我國(guó)高層建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
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目前我們對(duì)地震還知之甚少，建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)理論目前還是以試驗(yàn)與簡(jiǎn)化后的理論結(jié)合來(lái)制定的，還有不少不足和待完善的地方，所以在結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)時(shí)常常通過(guò)軟件數(shù)值計(jì)算，但只能從局部來(lái)解決。而結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)的目標(biāo)是建筑物的整體結(jié)構(gòu)在地震時(shí)能夠發(fā)揮耗散地震能量的作用，通過(guò)結(jié)構(gòu)合理布局，選擇延性好，耗能強(qiáng)的結(jié)構(gòu)體系來(lái)達(dá)到抗震設(shè)防目標(biāo)。就是我們常說(shuō)的強(qiáng)柱弱梁，強(qiáng)剪弱彎，強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件，這就要求我們考慮以下幾個(gè)方面:1)要求采用受力明確，傳力簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)體系;2)采取相應(yīng)的抗震構(gòu)造措施如加構(gòu)造柱，圈梁，加強(qiáng)層，轉(zhuǎn)化層等來(lái)達(dá)到抗震要求;3)選取合適強(qiáng)度同時(shí)有良好延性的建筑材料以及正確施工技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)體系抗震性能的合理控制。
2場(chǎng)地與基礎(chǔ)
地震造成建筑的破壞首先考慮場(chǎng)地與基礎(chǔ)，因場(chǎng)地造成的工程的震害是很難恢復(fù)以及處理的，對(duì)于場(chǎng)地選擇盡可能避開(kāi)斷裂帶和不利地段(如軟弱土，液化土，高聳孤立的山丘，半挖半填地基，斷層破碎帶等)，如避免不了就要對(duì)場(chǎng)地地基進(jìn)行加固處理(如換土墊層法，重錘夯實(shí)法，強(qiáng)夯法，振動(dòng)水沖法，深層擠密法，沙井預(yù)壓法等)，所以盡可能挑選對(duì)建筑抗震有利的地段(如開(kāi)闊平坦地帶的堅(jiān)硬場(chǎng)地或者密實(shí)均勻中硬場(chǎng)地)，不僅有利于建筑抗震性能而且經(jīng)濟(jì)合理。對(duì)高層建筑抗震地基優(yōu)先選擇淺基礎(chǔ)，并且同一結(jié)構(gòu)體系不宜設(shè)在不同性質(zhì)的地基上，同一建筑不宜采取兩種以上的不同基礎(chǔ)，同時(shí)要考慮建筑結(jié)構(gòu)上部體系與地基基礎(chǔ)相互作用關(guān)系。
3選擇良好的抗震結(jié)構(gòu)體系
1)高層建筑結(jié)構(gòu)抗震體系選擇不同于其他建筑布局，除了簡(jiǎn)單合理的結(jié)構(gòu)布置，考慮其規(guī)則與對(duì)稱，避免出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)與失衡情況，因此豎向結(jié)構(gòu)布置應(yīng)有規(guī)則的均勻變化，從上而下結(jié)構(gòu)剛度逐漸變小，如果由于建筑要求而發(fā)生平面，剛度以及承載力局部的突變變?yōu)椴灰?guī)則體系時(shí)，我們要根據(jù)地震規(guī)范與高規(guī)以下幾個(gè)方面來(lái)判斷其是否規(guī)則:a．扭轉(zhuǎn)不規(guī)則;b．抗扭剛度弱;c．層剛度小;d．平面不規(guī)則;e．樓板不規(guī)則;f．豎向剛度不規(guī)則，滿足其中一項(xiàng)為不規(guī)則，滿足其中三項(xiàng)為特別不規(guī)則，對(duì)于不規(guī)則結(jié)構(gòu)要采取抗震措施來(lái)加強(qiáng)薄弱層的抗震性能，要進(jìn)行超限高層建筑高層抗震設(shè)防的專項(xiàng)審查，此外對(duì)于多項(xiàng)指標(biāo)超過(guò)抗震規(guī)范3．4．4條為嚴(yán)重不規(guī)則建筑，應(yīng)該與建筑設(shè)計(jì)人員溝通最好改變?cè)O(shè)計(jì)方案。2)多道抗震設(shè)防?？刂仆唤Y(jié)構(gòu)各構(gòu)件或部件在地震中損壞或形成塑性鉸的順序而成的多道防御系統(tǒng)，使整個(gè)結(jié)構(gòu)壞而不倒。為了避免因局部失效或者薄弱層而引起結(jié)構(gòu)的破壞，要求結(jié)構(gòu)體系由延性好的不同結(jié)構(gòu)體系形成剛性的超靜定結(jié)構(gòu)來(lái)共同工作以抵抗地震破壞。要求結(jié)構(gòu)體系良好的整體性和變形能力，當(dāng)?shù)谝坏揽拐鸱谰€遭受超過(guò)它設(shè)防要求而破壞，第二道防線作為下一道屏障對(duì)結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行保護(hù)。