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高层建筑结构设计中抗震概念的应用

高层建筑结构设计中抗震概念的应用

摘要:基于抗震概念设计理念,开展高层建筑结构设计,能够增强高层建筑结构的抗震性能。应用抗震概念设计,通过合理选择建筑场地,科学布置建筑总体,优选建筑结构体系,按照建筑抗震等级规范要求,合理设计建筑结构,以确保建筑性能,提高建筑的抗震性。贵州地区处于地震频发带,对建筑的抗震性能要求较高,因此加强此课题的研究,有着必要性。

关键词:抗震概念设计;建筑结构;工程设计;抗震性

对于高层建筑结构设计,要遵守抗震设计规范,从抗震概念设计应用入手,结合工程实际情况,提出定量控制要求。值得注意的是,开展高层建筑结构抗震设计,要在概念清晰且技术可靠的基础上,合理的设计建筑结构,以确保建筑的抗震性能。通常情况下,高层建筑结构抗震设计,需要从概念设计、抗震计算、抗震措施等方面加以把控,以确保设计的合理性。

1高层建筑结构抗震性设计的意义

贵州省位于我国南北地震带南段的东侧,省内西部部分区域位于地震带上。贵州地震的频度与强度为中等水平,地震平面分布不均。若发生地震,会造成极大的损失,以尼泊尔大地震为例,涉及到多个多家,地震造成近4000人死亡,约7000人受伤,对尼泊尔国造成超过50亿美元的经济损失,由此可见地震的损失性。在地震中,建筑既是人们的保护工具,也是威胁人们安全的物体,若能够提升建筑的抗震性,对保护人们的财产与安全,有着积极的作用,因此加强高层建筑结构抗震性设计研究,有着必要性。

2抗震概念设计应用的基本要点

2.1合理选择建筑结构

高层建筑结构抗震性设计,最为重要的是建筑体形和结构设计,占据着重要地位,多数倒塌建筑主要是因为规划不合理造成的,所以要科学的选择水平面与垂直面,提升建筑的抗震性能。一般来说,建筑平面形状规则,直接影响着建筑的抗震性,平面形状平整度越高,则建筑的抗震性能就越强,图1为水平地震作用。规则平面能够承担荷载作用,建筑结构的整体性较为突出。在高层建筑结构设计中,于高度方向,需要保证结构布置的连续性,实现侧向刚度保持连续,以免出现薄弱层。

2.2合理选择传力路线

高层建筑结构抗震设计多利用计算机程序,来确保计算的准确性,建筑结构设计人员只需要掌握简单的计算方法即可。利用计算机,在获取受力状态下,形成建筑结构件计算简图。接着利用力学模型和数学模型,从地震反应入手,做好详细的分析,明确计算结果,合理选择建筑结构路径,提高传力路线选择的效率。

2.3合理选择建筑位置

通过相关研究发现,建筑物损毁与建筑所处的地形,有着直接的关系。除此之外,建筑损坏和地基、断层等,也有着紧密关系。以覆盖土因素为例,建筑破坏率和此因素呈现的是正相关,覆盖土层厚度小,证明土质偏硬,具有较强的稳定性,当遇到地震时,不易发生倒塌情况,因此在设计高层建筑时,要选择硬质地基,降低地震效应,确保建筑结构的稳定性[1]。

2.4设置多条抗震防线

高层建筑结构抗震设计时,需要设置多条抗震防线。考虑到地震时间存在差异,伴随多次余震,受到地震反复冲击,会给建筑结构的稳定性造成损坏,若高层建筑物设置一道防线,当建筑受到一次破坏后,难以抗衡后续破坏,因此需要设置多道保护,确保高层建筑结构的稳定性。

3抗震概念设计在高层建筑抗震设计中的具体应用

3.1提升结构延性

高层建筑抗震设计水平低于地震等级,极易因为脆性破坏,造成建筑倒塌,所以在建筑结构抗震设计中,要提高结构延性,增强建筑结构抵抗能力。可以从以下方面入手:①材料。选择延性材料,此类材料的应用,当发生非弹性变形,或者发生反复弹性变形时,其延性不会明显下降。②杆件。通过控制杆件的延性,包括塑性变形与能量收纳与耗散等,提高结构延性,通常从墙肢与框架的柱等方面捂手。③构件。构件的延性指的是某个构件的塑性变形与能量消耗的能力,通过控制墙体或者框架延性,来提高建筑结构整体延性。总得来说,建筑结构延性指的是抗倒塌能力与塑性变形能力。在设计时,可以采取以下措施:①在平面上,增强突变处与转角处等构件的延性;②对于竖向,则可以加强薄弱楼层的延性,比如体型突变处、主楼与裙房相接的楼层等;③增强首道抗震防线部分的构件延性[2]。

