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    高層混凝土建筑的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計研究

    2021-07-12 08:04:25王嘉峰
    關(guān)鍵詞:框架結(jié)構(gòu)剪力墻抗震

    王嘉峰

    沈陽原構(gòu)設(shè)計咨詢有限公司 遼寧 沈陽 110000

    1 引言

    建筑行業(yè)快速發(fā)展,為適應(yīng)多樣化的建筑功能需求,高層建筑的結(jié)構(gòu)形式也日趨復(fù)雜多樣。除傳統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框架剪力墻結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu)等基本形式外,超高層建筑、復(fù)雜高層建筑、鋼結(jié)構(gòu)高層建筑、型鋼-混凝土混合結(jié)構(gòu)高層建筑得到越來越廣泛的應(yīng)用。建筑高度的增加和布置的不規(guī)則性給結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計帶來更多復(fù)雜性和挑戰(zhàn)性,有必要進(jìn)行更系統(tǒng)深入的研究。

    2 建筑工程結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計研究的關(guān)鍵意義

    從目前情況來看,地震是人們平時生活中最常發(fā)生的自然災(zāi)害之一,同時地震災(zāi)害產(chǎn)生以后的危害性、破壞性非常大,并且也具備了很強(qiáng)的不可預(yù)估性。因此,一經(jīng)發(fā)生地震,影響程度將特別大,倘若人們居住的建筑沒有抗震能力,就會危及民眾的個人安全以及財產(chǎn)安全。可見,建設(shè)物本身的抗震能力具有了特別關(guān)鍵的作用。在很早以前,我國在對建筑結(jié)構(gòu)抗震標(biāo)準(zhǔn)方面就提出了“小震不壞、中震可修、大震不倒”的準(zhǔn)則,所以大部分結(jié)構(gòu)設(shè)計人員都意識到了建筑結(jié)構(gòu)抗震能力的重要性,并且按相關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計,以保證建筑抗震能力得到顯著的提升,繼而保障建設(shè)物的整體安全穩(wěn)固性,這樣就能最大程度上降低地震對民眾生命財產(chǎn)安全的影響程度。因此結(jié)構(gòu)設(shè)計人員的責(zé)任重大,如何使建筑在地震來臨時發(fā)揮出應(yīng)有的抗震能力,保證人民生命安全與財產(chǎn)安全是結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計人員需要重點研究的內(nèi)容。

    3 高層建筑受力特性

    3.1 荷載作用 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,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。

    3.2 幾何非線性 高層建筑的幾何非線性主要指P-Δ重力二階效應(yīng)。建筑結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下產(chǎn)生側(cè)移,使作用在結(jié)構(gòu)上的重力荷載產(chǎn)生偏心,從而形成附加彎矩作用和彎曲變形,給結(jié)構(gòu)受力帶來不利影響。同等水平荷載作用下,結(jié)構(gòu)剛度越小,產(chǎn)生側(cè)移越大,同時結(jié)構(gòu)自重越大,偏心彎矩也隨之越大。因此結(jié)構(gòu)的剛重比是控制P-Δ效應(yīng)的主要指標(biāo),當(dāng)剛重比小于一定值時,就必須考慮幾何非線性性的不利影響。考慮二階效應(yīng)時,應(yīng)區(qū)分結(jié)構(gòu)的變形形態(tài),對于剪切型變形結(jié)構(gòu)(如框架結(jié)構(gòu))應(yīng)分層計算PΔ效應(yīng)影響,而對于彎剪型變形結(jié)構(gòu)(如剪力墻結(jié)構(gòu)、框架剪力墻結(jié)構(gòu)、筒體結(jié)構(gòu)等)應(yīng)整體計算結(jié)構(gòu)的P-Δ效應(yīng)影響。

    4 建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計重點

    4.1 抗震結(jié)構(gòu)材料的選擇要求 建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計在材料上的選擇需要綜合考慮選建筑成本、結(jié)構(gòu)剛度、延性、強(qiáng)度等因素。常用建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計要求為:(1)為滿足抗震設(shè)計的要求,砌體結(jié)構(gòu)需要按照規(guī)范規(guī)定設(shè)置保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的圈梁與構(gòu)造柱;(2)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)要對抗震結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面尺寸有合理的選擇,并且保證相應(yīng)的配筋率,不能少筋多筋。使結(jié)構(gòu)發(fā)生的剪切破壞與脆性破壞;(3)大跨度結(jié)構(gòu)下選擇預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件應(yīng)嚴(yán)格規(guī)范要求進(jìn)行計算,并按計算結(jié)果配置預(yù)應(yīng)力鋼筋。

    4.2 抗震等級的確定 建筑結(jié)構(gòu)的抗震等級,是保證抗震措施的重要參數(shù),因此,正確地確定抗震等級,才能保證建筑抗震能力??蚣芙Y(jié)構(gòu)、抗震墻結(jié)構(gòu)的抗震等級按規(guī)范表格直接確定,而框剪結(jié)構(gòu),應(yīng)根據(jù)規(guī)定的水平力作用下結(jié)構(gòu)底層框架部分承受的地震傾覆力矩與結(jié)構(gòu)總地震傾覆力矩的比值確定相應(yīng)的抗震等級,當(dāng)比值小于等于10%時,剪力墻部分抗震等級按剪力墻結(jié)構(gòu),框架部分抗震等級按框剪結(jié)構(gòu);當(dāng)比值大于10%但小于等于50%時,按框剪結(jié)構(gòu)確定抗震等級;當(dāng)比值大于50%時,框架部分抗震等級按框架結(jié)構(gòu),剪力墻部分抗震等級按框架結(jié)構(gòu)。

    4.3 結(jié)構(gòu)抗震計算 進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗震驗算,是目前保證建筑抗震能力的最主要的手段之一,也是我們進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計時接觸最多的內(nèi)容。進(jìn)行抗震驗算之前,先要通過建筑所處地理位置,查區(qū)劃圖或者《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》確定地震動參數(shù)。一般情況下,我們只需要驗算水平地震作用,但當(dāng)遇到大跨度、長懸挑等結(jié)構(gòu)形式時,要注意驗算豎向地震作用。隨著建筑規(guī)模越來越大,復(fù)雜程度也明顯增加,結(jié)構(gòu)抗震計驗算已基本通過結(jié)構(gòu)分析軟件來進(jìn)行,比如國內(nèi)常用的PKPM、YJK。通過抗震驗算,我們可以得到地震作用下建筑的變形、構(gòu)件的內(nèi)力等結(jié)果和數(shù)據(jù)。通過對結(jié)果和數(shù)據(jù)的分析,反過來調(diào)整結(jié)構(gòu)布置,從而使建筑的變形、構(gòu)件的內(nèi)力滿足規(guī)范限值要求,完成抗震計算。由此可知,結(jié)構(gòu)抗震驗算,是一項需要反復(fù)試算、推敲、調(diào)整,從而選取最優(yōu)結(jié)構(gòu)布置的過程,通過這個過程,結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的主要工作基本完成。

    5 結(jié)束語

    高層建筑是現(xiàn)代化城市發(fā)展的主要載體之一,成為諸多城市的地標(biāo)性建筑。隨著我國城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加劇,為滿足人們對建筑美觀、舒適等多樣化需求,圍繞高層建筑的理論研究、分析設(shè)計和建造實踐正在不斷發(fā)展完善。高層建筑的結(jié)構(gòu)理論分析和設(shè)計實踐在目前相對成熟的標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)驗基礎(chǔ)上,還有很多方面值得深入研究和創(chuàng)新發(fā)展。

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