基于高层建筑抗震结构设计研究
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高层建筑结构的抗震设计的研究【摘要】高层建筑物结构性能的好坏和人们的生活息息相关,关系重大。
为了确保我们的生命财产安全不受到损害,本文主要介绍了高层建筑结构抗震设计的基本内容、影响因素,并提出了做好防震设计的具体实施方法。
【关键词】高层建筑;抗震;研究1、前言自世界第一座高层建筑物诞生以来,至今已有将近150年的历史。
科技的发展促进社会的进步。
此后,高层建筑在全世界飞速发展起来。
特别是进入到二十一世纪之后,建筑物的高度不断增加,结构变得也越来越复杂,出现了许多不规则的形体。
但是,一些自然灾害的频发,比如说地震,时刻影响着人们的生命、财产安全。
所以说,抗震的设计是高层建筑在设计的过程中必须重点考虑的一个问题。
2、建筑物抗震性能的影响因素分析内部因素和外部因素是影响建筑物抗震效果的两大主要原因。
内部因素即是我们常说的高层建筑自身结构和所选用的材料,而外部因素主要包括地理环境的影响。
因此,我们将对这几个方面进行进一步的分析探讨。
2.1建筑物体的自身因素影响抗震性能的一个关键性的因素是建筑物体的本身结构设计形式。
结构形式越合理,表示建筑物的抗震性能越强。
许多专家表示,我国整体建筑物的结构设计水平已经大大落后于西方发达国家。
无论是在钢筋配置率上,还是在梁柱的承载力配置上,都无法满足自身发展的需要。
一个建筑体,无论层次高低,都必须有合理的设计结构,尤其是高层建筑体,而现在的高层建筑又趋于复杂化、不规则化。
一个好的设计结构应该满足小的地震不出现损害,大的地震倒塌不了的抗震特征,从而更好提高建筑体的抗震效果,减少人们的生命财产损失。
例如,建筑物的平面布置繁简度、不规则度,出屋面部分的高低等都是需要纳入重点考虑范围的问题[1]。
2.2建筑物材料的选用建筑物选用材料的好坏直接决定了建筑物自身抗震效果的高低,这是显而易见的问题。
这相同的环境下,一个建筑物所使用的材料越先进高端,那么它的抗震性能就会越高;相反,选用的材料质量越差,防震能力就会越低。
基于高层建筑结构抗震设计探索与研究摘要:地震是人类在繁衍生息、社会发展过程中遇到的一种可怕的自然灾害。
强烈地震常常以其猝不及防的突发性和巨大的破坏力给社会经济发展、人类生存安全和社会稳定、社会功能带来严重的危害。
随着高层建筑往更高的方向发展,其抗震性能也变得越来越重要。
本文首先分析了现行高层建筑结构抗震分析和设计中应注意的一些问题,然后提出了一些抗震措施。
本文提出了一些自己的观点和看法,希望同行业工作人员参考借鉴。
关键词:高层建筑;抗震概念设计;措施;前言随着我国经济的蓬勃发展,各地的高层建筑纷纷拔地而起,速度惊人。
高层建筑结构的抗震设计一直以来就是建筑设计和施工的重点,要使工程建设真正能够减轻甚至避免地震带来的危害,把握好抗震设计是关键。
因此,我们首先要对建筑地震进行必要的理论分析,然后进行抗震设计,从而来探索高层建筑的抗震设计理念和方法,以采取必要的抗震措施。
一、地震作用下高层建筑结构的破坏特点分析研究1、地基方面。
( 1)在具有较厚软弱冲积土层场地,高层建筑的破坏率显著增高;( 2)地基土液化导致地基不均匀沉降,从而引起上部结构损坏或整体倾斜;( 3)建造在不利或危险地段的房屋建筑,因地基破坏导致房屋损坏;( 4)当建筑结构的基本周期与场地自振周期相近时,因共振效应破坏程度将加重。
2、结构体系方面。
