高层建筑抗震设计分析.

高层建筑抗震设计分析

关键词高层建筑;结构设计;抗震0 引言

随着我国社会主义现代化建设和城市化进程的不断向前推进,建设用地日趋紧张,促使建筑功能越来越多样化,高层建筑得的发展是大势所趋。高层建筑的特点是高度比较高,所以地震荷载和风荷载在设计过程中占主导和控制地位,而我国又是地震多发国家,因此高层建筑的抗震设计分析显得尤为重要。

1 高层建筑抗震设计特点

第一,控制建筑物的侧移是重要的指标。在地震荷载作用下,建筑结构所产生的水平剪切力占主导地位,所以建筑物会产生明显的侧移,随建筑结构的高度不断曾加,结构的侧向位移迅速增大,但该变形要在一定限度之内,这样才能保证结构安全以及使用功能。

第二,地震荷载中的水平荷载是决定因素。水平荷载会使建筑物产生倾覆力矩,并且在结构的竖向构件中引起很大的轴力,这些都与建筑物高度的两次方成正比,故随建筑结构高度的曾加,水平载荷大相径庭。对高度一定的建筑物而言,竖向荷载基本上是不变的,但是随着建筑物的质量、刚度等动力特性的不同,水平地震荷载和风荷载的变化是比较大的。

第三,要重视建筑结构的延性设计。高层建筑结构随着高度增加,刚度减小,显得更柔,在地震荷载作用下变形较大。这就要求建筑结构要有足够的变形能力,使结构进入塑性变形阶段仍然安全,需要在结构构造上采取有利的措施,使得建筑结构具有足够的延性。

2 结构体系的合理选择

地震对建筑物的伤害主要是水平地震力所造成的剪切破坏,所以根据结构体系对抗侧力能力的不同,钢筋砼结构主要可分为框架结构、框架-剪力墙结构、剪力墙结构、筒体结构等,这也是我国高层建筑长采用的结构形式。由于这些体系的结构形式、抵抗水平力的能力有所区别,尤其是对地震反映大不相同,因此它们适用于不同的场合。

2.1 框架结构

框架结构由框架梁、柱构件组成。其特点是柱网布置灵活,便于获得较大的使用空间。框架结构的框架梁和柱既承受竖向荷载,又承受水平荷载。当建筑物高度较低、层数相对较少时,其水平荷载对结构的影响不大,这时采用框架结构还是比较合适的,既满足受力要求,也提供了很大的使用空间。但框架结构侧向刚度很小,随着建筑物高度的曾加,框架结构水平荷载分布呈现出不均匀的现象,有的楼层相对薄弱,很容易屈服。地震荷载对柱子的破坏作用要相对强烈,而对梁的

破坏相对较轻,而柱子顶端的破坏比底端要严重,特别是对角柱和边柱来说破坏更加严重。短柱的剪跨比较小,发生柱中剪切破坏几率较大,对一般的柱而言,发生的是柱端弯曲破坏。故框架结构在很高的建筑中应用的不多,尤其是是采用砌体填充墙时,地震荷载作用下填充墙破坏严重,修复费用很高。

2.2 剪力墙结构

剪力墙由纵、横方向的墙体组成的抗侧力体系,属于以弯曲变形为主的结构体系。该体系的特点是,侧向刚度比较大,抗侧移能力明显优于框架结构,而且整体性好,有利于结构整体受力。因此,剪力墙结构可以用于比较高层住宅,性能稳定。但是剪力墙结构也有其自身的缺点。从动力学角度来看,刚度越大周期越短,动力反映就会越强烈,即使建筑结构抗力满足要求,建筑内设备会产生严重破坏;除此之外,剪力墙结构有大量的墙体结构采用钢筋砼而使得自重大, 对建筑平面设计产生很大局限,很难提供足够大的空间。所以,剪力墙结构主要用于高层建筑并且对建筑空间要求不大的结构中。

