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摘要:本文重点分析了高层建筑抗震设计环节存在的诸多问题,并提出有针对性的解决措施,为提升高层建筑抗震设计质量提供基本指引与借鉴。
关键字:高层建筑;抗震设计;问题分析
高层建筑结构设计要充分考虑到建筑结构的抗震性,高层建筑受到地震、振动的影响,会产生严重的危害。为了确保人们的居住环境,以及建筑整体的安全性,要高度重视高层建筑抗震结构设计。
1.高层建筑结构抗震设计概述
1.1地震作用
地震是一种自然现象,几乎每天都会发生,只不过大多震感不明显。我国位于两大地震带之间,是一个典型的地震多发国家,具有活动频率高、分布广、震源浅、强度大等特点,唐山大地震和汶川地震造成了大量的房屋坍塌和生命损伤,给人们造成的创伤至今无法抚平,因此,提高建筑抗震能力具有重要的现实意义。
1.2抗震设计理论
现阶段,抗震设防可以分为多遇地震、设防地震、罕遇地震3个水准点。常规的建筑结构抗震设计普遍遵循小震不坏、中震可修、大震不倒的思想理念,通常情况下,需要进行多遇地震下的弹性分析和罕遇地震下的弹塑性分析。同时,还应该包括设防地震下的中震分析。“三水准抗震设防”思想存在一定的局限性,没有进行定量规定,而且不能有效控制非结构构件,一旦地震发生,导致非结构构件丧失功能,可能会产生不可预估的损失。随着理论研究的不断推进,以及人们对建筑抗震期望值的不断增加,越来越多的抗震设计理论得以发展应用。
2.高层建筑在抗震设计中出现的问题
2.1高层建筑地基的选取问题
目前很多建筑商对高层建筑的地基选择问题,只考虑到是否在繁华地段,空间是否较大,而对地形、地貌等方面考虑较少。实际上对于高层建筑来说,地基应该选择更宽阔、更平缓的地带,土质要密实,而且要尽量远离河岸,建筑物不能跨越两类或多类土壤,要尽量避免凹陷的地势、山崖边与土壤断层处等不利于建筑的地形。如建设者选择这样不合适的地形作为高层建筑的地基,则抗震性能较差,建筑设施会有很大的安全隐患,将处于一定的风险之中。
2.2高层建筑防震度较低
进行高层建筑结构抗震设计时,很多设计师都会使用新型的施工技术和新型材料,有效结合土木工程施工规范与施工力学指标,这样就能提高建筑物的抗震性能,确保其满足抗震指标要求。但是由于部分技术还不成熟,并不能经受住地震的威力,导致最终的建设效果无法符合设计要求,实际的抗震性能比较差。在高层建筑结构抗震设计过程中,还需要提前做好模拟试验,获取各种模拟参数和数据以便为设计工作提供有效的数据支持,从而提高建筑设计方案的可行性和合理性。如果设计人员没有根据实际情况进行模拟实验,很可能设计方案中存在一些不足和缺陷,这样在后期施工中就会出现施工质量问题,带来明显的房屋结构扭转效应,大大降低了高层建筑物的承载力,给高层建筑整体结构的稳定性带来不利影响。
2.3高层建筑材料选择不合理
建筑材料质量直接关系着建筑物的整体建设质量,影响着建筑物的安全性和稳定性。如果建设过程中选用了廉价、不合格的建筑材料,就会严重降低建筑质量,导致建筑物出现渗水、墙皮脱落、地面不牢固等不良问题,一旦遇到地震灾害,此种高层建筑的破坏严重程度要远远高于质量合格的建筑物,遭受惨重损失。由此可见,在高层建筑建设中选择质量合格的建筑材料是至关重要的,建筑企业千万不要为了眼前的短期利益选择质量不合格的建筑材料,否则得不偿失,影响企业的社会形象和市场口碑。
2.4建筑物的整体高度问题
在一定结构形式的高层建筑中,对高层建筑相对应的高度有明确的规定,这主要是考虑到该建筑的安全性能和抗震性能。但是我国现在许多小区、商厦、行政楼越来越高,成为真正意义上的“摩天大楼”,而由于我国现在人口数量越来越多,人口老龄化严重,对于不断增加的人口来说,可用空间也在逐渐减少,这就导致许多高楼超过了我国高层建筑的限制高度。当建筑物高度超过地震极限值时,其抗震性能降低,高楼倒塌时,对周围抗震性能较好的建筑物造成破坏,进而造成不可挽回的损失。因此我国高层建筑在高度的选择上,一定要做好结构设计,首先考虑建筑物的抗震性能,再考虑其高度及其他影响因素,使高层建筑尽可能安全。