( 1)采用“填墙框架”的房屋结构,钢筋混凝土框架结构平面内柱上端易发生剪切破坏,外墙框架柱在窗洞处因受窗下墙的约束而发生短柱型剪切型破坏;( 2)采用框架—抗震墙体系的房屋结构,破坏程度较轻;( 3)采用“底框结构”体系的房屋,刚度柔弱的底层破坏程度十分严重;采用“填墙框架”体系的房屋,当底层为敞开式框架间未砌砖墙,底层同样遭到严重破坏;( 4)采用钢筋混凝土板、柱体系结构的建筑,因楼板冲切或因楼层侧移过大、柱脚破坏,各层楼板坠落重叠在地面。
3、刚度分布方面。
( 1)矩形平面布置的建筑结构,电梯井等抗侧力构件的布置当存在偏心时,因发生扭转振动而使震害加重;( 2)采用三角形、l 形等不对称平面的建筑结构,同样在地震作用因发生扭转振动而使震害加重。
基于性能的高层建筑钢结构抗震设计研究3篇基于性能的高层建筑钢结构抗震设计研究1随着现代城市化和人民生活水平提高,高层建筑的数量和高度有了显著的增长,其中不乏重要的政府和商业办公楼、酒店、购物中心甚至是住宅。
在高层建筑的设计中,抗震是一个至关重要的方面。
由于地震是一种毁灭性的自然灾害,会对建筑物造成巨大的破坏和人员伤亡。
然而,高层建筑地震设计是一项复杂而困难的工作,需要充分考虑建筑物的大小和复杂性、结构材料的种类和性质等不同因素。
近年来,随着钢结构的发展和应用,高层建筑的设计中也愈发注重钢结构抗震设计。
相对于混凝土和砖类建筑,钢结构建筑的抗震性能更加优越。
钢材具有高强度、高韧性、抗冲击力以及较好的可塑形性等特点,可以有效地抵御地震对建筑物的破坏。
因此,近年来,许多企业和工程师都将钢结构作为抗震性能优异的解决方案,用于设计和建造高层建筑。
然而,在钢结构设计方面,仍面临着一些挑战。
一方面,由于每座高层建筑的结构特点和地理情况都不同,设计人员必须充分了解这些差异以及地震带来的力量,针对每个具体的项目进行量身定制的设计。
另一方面,钢结构建筑的设计需要充分考虑材料的性能,和各种要素之间的平衡,以确保建筑的结构强度和稳定性,并且在抵御地震力量的同时,能够承受各种集中荷载、雪荷载等准静态荷载。
为了探讨高层建筑钢结构抗震设计,进行了一项基于性能的研究。
首先,需要对建筑的节点进行评估和分析,以确保在强地震条件下,节点能够充分发挥其带有冲击吸收作用的特点。
其次,需要考虑整个结构在地震中的变形能力,这一点对于钢结构设计来说尤为重要。
因为钢结构具有出色的韧性和可塑性,可以通过吸收和分散地震能量来避免建筑物的崩塌和全面破坏。
此外,还需要确保钢结构连接件的可靠性和结构的整体刚度。
总之,基于性能的高层建筑钢结构抗震设计研究具有广泛的理论和实践价值,它可以确保建筑物的安全性,保障人民生命财产安全,同时也对钢结构建筑的应用和进一步发展起到了积极的推动作用。
基于高层混凝土建筑抗震结构设计分析研究【摘要】高层混凝土建筑抗震结构设计的现行规范无法解决人们的安全问题,强烈的地震不仅会直接破坏各种建筑物,而且还会影响社会的稳定、经济的发展。
本文主要对高层建筑抗震结构设计的结构特点、结构体系、结构布置与关系以及结构的抗震性能几个问题进行了探讨,从而完善高层混凝土建筑的结构设计。
【关键词】高层建筑;框架结构;剪力墙结构;抗震设计前言随着我国高层建筑的高速发展,结构体系日趋多样化,建筑平面布置与竖向体型也越来越复杂,这就给高层建筑结构分析和设计提出了更高的要求。
如何高效、准确地对高层结构体系进行内力分析,是结构工程师设计高层建筑结构时函待解决的重要课题。
本文通过对高层建筑结构设计过程中经常遇到的问题进行分析,为高层建筑结构抗震设计提供计算方法及理论依据。
一、高层结构的特点分析高层建筑从本质上讲是一个竖向悬臂结构,垂直荷载主要使结构产生轴向力与建筑物高度大体为线性关系;水平荷载使结构产生弯矩。
从受力特性看,垂直荷载方向不变,随建筑物的增高仅引起量的增加;而水平荷载可来自任何方向,当为均布荷载时,弯矩与建筑物高度呈二次方变化。
