倪 楠
(吉林省經(jīng)濟管理干部學院,長春 130012)
淺析高層建筑的抗震設計
倪 楠
(吉林省經(jīng)濟管理干部學院,長春 130012)
本文著重介紹了目前高層建筑結構抗震設計中出現(xiàn)的問題,對目前出現(xiàn)的問題提出了幾點建議。
彈塑性時程動力分析方法;彈塑性時程靜力分析方法;高層建筑結構設計;抗震設防類別
自世界上第一幢高層建筑出現(xiàn)后。高層建筑不僅在建筑高度大幅度加大,,而且在結構類型和材料的選用上也發(fā)生了巨大的變化。中國處于地震多發(fā)帶,抗震設防是工程設計必須解決的東西,因而建筑結構抗震設計中的高層建筑處于非常重要的位置。
2010年(修訂版)抗震設計規(guī)范中高層建筑部分的抗震設計計算是在多遇地震作用下,用反應譜理論計算地震作用, 用彈性方法計算位移和內力, 構件設計用極限狀態(tài)方法。重要建筑和有特殊要求的建筑, 補充計算采用時程分析法,同時在大震作用下的進行變形驗算。要求彈塑性計算,在加強高層建筑物的抵抗地震作用方面是十分有用的。在高層結構彈塑性分析方面,主要用彈塑性動力分析和彈塑性靜力分析兩種方法。
彈塑性動力分析方法,用層模型和桿模型等簡化的結構計算模型,地震波被直接輸入,考慮彈塑性性能情況,根據(jù)彈塑性恢復特性構建動力方程,采用逐步積分方法求出地震作用過程中速度、加速度和位移的時程變化, 彈塑性動力分析方法描述建筑結構在強震作用下,在非彈性和彈性階段的內力的變化過程,以及結構各種構件逐漸開裂、各種構件彎曲屈服、破壞直到完全倒塌的整個過程。
彈塑性時程分析方法,要求結構設計人員有很高水平的結構專業(yè)知識, 地震波對計算結果的影響很大。一些專家提出彈塑性靜力分析方法進行抗震分析的方法。彈塑性靜力分析方法,應用三維空間模型或者空間協(xié)同平面結構模型,根據(jù)墻、柱、梁的材料、配筋及截面尺寸來計算確定其彈塑性力—變形關系;在施加荷載結構上,荷載逐步加大,桿端出現(xiàn)屈服,隨后塑性鉸出現(xiàn),直至層間位移角數(shù)值足夠大或,塑性鉸數(shù)量足夠多,最后計算結束。彈塑性靜力分析方法可以知曉結構中墻、柱、梁的承載力與內力之間的變化關系,以及墻、柱、梁承載力間的關系,得出的結果看否符合抗震設計的要求,并可知道整個結構的薄弱部位,還可知道不同受力階段的側移變形,給出底部剪力—頂點側移關系曲線以及層剪力—層間變形關系曲線等等。
3.1 設防標準和抗震設防依據(jù)的一些問題
1)建筑結構設計說明圖紙中沒有寫出建筑物抗震設防類別和設防烈度,圖紙中沒有抗震設防標準,無法進行抗震設計。
2)設計文件中雖然有抗震設防烈度,但是設計文件與地質勘察報告中抗震設防烈度數(shù)值不一樣。
3) 建筑物抗震設防類別和抗震設防烈度數(shù)值出現(xiàn)錯誤。
3.2 設計中地基和基礎的一些問題
1)工程地質勘察與抗震設防要求不相符。
2)場址選擇中,場地的地質構造、土質和地形沒有完全勘察清楚。
3)建筑地基處理中,對一些特殊土質的判別和采取處理措施不合理。
4)基礎設計偏于保守,造成浪費。
3.3 結構布局不合理。
3.4 抗震構造不滿足抗震的要求。
4.1 避開地震動的卓越周期
在場地地面的運動過程中,都會有一個破壞性最大的周期,這個卓越周期如果和建構筑物的結構自振周期相近或相等,就會加重建構筑物的破壞程度,反之則會減少。 高層建筑在進行設計時,第一要計算在地震作用下在場地中建筑物的地震動卓越周期.之后,在建筑結構方案選擇時,采取改變建筑結構類型和建筑高度,盡可能的拉開地震動卓越周期與建筑物基本周期數(shù)值。
4.2 基礎的隔震措施的采用
為了建筑物免于損壞和倒塌,以前的結構抗震設計是依靠建筑的承載能力和變形能力,來抵消地震作用。地震對建筑的破壞能量來自地面,通過地基和基礎向上部建筑傳遞。從歷史上地震過程中發(fā)現(xiàn),在地震作用過程中建筑底部的一定滑動,極大地減少了上部建筑的損壞程度。
目前有很多在可動概念下的基礎隔震的方案,(1)軟墊基礎隔震。建筑底部部置帶鉛芯的鋼板橡膠基礎隔振裝置,讓整個建筑在軟墊層上,在發(fā)生地震時,建筑底部與地平面之間發(fā)生相對的水平位移,建筑自振周期加大,建筑的主要變形大都發(fā)生在軟墊層處,上部建筑的層間側移移動的距離很小,以使整個建筑物免于倒塌。(2)滑移基礎隔震。建筑基礎底面位置部置砂粒、鋼球、石墨、鋼珠等多種材料形成的滾動層或滑移層,房屋在地震發(fā)生時在滾動層或滑移層發(fā)生較大位移的滑動,達到保護建筑的目的。(3)擺動基礎隔震。擺動基礎隔震方式本質上是柔性底層方法的引伸和改進加強。(4)懸吊基礎隔震。整個房屋懸布置在支架下方,避免地震作用的直接作用,以使建筑物的地震慣力大幅度減少。
4.3 結構阻尼的提高
在建筑結構上設置一定的阻尼器,用來吸收地震產(chǎn)生的能量,減小建筑結構的變形,使結構阻尼的得以提高。
目前,中國各個城市出現(xiàn)了許多高層建筑和超高層建筑,對其建筑抗震設計的要求越來越高。建筑的抗震設計方案要根據(jù)建筑物體型、結構特點、荷載性質和地質條件等綜合分析。
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10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.20.110
倪楠(1981-),男,吉林長春人,結構工程專業(yè),講師,主要研究建筑安全。