超高层结构抗震设计中若干问题的探讨

期刊: 建筑砌块与砌块建筑 DOI: PDF下载

张旭

上海原构设计咨询有限公司 上海市200000

摘要

超高层结构的抗震设计一直是重难点问题,需要通过复杂计算和反复论证来评价建筑的抗震能力,确保在地震灾害发生时能够尽可能减少生命财产损失。抗震性能化设计方法是基于力学基本原理和概念设计的基本原则,综合考虑结构的承载能力和变形能力,妥善解决当前高层建筑结构抗震设计中经常遇到的各种超限、不规则等棘手问题,获得良好技术经济效果的方法。文章以房屋建筑为对象,针对在结构设计中强化抗震设计进行研究,概括设计原则,并介绍了抗震设计应用状况。


关键词

超高层结构;抗震设计;问题;措施

正文

中图分类号:TU72  文献标识码:A

引言

抗震工程设计是建筑工程中不可少的部分,也是为了满足多地震地区而附加的设计方式。其中抗震的设计也要区分不同的地域,以及多种不同烈度的地震强度,所采用加固的方式也各不相同。同时抗震设计主要运用在其结构承载以及加固的部位,对应不同的地震等级也会有不同的处理方式。在超高层结构建设过程中,加入科学合理有效的抗震设计可以提高建筑的稳定性和安全性,也会保障建筑抗震的效果。

1 抗震设计原则

1.1 简化原则

在房屋结构设计过程中,应在契合对功能需求同时,考虑抗震的要求,简化结构形式,以促进房屋建筑结构抗震性能的提高。通常情况,平面形状简单、规则、对称,尽量使质心和刚心重合。偏心越大的结构扭转效应越大,会加大端部构件的位移,导致应力集中。当由于使用功能与建筑的要求,结构平面布置严重不规则时,应将其分割成若干比较简单、规则的独立结构单元。结构竖向布置最基本的原则是规则、均匀。结构竖向不规则,将使地震时某些变形特别集中,常常在该楼层因过大的变形而引起倒塌。结构刚度宜为下大上小,自下而上逐渐减小。下层刚度小,将使变形集中在下部,形成薄弱层,严重的会引起建筑的全面倒塌。结构平面规则及竖向规则,可以更为准确进行力学计算,确保抗震设计有可靠的依据,从而在设计中有效控制与平衡,最终增强抗震设计成果。

1.2 整体性

房屋建筑结构设计中抗震设计要遵循整体性原则,就是在实际操作中要从全局着手分析和设计,正确合理的进行结构总体布置,确保建筑结构的整体刚度、承载力、稳定性等属性满足抗震的基本要求,力求整个建筑有良好抗震能力,而不是某一个部分。房屋建筑结构设计中抗震设计虽然会被落实到各个环节,但设计需从整体上考虑,系统进行分析,掌握可能出现影响结构抗震性因素,然后通过科学设计去消除。

2 超高层结构抗震设计问题

根据相关研究表明,地表错动、软土震陷、土壤液化、边坡失稳都是地震灾害时造成建筑结构破坏的重要因素,所以工程选址已经成为抗震设计的首要内容,必须根据基本烈度、场地烈度确定设计烈度。如在遇到不良地质条件或者建设有特殊重要意义的建筑物时,可以在基本烈度的基础上设计条件可进行适度提高,并对场地内的地形地貌、地质条件、水文条件等方面进行全面勘测,为建筑结构抗震设计提供准确的数据支撑。根据承重体系划分,我国的建筑结构体系主要包括框架结构体系、剪力墙结构体系、框架 - 剪力墙结构体系、筒体结构体系、混合结构体系等。在超高层建筑中,只有剪力墙结构体系、框架剪力墙结构体系、筒体结构体系以及某些混合结构体系可以满足一定的建设高度要求。因此,在进行抗震设计时,需要根据不同结构体系特点采取行之有效的抗震措施,针对薄弱环节采取适当的加固处理,保证建筑结构拥有良好的整体抗震能力。

3 超高层结构抗震设计要点

3.1 确定好抗震等级

一般情况下,先判断建筑的抗震设防类别。甲类建筑属于重大工程和地震时可能发生严重灾害的建筑,乙类建筑属于地震时使用功能不能中断或需尽快恢复的建筑,丙类建筑属于一般建筑,丁类建筑属于抗震次要建筑。确定好抗震设防类别后,再结合本地区抗震设防烈度来确定建筑结构的抗震等级。合理设置抗震等级,可保证在地区发生地震以后,房屋不受破坏,或者是破坏小,轻易不会出现建筑坍塌的问题,起到保护生命安全的作用。这个主要针对的是常规地震,而房屋建筑结构抗震设计中需要考虑到异常情况,也就是说地震等级大的问题,必须要保证具备一定的抗震能力,至少也能够为房屋内群众逃离争取时间,使其不至于在瞬间倒塌。房屋建筑结构抗震设计应从当地实际状况出发,搜集地震数据信息,明确历年来发生地震等级和周期性,在此基础上根据抗震需要,合理确定抗震等级。

3.2 建筑小震指标控制

高层建筑的承重墙、柱所受的荷载较大,地震时,结构底部的震感较为明显,因此应对结构轴压比进行限制,例如采用小间距井字复合箍的方式,并且通过在剪力墙中部设计型钢来进一步提高建筑结构整体的抗弯、抗剪的能力,最大程度地提高建筑延性。建筑弹性时程分析在满足地震加速度的曲线三要素外,还保证各条地震波基地剪力满足相应规范的反应谱,进而得到地震效应系数,为建筑在多遇地震情况下提供最佳性能,满足建筑小震不坏的设计要求。

3.3 结构设计

无论采用哪种结构体系,都需要遵循抗震设计规范中的一般规则。比如,需要具备合理的地震作用传递路线,避免因部分结构破坏使整个建筑结构丧失抗震能力。针对某些薄弱部位采取有效的加强加固措施,最好同时拥有多道抗震防线,结构刚度和承载力分布要合理,不能出现过大的应力集中或塑性变形集中等。除此之外,为了保证作用力传递的均匀性和连续性,应该尽可能保证建筑平面和立面的规则性。实践证明,结构简单、形状对称的建筑能够更好地分配和传递地震作用,有效抵抗地震灾害,而且容易进行抗震细节部位的处理,减少薄弱环节的存在。特别不规则的建筑应进行专门研究和论证,不应采用严重不规则的结构形式,这样会增加设计和施工的难度,容易产生一些不确定性因素。

3.4 建筑材料选择

在超高层混合结构中,框架柱的设计比较常见,与纯粹的钢结构和钢筋混凝土结构相比,钢管混凝土柱和型钢混凝土柱能够充分发挥混凝土和钢材的优点,提供更好的延性和更大的承载力。在相同的承载力要求下,框架柱能够有效减少柱截面尺寸,实现较好的技术经济价值。随着工程材料行业的不断发展,越来越多的新材料得以开发运用,设计人员应该积极掌握市场变化,了解新材料的性能特点,在超高层结构抗震设计时,应该尽可能选用质量好、重量小、强度高的复合型材料,这样能够有效应对各种复杂情况,达到减轻建筑自重、抵御地震灾害的效果。

4 结束语

改善房屋建筑结构的抗震性能,可以有效减少地震造成的破坏,以增强使用的安全性,保护好人民生命,同时确保不会因为房屋问题带来经济损失。房屋建筑结构抗震设计极为重要,需提高设计能力,坚持整体性、简化原则,同时从整体上出发进行设计和协调,优化结构抗震性能,以增强房屋建筑安全性。

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