2.3 框架-剪力墙结构体系

框架-剪力墙结构是在框架结构中的基础上,在适当部位曾加了剪力墙,使得该结构继承和发展了框架结构和剪力墙结构的优点,既有足够的刚度也具备一些柔性。框架-剪力墙结构的特点是,不但可以满足大空间的建筑要求,建筑布置灵活,又提供了较大的侧向刚度。框架-剪力墙结构以其优越的抗震性能和灵活的空间布置、建筑功能,在当今高层建筑中得到广泛的应用。

2.4 筒体结构体系

筒体结构包括框架-核心筒结构与筒中筒结构框架-核心筒结构有外框架和内部核心筒组成。内部核心筒具有很大的刚度,很好的满足侧向变形和结构强度要求;外部框架可以提供大空间来满足建筑布置上对空间的要求。而筒中筒结构是由薄壁的内筒与密柱的外框筒组成,筒中筒结构最大的优点是具有比剪力墙结构更大的侧向刚度,抗侧移性能更好,所以,适用于超高层建筑。

每种建筑结构的抗震性能和适用的范围都不相同,并且高度不同采用的抗震等级也不尽相同,具体见表1所示。

3 结构设计的抗震措施

3.1 框架结构抗震构造措施

框架结构的抗震能力相对来说比较弱,但通过采用一些抗震措施也可以得到些许提高。以框架结构的梁为例,其必须满足以下几点要求:1)梁的截面宽度不宜小于200mm;2)梁的截面高宽比不宜大于4;3)梁的净跨与界面高度之比不宜小于4。而对于框架结构的柱子,规范规定其柱内纵向钢筋配置须满足如下措施:1)框架柱的布置必须对称;2)当柱的截面尺寸大于400mm时,其内纵向钢筋的间距不宜大于200mm;3)柱总配筋率不大于5%;4)一级且剪跨比不大于2的柱,每侧纵向

钢筋配筋率不大于1.2%;5)柱纵向钢筋的绑扎接头应避开柱端的箍筋加密区。

3.2 剪力墙结构抗震构造措施

剪力墙结构中起抗震作用的主要是剪力墙,剪力墙的厚度,一、二级不应小于

160mm且不小于层高的1/20,三、四级不小于140mm且不小于层高的1/25。底

部加强部位的墙厚,一、二级不小于200mm且不小于层高的1/16;无端柱或翼墙

时不应小于层高的1/12。剪力墙厚度大于140mm时,竖向和横向分布钢筋应双

排布置;双排分布钢筋间拉筋的间距不大于600mm,直径不小于6mm;在底部加强

部位,边缘构件以外的拉筋间距应适当加密。

3.3 框架-剪力墙结构抗震构造措施

该结构体系中,剪力墙的厚度不小于160mm且不小于层高的1/20,底部加强部位

的剪力墙厚度不小于200mm且不小于层高的1/16,剪力墙周围设置梁和端柱组

成的边框。对剪力墙中的竖向和横向钢筋来说,配筋率不小于0.25%,并双排布置,拉筋间距不大于600mm,直径不小于6mm。

3.4 筒体结构抗震措施

对框架-核心筒结构来说,核心筒与框架之间的楼盖宜采用梁板体系。当地区设

防列度高于9度时设防必须采用加强层,且在对结构进行整体分析时必须要考虑加强层变形的影响。加强层的大梁或桁架应与核心筒内的墙肢贯通,大梁或桁架与周边框架柱的连接宜采用铰接或半刚接。

4 结论

在汶川地震之后,地震灾害已经成为人们关注的一个焦点。框架结构、框架-剪

力墙结构以及剪力墙结构等都是被广泛应用的抗震结构形式,但是这些结构都存在着不足之处,那就是采用传统的设计理念,加强配筋,对地震灾害作用采取“硬抗”的方式,为了弥补这个不足,近几年来出现了一种新型设计-隔震房屋,隔震

结构通过改变结构周期来降低地震对建筑物的伤害,由于减小了层剪力,不但保

证结构的安全,也减小了室内设备的损害,有很大的发展空间。

参考文献

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[2]GB50011- 2001,建筑抗震设计规范[S].

[3]徐宜和,丁勇春.高层建筑结构抗震分析和设计的探讨[J].江苏建筑,2004(3).