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        從防震角度看高層建筑結構設計

        發布時間:2013-11-29   |  所屬分類:建筑設計:論文發表  |  瀏覽:  |  加入收藏

        摘 要:本文以我國高層建筑的防震設計的發展現狀為切入點,從設計、施工、等幾個方面進行分析,提出一些對目前結構設計中針對防震角度需給予重視的幾個要點,另外對國際上結構設計針對防震所采取的一些設計手段。

        關鍵詞:高層; 結構設計; 防震

        前言

        建筑物抗震性能的好與壞,設計環節起到了關鍵的作用,可以說一個好的、科學的、合理的設計直接會影響到這個建筑結構的綜合性能,當然這其中包括了建筑結構的抗震性能。作為一個優秀的設計者必須清楚荷載與承受荷載的結構的關系。我們知道地震作用,也就是地震荷載是一種隨機性很大的、循環頻率很高的、往復性很強的荷載,從地震對結構的破壞機理來看,又是十分復雜的,其中存在著很多不確定因素,如果設計者在對結構進行結構內力分析時,不能全面考慮到結構的空間作用、彈塑性性質、材料的多向物理性能等綜合因素,加之計算方法還相對單一,只是靠數學力學計算恐怕難以真正保證建筑結構在承受地震荷載時具有良好的抗震能力。

        上述要求對我們結構設計者提出了相對較高的知識結構的要求。目前我國高層建筑抗震結構設計都遵循了如下的原則,即按抗震設計要求進行結構分析與設計,也就是將結構抗震性能作為首要保證目標,其目的是力求使所設計的結構保證強度、剛度、延性及耗能能力等各個方面都讓結構發揮到最佳效果。達到上述設計目標就可以與我國抗震設計的基本要求\"小震不壞,中震可修,大震不倒\"

        相吻合了。

        一、高層建筑抗震設計原則

        對于高層建筑的劃分,建筑設計規范、建筑抗震設計規范、建筑防火設計規范都分別進行了不同的規定,但是從業界基本有如下約定:認為建筑總高度超過24m為高層建筑。

        在建筑抗震設計過程中部分設計人員喜歡提高結構抗力,一味的增加結構剛度,此種做法的弊端是結構剛度固然加大,但是在一旦發生地震,地震的作用也會相應增大,或是成倍增加。即在增加結構剛度的同時也加大了地震對結構的破壞作用,當地震發生時一般遵循這樣的原則,即首先是建筑物局部受損破壞,逐漸是建筑物逐點擊破;反之假設建筑物剛度過小,從力學角度而言,剛度小依靠其柔性可以消減部分外力,但是容易導致建筑物產生大尺寸的形變,結果是同樣不能使用,更嚴重的是地震發生時,變形過大會直接導致結構整體傾覆?梢娫诟邔咏ㄖ镌O計過程中必須堅持剛柔相濟的原則,即要求建筑物在地震過程中,除了對其變形的要求,還要保證減小地震力對結構的破壞的雙重目標。

        在設計角度做到幾道設防或是多道設防,其初衷是由于每次強震之后,還會發生若干次余震,這就要求我們在建筑物的抗震設計過程中不能只做一道設防,另外在第一次強震后,結構被破壞,其后的余震來臨時,結構將因為多次的余震積累而產生倒塌,因此,建筑物的抗震結構體系必須由若干道設防體系所構成,即由幾個延性較好的子體系構成,一旦地震荷載形成,這些具有較好延性的子體系共同作用,相應的結構構件對應的工作,進而來分解地震對結構產生的作用。

        二、科學選擇合理的結構形式

        高層建筑的豎向荷載一般以自重為主,包括部分活荷載,其作用效果主要是使結構產生豎直方向的軸向力,而風荷載等水平荷載主要產生彎矩。豎向荷載方向基本是不變的,但是隨著建筑高度改變而改變,水平荷載則是多個水平軸線方向,相比而言豎向荷載造成的建筑物的側位移量很小,而水平荷載造成的側位移則很大,是結構高度的四次方的數量級,可見高層建筑結構中水平荷載對結構的影響遠遠大于豎向荷載造成的影響,因此重點控制水平荷載是結構設計的關鍵因素。在設計過程中首先就要滿足建筑功能,其次是抗震性能良好,之后就要選擇合理有效的結構類型,并保證其具有良好的結構性能。高層結構世界范圍內采用較多的結構形式是鋼混結構、鋼結構,其中鋼混結構具有剛度較大、空間整體性能優越、可選擇的材料資源豐富等優點而被廣泛應用,但其自重大、抵抗塑性變形能力差、易發生共振等缺點也是為設計者所頭疼;鋼結構相對而言自重較輕、強度更高、抗震性能更好、施工簡單、施工周期短等優點,但其造價過高也影響了其廣泛推廣。

        三、重視震時荷載對結構的影響

        經過多次震后數據分析及模擬結果表明,當建筑結構的平面布置不對稱導致了建筑層間水平荷載合力中心與建筑結構剛度中心不重合時,在地震荷載作用時建筑結構除了產生水平位移外還常常伴隨扭轉破壞,嚴重的會導致結構整體倒塌?梢娊Y構扭轉破壞的影響不容忽視。由于結構在扭轉作用下距剛心較遠的結構邊緣的抗側力單元產生的層間側移最大;在剛度不均勻變化的結構中,不同豎向位置的剛度中心分布在多條軸線上,進而產生較大差距,上述情況會使各層結構的偏心距和扭矩產生變化,這樣就要求在設計過程中修正不同位置的扭轉系數。具體做法為當結構剛度有較小富余量時,可均衡加強建筑外側剛度,當較大富余量出現時則采取在加強外圍剛度的同時,做到均衡的削弱結構內部中心抗水平荷載的構件剛度的方法進行處理。當結構位移比較大,則應采取增加最大位移處的承載構件的剛度,同時減小最小處位移處的承載構件的剛度、一般可在最大位移處加設剪力墻、增加框架部分的側向剛度以及設置防震縫等措施,將不規則的平面重新劃分為相對較小的規則平面群的方法進行處理。

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