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浅谈高层建筑的抗震防风结构设计

2013-09-30 09:54   来源:企业文化杂志 作者: 周震元  点击:

浅谈高层建筑的抗震防风结构设计 周震元 广东名都设计有限公司广西分公司 摘 要:建筑水平的提高,越来越多的高层建筑涌现。对高层建筑结构设计的设计人员提出了更高的要求,特别对于高层建筑来说,抗震防风是结构设计中的重要部分,它关系到人们生命财产的

  浅谈高层建筑的抗震防风结构设计

  周震元 广东名都设计有限公司广西分公司

  摘 要:建筑水平的提高,越来越多的高层建筑涌现。对高层建筑结构设计的设计人员提出了更高的要求,特别对于高层建筑来说,抗震防风是结构设计中的重要部分,它关系到人们生命财产的安全。

  关键词:高层建筑 抗震 防风 设计

  1高层建筑结构设计的特点

  1.1轴向变形不容忽视

  高层建筑中,竖向载荷很大,能在柱中引起较大的轴向变形,对连续梁弯矩产生影响,造成连续梁中间支座处的负弯矩减小,跨中正弯矩和端支座负弯矩值增大;此外还会对预测构件的下料长度产生影响,要求根据轴向变形计算值,对下料长度进行调整;另外对构件剪力和侧移产生影响,与考虑构件竖向变形比较,会得出偏于不安全的结果。

  1.2结构延性是重要设计指标

  相对于底层建筑而言,高层建筑的结构更柔和一些,在地震作用下的变形更大一些。为了使高层建筑结构在进入塑性变形阶段后仍具有较强的变形能力,避免倒塌,特别需要在构造上采取恰当的措施,来保证结构具有足够的延性。

  1.3水平荷载成为决定因素

  一方面,因为高层建筑楼房自重和楼面使用荷载在竖构件中所引起的轴力和弯矩的数值,仅与建筑高度的一次方成正比;而水平荷载对结构产生的倾覆力矩以及由此在竖构件中引起的轴力,是与楼房高度的两次方成正比;另一方面,对某一定高度楼房来说,竖向荷载大体上是定值,而作为水平荷载的风荷载和地震作用,其数值是随结构动力特性的不同而有较大幅度变化。

  2高层建筑结构抗震设计

  2.1重视建筑结构的规则性

  合理的建筑布置在抗震设计中是最重要的,提倡平立面简单对称,以往的震害表明,这种类型的建筑不容易在地震灾害中受损。规则建筑主要体现在建筑物的平面和里面的形状简单;抗侧力体系的刚度承载力上下变化连续、均匀;平面布置基本对称。

  2.2抗震设计的原则

  2.2.1刚柔并济

  在进行建筑物的抗震设计中,不应该一味追求提高结构的抗力,需要根据初定的尺寸和混凝土等级算出结构的刚度,再由结构刚度算出地震力,然后计算配筋。如果结构刚度太大,地震作用效应就很大,为低于地震而需要配更多的钢筋。这样的大结构刚度的建筑物在地震中反而会导致局部受损。而太柔的结构虽然有较好的延展性,但是容易造成变形而无法使用。要想达到刚柔并济的效果,既能满足变形要求,又能减少地震力。

  2.2.2多道设防原则

  一个完整的抗震体系,应是由若干个延生较好的分体系组成,并由延生较好的结构构件链接起来协同工作,比如框架-剪力体系是由延性框架和抗震墙两个分体系组成。这样在地震中,如果一道防线破坏了,还有其他支撑。

  2.2.3抗侧力结构和构件应设计成延性结构或构件

  只有在结构是延性结构时,由于塑性变形可以消耗地震能量,结构变形加大,但结构承受的地震作用不会直线上升,也就是说结构是用它的变形能力在抵抗地震作用。延性结构的构件设计应遵守“强柱弱梁,强剪弱弯,强节点弱杆件,强底层弱柱”的原则,承受竖向荷载的主要构件不应该作为主要耗能构件。

  2.3高层建筑结构的抗震设计方法

  2.3.1不同的建筑高度选择不同的设计方法

  根据我国《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)对各类建筑结构的抗震计算应采用的方法有以下规定:高度不超过40米,以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀的结构,以及近似于单质点体系的结构,可采用底部剪力法等简化方法。除此之外的建筑结构,宜采用振型分解反应谱方法。特别不规则的建筑、甲类建筑和限制高度范围的高层建筑,应采用时程分析法进行多遇地震下的补充计算,可取多条时程曲线计算结果的平均值与振型分解反应谱法计算结果的较大值。

  2.3.2推广使用隔震和消能减震的设计方法

  目前,建筑业普遍采用的传统抗震结构体系是“延性结构体系”,即适当控制结构物的刚度,但容许结构构件在地震时进入非弹性状态,并具有较大的延性,以消耗地震能量,减轻地震反应,使建筑物“裂而不倒”。采取软垫隔震、滑移隔震、摆动隔震、悬吊隔震等措施,改变结构的动力特性,减少地震能量输入,减轻结构地震反应,是一种很有发展前景的防震措施。

  3高层建筑的防风设计

  风力随时间波动,但是对于许多建筑来说其动态作用很小,风荷载可以用正常动态方法处理,对于细长的建筑来说,动态作用显著。量化风荷载最重要的参数就是风速,对于设计最基本的就是最大风速,用来预测结构的设计寿命。影响防风设计的因素有:

  3.1地理位置

  在某些区域统计风速比其他地方大,很多地区,现在有大量的统计数据可用,基本风速通常以等值线的形式公布出来,等值线就是绘制在地图上的相等的基本风速线。

  3.2物理位置

  如果高层建筑物所处在暴露地点,风一阵阵吹得速度会更高,如在沿海比在内陆地区的城市中心,因为不同的表面粗糙度降低了平面上的风速,粗糙系数考虑到了这种变化,它与地形的粗糙度以及高于地面的高度有关。

  3.3建筑结构尺寸

  建筑物的高度与防风有紧密关系,因为随着离地平面高度的增加,风速增加。平均风速由参考风速决定,参考风速是建筑高度、地面粗糙度和地形的因式,风压与平均风速的平方成正比。

  4选择合理的结构,处理好建筑与结构的关系

  4.1选择的结构应满足建筑功能要求,做到经济合理,便于施工。建筑物的开间、进深、层高、层数等平面关系和体型除满足使用要求外,还应尽量减少种类,尽可能统一柱网的布置和层高,重复使用标准层。

  4.2高层建筑控制位移是首要关键,除应从平面体型和立面变化等方面考虑提高结构的总体刚度以减少结构的位移。在结构布置时,应加强结构的整体性及刚度,加强构件的连接,使结构各部分以最有效的方式共同作用;加强基础的整体性,以减少由于基础平移或扭转对结构的侧移影响,同时应注意加强结构的薄弱部位和应力复杂部位的强度。

  参考文献:

  [1]班奇志.浅谈高层建筑结构概念设计及高层建筑结构体系[J].沿海企业与科技,2009,(02).

  [2]范小平.高层建筑结构概念设计中相关的几个问题应用分析[J]福建建材.2008

  [3]于险峰.高层建筑结构设计特点及其体系[J].建筑技术.2009(24)