高层房屋建筑抗震设计研究

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  摘要:当前我国科学技术、建筑水平日益提高,高层房屋建筑越来越多,这是我国社会发展进步的一大体现。但是,在地震作用下高层建筑结构却非常容易受到破坏,使人民的生命财产安全受到威胁,所以如何通过有效的措施,搞好高层建筑抗震设计也就变得相当重要。为进一步提高我国高层建筑抗震设计的有效性,保证人民生命财产安全,本文大致从三个部分,阐述对高层房屋建筑抗震设计的研究。第一个部分主要对影响高层建筑抗震效果的因素进行了分析,第二个部分基于作者的实际工作与学习经验,对当前高层建筑抗震设计的方法提出了探讨性建议,第三部分则对未来高层建筑抗震设计的发展方向进行了展望。
  关键词:高层房屋建筑;抗震;影响因素;设计方法;发展方向
  1、高层房屋建筑抗震效果影响因素分析
  1.1 结构设计因素
  在影响高层房屋建筑抗震效果的因素中,来自建筑结构设计的影响是非常突出的。要想能够真正提高建筑抗震性,结构设计是关键。所以,在建筑结构的设计过程当中,保证结构设计的科学性与合理性,做到小震不坏、中震可修、大震不倒,以对高层建筑的抗震性提供第一道基础保障。比如,建筑平面布置比较复杂,刚心和质心相差超过建筑物宽度的15%时,就会降低建筑的抗震性,甚至是扩大地震破坏性,使建筑受到非常大的损坏,所以要在建筑结构的设计过程当中,最大限度保证刚心与质心之间的尽可能的重合,以增强建筑的抗震性,使建筑受到较小的地震作用影响,比如,建筑物宜择优选用规则的形体,其抗侧力构件的平面布置宜规则对称、侧向刚度沿竖向宜均匀变化、竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自下而上逐渐减小、避免侧向刚度和承载力突变。。
  1.2 施工过程以及施工材料因素
  继结构设计之后,施工过程以及施工材料又是影响建筑抗震性能的一大因素,但这个因素却常常不被人们所重视,进行房屋建筑施工需要明确的一点就是:建筑施工质量、材料质量与建筑的抗震性成正比,在完全相同的外部环境下,施工质量以及材料质量越好,建筑的抗震性、抗震效果也就越强,相反建筑物的抗震效果也就会越弱。另外,在建筑施工的过程当中,还要加大对施工质量的监督、管理,如果一个施工环节出现了质量问题,也对建筑整体的抗震性起到很大的影响。
  1.3 地质环境因素
  在地震灾害中,不仅只有地震作用力的影响会对建筑造成破坏,由地震所引发的其他灾害也可能会破坏建筑物,比如海啸、地表滑坡、山体崩塌、岩石断层等等,严重者甚至会使建筑全部坍塌、掩埋,但是这些因素都是可以在一定程度上避免的。所以,在建筑设计阶段,要综合性的考虑到一切地质条件、地形条件,不要将建筑场地确定在那些对建筑抗震不利或危险的地段,并针对确定下来的建筑施工地段地质条件,做好抗震设计工作。
  2、高层房屋建筑抗震设计方法建议
  提高建筑物的抗震能力以及降低建筑物的地震作用力,是现代高层房屋建筑抗震设计中的两个主要方面。那么如何提高建筑抗震性能呢?
