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鋼結構建筑的高層抗震分析過程(鋼結構高層建筑抗震性能)

汕頭加固設計公司 2周前 ( 11-15 20:38 ) 973 搶沙發
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鋼結構房屋抗震設計怎么計算?

鋼結構房屋抗震設計怎么計算,完整的建筑結構抗震設計包括三個方面的內容與要求:

1.概念設計 在總體上把握抗震設計的主要原則,彌補由于地震作用及結構地震反應的復雜性而造成抗震計算不準確的不足

2.抗震計算 為建筑抗震設計提供定量保證

3.構造措施 為保證抗震概念與抗震計算的有效提供保障

上述三個方面的內容是一個不可割裂的整體,忽略任何一部分,都可能使抗震設計失效

一、計算模型

確定多高層鋼結構抗震計算模型時,應注意: 1. 進行多高層鋼結構地震作用下的內力與位移分析時,一般可假定樓板在自身平面內為絕對剛性。對整體性較差、開孔面積大、有較長的外伸段的樓板,宜采用樓板平面內的實際剛度進行計算 2. 進行多高層鋼結構多遇地震作用下的反應分析時,可考慮現澆混凝土樓板與鋼梁的共同作用。在設計中應保證樓板與鋼梁間有可靠的連接措施,此時樓板可作為梁翼緣的一部分計算梁的彈性截面特性。進行多高層鋼結構罕遇地震反應分析時,考慮到此時樓板與梁的連接可能遭到破壞,則不應考慮樓板與梁的共同工作 3. 多高層鋼結構的抗震計算可采用:平面抗側力結構的空間協同計算模型 結構布置規則、質量及剛度沿高度分布均勻、不計扭轉效應可采用平面結構計算模型 結構平面或立面不規則、體型復雜,無法劃分平面抗側力單元的結構以及筒體結構應采用空間結構計算模型 4. 多高層鋼結構在地震作用下的內力與位移計算,應考慮梁柱的彎曲變形和剪切變形,尚應考慮柱的軸向變形 一般可不考慮梁的軸向變形,但當梁同時作為腰桁架或桁架的弦桿時,則應考慮軸力的影響5. 柱間支撐兩端應為剛性連接,但可按兩端鉸接計算。偏心支撐中的耗能梁段應取為單獨單元 6. 應計入梁柱節點域剪切變形(如圖)對多高層建筑鋼結構位移的影響。

可將梁柱節點域當作一個單獨的單元進行結構分析,也可按下列規定作近似計算: 1)箱形截面柱框架 可將節點域當作剛域,剛域的尺寸取節點域尺寸的一半 2)工字形截面柱框架 可不考慮節點域,梁柱長度按軸線間距離確定

二、阻尼比取值

多高層鋼結構的阻尼比較小,按反應譜法計算時的取值: 1.多遇地震下的地震作用 高層鋼結構的阻尼比可取為0.02;多層(不超過12層)鋼結構的阻尼比可取為0.035 2.罕遇地震下的地震作用 考慮結構進入彈塑性,多高層鋼結構的阻尼比均可取為0.05

三、計算有關要求

進行多高層鋼結構抗震計算時,應注意滿足下列設計要求: 1、進行多遇地震下抗震設計時,框架-支撐(剪力墻板)結構體系中總框架任意樓層所承擔的地震剪力,不得小于結構底部總剪力的25% 2、在水平地震作用下,如果樓層側移滿足下式,則應考慮P–△效應

此時該樓層的位移和所有構件的內力均應乘以下式放大系數α

3. 驗算在多遇地震作用下整體基礎(筏形基礎或箱形基礎)對地基的作用時,可采用底部剪力法計算作用于地基的傾覆力矩,但宜取0.8的折減系數 4. 當在多遇地震作用下進行構件承載力驗算時,托柱梁及承托鋼筋混凝土抗震墻的鋼框架柱的內力應乘以不小于1.5的增大系數。

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高層建筑抗震結構及材料應用?

隨著城市化進程鋼結構建筑的高層抗震分析過程的加快,城市規模進一步擴大,高層建筑逐漸在城市中興起和發展。我國大部分地區處于環太平洋地震帶上,屬于地震頻發區,從住房安全鋼結構建筑的高層抗震分析過程的角度來 說,高層建筑的抗震能力得到鋼結構建筑的高層抗震分析過程了政府以及人民群眾的廣泛關注。本文分析了高層建筑的抗震結構,運用的抗震材料,以及抗震措施。

汶川地震和玉樹地震發生后,我國的經濟遭受了巨大的損失,但這也給我們未來的發展帶來了許多啟示?;仡櫘敃r的情景,所有的建筑物幾乎全部倒 塌,與低層建筑相比較,高層建筑的倒塌和破壞程度更為嚴重。近年來,世界范圍內的高層建筑、超高層建筑都在不斷的刷新其高度?,F今世界第一高樓是2010 年竣工位于阿拉伯聯合酋長國迪拜的哈利法塔,共有162層,總高828米。而且建筑結構也愈加復雜,對于建筑的抗震安全都存在不利影響。為了提升高層建筑 的抗震安全性,達到安全與經濟的統一,我們對高層建筑的抗震結構與設計,以及抗震材料的運用等進行了深入探討。