从侧移特性看,竖向荷载引起的侧移很小,而水平荷载当为均布荷载时,侧移与高度成四次方变化。
由此可以看出,在高层结构中,水平荷载的影响要远远大于垂直荷载的影响,水平荷载是结构设计的控制因素,结构抵抗水平荷载产生的弯矩、剪力以及拉应力和压应力应有较大的强度外,同时要求结构要有足够的刚度,使随着高随着高度增加所引起的侧向变形限制在结构允许范围内。
二、高层的结构体系选择问题分析高层建筑结构应根据建筑使用功能、房屋高度和高宽比、抗震设防类别、抗震设防烈度、场地类别、地基情况、结构材料和施工技术等因素,综合分析比较,选择适宜的结构体系。
高层建筑钢筋混凝土结构可采用框架、剪力墙、框架-剪力墙、筒体和板柱-剪力墙结构体系。
框架结构可为建筑提供灵活布置的室内空间。
基于高层建筑设计的研究从古至今,高楼大厦一直是城市的地标和发展的象征。
而高层建筑的设计更是需要经过严谨的研究和探讨,以保证其在城市中的美观性、可持续性和安全性。
本文将探讨基于高层建筑设计的研究,从设计理念、结构设计、节能环保等方面展开讨论,希望能够为高层建筑设计提供一些新的思路和观点。
一、设计理念高层建筑的设计理念是其设计的灵魂所在,是决定其建筑风格和城市形象的核心。
在高层建筑设计的研究中,需要考虑的因素包括但不限于以下几点。
1.城市定位:高层建筑需要根据所在城市的定位来确定其建筑风格和功能定位。
是否要作为商业中心、住宅区、办公区等。
2.建筑外观:高层建筑的外观设计对于城市的形象和美观有着至关重要的作用。
在设计过程中需要考虑如何给人留下深刻的视觉印象,以及如何与周边环境协调统一。
3.功能设计:高层建筑的不同功能需要采用不同的设计理念,比如商业大厦需要考虑人流、货物运输等问题,而住宅区则需要考虑住户的生活便利性等。
4.可持续性设计:在当今环保意识日益增强的时代,高层建筑的设计理念还应该考虑其可持续性和环保性,采用绿色建筑材料,减少能源消耗等。
二、结构设计高层建筑的结构设计是其安全性的重要保障。
在高层建筑设计的研究中,需要考虑的结构设计方面包括但不限于以下几点。
1.抗震设计:高层建筑的抗震设计是其结构设计中的重中之重。
需要考虑地震的影响程度,选择合适的结构形式,采用合适的防震材料等。
2.承载设计:高层建筑的承载设计需要考虑其高度、重量等因素,选择合适的结构形式和材料,确保其安全性和稳定性。
3.结构设备:高层建筑的结构设计还需要考虑建筑设备的设置,比如电梯、通风系统、消防系统等,保证其功能的正常运行和安全性。
高层建筑结构抗震分析与优化设计共3篇高层建筑结构抗震分析与优化设计1高层建筑作为一种高度复杂的建筑结构体系,在地震等极端条件下,其结构稳定性会受到极大的挑战。
为此,在高层建筑结构的抗震设计中,需要对其结构体系进行充分的抗震分析和优化设计,以确保其在地震等极端条件下的结构安全性。
首先,在高层建筑的抗震设计中,需要考虑各种因素对结构稳定性的影响。
这些因素包括建筑结构的高度、结构形式、材料等等。
我们需要采用科学的方法对这些因素进行分析,并找出其对建筑结构抗震性能的主要影响因素。
其次,我们需要针对建筑结构的主要影响因素进行抗震分析。
这种分析方法的核心是对建筑结构体系的动力特性进行研究,以找出其在不同地震条件下的抗震性能表现,并加以评估。
这种方法需要结合计算机模拟等技术手段,对建筑模型进行模拟并进行动力分析,以获取建筑结构的动态响应曲线。
最后,在对建筑结构进行抗震分析和评估之后,我们需要进行相应的优化设计,以提高建筑结构的抗震性能。
这种优化设计可以针对建筑结构的不同部位和因素进行,比如调整结构形式、加强连接构件、使用更耐震性的材料等等。
