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摘要:基于抗震概念設(shè)計(jì)理念,開展高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),能夠增強(qiáng)高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能。應(yīng)用抗震概念設(shè)計(jì),通過合理選擇建筑場地,科學(xué)布置建筑總體,優(yōu)選建筑結(jié)構(gòu)體系,按照建筑抗震等級(jí)規(guī)范要求,合理設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu),以確保建筑性能,提高建筑的抗震性。貴州地區(qū)處于地震頻發(fā)帶,對(duì)建筑的抗震性能要求較高,因此加強(qiáng)此課題的研究,有著必要性。
關(guān)鍵詞:抗震概念設(shè)計(jì);建筑結(jié)構(gòu);工程設(shè)計(jì);抗震性
對(duì)于高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),要遵守抗震設(shè)計(jì)規(guī)范,從抗震概念設(shè)計(jì)應(yīng)用入手,結(jié)合工程實(shí)際情況,提出定量控制要求。值得注意的是,開展高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì),要在概念清晰且技術(shù)可靠的基礎(chǔ)上,合理的設(shè)計(jì)建筑結(jié)構(gòu),以確保建筑的抗震性能。通常情況下,高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì),需要從概念設(shè)計(jì)、抗震計(jì)算、抗震措施等方面加以把控,以確保設(shè)計(jì)的合理性。
1高層建筑結(jié)構(gòu)抗震性設(shè)計(jì)的意義
貴州省位于我國南北地震帶南段的東側(cè),省內(nèi)西部部分區(qū)域位于地震帶上。貴州地震的頻度與強(qiáng)度為中等水平,地震平面分布不均。若發(fā)生地震,會(huì)造成極大的損失,以尼泊爾大地震為例,涉及到多個(gè)多家,地震造成近4000人死亡,約7000人受傷,對(duì)尼泊爾國造成超過50億美元的經(jīng)濟(jì)損失,由此可見地震的損失性。在地震中,建筑既是人們的保護(hù)工具,也是威脅人們安全的物體,若能夠提升建筑的抗震性,對(duì)保護(hù)人們的財(cái)產(chǎn)與安全,有著積極的作用,因此加強(qiáng)高層建筑結(jié)構(gòu)抗震性設(shè)計(jì)研究,有著必要性。
2抗震概念設(shè)計(jì)應(yīng)用的基本要點(diǎn)
2.1合理選擇建筑結(jié)構(gòu)
高層建筑結(jié)構(gòu)抗震性設(shè)計(jì),最為重要的是建筑體形和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),占據(jù)著重要地位,多數(shù)倒塌建筑主要是因?yàn)橐?guī)劃不合理造成的,所以要科學(xué)的選擇水平面與垂直面,提升建筑的抗震性能。一般來說,建筑平面形狀規(guī)則,直接影響著建筑的抗震性,平面形狀平整度越高,則建筑的抗震性能就越強(qiáng),圖1為水平地震作用。規(guī)則平面能夠承擔(dān)荷載作用,建筑結(jié)構(gòu)的整體性較為突出。在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,于高度方向,需要保證結(jié)構(gòu)布置的連續(xù)性,實(shí)現(xiàn)側(cè)向剛度保持連續(xù),以免出現(xiàn)薄弱層。
2.2合理選擇傳力路線
高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)多利用計(jì)算機(jī)程序,來確保計(jì)算的準(zhǔn)確性,建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員只需要掌握簡單的計(jì)算方法即可。利用計(jì)算機(jī),在獲取受力狀態(tài)下,形成建筑結(jié)構(gòu)件計(jì)算簡圖。接著利用力學(xué)模型和數(shù)學(xué)模型,從地震反應(yīng)入手,做好詳細(xì)的分析,明確計(jì)算結(jié)果,合理選擇建筑結(jié)構(gòu)路徑,提高傳力路線選擇的效率。
2.3合理選擇建筑位置
通過相關(guān)研究發(fā)現(xiàn),建筑物損毀與建筑所處的地形,有著直接的關(guān)系。除此之外,建筑損壞和地基、斷層等,也有著緊密關(guān)系。以覆蓋土因素為例,建筑破壞率和此因素呈現(xiàn)的是正相關(guān),覆蓋土層厚度小,證明土質(zhì)偏硬,具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性,當(dāng)遇到地震時(shí),不易發(fā)生倒塌情況,因此在設(shè)計(jì)高層建筑時(shí),要選擇硬質(zhì)地基,降低地震效應(yīng),確保建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性[1]。