一、地震如何破壞建筑

根據全球地震分析,能夠在地震發生時對建筑產生直接破壞的可分為三種情況鋼結構建筑的高層抗震分析過程:(一)地震時引起地陷、山崩、地面錯位或裂縫等地面變形的產生,在城市修建時,直接在其上部建設。(二)地震致使軟土震陷、沙土液化等地基失效現象,造成上層建筑的破壞。(三)地面運動激發產生的劇烈震動使得建筑物結構遭受到過大的破壞,進而出現倒塌或傾覆現象。

二、分析建筑的抗震性能

建筑抗震性能取決于:抗震設計、抗震設防標準以及施工質量等三方面。(一)建筑的抗震設計需要滿足“小震無礙、中震小礙、大震不倒”的標準,確立合理可行的抗震實施方案,選擇合適的抗震結構形式,進而確保此結 構的抗震性能符合建筑的整體功效。大多城市高層建筑都采用具有良好的變形能力、變形強度,且相對抗震性能較強的建筑結構。如:框架—核心筒(剪力墻)結 構、現行剪力墻澆筑結構。對于多層結構的住宅大樓而言,建筑結構較多的采用磚混結構類型,建筑樓板大都進行現場的澆筑,并且設置圈梁,建設構造柱等抗震措 施,亦或是進行框架結構建設進而確保和增加建筑的抗震能力。(二)抗震設防標準即根據抗震要求等級和烈度標準進行規劃和設計,也即是對于具體建筑物的抗震設計標準需結合建筑的具體使用功能。對于一般的 建筑物而言,烈度設計是根據本地區實際情況進行防震烈度設計。烈度設計越高,抗震的性能就越高,說明建筑物的安全性能就越強,但這樣相應的增加了建筑的造 價成本。(三)施工質量是建筑工程的關鍵部分,確保施工質量,并加強施工質量的監管,這也是確保此建筑是否具有較強抗震性能的外在關鍵因素。

三、從建筑結構與抗震材料的使用方面分析建筑抗震性能

(一)地震多發區對于抗震結構體系的特殊建設我國建筑結構中對于抗震結構的設計通常有:房屋框架結構、剪力墻結構以及剪力支撐體系建設,這些是我國建筑抗震結構中比較常用的幾個方面,尤 其適用于城市高層建筑的設計中。當前時期,國內外對于地震多發地區的抗震情況多以鋼結構建筑為主,尤其是在框架結構建筑方面,鋼結構建筑的使用占有很大比 例。另一方面,由于我國建筑水平有限,在近年來才對新型建筑結構進行研究和應用,因此大多數建筑物還是屬于磚混結構,磚混結構建筑在地震多發區與鋼結構建 筑相比,韌性方面表現出明顯的不足,并且混凝土的配比與性質特點等在抗震方面都體現出局限性,需要就新型建筑方式進行全面的改進。根據我國對于建筑地震受害的情況進行分析,新型鋼結構建筑在抗震方面具有很強的優勢,出現較大等級的地震情況下,鋼結構能夠對建筑框架維持較 強的穩定性。但就我國建筑的基本情況分析,由于我國建筑行業為了減小建筑成本,在進行鋼結構建筑建造的情況下,使得建筑用鋼量的明顯減少,房屋框架式結構 與剪力結構對于抗震性能方面無法做到具體的提升,使得在發生高強度地震的情況下,混凝土結構發生位移,并且出現彎曲斷折的現象,使房屋結構增大承壓負荷, 混凝土強度極限無法滿足抗震的基本要求。在房屋結構設計方面,通過使用柱體漸變式間距結構,在多層或者高層建筑的建設中需要設計轉換層,由于每一層建筑物的承壓強度都會逐漸減小,底 層建筑物承壓情況最為明顯,在結構功能出現剛性突變的情況下,房屋剪力結構的承重負荷突然增大,使得房屋伸展臂與交換層的梁柱結構出現松弛,因此需要在對 建筑物進行轉換層設計時,需要對建筑結構剛性以及最小剛度限制進行約束,避免結構缺陷對于建筑物主體抗震性能的減弱。

