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高層建筑抗震設(shè)計(jì)對(duì)策

2014-09-17 10:42  建設(shè)工程教育網(wǎng)  【  【打印】【我要糾錯(cuò)】

  1.結(jié)構(gòu)規(guī)則性

  建筑物尤其是高層建筑物設(shè)計(jì)應(yīng)符合抗震概念設(shè)計(jì)要求,對(duì)建筑進(jìn)行合理的布置,大量地震災(zāi)害表明,平立面簡(jiǎn)單且對(duì)稱的結(jié)構(gòu)類型建筑物在地震時(shí)具有較好的抗震性能,因?yàn)樵摲N結(jié)構(gòu)建筑容易估計(jì)出其地震反映,易于采取相應(yīng)的抗震構(gòu)造措施并且進(jìn)行細(xì)部處理。建筑結(jié)構(gòu)的規(guī)則性是指建筑物在平立面外形尺寸、抗側(cè)力構(gòu)件布置、承載力分布等多方面因素要求。要求建筑物平面對(duì)稱均勻,體型簡(jiǎn)單,結(jié)構(gòu)剛度,質(zhì)量沿建筑物豎向變化均勻,同時(shí)應(yīng)保證建筑物有足夠的扭轉(zhuǎn)剛度以減小結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)影響,并應(yīng)盡量滿足建筑物在豎向上重力荷載受力均勻,以盡量減小結(jié)構(gòu)內(nèi)應(yīng)力和豎向構(gòu)件間差異變形對(duì)建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的不利影響。

  2.層間位移限制

  高層建筑都具有較大的高寬比,其在風(fēng)力和地震作用下往往能夠產(chǎn)生較大的層間位移,甚至?xí)^結(jié)構(gòu)的位移限值。而國(guó)內(nèi)普遍認(rèn)為該位移限值大小與結(jié)構(gòu)材料、結(jié)構(gòu)體系甚至裝修標(biāo)準(zhǔn)以及側(cè)向荷載等諸多因素有關(guān),其中鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的位移限值(一般在1/400-1/700范圍內(nèi))則比鋼結(jié)構(gòu)(1/200-1/500范圍內(nèi))要求嚴(yán)格,風(fēng)荷載作用下的限值比地震作用下的要求嚴(yán)格。因此在進(jìn)行高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)建筑物的實(shí)際情況以及所處的地理位置進(jìn)行設(shè)計(jì),既要滿足其具有足夠的剛度又要避免結(jié)構(gòu)在水平荷載的作用下產(chǎn)生過大的位移而影響結(jié)構(gòu)的承載力、穩(wěn)定性以及正常使用功能等。

  3.控制地震扭轉(zhuǎn)效應(yīng)

  大量事實(shí)表明,當(dāng)建筑結(jié)構(gòu)的平面布置等不規(guī)則、不對(duì)稱導(dǎo)致建筑層間水平荷載合力中心與建筑結(jié)構(gòu)剛度中心不重合,在地震發(fā)生時(shí)建筑結(jié)構(gòu)除發(fā)生水平位移外還易發(fā)生扭轉(zhuǎn)性破壞甚至?xí)䦟?dǎo)致結(jié)構(gòu)整體倒塌,因此在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)充分重視扭轉(zhuǎn)的影響。由于建筑物在扭轉(zhuǎn)作用下各片抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的層間變形不同,其中距剛心較遠(yuǎn)的結(jié)構(gòu)邊緣的抗側(cè)力單元的層間側(cè)移最大;同時(shí)在上下剛度不均勻變化的結(jié)構(gòu)中,各層的剛度中心未能在同一軸線上,甚至?xí)a(chǎn)生較大差距,以上情況都會(huì)使各層結(jié)構(gòu)的偏心距和扭矩發(fā)生改變,因此,在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)對(duì)各層的扭轉(zhuǎn)修正系數(shù)分別計(jì)算。計(jì)算時(shí)應(yīng)主要控制周期比、位移比兩個(gè)重要指標(biāo),即當(dāng)兩個(gè)控制參數(shù)的計(jì)算結(jié)果不能滿足要求時(shí)則必須對(duì)其進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)周期比不滿足要求時(shí)可采用加大抗側(cè)力構(gòu)件截面或增加抗側(cè)力構(gòu)件數(shù)量的方法,并應(yīng)將抗側(cè)力構(gòu)件盡可能的均勻布置在建筑四周,以減小剛度中心與質(zhì)量中心的相對(duì)偏心,若調(diào)整構(gòu)件剛度不能滿足效果時(shí)則應(yīng)調(diào)整抗側(cè)力構(gòu)件布置,以增大結(jié)構(gòu)抗扭剛度。

  4.減小地震能量輸入

  具有良好抗震性能的高層建筑結(jié)構(gòu)要求結(jié)構(gòu)的變形能力滿足在預(yù)期的地震作用下的變形要求,因此在設(shè)計(jì)過程中除了控制構(gòu)件的承載力外還應(yīng)控制結(jié)構(gòu)在地震作用下的層間位移極限值或位移延性比,然后根據(jù)構(gòu)件變形與結(jié)構(gòu)位移的關(guān)系來確定構(gòu)件的變形值,同時(shí)根據(jù)截面達(dá)到的應(yīng)變大小及分布來確定構(gòu)件的構(gòu)造要求,選擇堅(jiān)硬的場(chǎng)地土來建造高層建筑等方法來減小地震能量的輸入。

  5.減輕結(jié)構(gòu)自重

  對(duì)于同樣的地基條件下進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)若減輕結(jié)構(gòu)自重則可相應(yīng)增加層數(shù)或減少地基處理造價(jià),尤其是在軟土基礎(chǔ)上進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)這一作用更為明顯,同時(shí)由于地震效應(yīng)與建筑質(zhì)量成正比,而高層建筑由于其高度大重心高等特點(diǎn),在地震作用時(shí)其傾覆力矩也隨之增加,因此,為了盡量減小其傾覆力矩應(yīng)對(duì)高層建筑物的填充墻及隔墻盡量采用輕質(zhì)材料以減輕結(jié)構(gòu)自重。

  6.選擇合理結(jié)構(gòu)類型

  高層建筑的豎向荷載主要使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生軸向力,水平荷載主要產(chǎn)生彎矩。其豎向荷載方向不變,但隨著建筑高度增加而增加,水平荷載則來自任何方向,因此豎向荷載引起建筑物的側(cè)移量非常小,而水平荷載產(chǎn)生的側(cè)移則與高度成四次方變化,即在高層結(jié)構(gòu)中水平荷載的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于豎向荷載的影響,因此水平荷載應(yīng)為設(shè)計(jì)的主要控制因素,在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)需在滿足建筑功能及抗震性能的前提下選擇切實(shí)可行的結(jié)構(gòu)類型,使其具有良好的結(jié)構(gòu)性能。

  7.盡可能設(shè)置多道抗震防線

  當(dāng)發(fā)生強(qiáng)烈地震之后往往伴隨多次余震,如只有一道防線,則在第一次破壞后再遭余震,將會(huì)因損傷積累導(dǎo)致倒塌。抗震結(jié)構(gòu)體系應(yīng)有最大可能數(shù)量的內(nèi)部、外部冗余度,有意識(shí)地建立一系列分布的屈服區(qū),主要耗能構(gòu)件應(yīng)有較高的延性和適當(dāng)剛度,以使結(jié)構(gòu)能吸收和耗散大量的地震能量,提高結(jié)構(gòu)抗震性能,避免大震時(shí)倒塌。

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