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摘要:高层建筑作为一道美丽的城市风景,近些年来,随着经济的发展和城市建设的蓬勃发展,高层建筑越来越受到人们的喜爱。可以说高层建筑的高度在一定程度上是能够反映一个城市甚至国家的综合实力的。但是高层建筑在结构设计方面的问题比普通的工程设计更复杂、更庞大。如果前期的结构设计做的不好,就很有可能影响到建筑工程的后期施工,甚至有可能留下一定的安全隐患。因此,做好高层建筑结构的抗震设计研究和分析就显得至关重要。
关键词:高层建筑结构;抗震设计
1高层建筑发展概况
上世纪80年代,是我国高层建筑在设计计算及施工技术各方面迅速发展的阶段。各大中城市普遍兴建高度在100m左右或100m以上的以钢筋为主的建筑,建筑层数和高度不断增加,功能和类型越来越复杂,结构体系日趋多样化。比较有代表性的高层建筑有上海锦江饭店,它是一座现代化的高级宾馆,总高153.52m,全部采用框架―剪力墙全钢结构体系,深圳发展中心大厦43层高165.3m,加上天线的高度共185.3m,这是我国第一幢大型高层钢结构建筑。进入90年代我国高层建筑结构的设计与施工技术进入了新的阶段。不仅结构体系及建筑材料出现多样化而且在高度上涨幅也有了一个很大的飞跃。
2建筑结构抗震规范
建筑结构抗震规范其实就是各国根据以往的建筑抗震的经验而进行的比较权威性的经验总结。建筑抗震规范主要是指对建筑抗震设计中的结构动力计算、抗震措施以及其他抗震要素方面的法律规定。建筑抗震规范在一定程度上能够反映一个国家在建筑抗震方面的研究,同时,也能反映一个国家的建筑实力和科技水平。建筑抗震规范虽然需要实现工程的经济技术的合理性,但是,从根本上来说,它必须建立在扎实的建筑工程实践基础上,要经过充分的建筑工程实践,时刻将工程的安全性放在最重要的位置。因此,许多建筑抗震规范中都明确规定了带有强制性的条款,不少条款使用了“严禁、不可、不宜”等词汇,这些词汇的灵活运用在一定程度体现了规范的合理性和机动性。
3高层建筑结构的抗震设计
3.1.加强建筑结构的均匀性设计
要加强高层建筑结构的抗震设计,首先要重视对结构均匀性设计的要求。结构的均匀性设计主要包括以下这四个方面的内容:
(1)高层建筑的抗侧力的主体结构的主轴的刚度要保持一致的水准,两主轴的变形特性也应该保持在相似的范围之内。这是因为高层建筑的主体结构的是三维立体的,地震的作用力、实际风荷载等在方向上的任意性比较大,而高层建筑的主体抗侧力结构的主轴的刚度、变形特性都能保持在一致的高度上,就可以使建筑结构具有较为良好的抗震能力和抵御强风的能力。
(2)高层建筑的主体抗侧力结构的主体结构的层剪切刚度不能突变,要保持一定的均匀性。而这种较为均匀的刚性结构可以防止建筑因某一薄弱成的损坏而导致整个主体结构的损坏,特别是处在强震区的高层建筑,对建筑结构的主体抗侧力的刚度要求要更加严格。
(3)高层建筑的主体抗侧力结构的平面布置要保持各片结构在刚度上的均匀性,还要注意在主体结构的布置中防止使用一两片刚度过大或过小的结构,如此一来,其延展性的不同就可能导致主体结构局部发生变化。例如采用狭长的剪切墙,这样一来,虽然整体的建筑结构的刚度是满足要求的,但是由于整体结构的某一区域的过大的刚度,在发生强震时,就可能集中吸收较大的能量而遭致破坏,进而可能导致整个主体结构发生破坏。因此,主体结构各分区的抗侧力结构刚度保持均匀性,在水平荷载的作用下所承担的应力也是均匀的,不会出现某一区域应力过大而导致结构被破坏的情况,它十分有利于主体结构抗震延展性的体现。
