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淺談高層建築抗震設計措施

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爲了減輕地震所造成的損害,高層建築的抗震能力必須得到有效的提高,那麼,高層建築抗震設計措施是?

淺談高層建築抗震設計措施

摘要:隨着經濟的不斷髮展,城市不斷壯大,促進了建築行業的發展。但我國人口衆多,城市用地不足,高層建築逐漸成爲了城市建設的主導。高層建築的抗震設計是設計者需要重點關注和解決的問題。和其他自然災害不一樣,地震是很難做到提前預防。到目前爲止,在世界範圍內,地震的預測是公認的難題。高層建築的抗震設計已經成爲了業內人士急需要解決的問題。文章透過對高層建築抗震性能的理論研究,提出了在前期施工和設計時所需要注意的問題,並給出了具體的防範措施,希望能得到同行的認可和指教,切實可行的落實到設計修建當中。

關鍵詞:高層建築;抗震設計;形體;構件佈置

爲了減輕地震所造成的損害,高層建築的抗震能力必須得到有效的提高。但由於地震發生的突然性以及不確定性,因此在高層建築的抗震設計不能只依賴理論的計算,更多的應該結合以往災害發生的原因和前人總結的抗震理念。以此實現小震不壞、中震可修、大震不倒的基本理念,儘可能的降低地震所造成的人員傷亡和經濟損失,給廣大人民羣衆一個舒心的生活環境。

1我國地震的特點

基於構造地震的活動特點,和特殊的自然條件和地形、社會條件以及歷史因素,我國的地震災害主要有以下特點:①地震的頻率較高。我國地處世界兩大地震帶-環太平洋地震帶和歐亞地震帶的交匯處,有非常明顯的地震活動性,光記錄在案七級以上的地震就有十多起,5級以下的地震一年發生上千起;②災情較爲嚴重。我國大陸的地震震源一般都比較淺,大都在地殼內部10~25km,破壞力可想而知。超過五級的地震,在我國就會造成大量的房屋倒塌和人員的傷亡;③伴有很嚴重的次生災害。我國地勢西高東低,呈階梯狀分佈,地勢複雜多樣,丘陵、山地、平原、盆地、高原均有分佈。地震的直接災害,常常會引起火災、水災、滑坡、泥石流、颱風、海嘯,由於震後人員的安置比較集中,密度較大,加之震後醫療設備的不齊全,衛生環境跟不上,很容易導致大規模疫情的傳播,給人們身體和心理上造成多重的傷害,遠比地震的直接損害要更爲嚴重;④成災面積廣,地震波及範圍大,發生一次規模較大的地震,它有可能波及震中周圍幾百或者上千公里之內的地界。如我國2008年5月12號發生的汶川地震,除了黑龍江和遼寧,其他省份均有明顯的震感,最遠波及到了3000km之外的曼谷,可想而知它的威力之大、範圍之廣;⑤地震災害呈一定的週期,目前我國處於地震高發時期,可能會維持到下個世紀初,因此一定要提前做好預防,加強建築的抗震能力。

2建築形體及構件佈置的規則性對高層抗震的影響

2.1平面不規則

平面不規則的類型主要分爲扭轉不規則、凹凸不規則、樓板局部不連續。《規範》規定:建築及其抗側力結構平面佈置宜規則、對稱並具有良好的整體性。層間的佈置、劃分屬於建築平面的佈置。內牆結構的佈置、可活動的空間面積、樓梯與通道的佈置位置、竹子間的距離大小、樓層間的變化佈置等。如果在建築平面時,牆體不對稱佈置,柱子與牆體不協調、不對稱分佈,在平面上將會造成建築結構質量與剛度不協調、不對稱分佈,在地震時使建築物發生扭轉地震作用。有的建築物的電梯井筒的剛度很大,卻被佈置在建築平面的一側或角部,發生地震時,使得靠電梯井筒一側建築物破壞嚴重,這是由於地震作用的主要部分被電梯井筒很大的抗側力剛度吸引了,此典型震害的一例就是1972年的南美洲那瓜高十五層的中央銀行大廈。因爲部分建築物在佈置平面時一側牆少,一側牆多,內隔牆中斷或不對稱,所以在地震發生時,地震力傳遞受阻和剛度發生突變等,這些都表明平面佈置影響結構抗震很明顯。