3.高层建筑设计抗震对策
3.1选择有利的抗震场地
不同地质条件下的建筑,在面对地震时都有不同的表现。例如,建筑在土质较疏松的河岸地带,与在土质较硬、平坦、开阔的土地上建造的建筑,其抗震能力就有很大区别。因此我们在修建高层建筑时,一定要把好基础建设关。严格做好地质勘探工作,从某种程度上说,能够保证高层建筑的抗震能力。在可能的情况下,应尽量避免不利于建筑的区域,并根据抗震场地设计建筑物的其他抗震因素。
3.2科学合理地进行隔震、消能减震设计
在高层建筑结构抗震设计中,可以将一些效能部件添加到建筑结构中,这样在多震作用下,建筑结构也能达到预期的减震效果,并且仍能确保建筑结构保持在弹性范围内正常工作。同时地震发生时,也能大大降低建筑结构运动中的加速度、位移速度带来的不良反应,有效削弱建筑结构部件的损坏程度,确保土木工程结构和整体建筑物的完整性。进行隔震、消能减震设计时,需要注意以下问题。第一,选择建筑场地和建筑地基时,需要确保地基具有较高的密实性和稳定性,这样才能大大降低地震对建筑物的不良作用。第二,建筑结构间存在不同的差异,这些差异会导致不同的隔振系数,在设计过程中需要根据实际情况合理选择隔震支座。第三,选择抗震的相应构件时,需要重点考虑构件材料的延展性,降低地震给高层建筑物结构带来的破坏性和损坏程度。
3.3注重建筑材料的选择
应用相对而言,结构尺寸越小,建筑自重越轻,在遭受地震波冲击时,产生的破坏性越小,但这需要以提高材料性能为保障,在缩小构件尺寸的同时,能够提供同样的承载力,比如,使用高强混凝土,提高钢筋强度等级,设置构造钢筋和抗扭钢筋,等等。随着工程行业的持续繁荣,建筑材料市场也得到了快速发展,许多新材料如雨后春笋般涌现,设计人员应该及时掌握市场变化,了解各种材料的优越性能,科学研判其抗震能力,积极运用到高层建筑结构抗震设计上来,尽量选择质量好、质量小、强度高的复合型材料,能够应对各种复杂状况,达到减轻建筑自重、抵御地震灾害的目的。
3.4根据实际情况确定合适的建筑结构形式
随着建筑行业的繁荣发展,也延伸了多样化的建筑结构形式,砖混结构、钢结构、框架剪力墙结构、混凝土结构等都是常见的建筑结构形式,这些建筑结构形式有着各自的优势和不足,抗震性能也有很大的不同。因此,在设计高层建筑结构时,需要根据实际情况,将建设区域地震的发生频率和抗震等级考虑进去,确定合适的建筑结构形式,提高建筑结构的安全性能和抗震性能,确保人们的居住安全。同时在设计过程中,需要建立科学合理的地震受力模型,合理分析、准确计算结构受力情况,确保建筑结构的所有承重构件符合抗震设计要求,这样才能提高抗震设计效果。外界条件相同的情况下,如果高层建筑采用的是砖混结构形式,那么它的抗震性能要比混凝土结构形式差一些。具体原因为,砖混结构的主体承重材料是砖砌体,这种材料结构强度和硬度不够,容易破损,而且砖体结构重量过大,在地震作用下,高层建筑的破坏程度大大增加。混凝土结构的主体承重材料主要是混凝土,使用的是轻质材料填充墙体,整体的重量是远远低于砖体结构的,这样一旦发生地震,它的稳定性、抗震性就要高于砖混结构。目前,国外常用的建筑结构形式是钢结构,这主要是因为钢结构生产、施工便捷高效,而且钢结构的抗剪性能、抗压性能优异,同时具有较好的强度和延展性。此外,钢结构材料能够实现循环再利用,绿色环保,抗震性能、防火性能优良。框架剪力墙结构也是不错的选择,能承担各类荷载引起的内力,并能有效控制结构的水平力,拥有较大的刚度,即便是在水平地震力作用下,整体结构也能保持较强的抵抗变形能力。
4.结束语
总之,地震属于不可抗力的自然灾害之一,具有不可预估的特点。如果发生地震灾害,会对建筑和人们的安全、财产造成严重影响。因此,为了有效降低地震对高层建筑的影响,在高层建筑结构设计中,相关部门要充分考虑高层建筑结构的抗震性,设计人员在设计中要选择防震性能好的建筑材料,严格按照规定开展设计工作,避免安全隐患,全面提高我国高层建筑结构的抗震性和安全性。
参考文献
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