(4)高层建筑的主体抗侧力结构的平面布置还要保持结构中心与其周边结构在刚度上的均匀协调性,使主体结构的刚度协调性保持均匀一致性,同时,还要保证结构主体的抗扭刚度维持一定的水准,可以有效避免高层建筑结构在强风或强震的扭矩作用下发生扭曲变形,进而使建筑结构避免由此而引起的结构性或者非结构性的变形损坏。
3.2.选择科学合理的高层建筑结构体系
选择合适的高层建筑结构体系是建筑结构设计的一项重要内容。高层建筑结构方案的甄选关系到建筑结构的安全性和实用性。做好高层建筑结构体系选择,主要从以下这几个方面来考虑:
(1)高层建筑结构的抗震能力首先体现在建筑结构的承载能力上。建筑结构体系必须要拥有良好的承载能力、变形应力以及消耗地震应力的能力。而高层建筑的钢筋混凝土结构在优越的塑性内力重分布能力作用下,能够比较充分地吸收和耗散掉地震的能量。而比较优越的抗震结构选择应该是框架结构体系的选择,框架结构拥有良好的抗地震破坏机制,它的节点被破坏的可能性比较小,主体结构的梁柱发生屈服的历程越长越好,且发生时间要尽可能早、频率尽可能多,它让顶梁和柱端的塑性铰出现时能够在框架结构内进行有效分散,使框架结构的抗震能力能够比较好地发挥出来。
(2)高层建筑的结构体系应该保有多道抗震防线。目前,框架—剪力墙结构是高层建筑选用的较多的抗震建筑结构,剪力墙主要是指承受风荷载或地震作用所产生的水平剪力的墙体。它是建筑结构抗震的主要构件,同时也是整体结构的第一道抗震防线。剪力墙的数量应该保持在一定的水平上,它所承担的建筑结构底部的地震倾覆力的力矩应该大于或等于结构底部的总地震倾覆力力矩的50%左右。此外,框架结构中任何一部分都应该按照框架和墙协同工作来进行分配的地震剪力应该维持在建筑结构底部的总地震剪力的20%左右。同时,框架—剪力墙结构中的剪力墙还可以通过设置合理的连梁来组成框架结构的联肢墙体,使建筑结构在抗震性上又增加了多道防线。而连梁的刚度、承载负荷能力以及防变形能力等方面都要与墙肢相匹配,防止连梁因过强而使墙肢产生较大的拉力,进而造成连梁过早地出现刚度和负荷承载力的弱化。因此,一般来说,应该采用较弱的连梁在组合联肢强。
(3)高层建筑主体抗侧力结构的刚度要满足或稍大于所规定的限值。而合理的建筑结构体系的设计选择是保证建筑结构的延性和安全性的关键原因。而如果只是一味地通过加大建筑结构的截面尺寸来增加结构的刚度,不一定会起到应有的效果,有时候还很有可能起到反效果。而高层建筑结构的配筋构造等相关措施没有能够及时跟上,就很有可能给建筑结构带来一定的隐患,如此一来,建筑结构的延性和安全性也就得不到完全的保障。
结语
地震是一种目前难以准确预测的自然灾害,为避免它给人类带来大的灾难。作为工程技术设计人员在建筑结构的研究和工程设计中,应从整体宏观的观点出发,综合处理好建筑功能、技术、艺术、安全可靠性和经济合理等几方面内容,从而创造出更加安全、适用、经济美观的高层建筑;新型结构的出现,高性能材料的发展,计算机技术水平的提高,促使人类建筑精品再上新的台阶。
参考文献
[1]陈维东.高层建筑结构抗震设计存在的问题及其对策[J].中国高新技术企业.2009(05)
[2]魏守文.现代高层结构设计与抗震要求[J].江西建材.2011(02)