3.2提升结构的整体性

高层建筑结构的整体性较强,能够确保建筑结构在地震力的作用下,处于协调运行的状态,可避免建筑倒塌。采取以下措施:①选用钢结构支撑结构。钢结构作为建筑行业的新技术,其市场份额不断扩大,贵州地区已经逐步引入钢结构,比如贵州钢结构发展中心楼,楼层高24层,建筑面积为26000m2,建筑承板使用的是钢筋线桁架工艺,建筑整体性较好,抗震性能较好。高层建筑结构设计中,采取钢结构支撑体系,对提升高层建筑框架结构中的侧向刚度,有着积极的影响,可以抵抗水平荷载,提升高层建筑整体强度。与纯框架架构相比,支撑结构稳定性较好,将窗台下方-下层窗户顶部区域位置,作为支撑位置,合理设置支撑,能够达到结构支撑要求。采取环向封闭同一平面,能够提高建筑钢结构侧向刚度,在强震区应用,其效果更为凸显。②抗侧力结构。若高层建筑结构为多种框架结构形式,应用钢结构,可以承载建筑物竖向负载与部分横向负载。采用抗侧力结构,可以按照建筑的各类要求,来选用抗侧力结构。若高层建筑中桁架高度和单楼层相同,可以利用交错桁结构,来设置上下楼层,确保各单元设置的灵活性。应用此结构,在钢结构平面内,梁柱弯矩较小,侧向位移也较小。

3.3准确计算结构抗震

开展高层建筑结构抗震设计前,需要准确的计算建筑结构的地震作用,接着计算结构与构件的地震作用效应,并且和其它载荷效应,做好相互结合,检验建筑结构抗震承载力与变形,确保能够达到新《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)规范相关要求。需要做好以下计算:①地震作用计算。建筑结构抗震承载力主要考虑水平地震作用,高层建筑结构设计,还需要注意竖向地震作用。②抗震验算。主要包括截面抗震验算、弹性变形验算、薄弱层弹塑性变形验算等[3]。

3.4做好非结构部件设计

非结构部件指的是建筑结构分析中,不考虑侧向荷载与重力荷载的建筑部件,包括内隔墙与墙等。虽然建筑结构设计时,此类部件不参与荷载分析,但若发生地震,此类部件会起到作用,极有可能会改便建筑结构承载力,或是提升建筑抗震性,或是增加破坏性,因此需要做好非结构部件的处理。可以采取以下措施:①加强建筑框架和填充墙之间的联系,使得填充墙可以成为建筑主体抗震结构的组成部分。对于墙体连接,可以采取柔性连接方式,削弱墙柱的联系,避免发生嵌固作用。②对于附着在建筑楼与屋面结构的,需要做好此类非结构构件和主体结构的连接处理,以免发生地震时,造成人员伤亡。③加强幕墙和装饰贴面等和建筑主体结构的有效连接,避免贴面损坏。

3.5做好倒塌分析

开展高层建筑结构设计时,采取倒塌分析法,做好建筑倒塌分析,以优化建筑结构抗争性设计,达到抗震标准。可以借鉴超高层建筑经验,譬如:某超高层建筑为Ⅷ度抗震设防烈度建筑,在建筑结构设计时,利用倒塌分析法,进行结构设计方案分析,发现采取内嵌钢支撑剪力墙方案,能够有效的增强建筑结构强度。基于倒塌分析,明确此工程采取全支撑方案建设总材料用量可节约11.2%,建筑结构抗倒塌储备能力可以增加14.8%,建筑的抗震性能较好。采取对比各种最小地震剪力系数调整方案,能够明确采取调整地震剪力,开展刚度验算,设计建筑构件承载力,能够获得较好的效果,此方案和提高刚度缩短建筑结构自振周期的方案相比,具有较强的经济性。对于建筑结构倒塌关键位置,能够提高建筑结构整体的抗倒塌能力,此方案的实施,增加钢用量约0.1%。总而言之,在建筑结构设计时,做好倒塌分析,能够准确衡量各类结构设计方案的效果,明确各类抗震措施对建筑结构抗震性能的影响,发挥着积极的作用[4]。

4结束语

应用概念设计,开展高层建筑结构抗震设计,需要充分的借鉴工程经验,严格按照建筑抗震设计相关规范,采取相应的措施,提升建筑结构的整体性能,提高结构的抗震性能。

参考文献

[1]陆新征,杨蔚彪,卢啸,齐五辉,刘斌,张万开,叶列平.倒塌分析在某500m级超高层建筑抗震设计中的应用[J].建筑结构,2015(23):91~97.

[2]刘均伟.高层建筑结构设计中抗震概念设计的运用研究[J].山西建筑,2016(20):43~44.

[3]雷雨润.高层建筑结构中抗震概念设计的应用[J].建设科技,2017(08):80.

[4]王鸿飞.浅析抗震概念设计在建筑结构设计中的应用[J].建材与装饰,2016(44):72~73.

作者:冯光永 单位:贵阳市建筑设计院有限公司