本站原创【摘 要】随着社会的发展与人口的增加,设计与修建高层建筑的案例也越来越多,本文主要介绍了高层建筑相关的设计基本原则,影响结构抗震的因素以及如何在施工过程中采取相关的措施.
【关 键 词】高层建筑,抗震设计,基本原则,影响因素
0.引言
虽然老师在上课过程中只是讲了一小部分相关结构抗震的知识,但是近些年来地震频发,抗震设计也逐渐显示出其在结构安全以及正常使用的重要性.
1.高层建筑抗震结构设计的基本原则
1.1结构构件应具有必要的承载力、刚度、稳定性、延性等方面的性能
①结构构件应遵守“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件、强底层柱(墙)”的原则.
②对可能造成结构的相对薄弱部位,应采取措施提高抗震能力.
③承受竖向荷载的主要构件不宜作为主要耗能构件.
1.2尽可能设置多道抗震防线
①一个抗震结构体系应由若干个延性较好的分体系组成,并由延性较好的结构构件连接协同工作.例如框架—剪力墙结构由延性框架和剪力墙两个分体组成,双肢或多肢剪力墙体系组成.
②强烈地震之后往往伴随多次余震,如只有一道防线,则在第一次破坏后再遭余震,将会因损伤积累导致倒塌.抗震结构体系应有最大可能数量的内部、外部冗余度,有意识地建立一系列分布的屈服区,主要耗能构件应有较高的延性和适当刚度,以使结构能吸收和耗散大量的地震能量,提高结构抗震性能,避免大震时倒塌.
③适当处理结构构件的强弱关系,同一楼层内宜使主要耗能构件屈服后,其他抗侧力构件仍处于弹性阶段,使“有效屈服”保持较长阶段,保证结构的延性和抗倒塌能力.
④在抗震设计中某一部分结构设计超强,可能造成结构的其他部位相对薄弱,因此在设计中不合理的加强以及在施工中以大带小,改变抗侧力构件配筋的做法,都需要慎重考虑.
1.3对可能出现的薄弱部位,应采取措施提高其抗震能力
①构件在强烈地震下不存在强度安全储备,构件的实际承载能力分析是判断薄弱部位的基础.
②要使楼层(部位)的实际承载能力和设计计算的弹性受力的比值在总体上保持一个相对均匀的变化,一旦楼层(部位)的比值有突变时,会由于塑性内力重分布导致塑性变形的集中.
③要防止在局部上加强而忽视了整个结构各部位刚度、承载力的协调.
④在抗震设计中有意识、有目的地控制薄弱层(部位),使之有足够的变形能力又不使薄弱层发生转移,这是提高结构总体抗震性能的有效手段.
2.影响建筑抗震性能的因素
2.1房屋建筑抗震性能首先取决于建筑的抗震设防标准不仅仅是取决于建筑的抗震设防标准,还要严格的遵循建筑抗震设计规范
国家根据地震发生的可能性和震害的严重性确定各地区基本设防烈度,这是各地区抗震设计的基本参数,主要代表地面加速度的大小.对具体房屋,需要结合建筑使用功能的重要性确定建筑的抗震设防标准,即确定设计烈度和抗震等级.对一般建筑,设计烈度就是本地区设防烈度.设计烈度愈高,抗震能力愈强,但建筑造价也愈高.
2.2房屋结构的抗震性能与合理的抗震设计密切相关抗震设计就是要选择合适的结构形式,确定合理的抗震措施,保证结构的抗震性能,确保建筑物满足“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震目标
高层住宅主要采用现浇剪力墙结构、框架——核心筒或框架——剪力墙结构,具有较好的强度和变形能力,抗震性能相对较好.因此,无论板式住宅还是点式住宅,只要设计合理,都可满足抗震要求.多层住宅大部分采用砖混结构,目前多采用现浇楼板,并采取设构造柱和圈梁等抗震措施,或者采用框架结构,大大增强了抗震能力.
