高層建筑結(jié)構(gòu)分析與抗震設(shè)計(jì)探究

韋會(huì)敏

摘要：目前，隨著我國經(jīng)濟(jì)水平和快速發(fā)展，現(xiàn)代建筑逐漸的呈現(xiàn)出超高化、形體多樣化和功能復(fù)雜化的特點(diǎn)，越來越多的超限高層建筑應(yīng)運(yùn)而生。在高層建筑的設(shè)計(jì)過程中，抗震設(shè)計(jì)一直都是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的一個(gè)主要目標(biāo)，也是一個(gè)工程設(shè)計(jì)過程中的重點(diǎn)、難點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：高層建筑;結(jié)構(gòu);抗震設(shè)計(jì)

引言

結(jié)合高層建筑結(jié)構(gòu)功能特性及建設(shè)要求，注重其抗震設(shè)計(jì)探討，積極開展相應(yīng)的設(shè)計(jì)工作，可使高層建筑處于良好的應(yīng)用狀態(tài)，細(xì)化其設(shè)計(jì)內(nèi)容，滿足高層建筑在實(shí)踐中的抗震性能可靠性要求。因此，在對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)方面進(jìn)行研究時(shí)，應(yīng)給予其抗震設(shè)計(jì)更多的關(guān)注，深入分析相應(yīng)的設(shè)計(jì)重點(diǎn)，并將具體的工作計(jì)劃實(shí)施到位，促使高層建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)用效果更加顯著，實(shí)現(xiàn)其科學(xué)設(shè)計(jì)目標(biāo)。

1高層建筑受力特性

1.1荷載作用

建筑物受自重、樓屋面可變荷載、豎向地震力等豎向作用和風(fēng)荷載、水平地震力等水平作用。由于建筑物嵌固部位位于地面或地面以下，在分析水平作用下的力學(xué)性能時(shí)，可以近似將建筑物整體看成嵌固于地面的懸臂結(jié)構(gòu)，水平作用的彎矩和變形效應(yīng)將隨建筑物高寬比的增大而顯著加大。對(duì)于高度較低的單層、多層建筑，水平荷載效應(yīng)較小，主要考慮豎向作用影響。對(duì)于高層建筑，隨著房屋高度增大，風(fēng)荷載、水平地震作用成為結(jié)構(gòu)受力分析應(yīng)考慮的主要因素。對(duì)于高層建筑中大跨度、長懸臂、連接體、懸挑等結(jié)構(gòu)、帶轉(zhuǎn)換層的高層建筑以及高抗震設(shè)防烈度地區(qū)的高層建筑，還應(yīng)充分考慮豎向地震作用影響。

1.2變形控制

在水平力作用下，建筑物將產(chǎn)生水平側(cè)移，并隨樓層增高不斷增大，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)幾何非線性的不利影響增加。扣除結(jié)構(gòu)整體彎曲側(cè)移后的層間相對(duì)位移增大至一定值即產(chǎn)生開裂，從而破壞結(jié)構(gòu)正常使用狀態(tài)，因此變形驗(yàn)算是高層建筑結(jié)構(gòu)分析的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。一般需要驗(yàn)算高層建筑在多遇地震作用下的彈性層間位移角，控制結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度。對(duì)于結(jié)構(gòu)薄弱部位，還應(yīng)驗(yàn)算其在罕遇地震作用下的彈塑性層間位移角，以防結(jié)構(gòu)薄弱部位產(chǎn)生彈塑性位移導(dǎo)致構(gòu)件破壞。

1.3材料非線性

在較大荷載如罕遇地震作用下，結(jié)構(gòu)的部分構(gòu)件可能屈服進(jìn)入彈塑性，此時(shí)材料的應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系不再是彈性階段的線性關(guān)系，構(gòu)件的塑性變形也引起結(jié)構(gòu)的內(nèi)力重分布，此時(shí)需要考慮材料非線性的影響。由于應(yīng)力應(yīng)變的非線性關(guān)系，彈塑性變形的計(jì)算較為復(fù)雜，根據(jù)結(jié)構(gòu)承受靜力荷載和動(dòng)力荷載的不同，可采用靜力彈塑性或彈塑性時(shí)程分析方法，建立相應(yīng)計(jì)算模型，應(yīng)用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行計(jì)算分析。在滿足計(jì)算精度的前提下，對(duì)層高較低的部分規(guī)則結(jié)構(gòu)可以采用彈性變形乘以相應(yīng)彈塑性增大系數(shù)的方法進(jìn)行近似計(jì)算。

2高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)

