建筑结构设计中抗震结构设计问题及优化对策研究
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建筑结构设计中抗震结构设计问题及优化对策研究

2022-10-30 18:45:04 来源:网友投稿

摘要:随着国内城市化进程的加快及高层建筑数量增多,高层建筑的质量与安全普遍成为民众关注的热点。本文就此分析了高层建筑的抗震设计中的现状,有针对性地提出了高层建筑抗震设计中应遵循的基本原则,在此基础上分析了高层建筑设计抗震中的短柱、空间刚度、以及质与心离散等问题的具体优化对策,希望给业界人士提供有价值参考和借鉴。

关键词: 抗震;结构设计;高层建筑;对策

一、前言

伴随着城市化进程的快速发展,建筑风格呈现出多样化的空间格局,其数量、高度、空间等都成不规则式增长,尤其是对于高层建筑的发展,对其结构的抗震特性提出了更高的要求。高层建筑中的抗震结构设计处于不断的发展变化中,为此在进行高层建筑设计的过程中,要先对高层建筑物的结构承载和附属设施设备进行受力验算,随后根据地区水文地质条件等特征进行深入的勘察,合理设计高层建筑的抗震结构,提升高层建筑安全性能。

二、高层建筑结构抗震设计原则

高层建筑结构设计中必须遵循的最基本12字原则:“小震不坏,中震可修,大震不倒”[1]。这12字基本原则相互间,存在着相互制约,层层递进关系,在小震情况下,建筑物不会破坏;在遇到较大地震的,建筑物也不会出现严重变形等问题,让建筑结构抗震能力无论在地震哪种情况下都不会发生超越规范危及人身安全的事故。

按《抗震规范》提出了两阶段设计方法,实现三个烈度水准的抗震设防要求。第一阶段的设计方案,必须要符合抗震设计原则,同时根据与基本烈度相对应众值烈度的地震动参数,通过采用弹性反应谱法求得结构在弹性状态下的地震作用标准值和对应的地震破坏效应,接着与其他荷载效应按一定的组合系数进行组合,同时对结构构件截面,进行针对性的承载力验算。对于非震高发区的建筑,只进行第一阶段设计已足够,但根据建筑所在地区的特征,少部分结构诸如有特殊要求的建筑和地震时易倒塌结构,还须进行第二阶段设计,相当于验算大震验算结构的弹塑性层间变形是否满足规范要求。如发现有变形过大的薄弱层,也应积极修改设计,或可采取相应的构造措施,以满足第三水准的设防要求,保证大震不倒。

三、建筑结构抗震性设计中现存问题

(一)短柱问题

相比低层建筑,高层建筑对结构构件的延性要求更高。在抗震设计中,能够对其构件延性造成影响的因素主要包括轴压比和剪跨比;同时,二者间也存在一定的矛盾性。主要体现在:对高层建筑进行抗震设计时,为了能充分满足工程对轴压比限值的要求,柱子截面往往设计较大,在结构底部常常形成短柱甚至超短柱,这些短柱几乎没有延性,很容易在地震中受到破坏。

(二)结构空间刚度问题

从目前建筑结构形式来看,其主要包括横向承重构件、竖向承重构件以及楼盖等三个部分,每一部分刚度和稳定性对建筑的整体受力均有直接影响。在建筑结构整体中,刚性楼盖体系是保证所有竖向抗侧力构件共同受力的先决条件。如果刚性楼盖的结构空间刚度达不到工程的需求,则会加剧地震作用下对建筑整体结构的破坏。

(三)“质与形”融合问题

按建筑设计规范,建筑物质量重心与形态的中心不重合,呈现离散式,易产生“扭转效应”,导致高层建筑抗震性能大打折扣[2]。建筑平面和立面的布置应该尽量做到简洁规则,和谐统一,结构的质量与刚度的布局应该尽可能均匀、平衡、融合。但就我国目前建筑结构设计的现状来看,部分工程对工程设计的外观造型、建筑立面设计得较为复杂,导致质心和刚心无法融合,此设计在地震作用下,必然会出现不同程度的扭转效应,加剧了地震对建筑的破坏性。如:在2008年四川汶川地震倒塌的建筑物中,根据有关统计,有42%的建筑物就是由于“质心与形心”的结构设计无法达成深度融合所导致,建筑平面和立面布置不合理而造成的倒塌灾害[3]。

四、建筑结构抗震性设计优化对策

(一)高层建筑抗震设计中短柱问题优化对策

在高层建筑抗震设计中,短柱只要能满足“强剪弱弯”和“强柱弱梁”的要求,便可有效避免由于地震发生而对其造成的破坏。因此,设计师在对短柱问题的措施上,可采用复合螺旋箍筋的方法,通过在结构柱中加入复合螺旋箍筋,不仅能够有效提高柱子的抗剪力,还能加强对混凝土的约束作用,从而在改善短柱抗震性能。

(二)结构空间刚度方面问题优化对策

在建筑结构空间刚度设计上,由于刚性楼盖体系占据重要的比例,可采用现浇楼屋盖,不仅能够有效提高房屋整体性,在一定程度上增加楼板的刚度,而且还会对平面上墙体对齐要求给予适当的放宽,从而减低地震作用对建筑物所造成的损坏。同时,在对建筑结构进行设计的时候,要注意平面上下墙体不对齐的现象,如果建筑结构出现了这种情况,仍需要利用现浇楼屋盖来对其进行处理,这种方法不仅能够起一定的传递水平力的作用,而且能够增加楼板对墙体的约束,提高建筑结构整体承载力。

(三)“质与形”融合问题优化对策

为了能够有效解决建筑设计平面和立面布置中存在的“质与形融合”问题,设计师在对建筑结构进行具体设计应兼顾考虑如下保证措施:①尽可能确保结构的质心和刚心达到一致,以此来最大限度降低建筑在地震作用下所产生的扭转效应。②应该确保建筑立面出现头重脚轻的现象,尽可能将建筑的结构重点降低,以此来避免由于刚度突变以及结构连接处薄弱面给建筑整体性带来的影响。

结束语

城市化进程的加快,人们生活层次以及审美能力的整体提升,使得城市的个性化的建筑更是层出不穷,这个对高层建筑物的抗震性能提出了更高的压力和挑战。高层混凝土这一建筑本身的抗震构造设定对增强这一建筑自身的抗震力度不可或缺。所以,设计师在对建筑抗震结构设计时,应立足到根本,多角度深入验算考量,提升高层建筑的抗震特性,保证人民群众生命财产的安全。

参考文献:

[1]《建筑地震破坏等级划分标准》.建设部.建抗字(377)号文.1990.7.21.

[2]靳晓燕.超限高層建筑结构基于性能抗震设计要点[J].江西建材,2018,(05):72-73.

[3]潘卫宁.高层建筑结构抗震设计原则及要点浅析[J].山西建筑,2017,43(33):41-43.

作者简介:

陈明辉(1975-),男,广东汕头,大学,助理工程师,研究方向:建筑结构设计。


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