(二)抗震建筑材料的探討與應用抗震的建筑材料需具備量方面的要求。第一,建筑材料需具備足夠的強度。強度高卻不同于高抗震,對于脆弱性較明顯的建筑材料,其抗拉、抗折強度 顯得尤其重要。另外,抗震材料應具備安全可靠性和耐久性,以便能夠減輕不同介質和材料以及不同的使用環境所造成的不利影響,進而提高建筑材料的使用壽命和 建筑的安全性。自1924年水泥和混凝土開始投入使用以來,便成為人類社會使用量最大的建筑材料,對于人類文明的發展和經濟的發展都起到了非常重要的作用。 從抗震角度方面分析來看,水泥、混凝土屬于脆性的建筑材料,讓其作為建筑材料特別是具有高抗震性地區的結構材料是非常不利于建筑安全的。通過對建筑物的結 構設計或運用鋼筋等材料進行脆性降低等方式可以得到有效解決,同時也可以通過改變水泥、混凝土的自身特性來應對。對于水泥、混凝土自身性能自身抗震性能的改良途徑較廣,包括以下幾個方面:首先,控制拌和混凝土過程的用水量?;炷恋膹姸?、耐久性和工作性能對水具有較強的敏感性,當水膠比降到0.3或以下時,混凝土的強度至少會 提高一倍?;炷镣ㄟ^摻加具有高效的減水劑來改善混凝土的脆性特點,也可以通過減少拌和用水量使混凝土強度得到提高,進而提升混凝土的耐久性、可靠性和致 密性?;炷恋臉O限壓力越小,受到破壞時其脆性特征就會越明顯,對于抗震功能是極為不利的,因此,必須同時采用增加其韌性的工程技術。其次,采用更改聚合物特性的方法,以便明顯提高混凝土抗侵蝕能力和抗滲性,改善堆料界面與混凝土漿液的結合,當聚合物摻加到一定量時,混凝土 的脆性特征便呈現出良好的聚合物延性特征。并且,摻加聚合纖維能有效提高混凝土的抗裂能力,促使其延性得到提高。研究表明:摻加聚合纖維體積份數達到百分 之二的PVA時,混凝土的拉應變便可提高3—7%,并且試件的強度也不會受到任何影響。再次,集料的質量也會影響到混凝土的質量,尤其是影響其耐久性。例如:使用有害成分的集料或堿活性集料進行混凝土的制備,不但會降低混凝土的耐久性和縮短其壽命,甚至可能在突發的地質災害中增加其受到的破壞,進而導致損失增大。最后,還應從根本上改變和增加水泥品種,如選用高后期強度、低水化放熱、特別是抗蝕性能好、抗折強度高的低熱酸鹽水泥,即現今市場已有的高貝 利特水泥。這是重點工程建設較好抗震技術途徑。而高貝利特水泥的低熱高強特性說明,配置高、性能高的混凝土是理想的膠凝材料,此類水泥具有良好的穩定性、 耐久性和優越的抗裂性,因此,在國家的重點工程項目建設中已得到了廣泛的應用。

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高層鋼結構抗震設計分析?

目前,鋼結構普遍應用于各種類型的民用建筑中,在高層及超高層建筑中的應用則更為廣泛。同混凝土結構相比,鋼結構具有韌性好、強度與重量比高的優點,具有優越的抗震性能;但是,如果鋼結構房屋在結構設計、材料選用、施工制作和維護上出現問題。則其優良的鋼材特性將得不到充分的發揮,在地震作用下同樣會造成結構的局面破壞或整體倒塌。

一、高層建筑發展概括

80年代,是我國高層建筑在設計計算及施工技術各方面迅速發展的階段。各大中城市普遍興建高度在100m左右或100m以上的以鋼筋為主的建筑,建筑層數和高度不斷增加,功能和類型越來越復雜,結構體系日趨多樣化。比較有代表性的高層建筑有上海錦江飯店,它是一座現代化的高級賓館,總高153.52m,全部采用框架一芯墻全鋼結構體系,深圳發展中心大廈43層高165.3m,加上天線的高度共185.3m,這是我國第一幢大型高層鋼結構建筑。進入90年代我國高層建筑的設計與施工技術進入了新的階段。不僅結構體系及建筑材料出現多樣化而且在高度上長幅很大有一個飛躍。深圳于1995年6月封頂的地王大廈,81層高,385.95m為鋼結構,它居目前世界建筑的第四位。

二、高層鋼結構震害現象及其原因分析

鋼結構被認為具有卓越的抗震性能,在歷次的地震中,鋼結構房屋的震害要小于鋼筋混凝土結構房屋。很少發生整體破壞或倒塌現象。盡管如此,由于焊接、連接、冷加工等工藝技術以及外部環境的影響,鋼材材料的優點將受到影響。特別是因設計、施工以及維護不當,就很可能造成結構的破壞。根據鋼結構在歷次地震中的破壞形態,可能破壞形式分為以下幾類:

1、 結構倒塌

結構倒塌是地震中結構破壞最嚴重的形式。造成結構倒塌的主要原因是結構薄弱層的形成,而薄弱層的形成是由于結構樓層屈服強度系數和抗變4剛度沿高度分布不均勻造成的。這就要求在設計過程中應盡量避免上述不利因素的出現。

2、 節點破壞

節點破壞是地震中發生最多的一種破壞形式。剮性連接的結構構件一般采用鉚接或焊接形式連接。如果在節點的設計和施工中,構造及焊縫存在缺陷,節點區就可能出現應力集中、受力小均的現象,在地震中很容易出現連接破壞。梁柱節點可能出現的破壞現象主要表現為:鉚接斷裂,焊接部位位脫,加勁板斷型、屈曲,腹板斷裂、屈曲等。

3、 構件破壞

在以往所有地震中,多高層建筑鋼結構構件破壞的主要形式有支撐的破壞與失穩以及梁柱局部破壞兩種。(1)支撐的破壞與失穩。當地震強度較大時,支撐承受反復拉壓的軸向力作用,一旦壓力超出支撐的屈曲臨界力時,就會出現破壞或失穩。(2)梁柱局部破壞。對于框架柱,主要有翼緣屈曲、翼縫撕裂,甚至框架柱會出現水平裂縫或斷裂破壞。對于框架梁,主要有翼緣屈曲、腹板屈曲和開裂、扭轉屈曲等破壞形態。

