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抗震概念对建筑结构设计的意义

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一、高层建筑结构抗震概念设计基本原则

传统高层建筑结构设计过分依赖于计算,将计算结构作为评判建筑物结构设计的唯一标准,这种建筑结构设计方法是比较狭隘的。一些建筑物结构虽然抗震计算结果达标,但是建筑物也可能出现整体结构不规整、整体性差的问题。遇到地震灾害时,建筑物的实际抗震性能是达不到要求的。因此,在建筑结构设计环节,需要运用概念设计理论来做好高层建筑物的结构设计工作,一般需要遵循以下基本设计原则。

1.确保建筑物结构设计的规则性以及均匀性高层建筑整体形态不合理、建筑结构不均匀、不规则,对整体建筑物抗震性能的影响是极大的。根据建筑物抗震设计相关规定,进行建筑物抗震设计,需要保证建筑物以及建筑物抗侧力结构平面布置的规则性、对称性,保证建筑物结构的整体性。同时,建筑物的立面方向以及竖向剖面同样需要进行规则布置。建筑物结构在侧向刚度方面,需要保持均匀变化。建筑物在竖向方向的抗侧力构件、构件的截面尺寸以及构件材料强度需要保持从下而上逐渐减小的趋势,从而保持构件的刚度以及承载力符合建筑物整体结构的要求。因此,利用抗震概念设计方法进行结构设计时,需要重视高层建筑物的体形以及整体结构、在设计中尽量做到建筑物的平面形状规则、对称和均匀,将建筑物的长宽比控制在合理范围内,尽量减少建筑物扭转效应。在结构设计时注重考虑建筑物的整体质量、刚度,保证建筑物承载力对称、分布较均匀,尽量做到建筑物质量中心同刚度中心的重合。

2.建筑物结构的刚度以及抗震能力设计地震作用力对建筑物的影响是双向的,进行建筑物抗震结构设计时,需要对建筑物水平、纵向方向上的抗震性能进行保障。因此,在建筑物结构设计过程中,需要沿着建筑物主体结构的两个主轴方向来进行抗震设计,保证两个主轴方向上建筑物的刚度以及抗震性能。只有保证了建筑物主题在各个方向上的刚度和抗震性能,在遭遇地震力破坏时,地震力引起的建筑物结构变形影响才能降到最小,建筑物整体结构的稳定性才能得到保证。在结构设计过程中,结构布置应使结构平面在两个主轴方向均具有足够的刚度和抗震能力,同时还应具有抗扭转刚度和抵抗扭转振动的能力,框架结构应在纵横两个方向布置成双向刚接框架。

3.建筑物设计需要具备规范的计算简图以及有效的传力途径进行建筑物抗震设计,需要借助建筑物结构体系计算简图来进行。然后设计有效的传力途径,将地震作用力最大限度的传递出去,从而保证建筑物结构的可靠性。因此,进行高层建筑抗震结构设计时,需要借助计算机程序对建筑物结构进行计算,从而得到符合实际的建筑物计算结构。对荷载情况下的建筑物结构形态变化进行分析,绘制建筑物结构计算简图。然后通过科学合理的建筑物力学模型以及数学模型,对建筑物的抗震能力进行模拟分析。只有在地震作用力状况下,建筑物的抗震性能才能得到最好的检验,从而设计更加有效的建筑物传力途径。所以,只有利用概念设计方法和数据模型来进行建筑物结构模型设计、计算,对建筑物受力状况下产生的结构内力、建筑物内部变形情况进行分析,才能真正保证建筑物的整体抗震性能,满足建筑物实际使用的需要。

4.在设计过程中选用质量好的材料,保证建筑质量要保高层建筑的抗震性能,需要选用延性好、强度高的构建材料。延性好的材料对能量的吸收能力高,能够很好的满足高层建筑的承载力要求。同时,使用延性好的材料能够降低整体建筑的材料使用量和施工成本。进行概念抗震设计时,需要将建筑物的整体钢筋混凝土结构按照延性机构设计,从而保障整体建筑物的延性基础,保障建筑物良好的抗震性能。

5.保证建筑物地基质量地基是建筑物的基础,良好的地基状况和地基质量是建筑物抗震结构的基本保证。因此,进行高层建筑结构设计时,需要做好选址工作,保证建筑场地质量,不能将高层建筑设计在一些危险地段上。一些地震多发地带和地质结构不稳定地段,在设计时都应该尽量避开。遇到一些在实际设计过程中无法避开的危险地方,需要进行特殊抗震防护设计。同时需要注意的是,地震活动存在一定的周期,建筑物自身同样存在自振周期。如果建筑物的自振周期同地震活动周期重合的话,容易引起共振现场,建筑物结构的稳定性将受到更大的威胁。因此,在进行建筑物选址和设计时,需要对地震周期进行研究,对建筑物层数以及建筑结构类型进行综合考虑,避免共振问题的出现。

二、高层建筑抗震概念设计应用

在高层建筑结构抗震概念设计中,需要利用概念设计中的相关原则来对建筑结构抗震进行优化,主要从以下两个方面来进行。

1.概念设计应用基本准则防止建筑物节点破坏,保证建筑物柱结构的承载力,柱的抗弯能力尤为重要。设计时,要保证柱的抗弯能力比梁体结构的抗弯能力好,防止高层建筑物构件的剪力发生破坏,因此,需要在设计时,对杆件的受剪承载力进行高质量设计,让建筑的受剪承载力高于受弯承载力。由于设计内力计算模型是建立在楼盖平面内刚度无限大的假定的基础上,设计应使楼盖系统有足够的平面内刚度和抗力。并与竖向结构有效连接,从而保证梁、板、柱、墙能共同协同工作。

2.高层建筑抗震概念设计保护措施对于高层建筑物来说,抗震概念设计保护主要需要做到对建筑物构件的荷载效应进行调整和控制,同时还需要对建筑物的构造措施进行硬性规定。例如,通过对建筑物梁端截面混凝土受压高度同混凝土有效高度的比值进行硬性规定,对梁的变形进行有效的控制。通过抗震概念设计相关试验研究,当高层建筑物的钢筋混凝土梁结构的位移延性系数设计为3~4时,同时将混凝土受压区域的相对高度控制在0.25~0.35之内时,建筑物的抗震性能能够达到最佳。

三、结语

高层建筑物的抗震性能十分重要,良好的抗震性能才能保证建筑结构的稳定和安全。本文根据建筑物抗震结构设计相关规范,分析了抗震概念设计在高层建筑结构设计中的应用。结果证明,运用抗震概念设计,能够对建筑物的抗震性能进行保证。通过概念设计,可以对建筑物的抗震性能、使用功能以及艺术性等进行综合考虑。从而设计和建造稳固、安全、美观、经济适用的高层建筑,促进建筑行业以及现代城市的发展。

作者:揭伟单位:深圳市建筑设计研究总院有限公司

计算力学学报责任编辑:田老师    阅读:人次