本站原创【摘 要】我国的唐山地震和灾难造成了严重的人员伤亡和财产损失,因此,人们对高层建筑的抗震性能也愈加关注.我国新的建筑抗震设计规范在原来“三水准设防目标,两阶段设计步骤”抗震设计的基础上,对其又做了很多的补充,使其进一步完善.通过将这些新的建筑抗震设计规范中应用与高层建筑结构优化的设计当中,使高层建筑结构的优化设计应用到实际的工程当中.
【关 键 词】高层建筑；结构抗震；优化设计
一、高层建筑抗震设计的必要性
在历年的地震灾害中,结构工程师逐渐认识到工程结构中宏观的“概念设计”比“数值设计”的抗震更为重要,所以对“概念设计”越来越重视.建筑建筑结构概念设计的定义就是在结构的宏观整体的基础上,根据结构系统及结构整体的要求,正确处理结构总体方案、细部构造及材料使用等,进而达到对建筑的合理结构设计.对在结构中遇到的结构体系、构件延性、刚度分布等问题,从宏观的角度上对其进行鉴别、选择等处理,通过适当的计算及构造来消除高层建筑抗震设计中的薄弱环节.工程师在进行概念设计时要充分运用其思维和判断力,确定结构设计中的基本问题.因此,在进行抗震设计时,工程师要充分理解结构抗震的特点,分析振动中结构受力特性,抓住关键问题,用正确的思维才能得到科学合理的结构设计.
二、我国高层建筑抗震设计中的存在问题分析
⒈建筑高度问题分析.在我国制定的高层建筑混凝土结构技术规程中规定,在在一定设防烈度及结构型式下,钢筋混凝土高层建筑的高度要控制在一定的范围之内.这个高度要适合我国现阶段经济发展水平、施工技术水平及建筑科研水平,总之要与我国目前的土建规范体系协调一致.但是我国现在实际的高层建筑的高度已经远远超过了这个原则.要采用科学谨慎的态度对待这些超高限建筑,不但有组织专家对其论证也要进行模型振动台试验.在地震的强烈震感下,超高限建筑物会很容易产生加大的变形,高度越高,设计时的参数就容易超出其适用的范围,特别是延性要求、材料性能、安全指标、荷载取值、力学模型等设计参数,会发生质变.
⒉材料的选用和结构体系问题分析.在地震多发区,人们越来越重视对建筑物所采用的材料及结构体.对于150m以上的建筑,主要采用的结构体系有框-筒、筒中筒和框架-支撑三种体系结构.在高层建筑中,对建筑材料及结构体系的选择尤为重要,但是市场上现有的钢材种类及类型很多,对其结构的加工制造水平也在不断的提高,所以要尽量选择钢管混凝土结构、钢骨混凝土结构来减少柱断面的尺寸,已达到建筑结构的抗震性能.高层建筑超过一定高度后,需要采用混凝土材料和钢骨混凝土来达到减小风振的目的.
⒊抗震设防烈度较低.建筑界权威专家指出,我国目前的建筑结构设计安全度已经不能够适应现阶段的国情,甚至我国采用的结构设计可能是世界上最低的结构设计安全度,所以大幅度提高建筑结构设计的安全度水平已经非常需要.因此在坚持抗震设计原则即“小震不坏,中震可修,大震不倒”下,重新对抗震设计进行审核,以适应我国国情的需要.目前我国现行的抗震设防标准远远跟不上时代的发展,不但对筑结构抗震设计的设防烈度低,而且抗震计算方法和构造规定的安全度也与发达国家相距甚远,当然对配筋率、梁柱承载力匹配等这些抗震延性的要求也不够严格.在经济发展形式下社会财富也会越来越多,那么如果对高层建筑结构的抗震性没有合理的设计必将带来更严重的损失.
三、我国高层建筑结构抗震的具体设计分析
⒈在对高层建筑结构进行抗震设计要注重其结构的规则性.高层建筑的结构均匀性主要体现在：①高层建筑主体抗侧力结构两个主轴方向的变形特性及刚度要相近.现阶段的高层建筑基本上都是三维的,但是地震的风荷载等具有随意性,诶有固定的方向,所以要想果高层建筑具有好的抗震抗风性能其抗侧力结构两个主轴方向的变形特性和刚度要均匀；②高层建筑主体抗侧力结构的构成变化及竖向断面要均匀.即高层建筑主体结构的的层剪切刚度要均匀,这样即使一些薄弱层受到破坏,但是结构整体不会受到破坏；③对高层建筑主体抗侧力结构进行平面布置时,同一主轴方向各片抗侧力结构刚度的均匀,同时要避免布置一些刚度延性差如长窄的实体剪力墙结构.不过这种结构也是满足不了刚度和对称性要求,同时由于个别结构刚度大,在地震时能够吸收极大的能量会被破坏,从而被导致整个结构的破坏.但是如果同一主轴方向的各片抗侧力结构刚度均匀,那么水平荷载作用下应力分布也会比较均匀,从而实现高层建筑体系的抗震性能.
⒊建筑结构体系合理性选择.在对高层建筑结构进行设计时首先要考虑其结构设计的合理性,因为结构的合理性直接决定对高层建筑的安全性及经济性.①对楼屋盖梁系进行布置时,要分析那条是最短路径使垂直重力荷载传递到竖向构件墙柱上去；②竖向构件的布置.在垂直重力荷载作用下要尽量使竖向构件的压应力水平均匀,这样可以避免竖向构件间压应力的二次转移.垂直重力荷载下对竖向构件的这种布置是是最合理优化的布置；③转换结构的布置.要使上部结构竖向构件所生成的垂直重力荷载通过最少的转换层到达下部结构的竖向构件；另外要明确整体抗侧力结构体系,结构体系也应该有多道抗震防线及合理的刚度.
四、抗侧力结构和构件的延性设计分析
为提高高层建筑结构和构件的延性水平要注意一下几点.①对钢筋混凝土框架结构设置时要坚持“强柱弱梁”的原则；②限制剪压比.现阶段的钢筋混凝土构件斜截面受剪承载力的设计表达式是由斜截面上箍筋能达到抗拉屈服强度及其受剪承载力随配箍特征值的增长所决定的.但是较大的配箍特征值使其不能充分发挥其强度特性,也会影响剪压比对构件变形性能,所以对剪压比限制,也是满足构件最小截面的要求；③轴压比限制.轴压比不但控制偏心受拉边钢筋抗拉的强度,而且也是受压区混凝土边缘达到其极限压应变的重要指标.无数次实验证明,轴压比越大柱的变形能力越小,尤其在高轴压比下,通过增加箍筋来改善柱变形能力这种方式收效甚微.因此,高层建筑结构想要有比较好的抗震性,就应限制偏心受压构件的轴压比.同时也要特别注意影响高层建筑结构构件延性的其他因素包括剪跨比、混凝土钢筋材料、纵向钢筋配筋率、配箍率、箍筋型式钢筋连接、锚固方式等,要保证这些方面都应满足高层建筑结构抗震设计的要求.
结论
土木工程技术人员在对高层建筑的研究及设计中,应该站在对建筑的整体宏观角度出法,在对建筑的整个设计过程中科学合理的运用概念设计,对建筑的功能、安全可靠性、经
济合理、美观艺术性等方面具体的考虑并且在对建筑进行设计时不但要考虑其抗震结构的造价,也要考虑其经济、社会效益,,创造出安全、经济的具有最优抗震结构设计的高程建筑.