4、基礎錨固破壞

鋼構件與基礎的錨固破壞主要表現為柱腳處的地腳螺栓脫開、混凝土破碎導致錨固失效、連接板斷裂等,這種破壞形式曾發生多起,根據對上述鋼結構房屋震害特征的分析可知,盡管鋼結構抗震性能較好,但在歷次的地震中,也會出現不同程度的震害。究其原因,元素是和結構設計、結構構造、施工質量、材料質量、日常維護等有關,為了預防以上震害的出現,減輕震害帶來的損失,多高層鋼結構房屋抗震設計必須嚴格遵循有關規程進行。

三、抗震設計基本要求

1、鋼結構房屋結構類型

常見的鋼結構房屋的結構體系有框架結構、框架一支援結構、框架一抗震墻板結構、簡體結構以及巨型框架結構等。鋼結構房屋的抗震性能的優劣取決于結構的選型,進行實際工程設計時,需要綜合考慮多種因素進行方案的優化,在優化過程中確定其適宜的結構體系。

2、鋼結構房屋結構布置原則

鋼結構房屋的結構體系和結構布置的選擇關系到結構的安全性、適用性和經濟性。和其他類型的建筑結構一樣,多高層鋼結構房屋應盡量采用規則的建筑方案。當結構體型復雜、平立面特別不規則時,可按實際需要在適當部位設置防震續,從而形成多個較規則的抗側力結構單元。由于鋼結構可耐受的結構變形大于混凝土結構,一般來說,不宜設抗震縫,必須設置時,抗震縫寬應不小于相應鋼筋混凝土結構房屋的1.5倍。

3、 鋼結構房屋適用的最大高度和高寬比

根據結構總體高度和抗震設防烈度確定結構類型和最大適用高度。結構的高寬比是影響結構整體穩定性和抗震性能的重要參數,它對結構剛度、側移和振動形式有直接影響。高度比指房屋總高度與平面較小寬度之比。高寬比值較大時,一方面使結構產生較大的水平位移及P—A效應,還由于傾覆力矩使柱產生很大的軸向力。因此,需要對鋼結構房屋的最大高寬比制定限值,不宜大于合理的限值,超過時應進行專門研究,采取必要的抗震措施。

抗震設計的一般方法

鋼材基本屬于各向同性的均質材料,且質輕高強、延性好,是一種很適合于建筑抗震結構的材料,在地震作用下,高層鋼結構房屋由于鋼材材質均勻,強度易于保證,所以結構的可靠性大;輕質高強的特點使得鋼結構房屋的自重輕,從而所受地震作用減??;良好的延性使結構在很大的變形下仍不致倒塌,從而保證結構在地震作用下的安全性。但是,鋼結構房屋如果設計和制造不當,在地震作用下,可能發生構件的失穩和材料的脆性破壞或連接破壞,使鋼材的性能得不到充分發揮,造成災難性后果。因此高層鋼結構房屋的抗震設計就顯得非常重要和必要。

1、建筑場地

在選擇建筑場地時,應根據工程需要,掌握地震活動情況和工程地質的有關資料,對建筑場地做出綜合評價。宜選擇對建筑抗震有利的地段,如開闊平坦的堅硬場地土或密實均勻的干硬場地土等地段,避開對建筑抗震不利的地段,如軟弱場地土、易液化土、條狀突出的山嘴、高聳孤立的山丘,非巖質的陡坡、采空區、河岸和邊坡邊緣等地段。

2、地基和基礎

為了避免建筑物不均勻沉降而導致結構產生裂隙、甚至傾斜,使結構構件過早進入塑性區,同一結構單元不應設置在性質截然不同的地基土上,不宜部分采用天然地基,部分采用樁基;地基有軟弱粘性土、可液化土或嚴重不均勻土層時,應加強基礎的整體性和剛性。

3、平面和立面布置

為了避免地震時建筑發生扭轉和應力集中或塑性變形集中而形成薄弱環節,建筑平面、立面布置宜規則、對稱,質量分布和剛度變化宜均勻。但不設置抗震縫時,應采用與實際情況相符合的計算模型,設置抗震縫時,應將建筑物分割成規則的結構單元。我國《抗震規范》對高層鋼結構房屋的最大適用高度和鋼結構房屋的最大高寬比都有規定:

(1)、結構體系應具有明確的計算簡圖和合理的地震作用傳遞途徑;應有多道抗震設防防線,避免因部分結構或構件失效而導致整個體系喪失抗震能力或喪失對重力的承載能力;應具備必要的承載能力,良好的變形能力和耗能能力;應具有合理的剛度分布和承載力分布,避免因局部削弱或突變而形成薄弱部位,產生過大的應力集中或塑性變形集中,對可能出現的薄弱部位,應采取措施提高其承載能力。

(2)、在抗震結構體系中,應使結構構件和連接部位具有良好的延性,避免脆性破壞,提高抗震結構的整體變形能力。因此,鋼結構構件應合理控制尺寸,防止局部失穩或整體失穩,如對梁翼緣和腹板的寬厚比和高厚比都作了明確規定。此外,還應加強各構件之間的連接,以保證結構的整體性,抗震支承系統應保證地震作用時結構的穩定。