2.4設(shè)置多條抗震防線
高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)時(shí),需要設(shè)置多條抗震防線??紤]到地震時(shí)間存在差異,伴隨多次余震,受到地震反復(fù)沖擊,會(huì)給建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性造成損壞,若高層建筑物設(shè)置一道防線,當(dāng)建筑受到一次破壞后,難以抗衡后續(xù)破壞,因此需要設(shè)置多道保護(hù),確保高層建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。
3抗震概念設(shè)計(jì)在高層建筑抗震設(shè)計(jì)中的具體應(yīng)用
3.1提升結(jié)構(gòu)延性
高層建筑抗震設(shè)計(jì)水平低于地震等級(jí),極易因?yàn)榇嘈云茐?,造成建筑倒塌,所以在建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中,要提高結(jié)構(gòu)延性,增強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)抵抗能力??梢詮囊韵路矫嫒胧郑孩俨牧?。選擇延性材料,此類材料的應(yīng)用,當(dāng)發(fā)生非彈性變形,或者發(fā)生反復(fù)彈性變形時(shí),其延性不會(huì)明顯下降。②桿件。通過控制桿件的延性,包括塑性變形與能量收納與耗散等,提高結(jié)構(gòu)延性,通常從墻肢與框架的柱等方面捂手。③構(gòu)件。構(gòu)件的延性指的是某個(gè)構(gòu)件的塑性變形與能量消耗的能力,通過控制墻體或者框架延性,來提高建筑結(jié)構(gòu)整體延性??偟脕碚f,建筑結(jié)構(gòu)延性指的是抗倒塌能力與塑性變形能力。在設(shè)計(jì)時(shí),可以采取以下措施:①在平面上,增強(qiáng)突變處與轉(zhuǎn)角處等構(gòu)件的延性;②對(duì)于豎向,則可以加強(qiáng)薄弱樓層的延性,比如體型突變處、主樓與裙房相接的樓層等;③增強(qiáng)首道抗震防線部分的構(gòu)件延性[2]。
3.2提升結(jié)構(gòu)的整體性
高層建筑結(jié)構(gòu)的整體性較強(qiáng),能夠確保建筑結(jié)構(gòu)在地震力的作用下,處于協(xié)調(diào)運(yùn)行的狀態(tài),可避免建筑倒塌。采取以下措施:①選用鋼結(jié)構(gòu)支撐結(jié)構(gòu)。鋼結(jié)構(gòu)作為建筑行業(yè)的新技術(shù),其市場份額不斷擴(kuò)大,貴州地區(qū)已經(jīng)逐步引入鋼結(jié)構(gòu),比如貴州鋼結(jié)構(gòu)發(fā)展中心樓,樓層高24層,建筑面積為26000m2,建筑承板使用的是鋼筋線桁架工藝,建筑整體性較好,抗震性能較好。高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,采取鋼結(jié)構(gòu)支撐體系,對(duì)提升高層建筑框架結(jié)構(gòu)中的側(cè)向剛度,有著積極的影響,可以抵抗水平荷載,提升高層建筑整體強(qiáng)度。與純框架架構(gòu)相比,支撐結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較好,將窗臺(tái)下方-下層窗戶頂部區(qū)域位置,作為支撐位置,合理設(shè)置支撐,能夠達(dá)到結(jié)構(gòu)支撐要求。采取環(huán)向封閉同一平面,能夠提高建筑鋼結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度,在強(qiáng)震區(qū)應(yīng)用,其效果更為凸顯。②抗側(cè)力結(jié)構(gòu)。若高層建筑結(jié)構(gòu)為多種框架結(jié)構(gòu)形式,應(yīng)用鋼結(jié)構(gòu),可以承載建筑物豎向負(fù)載與部分橫向負(fù)載。采用抗側(cè)力結(jié)構(gòu),可以按照建筑的各類要求,來選用抗側(cè)力結(jié)構(gòu)。若高層建筑中桁架高度和單樓層相同,可以利用交錯(cuò)桁結(jié)構(gòu),來設(shè)置上下樓層,確保各單元設(shè)置的靈活性。應(yīng)用此結(jié)構(gòu),在鋼結(jié)構(gòu)平面內(nèi),梁柱彎矩較小,側(cè)向位移也較小。
3.3準(zhǔn)確計(jì)算結(jié)構(gòu)抗震