需要注意的是,在高层建筑的抗震设计中,我们还需要考虑到建筑结构的经济性和可持续性。
因此,在进行抗震分析和优化设计时,我们需要综合各种因素进行评估,以找出最经济、最可行的设计方案。
总之,高层建筑的抗震设计是一项极为复杂和关键的工作,它需要结合多种技术手段和科学方法进行研究和应用,以确保建筑结构在地震等极端情况下的安全和稳定。
高层建筑结构抗震分析与优化设计2高层建筑结构抗震分析与优化设计随着经济的发展和城市化的加速,高层建筑的数量逐年增加。
然而,高层建筑在地震发生时容易受到破坏,不仅影响建筑的使用安全,也会造成严重的人员伤亡和财产损失。
因此,在高层建筑的设计和建设过程中,结构的抗震性能是非常重要的。
本文将从高层建筑结构的抗震分析和优化设计两个方面进行探讨。
一、高层建筑结构的抗震分析高层建筑结构的抗震分析是建筑工程中非常重要的环节之一。
基于高层建筑抗震设计的实践研究【摘要】随着城市建设不断发展,高度在100m左右或100m 以上的以钢筋为主的高层建筑越来越多。
由于高层建筑的高度高,所以应该特别注重抗震设计。
本文在分析了高层建筑的抗震设计内容和特点后,结合具体的案例对高层建筑的抗震设计措施进行了探讨。
【关键词】高层建筑;抗震设计;内容特点;措施随着经济的不断发展,高层建筑得的发展是大势所趋,高层建筑的结构安全也越来越受到人们的关注。
而我国是一个地震多发国家,地震建筑灾害已成为地震灾害中最具破坏性和杀伤力的毁灭性灾害,因此,高层建筑抗震工作一直是建筑设计和施工的重点,结构工程师必须按抗震设计要求进行结构分析与设计。
1 高层建筑抗震设计的主要内容在罕遇地震作用下,抗震结构都会部分进入塑性状态,为了满足大震作用下结构的功能要求,有必要研究和计算结构的弹塑性变形能力。
当前国内外抗震设计的发展趋势,是根据对结构在不同超越概率水平的地震作用下的性能或变形要求进行设计,结构弹塑性分析将成为抗震设计的一个必要的组成部分,但是由于结构弹塑性分析的复杂性,在如何进行计算和如何设定具体要求的问题上,各国的做法也有所不同。
我国现行抗震规范(gb 50011-2010)要求高层建筑的抗震计算主要是在多遇地震作用下(小震),按反应谱理论计算地震作用,用弹性方法计算内力及位移,并用极限状态方法设计构件。
对于重要建筑或有特殊要求时,要用时程分析法补充计算,并进行大震作用下的变形验算。
这种先用多遇地震作用进行结构设计,再校核罕遇地震作用下结构弹塑性变形的方法,即为所谓的二阶段设计方法,同时规范规定了结构在罕遇地震作用下的弹塑性变形的结构弹塑性分析方法。
结构弹塑性分析可分为弹塑性动力分析(时程分析)和弹塑性静力分析(推力计算)两大类。
2 高层建筑抗震设计特点第一,控制建筑物的侧移是重要的指标。
在地震荷载作用下,建筑结构所产生的水平剪切力占主导地位,所以建筑物会产生明显的侧移,随建筑结构的高度不断曾加,结构的侧向位移迅速增大,但该变形要在一定限度之内,这样才能保证结构安全以及使用功能。
高层建筑抗震设计研究1. 前言随着城市化进程的加速,高层建筑如雨后春笋般涌现,成为城市发展的重要标志。
然而,地震是一种无法预测的自然灾害,它的破坏力极大,常常造成重大的人员伤亡和财产损失。
因此,高层建筑的抗震能力成为关系到人们生命财产安全的一个重要问题。
高层建筑抗震设计研究为解决这一问题提供了重要的参考依据,本文也将探讨高层建筑抗震设计的研究现状以及未来发展方向。
2. 高层建筑抗震设计研究的背景和意义高层建筑的抗震能力是一个重要的技术问题,非常值得研究。
首先,高层建筑的重量和高度都远远超过了普通建筑,地震对其的破坏力也相应增大;其次,高层建筑通常用于住宅、商业、办公等人员密集的场所,一旦遭受地震灾害,可能会给居民和社会带来重大人员伤亡和财产损失。