  2.1 降低建筑物的地震作用力
  在实际的高层房屋建筑抗震设计过程中,要合理的采用基于位移的结构抗震设计方法,对建筑设计做好定量分析,提高建筑结构抵抗变形的能力,使其能够有效的应对地震作用力。对于建筑构件而言,首先要以建筑的应变大小以及应变分布,来对其构造需求来进行设计要求。在验算建筑构件承载力的时候,需要对建筑结构在地震作用下的层间位移限值进行控制,最后再以建筑结构位移和建筑构件变形两者之间的关系,来对建筑构件变形值进行计算。对于高层建筑,在坚固的场地上进行建筑物的建造,可以有效减少建筑物地震发生作用时的能量,从而减弱地震对高层建筑的破坏。
  2.2 运用高延性设计、推广消震和隔震措施
  在我国,许多高层建筑进行抗震设计时,多采用延性结构,也就是适当控制建筑结构的刚度,允许地震时结构的构件进入到具有很大延性的塑性状态,从而消耗地震作用时的能量,使地震反应减小,减弱地震给高层建筑带来的破坏。如果某高层建筑的承载能力较小,但是具有较高的延性,那么在地震中它也不容易倒塌,因为延性构件可以吸收较多的能量,经受住很大的结构变形。延性结构的运用,在很多情况下是有效的,它可以消耗地震能量,减轻地震反应,使结构物“裂而不倒”。
  在建筑技术水平不断上升、不断发展的过程当中,人们对于怎样增强建筑的抗震性进行了许多研究与实践,也得到了不少宝贵的成果与经验,比如阻尼器的出现就大大的提高了现代建筑的抗震性能。将阻尼器应用于高层建筑结构设计中,能够非常有效的吸收地震能量,起到减震作用,使建筑巧妙的减小或是尽可能有效的避免来自地震的破坏作用。
  2.3 提高抗震结构设计的科学性
  抗震结构设计的科学性是人们需要尤为重视的一点,其对高层建筑抗震性的影响非常之大。当前,我们国家所有高度超过一百五十米的建筑,主要采用的结构体系有3种,分别是框架——筒体结构、筒中筒结构以及框架——支撑体系,国外其他国家在设计高层建筑的时候主要采取的也是这三种结构体系。就我国当前的钢材生产水平来看,已经发展到了一个较高的水平,能够制造出质量较佳的钢结构产品,所以作者建议在高层建筑抗震结构的设计过程当中,科学、合理的采用钢结构、钢管混凝土结构或是钢骨混凝土结构,这样能够起到减小柱断面尺寸的效果,对建筑结构的抗震性起到提高作用。
  在对高层建筑进行抗震结构设计的时候,不妨尝试“以柔克刚”的抗震模式,将传统硬碰硬的建筑抗震方式改变成为以柔性为主的抗震方式,刚柔并济的化解地震冲击力。以世界著名的建筑-迪拜帆船酒店来说,它就是主要采用了拱形结构设计来应对地震灾害,放眼望去迪拜帆船酒店形似一张风帆,共有321米高,分为56层,造型轻盈、飘逸,整个建筑物既有漂亮的外观,又有极佳的抗震性能,这就是一个非常好的例子。
  2.4 注重对施工材料的选用   建筑施工材料的选用对于抗震性有着非常大影响,所以在进行抗震方案设计的过程中,先要从抗震性能的角度出发,对建筑施工材料进行分析,对施工材料的一切参数变异性做一番细致的推断与研究,不能仅照顾承载力而忽视了其他影响材料抗震性的因素。要提高建筑物的抗震性能,就必须要对建筑物的延性需求进行考虑,如普通钢筋宜优选延性、韧性和焊接性较好的钢筋。所以要考虑到一切因素,争取在设计过程当中给出最具经济、最具实用性、最具抗震性的建筑施工材料。
  2.5 增多抗震防线
  在保证高层房屋建筑结构抗震性能的众多措施中,多道设置抗震防线也是非常有效的一个方式。其抗震原理非常的简单,就是通过对高层房屋建筑物增多抗震防线,在首道抗震防线被地震作用力破坏之后,继续依靠后续的数道抗震防线来增强建筑结构的抗震性。比如可以采用具有多个墙肢和壁式框架的“框架剪力墙”等防震结构。
  框架-剪力墙结构是具有性能较好的多道防线抗震结构,其中的剪力墙是第一道抗震防线,也是主要的抗侧力构件。所以为保证它的承受能力较高,剪力墙布置要足够合理。同时,为承受剪力墙开裂后重分配的地震作用,任一层框架部分按框架和墙协同工作分配的地震剪力,不应小于结构底部总地震剪力的20%和框架各层地震剪力最大值的1.5倍中两者的较小值。剪力墙结构中剪力墙可以通过合理设置连梁,使其具有多道抗震防线性能,其中要包括非建筑功能需要的开洞组成多肢、联肢墙。
  3、未来高层建筑抗震设计的发展方向展望
  从当前建筑水平发展以及社会其他科学技术的发展趋势分析来看,未来高层建筑抗震设计将朝着以下几个方向发展:第一,抗震结构体系“柔性化”,今后更多的高层房屋建筑结构可能都会通过“以柔克刚”的方式来减震、消震,使建筑免受地震破坏;第二,越来越注重建筑施工材料的研究开发,建筑施工材料对提高高层房屋建筑抗震性的作用越来越大,所以在当前通过对建筑材料进行研制,能够在今后对提高高层房屋建筑的抗震性起到很大的推动作用;第三,计算机技术在高层房屋建筑抗震设计中的应用越来越广,比如应用计算机进行抗震设计的抗震效果模拟分析,或是通过等比模型进行地震模拟,测试出抗震薄弱环节,提供各种抗震信息数据,以便对各种因素进行全面性、综合性的分析,对抗震设计进行进一步的改进。
  参考文献:
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