(3)、對于女兒墻、圍護墻、雨篷、封墻等非結構構件,應使其與主體結構有可靠地連接和錨固,避免地震時倒塌傷人,產生附加震害;圍護墻、隔墻等與主體結構的連接,應避免設置不當而導致主體結構破壞;應避免吊頂塌落及懸吊較重的裝飾物墜落,不可避免時應采取可靠措施。

(4)、建筑物在強震作用下的表現,既是對抗震設計的檢驗,也是對施工質量的檢驗。施工質量的好壞,直接影響鋼結構房屋的抗震能力。因此,抗震結構對材料和施工質量的特別要求,應在設計文件上注明。建筑物的施工要特別注意符合圖紙上合理的抗震要求,注意材料選擇,確保施工質量。

隨著人們對地震的不斷認識,為防止出現嚴重的地震的嚴重災害,造成財產損失和生命傷亡。人們對高層鋼結構房屋的抗震要求不斷提高。本文闡明了設計人員進行高層鋼結構房屋抗震設計時,應首先從概念設計著手,制定比較合理的設計方案等,確保房屋抗震設防目標的實現。

鋼結構各種流程

應注意的事項

(1)制作:鋼結構制作包括放樣、號料、切割、校正等諸多環節。高強度螺栓處理后的摩擦面,抗滑移系數應符合設計要求。

制作質量檢驗合格后進行除銹和涂裝。一般安裝焊縫處留出30~50mm暫不涂裝。

(2)焊接:焊工必須經考試合格并取得合格證書,且必須在其考試合格項目及其認可范圍內施焊。焊縫施焊后須在工藝規定的焊縫及部位打上焊工鋼印。

焊接材料與母材應匹配,全焊透的一、二級焊縫應采用超聲波探傷進行內部缺陷檢驗,超聲波探傷不能對缺陷作出判斷時,采用射線探傷。

施工單位首次采用的鋼材、焊接材料、焊接方法等,進行焊接工藝評定。

(3)運輸:運輸鋼構件時,要根據鋼構件的長度和重量選用車輛。鋼構件在車輛上的支點、兩端伸出的長度及綁扎方法均應保證構件不產生變形、不損傷涂層。

(4)安裝:鋼結構安裝要按施工組織設計進行,安裝程序須保證結構的穩定性和不導致永久性變形。安裝柱時,每節柱的定位軸線須從地面控制軸線直接引上。鋼結構的柱、梁、屋架等主要構件安裝就位后,須立即進行校正、固定。

由工廠處理的構件摩擦面,安裝前須復驗抗滑移系數,合格后方可安裝。

(5)防火與防銹:

1)鋼結構防火性能較差。當溫度達到550℃時,鋼材的屈服強度大約降至正常溫度時屈服強度的0.7,結構即達到它的強度設計值而可能發生破壞。

設計時應根據有關防火規范的規定,使建筑結構能滿足相應防火標準的要求。在防火標準要求的時間內,應使鋼結構的溫度不超過臨界溫度,以保證結構正常承載能力。

2)外露的鋼結構可能會受到大氣,特別是被污染的大氣的嚴重腐蝕,最普通的是生銹。這就必須對構件的表面進行防腐蝕處理,以保證鋼結構的正常使用。防腐處理的方法根據構件表面條件及使用壽命的要求決定。

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鋼結構建筑的高層抗震分析過程(鋼結構高層建筑抗震性能) 建筑施工圖設計

高層建筑的抗震設計與抗震結構

高層建筑的抗震設計與抗震結構【1】

摘要:近年來隨著我國建筑工程事業發展的不斷進步,人們對建筑工程施工質量有了更高的要求。

汶川地震給我國建筑工程事業敲響了警鐘,我國建筑工程設計未來的發展要更加注重抗震設計以及抗震結構的構建,努力通過抗震設計提高建筑工程的穩固性,保障用戶的生命財產安全。

關鍵詞:建筑工程 抗震設計 抗震結構安全

1對建筑工程震能力產生影響的主要因素

1.1建筑結構的抗震設計標準

建筑結構抗震設計標準要根據國家對不同地區地震可能發生的情況以及對地震的危害程度所進行的初步預測來確定不同地區的基本設防烈度。

設防烈度的確定是對抗震標準進行設計的主要參考依據,只有抗震烈度測量預測的準確性,才能夠保障抗震設計標準的科學性與正確性。

建筑施工單位根據抗震設計標準以及工程項目開發對住宅使用性能的要求,來進行抗震設計,提高建筑物抗震設計的烈度,設計烈度與建筑物的抗震能力成正比,與建筑工程造價成反比。

1.2建筑工程抗震設計是否合理

所謂抗震設計主要是對建筑的結構形式進行合理的設計,并對建筑結構抗震措施加以選擇,保障建筑結構具有穩定的抗震性,在地震災害威脅的情況下要確保建筑結構不倒。

高層建筑物對抗震設計有著比普通建筑更高的設計要求,通常選擇現澆剪力墻結構、框架- 剪力墻結構作為高層建筑物的首選結構類型。

這種類型的建筑結構強度高、在外力的強烈作用下,能夠維持建筑結構的平穩性,抗震效果非常明顯。

建筑工程抗震設計的合理性是確保建筑抗震性能的基本保障。

1.3建筑工程施工質量

建筑工程施工質量直接影響建筑物的使用性能,在地震振幅的強烈刺激下,建筑物的穩固性很難得到保障,為此必須對建筑物施工質量進行嚴格的控制,規范建筑施工工序,加強質量監督與檢驗工作,提高建筑物的整體質量,保障建筑物的高抗震性。