因此,抗震设计是高层建筑设计中必不可少的一个环节,也是城市建设的重要保障措施。
3. 高层建筑抗震设计的研究现状高层建筑的抗震设计和普通建筑不同,需要更高的设计标准和更严格的要求。
根据现行标准,高层建筑的抗震设计应包括3个阶段:预设计阶段、初步设计阶段和施工设计阶段。
在预设计阶段,需要根据地震危险性评价和地震动响应分析确定大地震力和地震动参数,为后续设计提供依据。
在初步设计阶段,需要确立基础和结构体系,确定荷载标准并进行设计计算。
在施工设计阶段,需要对结构设计进行详细计算和优化,确保设计方案能够满足抗震性能要求。
目前,高层建筑抗震设计方面的研究主要包括以下几个方面:3.1.抗震设计理论研究抗震设计理论研究是高层建筑抗震设计重要的研究内容。
在20世纪50年代初,日本学者提出了基于抗震容许应力的设计方法。
此后,基于抗震能力指标的设计方法逐渐成为主流,如位移反应谱法、时程分析法、非线性反应谱法等。
该实践证明,这些方法在设计不同类型结构时具有很好的适用性,省去了大量的试验研究,大大加快了设计进程。
3.2.抗震材料和结构研究抗震材料和结构研究是高层建筑抗震设计中的一个重要环节。
高层建筑结构设计中的抗震性能优化研究在建筑领域中,高层建筑的抗震性能一直是一个关键问题。
随着城市化进程以及人们对于舒适、安全住所的需求增加,高层建筑的数量也在不断增加。
然而,高层建筑由于其结构的复杂性和高度的特点,面临着更大的地震风险。
因此,在高层建筑的结构设计中,抗震性能的优化研究变得至关重要。
一、抗震性能评估在高层建筑结构设计中,首先需要进行抗震性能的评估。
抗震性能评估是通过对建筑的结构和材料进行分析,评估其抵御地震力的能力。
评估过程中需要考虑多种因素,包括建筑的地理位置、地质条件、使用功能等。
通过这些评估,可以得出建筑结构的抗震性能指标,为后续的优化设计提供依据。
二、结构优化设计在抗震性能评估的基础上,可以进行高层建筑结构的优化设计。
结构的优化设计旨在提高建筑的抗震能力,降低地震灾害风险。
常见的结构优化设计方法包括:1. 材料选择:选择高性能的抗震材料,如高强度钢材、高韧性混凝土等,以提高结构的承载能力和韧性。
2. 结构形式:根据地震力的特点选择合适的结构形式,如框架结构、剪力墙结构等,以减少地震力对结构的影响。
3. 建筑布局:通过合理的建筑布局,将地震力传导到整个结构系统中,避免单一局部结构的过度承载。
4. 基础设计:合理设计建筑的地基和地基承载力,以增加结构的稳定性和抗震能力。
三、模型分析与验证在结构优化设计完成后,需要进行模型分析与验证。
模型分析是通过计算机模拟地震力对建筑结构的作用,评估结构的受力情况和响应。
模型分析可以采用有限元方法等数值模拟技术,对结构进行多种工况和多个地震波动力分析。
通过模型分析验证设计的合理性,并进行必要的调整和优化。
四、结构施工与监控在高层建筑结构的施工过程中,需要严格按照设计要求进行施工,并进行结构监控。
结构施工时需要注意材料的质量、施工工艺的规范,并配合相关监测设备进行实时监控。
结构施工的合理性和质量对于建筑的抗震性能至关重要。
五、经济性与可行性考虑除了抗震性能的优化,高层建筑的结构设计还需要考虑经济性和可行性。
高层建筑抗震设计与结构优化研究随着城市的发展和人口的增加,高层建筑已经成为现代城市的标志性建筑物。
然而,地震是可能发生的自然灾害之一,对于高层建筑而言,抗震设计和结构优化是至关重要的。
本文将探讨高层建筑抗震设计和结构优化的重要性,并介绍一些相关的研究方法和技术。
高层建筑的抗震设计是保证建筑物在地震发生时能够抵御地震力量并保持结构稳定的过程。
