关于高层混凝土建筑结构的抗震设计探讨

  【摘要】如今地震等灾害严重威胁人类生命安全以及建筑物的寿命,为了提高高层混凝土建筑物的质量与安全,保证人民的生命和财产,就要加强其抗震结构的设计,来减少建筑物在地震中出现意外。 高层建筑混凝土结构在设计中要进行严格的抗震计算并采取妥善的抗震构造措施,本研究分析了我国高层混凝土建筑结构抗震设计中常见的问题,并提出相应的抗震设计探讨方法,为加强高层建筑混凝土结构的抗震性能、建筑物与人民生命财产安全提供保证。   【关键词】高层建筑物;混凝土;抗震设计随着社会的发展和经济的进步,人民生活水平显著提高,城市用地紧张,建筑物也由多层楼房向高层建筑发展,如今高层建筑已经成为了城市发展建设中的重要组成,宏伟的高层建筑业彰显了城市的形象与经济的蓬勃。 伴随人类对自然的发掘与破坏,各种灾害接踵而来,地震灾害对建筑物和人类安全的威胁尤为严重,因此加强高层混凝土建筑结构的抗震设计正受到全球范围的关注,其抗震工作也成为了高层建筑设计和施工的重中之重。 要想使高层建筑物在地震中有良好表现,就要在设计时准确进行抗震计算,综合考虑刚柔配合,各结构受力要科学,在地震中要保证建筑物整体结构稳定,如果地震中等甚至严重时,高层建筑物要做到不倾倒或者经过相关维修仍可后续使用。

  1.高层混凝土建筑结构的震害分析  首先是由结构不合理产生的震害,主要包括扭转破坏、薄弱层破坏、应力集中、防震缝处碰撞。 其中应力集中指的是在高层混凝土结构竖向布置突变较大时会在突变处应力集中产生震害。 如果防震缝宽度不够,在地震时其两侧的结构单元就会相互碰撞造成震害。

  其次是框架结构的震害,主要分为延性破坏和脆性破坏两种破坏形式,按破坏机制可分为强柱弱梁型和强梁弱柱型。

第三是抗震墙结构的震害,高层混凝土建筑结构抗震墙的破坏有以下几种,墙底部发生破坏、墙体发生剪切破坏、抗震墙之间连梁产生破坏。   2.高层混凝土建筑结构抗震设计的基本原则  高层混凝土建筑结构抗震设计的基本原则有一下几点:第一,结构构件要有一定的延性、刚性、稳定性等性能。

第二,要设置尽可能多的抗震防线,可以由多个延性较好的分体来组成抗震结构体系,各部分协同工作,在地震中会有多次余震,第一道防线遭到破坏后还有其余抗震防线来支撑建筑物,避免建筑物倒塌,同时要注意处理好抗震设计中的强弱关系,同一楼层的主要构件屈服后,要保证其他侧力构件保持弹性,保证结构的延性和抗倒塌能力。 第三,对结构薄弱部位采取相应措施,判断薄弱部位的基础是构件的实际承载能力,一旦楼层实际承载能力和设计时的弹性受力的比值出现突变,就会导致塑性形变集中,因此要加强对薄弱部位采取相应措施,使之变形能力加强,提高总体抗震性能。

  3.提高混凝土抗震性能的措施  在我国高层建筑物的设计与施工中最常用的结构就是钢筋混凝土框架结构,但是这种结构容易在各层的柱端和节点出现损坏,因此要在抗震设计中满足强柱弱梁、强剪弱弯等机构延性设计原则。   可以从以下几个方面入手,第一要提高短柱的受压承载力,通过减小柱截面、提高剪跨比来实现短柱受压承载力的提高。 提高混凝土的强度等级采用高强混凝土来增加柱子受重能力,可以达到减小柱截面、提高剪跨比的目的,同时可以配合其他措施使用来弥补高强混凝土延性差的缺陷。 第二,可以采用钢管混凝土,是在薄壁圆形钢管内填入混凝土形成的结构材料,其受到关内的侧向约束,可以时混凝土的抗压强度和抗压极限得到提升,也可以使高强混凝土的延性得到改善,进而增加短柱的抗震性能。