2.1科學(xué)合理的選擇地理位置

為了高層建筑在地震發(fā)生時(shí)能夠更好地保護(hù)人員安全和減少財(cái)產(chǎn)損失，一定要科學(xué)合理的選擇地理位置。高層建筑結(jié)構(gòu)在遇到地震時(shí)，會(huì)遭受到不同程度的破壞。因此，對(duì)于高層建筑來說，要選擇能夠抗震的有利場(chǎng)所去修建高層建筑結(jié)構(gòu)，避免高層建筑因自然災(zāi)害問題受影響，減輕地震對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)帶來的損失。對(duì)于地基的選擇，一定要通過對(duì)建筑地塊進(jìn)行地質(zhì)勘查，通過科學(xué)合理的方法去找到適合高層建筑結(jié)構(gòu)修建的場(chǎng)所，避免高層建筑結(jié)構(gòu)在不利場(chǎng)地修建。高層建筑結(jié)構(gòu)的建筑地基對(duì)其影響比較深，因此，選擇合理的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)形式，避免不利地基對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)帶來不利影響。在選擇地基時(shí)，一定要對(duì)地基周圍的水文地質(zhì)情況進(jìn)行全方位了解，保證高層建筑結(jié)構(gòu)建筑能夠有一個(gè)科學(xué)的修建場(chǎng)地，避免水文地質(zhì)的影響造成抗震性能不達(dá)標(biāo)。設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)階段應(yīng)多推敲抗震設(shè)計(jì)方案，多研究多討論，可以多聽取專家的意見，選擇最合適、最科學(xué)合理的施工方案進(jìn)行建設(shè)。

2.2高層建筑結(jié)構(gòu)建筑的材料選擇

建筑材料的選擇對(duì)于高層建筑結(jié)構(gòu)來說是非常重要的，因此，一定要重視高層建筑結(jié)構(gòu)建筑材料的選擇。對(duì)于建筑材料的選擇，如果不能夠達(dá)到高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的建筑標(biāo)準(zhǔn)，就無法滿足抗震性能設(shè)計(jì)的要求，一旦遇到地震，高層建筑結(jié)構(gòu)也會(huì)很難發(fā)揮其預(yù)期的抗震性能去保證人員的安全。對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)來說，一般是采用鋼和混凝土兩種材料進(jìn)行組合，具體的結(jié)構(gòu)形式有鋼結(jié)構(gòu)型鋼混凝土結(jié)構(gòu)，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)等。規(guī)則結(jié)構(gòu)本身是一個(gè)整體，不均勻下沉或傾斜會(huì)造成其整體破壞，但不會(huì)直接造成局部拉裂;錯(cuò)層或連體結(jié)構(gòu)，即使結(jié)構(gòu)在合適的部位設(shè)置變形縫，也不可避免在地震時(shí)因各部分獨(dú)立振動(dòng)而又相互牽連而導(dǎo)致直接拉裂。構(gòu)造柱只抵抗軸力，在高層中剪力極大，最易破壞。因此，材料選擇對(duì)高層建筑結(jié)構(gòu)非常重要。

2.3對(duì)建筑結(jié)構(gòu)抗震性能進(jìn)行最有效的設(shè)計(jì)

我國現(xiàn)在高層建筑非常的多，而且高層建筑的建筑高度也比較高，一般都在一百米以上，所以是在設(shè)計(jì)時(shí)都會(huì)采取雙筒結(jié)構(gòu)，這樣在施工的過程中利用筒中筒以及框架結(jié)構(gòu)可以最大化的保證其抗震性，但是這還是需要相關(guān)設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)高層建筑時(shí)多考慮一些因素，與建筑地實(shí)際情況結(jié)合，保證整個(gè)高層建筑設(shè)計(jì)的穩(wěn)定性和安全性，充分地考慮到每一個(gè)支撐體系的穩(wěn)定性，不斷地改善設(shè)計(jì)方案，使得高層建筑的抗震性達(dá)到最大，降低地震能量對(duì)高層建筑的破壞。確保從設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)就提升高層建筑整體的抗震性，使得房屋能夠最大化的在地震中保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，減少不必要的損失，保證住戶的安全，同時(shí)也要兼顧高層建筑的美觀性。

結(jié)語

綜上所述，通過對(duì)不同設(shè)計(jì)重點(diǎn)的分析與考慮，有利于提高高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)工作效率及質(zhì)量，完善相應(yīng)的設(shè)計(jì)方案，避免加大高層建筑建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)，充分發(fā)揮抗震設(shè)計(jì)的實(shí)際作用。因此，未來在提升高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)水平、增強(qiáng)抗震設(shè)計(jì)應(yīng)用效果的過程中，應(yīng)對(duì)具體的設(shè)計(jì)重點(diǎn)進(jìn)行科學(xué)分析，積極開展相應(yīng)的設(shè)計(jì)工作，促使高層建筑應(yīng)用中有著良好的抗震性能。長此以往，有利于豐富高層建筑設(shè)計(jì)內(nèi)涵，延長其使用年限。

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