址的選擇上忽視了地質問題,在沒有嚴格勘測建筑地質結構的基礎上開發(fā),會對高層建筑結構的抗震性能產生很大影響[2]。

2.3 建筑材料問題

建筑材料質量是影響建筑整體質量的重要因素,高層建筑在建筑材料的選擇上沒有嚴格把控,會直接導致建筑物整體抗震性能的降低,在遇到地震時,不具備抗震性能的材料無法經受劇烈的震感,從而造成高層建筑結構的損壞,嚴重的甚至會造成人身、財產的威脅。因此,做好高層建筑的抗震設計工作尤為重要,后續(xù)的改進和完善工作應引起高度重視。

3.加強高層建筑結構抗震設計措施

3.1 結構構件的抗震設計

在高層建筑結構抗震設計工作中,要充分考慮到地震作用下的影響因素和阻礙因素,其中最為重要就是建筑位移,應隨時對界面應變,提升框架支撐結構的框架水平。在框架中要做好強柱弱梁設計,提升梁的延性,這樣可以有效減少柱子屈服的可能。此外,還可以采取其他方法進行抗震結構設計,如,采用高延展性結構、設計多段強框架等方法,這樣可以實現隔離和消震的作用,提高高層建筑整體的穩(wěn)固性。在高層建筑結構設計中,要嚴格遵循強柱弱梁原則,分布框架在地震中的承受力,這樣高層建筑在地震中的倒塌概率會降低,同時,建筑結構構件、非構件、內力設計值、抗震作用等都要進行嚴格規(guī)范,這樣才能提高輔助框架結構的抗震性能和穩(wěn)定性。此外,采取框架中心調節(jié)方法落實強柱弱梁原則,其注意點要在彎矩上,采用此種方法要提前考慮到偏離產生的后果,即附加的彎矩[3]。

高層建筑結構的抗震設計,要充分考慮到整體結構布局,在基礎結構建設中充分考慮到建筑的對稱性、規(guī)則性,避免出現扭轉失衡情況,做好核心筒豎向結構設計,確保高層建筑整體結構的均衡性,當高層建筑局部受損時,建筑的抗震性能可對其進行穩(wěn)定和填補。在高層建筑結構抗震設計中,通常會采用多道抗震防線,抗震防線可以對建筑結構起到內外均衡的作用,在遭遇地震時,多道防線可以起到保護建筑結構的作用。從高層建筑受力方面來看,多道抗震防線可以確保在地震作用下,如果第一道防線被破壞,地震能量會被消耗,這樣地震對建筑整體的影響便會減少,從而確保高層建筑實現中震可修、大震不倒的目標。

3.2 地基選擇與抗震驗算

造成高層建筑物坍塌的原因,除去地震對建筑物的直接破壞之外,建筑物的場地條件也尤為重要。在高層建筑施工中,選擇施工場地時,要先對施工場地的地質條件做出綜合評定,選擇在堅硬土質地區(qū)建設高層建筑,這樣高層建筑結構的抗震性會更高,為了確保高層建筑的抗震性,要避開土質軟化的場地,如果無法避免,則一定要做好抗震設計,采取科學抗震措施。易產生地震的地區(qū),不可建造甲、乙、丙三類建筑;覆蓋層厚、土質松軟的地區(qū),地震會對建筑物產生嚴重的損壞,從而引發(fā)嚴重后果。從當前高層建筑結構抗震設計來看,采用承載能力設計方法是較為常見的,對經常發(fā)生地震的地區(qū),通過反應譜計算建筑底部剪力,并按照相應規(guī)則進行分配,與其他荷載組合,然后進行高層建筑結構強度設計,這樣各部分構件才能具備承載能力,最后通過變形驗算得出結論。通常來講,在高層建筑結構抗震設計中,采用承載能力設計方法進行抗震設計,具有使用方便、設計可靠等優(yōu)勢,能夠有效實現預期目標。采用此種方法也存在不足,如,以彈性反應為基礎,針對非彈性反應的建筑則無法對其進行全面計算[4]。

3.3 高層建筑結構體系和結構布置優(yōu)化

在高層建筑結構抗震設計中,結構體系的選擇尤為重要,由于高層建筑結構受到承載力、剛度等因素的影響,使各體系的適用范圍不同,在抗震設計中要針對高層建筑結構特點,采用經濟合理、便于施工、抗震性能優(yōu)越的結構體系。隨著我國高層建筑空間、形式和功能的不斷完善,高層建筑結構體系也在不斷優(yōu)化和創(chuàng)新。在結構布置上要選擇對稱、均勻的結構布置形式,通常情況下要遵循以下原則:

(1)在符合實際結構基礎上,要使用對抗震有利的建筑平面和建筑立面,選擇規(guī)則的結構,以及對抗震有利的結構布置。

(2)使用數學模型、力學模型進行分析。

(3)結構構件要具有明確、合理的傳力路徑,這樣作用在上部結構的豎向和水平力才可以傳遞到地基基礎上。

(4)結構要具有冗余度,并具有避免連續(xù)倒塌的能力,確保建筑結構不會因為局部結構遭到破壞,而對整體的結構產生嚴重影響。

為了確保高層建筑結構抗震設計方案的合理性,做好抗震計算分析尤為重要,在建立結構設計模型時,要先從建筑工程的情況和需求出發(fā),對程序的選用進行分析,并確保結構整體性和實用性,避免由于一味追求模型的獨特形式,影響到高層建筑結構的整體抗震性能。設計人員在高層建筑結構抗震設計中,要具有扎實的力學基礎知識,這樣可以在設計中快速、準確地找出傳力路徑,并準確地比較計算出平面計算模型,這樣才能做出精確的計算,有效解決高層建筑結構設計中的復雜問題[5]。

4.結束語

總之,地震屬于不可抗力的自然災害之一,具有不可預估的特點。如果發(fā)生地震災害,會對建筑和人們的安全、財產造成嚴重影響。因此,為了有效降低地震對高層建筑的影響,在高層建筑結構設計中,相關部門要充分考慮高層建筑結構的抗震性,設計人員在設計中要選擇防震性能好的建筑材料,嚴格按照規(guī)定開展設計工作,避免安全隱患,全面提高我國高層建筑結構的抗震性和安全性。

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