如框架剪力墻體系既有框架又有抗震墻，抗震墻作為第一道防線，框架作為第二道防線。但如果抗震墻很少，結(jié)構(gòu)就不是多道防線的結(jié)構(gòu)體系。從以上可以看出房屋的倒塌由于抗側(cè)力構(gòu)件不能承受荷載作用力，當(dāng)采用多道抗震設(shè)防時(shí)，可以適當(dāng)降低第一道防線的控制能力，提高第二道防線抗震能力。3)抗震薄弱層。薄弱層也是建筑抗震設(shè)計(jì)需重點(diǎn)關(guān)注的地方，根據(jù)材料的規(guī)格尺寸，剛度，變形能力，使用功能和建筑的美學(xué)的要求，致使建筑結(jié)構(gòu)體系會(huì)突破常規(guī)要求，出現(xiàn)豎向和平面變化比較大的結(jié)構(gòu)體系而成為相對(duì)的抗震薄弱環(huán)節(jié)，在罕見(jiàn)地震荷載作用下率先出現(xiàn)屈服，而發(fā)生彈塑性非線性變形，造成建筑的破壞，這里要強(qiáng)調(diào)三點(diǎn):a．薄弱層只是在強(qiáng)震情況下考慮的結(jié)構(gòu)彈塑性變形問(wèn)題。b．要對(duì)結(jié)構(gòu)從整體上進(jìn)行受力分析，而避免只是考慮部分薄弱層受力與變形。c．由于結(jié)構(gòu)是不是薄弱層只是一個(gè)相對(duì)概念，因此常常因?yàn)樵O(shè)計(jì)施工或者材料的變化導(dǎo)致薄弱層的改變，在此控制薄弱層位置發(fā)生轉(zhuǎn)移而又能達(dá)到它的變形能力，這是控制結(jié)構(gòu)抗震性能最關(guān)鍵的。
4非結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗震設(shè)計(jì)
除承重結(jié)構(gòu)以外的固定構(gòu)件都是非承重結(jié)構(gòu)，雖然非承重結(jié)構(gòu)在建筑中只是附件非關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，但在屢次的震害過(guò)程中非結(jié)構(gòu)造成的人員與財(cái)產(chǎn)損害已屢見(jiàn)不鮮了。非結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗震要求以下幾點(diǎn):1)先分清哪些是非結(jié)構(gòu)構(gòu)件，如屋頂?shù)难b飾屬于結(jié)構(gòu)構(gòu)件與否并不好界定，這種情況一般按結(jié)構(gòu)構(gòu)件處理。2)非結(jié)構(gòu)體系對(duì)結(jié)構(gòu)體系影響，對(duì)于設(shè)備作用在其結(jié)構(gòu)主體上的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)計(jì)算設(shè)備的重力，與結(jié)構(gòu)柔性連接的非結(jié)構(gòu)可以不計(jì)其剛度，但當(dāng)有專門構(gòu)造措施可計(jì)入抗震承載力，同時(shí)要考慮非結(jié)構(gòu)上作用的力對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的作用，并且相互的聯(lián)系要滿足錨固要求。3)非構(gòu)件自身的地震力作用在其重心上，對(duì)于支撐在樓層和防震縫的兩側(cè)的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件，要計(jì)入地震時(shí)支撐點(diǎn)之間相對(duì)的位移產(chǎn)生的作用效應(yīng)，非構(gòu)件在位移方向的剛度要根據(jù)其端部實(shí)際聯(lián)系分別根據(jù)不同的連接方式采用不同的力學(xué)模型。
5結(jié)語(yǔ)
高層建筑設(shè)計(jì)前的地質(zhì)勘察是建筑是否成功的前提，接著根據(jù)地勘報(bào)告設(shè)計(jì)建筑方案是關(guān)鍵一步，建筑物設(shè)計(jì)是否有良好的抗震效果主要在建筑方案體現(xiàn)，接著是施工圖設(shè)計(jì)，它是把建筑思想變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)最重要的一步，也是高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)抗震性優(yōu)劣的十分重要的具體體現(xiàn)，設(shè)計(jì)的基本要求要保證在“小震不壞，中震可修，大震不倒”基本目標(biāo)，設(shè)計(jì)高層建筑物時(shí)，要注意建筑物的結(jié)構(gòu)布置問(wèn)題，盡量保證質(zhì)心與剛心重合、重心與質(zhì)心重合、剛心與重心重合的三心合一。這樣能提高抗震效果，增強(qiáng)抵御地震的抗破壞性?？傊岣吒邔咏ㄖ拐鹦阅芤鶕?jù)建筑的等級(jí)來(lái)考慮安全指數(shù)。從一開(kāi)始地區(qū)規(guī)劃，地質(zhì)勘查以及后來(lái)的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，建造過(guò)程以及施工工藝等的選擇這些都是控制高層建筑抗震效果的關(guān)鍵原因。
作者：史少華 熊勇權(quán) 單位：四川文理學(xué)院環(huán)境與建筑工程學(xué)院