2選擇適合的抗震結構與高質量的建筑材料

2.1建筑結構體系對建筑抗震性能的重要作用

現階段在我國建筑結構體系中主要包含了框架結構體系、框架―剪力墻結構體系、剪力墻結構體系與筒體結構體系等主要結構體系表現形式。

這些結構體系根據建筑物的實際需要被廣泛的運用到高層建筑物中。

而目前國外在地震多發區,已經開展廣泛的采用鋼結構體系,作為提高建筑結構防震的主要結構體系,我國目前所采用的多為鋼筋混凝土結構,其抗震性能遠遠比不上鋼結構的抗震性能。

鋼結構在強度、韌性以及延展性上具有明顯的優勢。

通過對地震區建筑房屋的倒塌情況進行調查我們可以發現,鋼結構建筑物的倒塌機率是最小的。

我國工程建造開發者在進行高層建筑物設計時,為了節省用鋼數量,往往采用框架- 核心筒體系。

在混合結構震層中所產生的剪應力的八成以上都由內部的混凝土來承擔。

鋼筋混凝土結構在外力的作用下容易出現彎曲變形,為了減少建筑結構的側移,往往需要采用小的鋼結構對框架-核心筒結構加以輔助,這不但沒能達到節省建筑鋼材用量的目的,還增加了建筑結構的負擔,不利于建筑整體結構穩固性的發揮,為此我國要積極推進鋼結構在建筑領域的應用。

2.2建筑材料對建筑物抗震效果的影響與應用

建筑材料的使用性能對建筑物的質量有著決定性的影響,而高質量的建筑物又具有良好的抗震效果,為此若想提高建筑物的抗震性,首先要確保建筑材料的質量。

在對建筑材料進行選擇時,通常要選擇強度高、安全性好,以及具有良好耐久性的建筑材料,研究實踐表明,高性能的建筑材料在提高建筑結構的使用性能與使用壽命方面具有不可替代的作用。

混凝土是目前我國建筑工程領域所普遍運用的人工石材,它產生于1824年,它的出現極大的改變了世界建筑工程領域的.發展狀況,為促進我國建筑工程領域的發展起到了極大的推動作用。

但混凝土建筑材料卻屬于脆性材料,從建筑結構抗震的角度進行分析,混凝土材料不利于建筑結構的抗震性,為此不應作為結構性材料應用到建筑結構當中。

為解決這一問題,建筑工程領域展開了廣泛的研究與討論。

目前主要通過對建筑結構進行科學合理設計以及采用鋼筋來化解混凝土的脆性。

同時也可以通過對混凝土自身的性能加以改變來實現對混凝土脆性的改良,達到提高混凝土材料抗震效果的目的。

通常狀況下對混凝土自身的性能進行改良,提高混凝土建筑結構的抗震性能主要從以下幾個方面加以著手:首先,要對混凝土攪拌過程中的用水量進行嚴格的控制,水對混凝土的水化反應以及混凝土的和易性都產生至關重要的影響,決定混凝土的性能,為此在混凝土加工、攪拌、運輸、使用的全過程要通過會混凝土用水量的控制,來確?;炷恋膹姸燃捌淠途眯?。

然而為了確?;炷两ㄖY構的抗震性能,我們不能一味的增加混凝土的強度,因為混凝土強度與極限壓成反比,當混凝土的強度達到一定高度時,在外力作用下一旦混凝土遭到破壞,此時混凝土的脆性特征就會變得更加明顯,為此必須在考慮增強混凝土強度的同時要考慮增強混凝土的韌性,只有這樣才能夠確?;炷辆哂休^好抗震性能。

提高混凝土的使用性能還可以采用聚合物改性,這樣可以顯著提高混凝土的抗滲性、抗侵蝕能力,改善漿體與集料界面的結合,而且摻加達到一定量時,脆性的混凝土開始呈現聚合物良好的延性特征,在國際上已經開發成功的超高強水泥彈簧,即是該應用的一個極端例證。

在保證混凝土足夠的堿度防止鋼筋銹蝕破壞以及碳化破壞的同時,適宜摻加摻合料可降低混凝土結構中主要存在于孔隙和漿體與集料界面的氫氧化鈣的含量,改善界面結構,提高混凝土的抗滲性。

集料質量也是影響混凝土質量、尤其是混凝土的耐久性的重要因素。

例如,用堿活性集料或含有害組分的集料制備的混凝土不僅可導致混凝土耐久性的降低和壽命的縮短,而且可能在突發災害中加速破壞而導致巨大損失。

2003年土耳其地震后對倒塌建筑調查的結果表明,由于不當使用含氯離子高的海砂作為集料制備混凝土是導致增強鋼筋加速銹蝕而使混凝土建筑在震中倒塌的主要原因。

當然,從通用水泥自身也可提出許多有益于提高混凝土耐久性的要求,如適宜控制水泥比表面積和水化熱、降低水泥中氯離子含量、堿含量等。

此外,還可以從根本上調整水泥品種,例如選用低水化放熱、高后期強度、尤其是抗折強度高、抗侵蝕性好的低熱硅酸鹽水泥,即高貝利特水泥,對于重點工程建設是一種更好的技術途徑。