一个合理的抗震设计可以减少地震对建筑物的破坏,保护人民的生命安全。
抗震设计的主要目标是降低结构的振动和加强结构的刚度。
为了实现这一目标,工程师需要考虑多个因素,如地震波的频率、建筑物的质量、刚度和弹性模量等。
通过使用先进的分析模型和计算工具,工程师可以预测建筑物在地震中的行为,并相应地调整设计参数。
在高层建筑的抗震设计中,结构优化是一个不可避免的步骤。
结构优化是通过改变结构的形状、材料和构件尺寸等来提高其抗震性能的过程。
通过结构优化,可以减少结构的质量和振动,提高其刚度和稳定性,从而使建筑物能够更好地抵御地震加载。
在进行结构优化时,工程师通常会使用数值模拟技术,如有限元分析和遗传算法等。
这些方法可以帮助工程师寻找最佳结构方案,并确定最佳设计参数,以实现最佳的抗震性能。
现代高层建筑的抗震设计与结构优化是一个复杂而挑战性的任务。
在设计过程中,工程师需要考虑多个因素,如建筑地点的地震烈度、土壤条件、建筑物类型等。
此外,高层建筑的抗震设计还需要考虑建筑物的功能需求和使用寿命。
为了满足这些要求,工程师需要使用先进的技术和工具,如地震响应谱分析、三维有限元建模和优化算法等。
除了抗震设计和结构优化,高层建筑的安全评估和监测也是非常重要的任务。
安全评估可以帮助工程师确定建筑物在地震中的风险,并采取相应的措施来提高其安全性。
而监测系统可以实时监测建筑物的振动和应力变化,并提供及时的报警和反馈。
这些工作可以帮助工程师了解建筑物的健康状态,并及时采取措施来保护建筑物和居民的安全。
总之,高层建筑的抗震设计和结构优化是确保建筑物能够在地震中抵御地震力量并保持结构稳定的关键步骤。
对高层建筑抗震设计的研究摘要:高层建筑抗震工作一直是建筑设计和施工的重点,概述高层建筑的发展,对建筑抗震进行必要的理论分析,从而来探索高层建筑的设计理念、方法,从而采取必须的抗震措施。
为了避免短柱脆性破坏问题在高层建筑中发生,笔者认为,首先要正确判定短柱,然后对短柱采取一些构造措施或处理,提高短柱的延性和抗震性能。
关键词:高层建筑抗震设计中图分类号:tu591文献标识码:a文章编号:1 高层建筑抗震设计常见的问题1.1缺乏岩土工程勘察资料或资料不全。
有的在扩初设计阶段还缺建筑场地岩土工程的勘察资料,有的在扩初设计会审之后就直接进入了施工图设计,有的在规划设计或方案设计会审后就直接进入了施工图设计。
无岩土工程勘察资料,设计缺少了必要的依据。
1.2结构的平面布置。
外形不规则、不对称、凹凸变化尺度大、形心质心偏心大,同一结构单元内,结构平面形状和刚度不均匀不对称,平面长度过长等。
1.3一个结构单元内采用两种不同的结构受力体系。
如一半采用砌体承重,而另一半或局部采用全框架承重或排架承重;底框砖房中一半为底框,而另一半为砖墙落地承重[这种情况常发现在平面纵轴与街道轴线相交的住宅,其底层为商店,设计成一半为底框砖房(有的为二层底框),而另一半为砖墙落地自承,造成平面刚度和竖向刚度二者都产生突变,对抗震十分不利。
1.4底框砖房超高超层。
如1996年,对在杭设计单位作的一次专题普查,发现有69幢底框砖房超高超层。
新项目亦普遍存在此现象,1999年某地块住宅竣工交付使用验收中发现有三幢底框砖房超高超层,甚至有超三层的。
1.5抗震设防标准掌握不当。
有一些项目擅自提高了设防标准,按照《建筑抗震设防分类标准(gb 50223-2008)》划分应属六度设防的,但设计中提高了一度按七度设防,提高了建筑抗震设防标准,将会增加工程投资;有的项目严格应按七度采取抗震措施的,但设计中又按六度设防,减低了抗震设防标准,不利抗震。
1.6结构的竖向布置。
基于高层建筑抗震结构设计研究
