高层建筑结构设计中抗震问题探讨
高层建筑结构设计中抗震问题探讨 卢俊舟 四川海辰工程设计研究有限公司 摘 要： 我国地域广阔, 在全国范围内每年都会有地震灾害的发生, 地震灾害具有巨大的破坏力, 由于地震灾害直接威胁到的是地表的建筑物, 特别是民用建筑, 发生时往往会造成人员和财产的巨大损失, 严重威胁到了人民群众的生命财产安全。而随着城镇化速度的加快, 大量人口涌入城市, 为了缓解居住用地的紧张, 建设高层建筑成了首选, 所以开展居民楼高层建筑的抗震设计研究, 从根本上保证居住环境的安全性具有重要的现实意义。文章从抗震设计的重要意义入手, 阐述了抗震设计的必要性, 讨论了抗震设计的一般原则, 最后针对高层建筑特点, 分析了适用于高层建筑的抗震措施具体内容, 希望可以为建筑工程设计人员提供参考和指导。关键词： 高层建筑; 抗震设计; 结构; 作者简介：卢俊舟 (1985-) , 男, 四川绵阳人, 工程师, 本科, 研究方向:建筑工程设计。近年来, 随着城镇化速度的加快, 大量人口涌入城市, 城镇用地紧张, 普通的多层居民住宅已经不能适应城镇化发展的要求, 为了缓解居住用地的紧张, 高层建筑成为首选, 高层建筑的设计与建造逐渐成为热门1-2。为了提高高层建筑结构的稳定性, 设计人员在设计建筑结构的过程中广泛的应用抗震设计, 获得了较好的效果, 不仅保证了高层建筑结构稳定性, 更重要的是发生重大地震时可以从根本上保证人民群众有充足的逃生时间。1 建筑物抗震设计的必要性现代人们的生活生产大多数是在建筑物中进行的, 由此可见, 建筑物的安全与人们的生命财产安全息息相关。在建国初期, 由于种种原因, 我国的很多建筑在设计时没有充分考虑抗震措施, 特别是在一些发展水平较为落后的地区, 温饱问题尚未解决, 抗震问题就更没有得到重视, 许多建筑在设计之初就没有充分考虑抗震因素3-5。因此, 当地震灾害到来后, 没有抗震措施的房屋毫无抵抗力, 它们在地震的巨大作用力下顷刻倒塌, 给人民的生命和财产造成了巨大的损失。2 抗震设计的一般原则主要内容: (1) 根据建筑物所在地抗震设防等级以及建筑物建成之后的实际用途, 选择抗震性能较为优越的结构形式。根据相关的试验结果, 纯框架结构滞回曲线瘦长, 抗震性能较差, 而框架-剪力墙结构滞回曲线较为饱满, 抗震性能较好, 所以有条件的高层建筑, 优选选用框架-剪力墙结构。既能满足结构安全需要, 也能满足功能需要; (2) 在结构平面布置时, 应该按照规则对称的理念进行设计, 避免应力集中的出现, 同时也要注意结构受力均衡, 避免扭矩产生; (3) 建筑结构的承载能力要连续均匀, 避免结构刚度突变, 某些部位刚度太大会对结构的薄弱环节带来极大的威胁, 一旦地震发生, 其结构往往表现为脆性破坏; (4) 节点处应重点考虑, 其承载力要高于涉及到的构件, 特别是装配式框架结构, 必须采取有效措施提高节点的刚度和强度, 防止节点过早的产生破坏, 从而引起结构承载力和刚度降低; (5) 设计完成的结构整体刚度要足够大, 层间位移角要限制在规范要求之内, 具有较好的空间整体性; (6) 采取有效结构措施避免结构脆性破坏, 可采用适当增加配筋或者采用钢材和混凝土组合结构的办法提高构件的延性, 使其抗剪能力大于抗弯能力, 同时也可通过设置箍筋等构造等措施提高构件的抗剪能力, 实现强剪弱弯的目的; (7) 采取有效措施提高地基基础的承载力, 对于地基承载力较差的软土地基, 可根据地基处理规范进行加固处理, 减小建筑物倾斜和不均匀沉降。3 高层建筑物结构设计中抗震设计内容3.1 合理布局平面和立面设计是高层建筑结构设计中较为关键的部分。其核心理念是刚度中心与结构的质量中心避免偏心过大, 如果避免偏心过大, 当发生地震灾害时, 结构会出现扭转破坏。高层建筑的重心在规范允许范围内也应力求降低高度, 提高结构的整体稳定性6。如果有不规则的方案, 可以利用设置相应的抗震缝, 将复杂的建筑结构拆分成多个简单的结构单元, 同时也要考虑建筑的功能因素, 保证较好的外观同时, 提高抗震性能。3.2 结构选型根据高层建筑的重要程度、功能要求、抗震等级以及当地的技术水平等因素, 选择适用于当地实际的结构形式;根据抗震设计原则, 优先选用框架-剪力墙结构, 如果条件不具备, 选用框架结构, 应该避免将框架柱与楼梯直接相连 (会形成短柱, 极易造成剪切破坏) 。3.3 确保结构的整体性建筑结构的整体性是抗震的关键因素。结构的稳定性和安全性与其整体性有着密不可分的关系。结构中各个部件有机的整合到一起, 才能保证高层建筑面临自然灾害时能有保证较好的稳定性。因此, 需要采取一些有效的措施, 提高结构构件之间的连接。特别是混凝土和钢筋之间, 可采用带肋钢筋等方式, 提高钢筋与混凝土之间的粘结力。对于组合结构, 比如钢材与混凝土梁构成的组合梁, 应该在钢梁上焊接栓钉, 并且采用足够多的抗剪连接件, 使两种材料的构件能有有效的组合到一起, 既有效的发挥混凝土抗压强度高的特点, 又能发挥钢材抗拉强度高的优势, 同时也能节省成本。3.4 非结构构件抗震措施一般高层建筑内部都有填充墙等非结构构件, 这些非结构构件虽然不是承重的关键构件, 但是会不同程度的参与到结构构件中, 改变一些结构构件的传力途经, 因此对这些非结构构件可根据规范要求, 选用材质最为轻便的材料。在设计过程中进行布置时, 应该力求防止结构构件刚度和强度的突变, 并且与结构构件进行可靠的拉结。外墙板的连接应该具有一定程度的延性和转动能力, 满足主体结构层间变形的基本要求。4 结束语地震灾害具有巨大的破坏力, 特别是在发展落后的地区, 人们面对地震灾害毫无办法, 发生地震时往往会造成人员和财产的巨大损失, 严重威胁到了人民群众的生命财产安全。文章从高层建筑抗震设计的必要性入手, 分析对高层建筑进行抗震设计的重要意义, 讨论建筑抗震设计的基本原则, 探讨了高层建筑抗震设计的一些具体内容, 通过文章的阐述和分析, 希望可以为工程设计人员带来一些抗震设计的新思路和新方法。参考文献1沙乃健.超高层建筑结构抗震设计要点探讨J.住宅与房地产, 2016, (36) :44. 2赵桂兰.现有建筑结构抗震鉴定及加固设计探讨J.工程技术研究, 2016, (7) :194+201. 3黎静.高层建筑抗震设计研究J.工程技术研究, 2017, (5) :220-221. 4吴涤凡, 李建乐.某超限高层建筑的抗震设计探讨J.南方农机, 2017, 48 (14) :84-85. 5钟盛涛.高层建筑结构抗震设计分析J.住宅与房地产, 2016, (18) :60. 6李云相.高层建筑抗震设计相关问题探讨J.住宅与房地产, 2016, (27) :61.