高貝利特水泥低熱高強的特性表明,它是配制高強高性能混凝土的理想的膠凝材料,所配制的高貝利特大體積混凝土抗裂性優越、且具有良好的體積穩定性和優越耐久性,已在國家重點工程應用中得到證明。

3結束語

良好的抗震設計與抗震結構對建筑物抵抗地震災害的威脅起到良好的保護作用,為確保我國建筑使用者的生命財產安全提供了可靠的保障,我國必須努力通過合理的設計創造出高性能的抗震結構,提高我國建筑物的抗震效果,對人們的生命財產安全實施全面的保護,避免汶川地震的慘劇再次上演。

參考文獻:

[1] 王麗霖.我國高層建筑抗震結構設計初探[J].山西建筑,2011,(03) .

[2] 和佳一.淺談高層建筑結構抗震設計[J].中國新技術新產品,2011,(12)

[3] 陳維東.高層建筑結構抗震設計存在的問題及其對策[J].中國高新技術企業, 2009,(05).

帶轉換層高層建筑結構非抗震與抗震設計的區別【2】

摘要:鑒于高層建筑結構的多樣性,轉換層的結構設計,應該針對高層建筑的結構類別,進行區別性方案的設計,通過精心組織施工,高要求控制模板、鋼筋和混凝土等的施工程序,提供這些施工程序的有利條件,降低施工難度,為高層建筑轉換層的結構設計奠定基礎。

而抗震設計與非抗震設計在具體結構構件梁、柱及剪力墻的構造配筋上均存在一定區別,結構設計時應進行區分。

本文就這些問題進行了分析探討。

關鍵詞:帶轉換層;高層建筑;抗震設計

前言

隨著高層建筑的迅速發展,以及對建筑結構多功能的要求,帶轉換高層結構的應用越來越多,且轉換層的設置位置也越來越高。

六度抗震地區與非抗震地區在帶轉換層高層建筑結構設計上的存在區別,不同區域的建筑結構設計,根據抗震等級不同也存在區別,對不同地區進行整體結構概念設計,應避免在實際設計工程中造成不必要的浪費或者安全度偏大,以達到節省建筑工程造價的目的。

一、帶轉換層結構的設計原則

帶轉換層建筑結構總體設計應遵循的如下原則:首先,傳力直接,避免多次轉換。

布置轉換層上下主體豎向結構時,要盡量使水平轉換結構傳力直接,通過結構的合理布置,使不落地的剪力墻通過轉換托梁直接傳給豎向承重構件,盡可能的避免轉換次梁及水平多級轉換,實現傳力路勁的最短化。

其次,強化下部、弱化上部。

要保證底部大空間有適宜的剛度、強度、延性和抗震能力,要有意識的強化轉換層下部主體結構剛度,弱化轉換層上部主體結構的剛度,使得轉換層上下部主體結構的剛度及變形特征盡量接近,以避免出現薄弱層。

再次,計算全面準確。

必須將轉換結構作為整體結構中一個重要組成部分,采用符合實際受力變形狀態的正確計算模型進行三維空間整體結構計算分析。

采用有限元方法對轉換結構進行局部補充計算時,轉換結構以上至少取2層結構進入局部計算模型,同時應計及轉換層及所有樓蓋平面內剛度,計及實際結構三維空間盒子效應,采用比較符合實際邊界條件的正確計算模型。

二、建筑結構平面布置

關于建筑物的結構平面布置,僅在《高層建筑混凝土結構技術規程》表4.3.3中對建筑物在考慮地震作用時的平面長寬比以及局部凹凸進行明確規定;并且在4.3.5條中對建筑的位移比和周期比進行嚴格的限制。

非抗震設計時,由于對周期比沒有嚴格的限制,故在設計轉換層以上的小開間住宅部分的豎向構件時,可以只按照豎向構件的承載力進行設計;作抗震設計時,為了使周期比滿足規范要求的限值,必須對建筑物周圍的豎向構件進行加強處理,這就人為地增大了轉換層上部的建筑物結構剛度,也增加了豎向構件的數量或者截面,同時也會引起轉換層下部剛度相應增大。

三、建筑結構豎向布置

考慮地震作用下,僅在《高層建筑混凝土結構技術規程》中4.4.2和4.4.3條對建筑物的側向剛度進行限制,保證建筑物的側向剛度的連續。

4.4.5條對建筑物的豎向收進和外挑進行限制。

(1)底部大空間為1層時,可近似采用轉換層上、下層結構等效剪切剛度比γ表示轉換層上、下層結構剛度的變化,γ宜接近1,非抗震設計時γ不應大于3,抗震設計時γ不應大于2。