第三,采用分体柱,短柱的抗弯承载能力较强,抗剪承载力弱,在地震中容易因剪坏而使其抗弯承载力不能完全发挥作用,所以可以采用分体柱的方法实现人为消弱短柱抗弯强度,使其略低于抗剪承载力,在地震中就可以发挥抗弯性,呈现延性的状态,保护建筑物不受地震灾害的影响。   4.高层混凝土建筑结构的具体抗震设计  高层混凝土建筑结构的抗震设计要保证结构的延性,当地震发生时,理想状况是建筑物的节点多数不受损坏,在同一楼层中每个柱的两端出现屈服变形的时间越长越好,而节点的塑性变形越晚越好。 因此,要保证建筑物抗震结构的弹性时效长,有较大的变形空间。 高层混凝土结构体系主要包括四种:钢筋混凝土框架结构、抗震墙机构、框架-抗震墙结构和高强混凝土结构。 下面将针对这四种结构的抗震设计进行具体的分析。

  钢筋混凝土框架结构的抗震设计  在抗震设计时,需要计算的地震作用主要来自纵、横两个主轴方向。

计算出框架结构中的各种内里以后,要用荷载组合和内力组合的方法得出最不利设计内里,之后进行调整遵循强柱弱梁原则、强剪弱弯原则和强节点弱构建原则。

为保证机构的延性,要严格控制截面的尺寸不能过小。

梁的截面宽度不宜小于200mm,柱的截面宽度和高度不宜小于300mm,剪跨比要大于2。

框架节点核心区受到柱传来的轴向力、弯矩、剪力和梁传来的弯矩、剪力。 如果节点的箍筋设置不足就会造成交叉斜裂缝,柱内纵向钢筋压弯。

对于预应力混凝土框架的抗震设计要求有:预应力构建要采用粘结预应力筋,主楼与裙房相连时不宜共用预应力筋。 采用预应力的框架柱的柱箍筋应沿柱全高加密,一侧采用混合配筋,另一侧配置普通钢筋。

  抗震墙结构的抗震设计  抗震墙结构的设计要点如下:抗震墙较长时要开设洞口,将抗震墙分为若干段,这样可以保证构建有足够的弯曲变形能力;墙体截面高度不应有突变,抗震墙洞口较大时要保证洞口上下对齐;框支层的截面面积要大于相邻非框支层抗震墙截面面积的一半,且要保证底部抗震墙结构平面对称,并设置抗震筒体。   框架-抗震墙结构的抗震设计  框架-抗震墙结构的设计要点有:抗震墙宜贯通房屋全高,在纵向和横向方向的抗震墙应相连接;抗震墙设置在墙面不需要开大洞口的位置;抗震墙洞口应上下对齐。 要注意:周边有梁柱的抗震墙厚度要大于160mm;梁的截面高度大于3bw,柱的截面宽度大于,并小于其截面高度;抗震墙的水平分布赶紧要与柱子可靠拉结;抗震墙的洞口设置补强钢筋。   高强混凝土结构构的抗震设计  采用高强混凝土时,框架两端纵向受拉钢筋的配筋率要小于3%,其加密区的最小直径要比普通梁增大2mm。

要注意混凝土柱的轴压比,C60的混凝土柱与普通混凝土柱相同,C65-C70的混凝土柱要比普通混凝土柱小,C75-C80混凝土柱要比普通混凝土柱减小。

柱加密区的箍筋要采用复合箍、复合螺旋箍或连续复合矩形螺旋箍。   5.结语  随着我国高层建筑的飞速发展,建筑设计竖向体型越来越复杂,这也对高层建筑的抗震设计提出了更高的要求,高层混凝土建筑结构的抗震能力作为建筑物质量与安全的保证,越来越受到大家重视,准确对高层结构体系的内力进行分析是结构建筑工程时设计中急需解决的问题。 本研究针对高层混凝土建筑的抗震设计进行了简要分析,就其设计的原则和具体措施做了详细的探讨,为加强我国高层建筑的质量安全与人民的生命财产安全提供保证。   参考文献  [1]陈英鹏.关于高层混凝土建筑结构的抗震设计探讨[J].中国建筑金属结构,2013,06:179  [2]陈寅.关于高层混凝土建筑结构的抗震设计探讨[J].黑龙江科学,2013,06:88+91  [3]满国君,付艺璇.关于高层混凝土建筑抗震结构设计探析[J].河南科技,2013,12:168。

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