我国建筑行业一天天成长,在这逐步成长的同时,对于高层建筑的结构方面我们应多下些苦功夫。
需采用有效的构造措施,来提高结构抗震的性能以求达到建筑结构抗震设计的目的。
本文提出了一些自己的见解,以供同行参考。
标签结构体系;结构类型;抗震设计;
前言
地震是人类在繁衍生息、社会发展过程中遇到的一种可怕的自然灾害。
强烈地震常常以其猝不及防的突发性和巨大的破坏力给社会经济发展、人类生存安全和社会稳定、社会功能带来严重的危害。
随着我国城市人口的不断增多及建设用地日趋紧张和城市规划的需要,促使高层建筑得以快速发展。
另一方面由于轻质高强材料的开发及新的设计计算理论的发展,抗风和抗震理论的不断完善,加之新的施工技术和设备的不断涌现,特别是计算机的普及和应用以及结构分析手段的不断提高,为迅速发展高层建筑提供了必要的技术条件。
对高层建筑结构抗震设计中值得重视的几个问题进行探讨。
1 正确选择合理的结构体系
由于高层建筑中抗水平力成为设计的主要矛盾,因此采用何种抗侧力结构是结构设计的关键性问题。
根据抗侧力结构的不同,钢筋砼结构主要可分为框架结构、框架——剪力墙结构、剪力墙结构和筒体结构等几种结构体系,这些体系的受力特点、抵抗水平力的能力,特别是抗震性能等有所不同,因此具有不同的适用范围。
框架结构由梁、柱构件通过节点连接构成,框架梁和柱既承受垂直荷载,又承受水平荷载,并可为建筑提供灵活布置的室内空间。
当建筑物层数较少时,水平荷载对结构的影响较小,采用框架结构体系比较合理,当层数较多时,由于框架结构在水平力的作用下,内力分布很不均匀,并存在着层间屈服强度特别弱的楼层,且由于框架结构的构件截面惯性矩相对较小,导致侧向刚度较小,侧向变形较大,在强烈地震作用下,结构的薄弱层率先屈服,发生弹塑性变形,并形成弹塑性变形集中的现象,震害一般是梁轻柱重,柱顶重于柱底,尤其是角柱和边柱更容易发生破坏,除剪跨比较小的短柱易发生柱中剪切破坏外,一般柱是柱端的弯曲破坏。
因此框架结构属于以剪切变形為主的柔性结构,使用高度受到限制,主要用于非抗震设计和层数相对较少的建筑中。
剪力墙结构中,剪力墙沿横向、纵向正交布置或多轴线斜交布置,由钢筋砼墙体承受全部的水平荷载和竖向荷载,属于以弯曲变形为主的刚性结构。
该种结构的抗侧力刚度比框架结构大的多,在水平力作用下侧向变形小,空间整体性好。
剪力墙结构的工作状态可分为单肢墙、小开口墙、联肢墙,单肢墙和小开口墙的截面内力完全或接近于按材料力学公式成直线分布规律,其平衡地震力矩只靠截
面内力偶负担。
联肢墙则通过连系梁使许多墙肢共同工作,地震力矩可由多个墙肢的截面内力矩与连梁对墙肢的约束力矩共同负担,设计原则是梁先屈服,然后墙肢弯曲破坏丧失承载内力。
当连梁钢筋屈服并且有延性时,即可吸收大量地震能量,又能继续传递,弯矩和剪力,对墙肢有一定的约束作用。
由于剪力墙结构自重大,建筑平面布置局限性大,难以满足建筑内部大空间的要求。
因此其更多地用于墙体布置较多,房间面积要求不太大的建筑物中,既减少了非承重隔墙的数量,也可使室内无外露梁柱,达到整体美观。
框架——剪力墙结构是指在框架结构中的适当部位增设一些剪力墙,是刚柔相结合的结构体系,能提供建筑大开间的使用空间,是由若干道单片剪力墙与框架组成。
在这种结构体系中,框架和剪力墙共同承担水平力,但由于两者刚度相差很大,变形形状也不相同,必须通过各层楼板使其变形一致,达到框架和剪力墙的协同工作。
从受力特点看,剪力墙是以弯曲变形为主,框架是以剪切变形为主,由于变位协调,在顶部框架协助剪力墙抗震,在底部剪力墙协助框架抗震,其抗震性能由于较好的的发挥了各自的优点而大为提高。
因此可以适用于各种不同高度建筑物的要求而被广泛采用。