(2)底部大空間層數大于1層時,其轉換層上部與下部結構的等效側向剛度比γe宜接近1,非抗震設計時γe不應大于2,抗震設計時γe不應大于1.3。

由于轉換層結構上部建筑多為住宅,根據建筑住宅使用功能的要求,房間分隔較小且對結構梁高進行限制,故造成上部住宅部分的豎向構件柱子或短肢剪力墻數量較多,梁較密。

并且轉換層上部住宅部分層高一般比下部大開間的商場部分小得多。

這些都是造成轉換層上部結構剛度遠遠大于下部結構剛度的客觀原因。

為了增加下部結構剛度,只能在適當位置處增加豎向構件或原豎向構件的截面尺寸。

上、下部剛度越要求接近,則增加的下部豎向構件越多或者截面越大。

四、結構構件承載力設計的區別

《高層建筑混凝土結構技術規程》4.7.1條中規定:無地震作用時,構件承載力設計值大于等于結構作用效應組合的設計值與結構重要性系數的乘值(結構重要性系數的取值在1.~1.1之間);有地震作用組合時,構件承載力設計值大于等于結構作用效應組合的設計值與結構構件承載力抗震調整系數的乘值(結構構件承載力抗震調整系數的取值在1.0~1.33之間)。

以上分析均針對非抗震設計和抗震設計在結構概念設計上的區別,屬于確定建筑方案前需要考慮的結構體系對建筑物的總體影響,是非抗震設計和抗震設計在性能設計上的根本區別,需要在建筑方案確定前進行經濟綜合性比較分析。

整體結構概念設計是實現非抗震結構性能經濟性設計的根本方向。

五、具體建筑構件單項比較分析

1、框支梁

梁上、下部縱向鋼筋的最小配筋率,非抗震設計時不應小于0.30%;抗震設計時,特一、一和二級不應小于0.60%、0.50%和0.40%;加密區箍筋最小面積含箍率在非抗震設計時不應小于0.9ft/fyv;抗震設計時,特一、一和二級不應小于1.3ft/fyv、1.2ft/fyv和1.1ft/fyv。

梁截面高度在抗震設計時不應小于計算跨度的1/6,非抗震設計時不應小于計算跨度的1/8;框支梁截面組合的最大剪力設計值應符合下列要求:

無地震作用組合時:V≤0.2βcfcbh0;

有地震作用組合時:V≤0.15βcfcbh0/γRE。

2、框支柱

框支柱截面組合的最大剪力設計值應符合下列要求:無地震作用組合時,V≤0.2βcfcbh0;有地震作用組合時,V≤0.15βcfcbh0/γRE。

柱截面寬度,非抗震設計時不宜小于400mm,抗震設計時不應小于450mm;柱截面高度,非抗震設計時不宜小于框支梁跨度的1/15,抗震設計時不宜小于框支梁跨度的1/12;非抗震設計時,框支柱宜采用復合螺旋箍或井字復合箍,箍筋體積配箍率不宜小于0.8%,箍筋直徑不宜小于10mm,箍筋間距不宜大于150mm。

3、剪力墻

部分框支剪力墻結構,剪力墻底部應加強部位墻體的水平和豎向分布鋼筋最小配筋率,抗震設計時不應小于0.3%,非抗震設計時不應小于0.25%;錯層處平面外受力的剪力墻,其截面厚度,非抗震設計時不應小于200mm,抗震設計時不應小于250mm,并均應設置與之垂直的墻肢或扶壁柱;抗震等級應提高一級采用。

錯層處剪力墻的混凝土強度等級不應低于C30,水平和豎向分布鋼筋的配筋率,非抗震設計時不應小于0.3%,抗震設計時不應小于0.5%。

結語

轉換層在高層建筑的應用必不可少,每座建筑的結構都有其自身的特點,應根據需要,選擇合適的轉換層類型。

在施工中,還用注意每一環節的施工,在了解各構件特性的基礎上,合理的發揮其長處、解決其短處,保證轉換層的質量。

參考文獻:

[1]趙西安.高層建筑結構實用設計方法[M].第3版上海: 同濟大學出版社,2013.

[2]毛華毅.淺談高層建筑結構設計的若干問題[J].山西建筑,2010,36(9):72-73.

高層鋼結構抗震的計算?

1.地震作用計算

結構自振周期鋼結構建筑的高層抗震分析過程,在初步設計時鋼結構建筑的高層抗震分析過程,基本周期可按經驗公式估算:式中n―建筑物層數(不包括地下部分及屋頂小塔樓)。

采用底部剪力法計算水平地震作用。鋼結構的阻尼比較小鋼結構建筑的高層抗震分析過程,高層可取0.02鋼結構建筑的高層抗震分析過程,多層可取0.035.

2.地震作用下內力與位移計算

(1)多遇地震作用下

結構在第一階段多遇地震作用下的抗震設計中,其地震作用效應采取彈性方法計算:可根據不同情況,采用底部剪力法、振型分解反應譜法以及時程分析法等方法。

(2)罕遇地震作用下

高層鋼結構第二階段的抗震驗算應采用時程分析法對結構進行彈塑性時程分析。

3.構件的內力組合與設計原則

(l)內力組合

在抗震設計中,一般高層鋼結構可不考慮風荷載及豎向地震的作用,對于高度大于60m的高層鋼結構須考慮風荷載的作用,在9度區尚須考慮豎向地震作用。

(2)設計原則

框架梁、柱截面按彈性設計。同時,將框架設計成強柱弱梁體系。

4.側移控制

在小震下(彈性階段),過大的層間變形會造成非結構構件的破壞,而在大震下(彈塑性階段),過大的變形會造成結構的破壞或倒塌,因此,應限制結構的側移,使其不超過一定的數值。

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