2.2豎向不規則

豎向不規則的類型分爲側向剛度不規則、豎向抗側力構建不連續、樓層承載力突變。《規範》規定:建築的豎向剖面宜規則,豎向抗側力構建的材料強度和截面尺寸宜自上而下逐漸增大,防止抗側力結構的側向剛度和承載力突變。根據《規範》的`要求對建築的的突變限度和高度進行限制,避免產生豎向不規則類型,使豎向分佈剛度和質量比較均勻,防止產生突變,避免產生薄弱和扭轉。

3框剪結構中剪力牆受力特徵

框剪結構中能夠影響結構剛度的因素有很多,諸如剪力牆的介面尺寸、數量、位置以及它自身的形狀等,其中對結構剛度影響最深的是剛度理論。在框剪結構中,結構的剛度和剛度分佈是由剪力牆佈置的位置和數量決定的。《高層規程》將高層建築分爲兩級,即高層建築(A級),超限高層建築(B級),對應於不同的抗震設計等級,不同結構有不同的適用高度。框剪結構中,發揮最大作用的是剪力牆。剪力牆是抗側力構件,採用這種結構時應在兩個主軸外側佈置剪力牆,從而形成雙向側力體系。框架結構體系是利用樑柱組成的縱橫兩個方向的框架形成的結構體系。它同時承受豎向荷載和水平荷載。其主要優點是建築平面佈置靈活,可形成較大的建築空間,建築立面處理比較方便。主要缺點是是橫向剛度小,當層數較多時,會產生過大的側移,易引起非結構性構件(如隔牆,裝飾等)破壞進而影響使用。在非地震區,框架結構一般不超過15層。框架結構的內力分析通常是用計算機進行精確分析。框架剪力牆結構也稱框剪結構,這種結構是在框架結構中佈置一定數量的剪力牆,構成靈活自由的使用空間,滿足不同建築功能的要求,同時又有足夠的剪力牆,有相當大的側向剛度(剪力牆的側向剛度大就是指在水平荷載(風荷載和水平地震力)的作用下抵抗變形能力強)。框架結構的缺點是側向剛度小,當層次較多時,全產生過大的側移,易引起非結構性構件破壞而影響使用,但它具有平面佈局靈活,可形成較大建築空間的優點,爲了保留這個優點,同時又提高其側向剛度,便產生了框架剪力牆結構。這個結構主要特點是在保留框架結構優點的基礎上由於增設了抵抗剪力的剪力牆,從而地增加了其側身剛度,在這個結構體系中剪力牆承擔了80%的以上的水平荷載,而其中的框架僅承擔了約20%,這與框架結構中不管什麼方向的荷載均由框架全部承擔的情況是不同的。當建築高度、設防烈度、建築重要性類別、基底類別等均相同的情況下,對框架結構中的框架要求要比框剪結構中框架的要求等級要高得多。框架結構的特點:建築平面佈置靈活,外牆立面設計也較爲靈活,其變形特點爲剪切變形和彎曲變形組合起來的剪切型變形,框架結構構件類型少,易於標準化,定型化,在材料變形性能良好的時候,可以建造到30層,一般情況下15~20層爲好。剪力牆結構的特點:整體性能好,剛度大,在水平作用下側向變形小,承載力要求也比較容易滿足,其側向變形爲彎曲型,但是由於剪力牆的間距不能過大,所以其平面佈置不夠靈活。爲了克服其缺點,會使用框支剪力牆結構,跳層剪力牆結構。