2.3房屋抗震性能还与施工质量等其它因素有关
在建筑房屋是还应加强施工质量监督、规范,对建筑的使用管理是十分必要的.
3.在施工过程中可以采取的抗震措施
保障多层建筑的抗震措施,是多层建筑“大震不倒”和不作“二阶段设计”的关键.多层建筑的抗震措施内容,概括起来,可分为以下几部分:
3.1构造柱和圈梁的设置
对横墙较多的多层建筑,应设置构造柱；对横墙或横墙很少的多层建筑,应根据房屋增加一层或二层后的层数,设置构造柱.门洞宽不小于2m和窗洞不小于2.3m,“大房间”可界定为：层高3.6m或长度大于7.2m.对横墙共同承重的装配式钢筋砼楼,屋盖或木楼、屋盖的多层建筑,应设置圈梁；对于隔开间或每开间设置构造柱的多层建筑,应沿设有构造柱的横墙及内、外纵墙在每层楼盖和屋盖处均设置闭合的圈梁.
3.2构造门的连接措施
多层建筑各构件间的抗震构造连接是多层建筑抗震的关键.抗震构造连接的部位较多,重要部位的连接措施有下列几项：
a.构造柱与楼、屋盖连接.当为装配式楼、屋盖时,构造柱应与每层圈梁连接（多层建筑宜每层设圈梁）；当为现浇楼、屋盖时,在楼、屋盖处设240mmX120mm拉梁与构造柱连接.
b.构造柱与砖墙连接.构造柱与砖墙连接处应砌成马牙搓,并沿墙高每隔500mm设拉结刚筋,每边伸入墙内不小于1m.
c.墙与墙的连接.7度时层高超过3.6m或长度大于7.2m的大房间,以及8度和9度时,外墙转角及内外墙交接处,当未设构造柱时,应沿墙高每隔500mm设拉结钢筋,每边伸入墙内不小于1m.
d.屋顶间连接.突出屋面的楼梯间等,构造柱应从下一层伸到屋顶间顶部,并与顶部圈梁连接.屋顶间的构造柱与墙以及墙与砖墙的连接,可按上述抗震措施采取.
3.3后砌体的连接
后砌的非承重砌体隔墙,应沿墙高每隔500mm设拉结钢筋与承重墙连接,每边介入墙内不小于0.5m.8度和9度时,长度大于5.1m的后砌墙顶,应与楼、屋面板或梁连接.
3.4栏板的连接
砖砌栏板应配水平钢筋,且压顶卧梁应与砼立柱相接,压顶卧梁宜锚入房屋的主体构造柱.
3.5构造柱底端连接
构造柱可不单独设基础（承重构造柱除外）,但应伸入室外地面下500mm,或锚入室外地面不小于300mm的地圈梁.
3.6悬臂构件的连接
a.女儿墙的稳定措施：6-8度时,240mm厚无锚固女儿墙（非出入口处）的高度不宜超过0.5m,当超过时,女儿墙的计算高度可从屋盖的圈梁顶面算起,当屋面板周边与女儿墙有钢筋拉结时,计算高度可从板面算起.
b.悬挑构件:悬臂阳台挑梁的最大外挑长度不宜大于1.8m,不应大于2m.不应采用墙中悬挑式踏步或竖肋插入墙体的楼梯.
4.结语
随着未来人口的不断增加,修建高层建筑会成为作为提供人类居住环境的主流趋势,而对于高层建筑,由于其直接关系到人民生命财产的安全以及社会的稳定,结构的抗震设计将会是一个不得不重视的问题.然而在抗震设计中也存在着能用于实例研究的样本少等问题,故有关高层建筑抗震设计的理论仍将有赖于每一个工程师的努力研究与不断探索. [科]
【参考文献】
［１］刘大海,高层建筑结构方案优选[M]．北京：中国建筑工业出版社,2004．
［２］中华人民共和国国家标准[S].建筑抗震设计规范,2002,1,1.
［３］高层建筑设计规范[S].