以上分析了三种常用的钢筋砼结构体系的特点,通过分析比较看出,选择高层建筑结构抗侧力体系通常需要考虑的两个主要原因是建筑物的高度和用途。
2 正确认识高层建筑的受力特点,选择合理的结构类型
高层建筑从本质上讲是一个竖向悬臂结构,垂直荷载主要使结构产生轴向力与建筑物高度大体为线性关系;水平荷载使结构产生弯矩。
从受力特性看,垂直荷载方向不变,随建筑物的增高仅引起量的增加;而水平荷载可来自任何方向,当为均布荷载时,弯矩与建筑物高度呈二次方变化。
从侧移特性看,竖向荷载引起的侧移很小,而水平荷载当为均布荷载时,侧移与高度成四次方变化。
由此可以看出,在高层结构中,水平荷载的影响要远远大于垂直荷载的影响,水平荷载是结构设计的控制因素,结构抵抗水平荷载产生的弯矩、剪力以及拉应力和压应力应有较大的强度外,同时要求结构要有足够的刚度,使随着高度增加所引起的侧向变形限制在结构允许范围内。
高层建筑有上述的受力特点,因此设计中在满足建筑功能要求和抗震性能的前提下,选择切实可行的结构类型,使之在特定的物资和技术条件下,具有良好的结构性能、经济效果和建筑速度是非常必要的。
3 选择合理的结构布置,协调好建筑与结构的关系
3.1 应满足建筑功能要求,做到经济合理,便于施工。
建筑物的开间、进深、层高、层数等平面关系和体型除满足使用要求外,还应尽量减少类型,尽可能统一柱网布置和层高,重复使用标准层。
3.2 高层建筑控制位移是主要矛盾,除应从平面体型和立面变化等方面考虑提高结构的总体刚度以减少结构的位移。
在结构布置时,应加强结构的整体性及刚度,加强构件的连接,使结构各部分以最有效的方式共同作用;加强基础的
整体性,以减少由于基础平移或扭转对结构的侧移影响,同时应注意加强结构的薄弱部位和应力复杂部位的强度。
此外增强结构整体宽度也可减少侧向位移,在其它条件不变时,变形与宽度的三次方成正比。
因此宜对建筑物的高宽比加以限制,体型扁而重的建筑是不合适的,宜采用刚度较大的平面形状,即把使用要求及建筑体型多样化和结构的要求有机地结合起来,又可形成侧向稳定的体系。
3.3 在地震区为了减少地震作用对建筑结构的整体和局部的不利影响,如扭转和应力集中效应,建筑平面形状宜规正,避免过大的外伸或内收,沿高度的层间刚度和层间屈服强度的分部要均匀,主要抗侧力竖向构件,其截面尺寸、砼强度等级和配筋量的改变不宜集中在同一楼层内,应纠正“增加构件强度总是有利无害”的非抗震设计概念,在设计和施工中不宜盲目改变砼强度等级和钢筋等级以及配筋量。
简单地说就是使结构各部分刚度对称均匀,各结构单元的平面形状应力求简单规则,立面体型应避免伸出和收进,避免结构垂直方向刚度突变等。
平面的长宽比不宜过大,以避免两端相距太远,振动不同步,应使荷载合力作用线通过结构刚度中心,以减少扭转的影响。
4 提高结构的抗震性能
由于高层建筑的受力特点不同于低层建筑,因此在地震区进行高层建筑结构设计时,除应保证结构具有足够的强度和刚度外,还应具有良好的抗震性能。
通过合理的抗震设计,使建筑物达到小震不坏,中震可修,大震不倒。
为了达到这一要求,结构必须具有一定的塑性变形能力来吸收地震所产生的能量,减弱地震破坏的影响。
框架结构设计应使节点基本不破坏,梁比柱的屈服易早发生,同一层中各柱两端的屈服历程越长越好,底层柱底的塑性铰宜晚形成,应使梁、柱端的塑性铰出现得尽可能分散,充分发挥整体结构的抗震能力。
对于框架——剪力墙结构和剪力墙结构中各段剪力墙高宽比不宜小于2,使其在地震作用下呈弯剪破坏,且塑性屈服尽量产生在墙的底部。
连梁宜在梁端塑性屈服,且有足够的变形能力,在墙段充分发挥抗震作用前不失效,按照“强墙弱梁” 的原则加强墙肢的承载力,避免墙肢的剪切破坏,提高其抗震能力。