開展高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)前,需要準(zhǔn)確的計(jì)算建筑結(jié)構(gòu)的地震作用,接著計(jì)算結(jié)構(gòu)與構(gòu)件的地震作用效應(yīng),并且和其它載荷效應(yīng),做好相互結(jié)合,檢驗(yàn)建筑結(jié)構(gòu)抗震承載力與變形,確保能夠達(dá)到新《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50011-2001)規(guī)范相關(guān)要求。需要做好以下計(jì)算:①地震作用計(jì)算。建筑結(jié)構(gòu)抗震承載力主要考慮水平地震作用,高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),還需要注意豎向地震作用。②抗震驗(yàn)算。主要包括截面抗震驗(yàn)算、彈性變形驗(yàn)算、薄弱層彈塑性變形驗(yàn)算等[3]。
3.4做好非結(jié)構(gòu)部件設(shè)計(jì)
非結(jié)構(gòu)部件指的是建筑結(jié)構(gòu)分析中,不考慮側(cè)向荷載與重力荷載的建筑部件,包括內(nèi)隔墻與外圍墻等。雖然建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),此類部件不參與荷載分析,但若發(fā)生地震,此類部件會(huì)起到作用,極有可能會(huì)改便建筑結(jié)構(gòu)承載力,或是提升建筑抗震性,或是增加破壞性,因此需要做好非結(jié)構(gòu)部件的處理??梢圆扇∫韵麓胧孩偌訌?qiáng)建筑框架和填充墻之間的聯(lián)系,使得填充墻可以成為建筑主體抗震結(jié)構(gòu)的組成部分。對(duì)于墻體連接,可以采取柔性連接方式,削弱墻柱的聯(lián)系,避免發(fā)生嵌固作用。②對(duì)于附著在建筑樓與屋面結(jié)構(gòu)的,需要做好此類非結(jié)構(gòu)構(gòu)件和主體結(jié)構(gòu)的連接處理,以免發(fā)生地震時(shí),造成人員傷亡。③加強(qiáng)幕墻和裝飾貼面等和建筑主體結(jié)構(gòu)的有效連接,避免貼面損壞。
3.5做好倒塌分析
開展高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),采取倒塌分析法,做好建筑倒塌分析,以優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)抗?fàn)幮栽O(shè)計(jì),達(dá)到抗震標(biāo)準(zhǔn)??梢越梃b超高層建筑經(jīng)驗(yàn),譬如:某超高層建筑為Ⅷ度抗震設(shè)防烈度建筑,在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),利用倒塌分析法,進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案分析,發(fā)現(xiàn)采取內(nèi)嵌鋼支撐剪力墻方案,能夠有效的增強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)強(qiáng)度?;诘顾治觯鞔_此工程采取全支撐方案建設(shè)總材料用量可節(jié)約11.2%,建筑結(jié)構(gòu)抗倒塌儲(chǔ)備能力可以增加14.8%,建筑的抗震性能較好。采取對(duì)比各種最小地震剪力系數(shù)調(diào)整方案,能夠明確采取調(diào)整地震剪力,開展剛度驗(yàn)算,設(shè)計(jì)建筑構(gòu)件承載力,能夠獲得較好的效果,此方案和提高剛度縮短建筑結(jié)構(gòu)自振周期的方案相比,具有較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)性。對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)倒塌關(guān)鍵位置,能夠提高建筑結(jié)構(gòu)整體的抗倒塌能力,此方案的實(shí)施,增加鋼用量約0.1%。總而言之,在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),做好倒塌分析,能夠準(zhǔn)確衡量各類結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的效果,明確各類抗震措施對(duì)建筑結(jié)構(gòu)抗震性能的影響,發(fā)揮著積極的作用[4]。
4結(jié)束語
應(yīng)用概念設(shè)計(jì),開展高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì),需要充分的借鑒工程經(jīng)驗(yàn),嚴(yán)格按照建筑抗震設(shè)計(jì)相關(guān)規(guī)范,采取相應(yīng)的措施,提升建筑結(jié)構(gòu)的整體性能,提高結(jié)構(gòu)的抗震性能。
參考文獻(xiàn)
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作者:馮光永 單位:貴陽市建筑設(shè)計(jì)院有限公司
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