賈宏宇
(浙江省現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司 浙江杭州 310014)
高層建筑在人們的生活中較為常見,高層建筑的出現(xiàn)及使用有效地緩和了城市居民的住房問題,通過科學(xué)的設(shè)計(jì)及施工,高層建筑的各項(xiàng)性能可以很好地滿足用戶的需求,同時(shí)在智能化設(shè)施的支持下,人們的生活水平可得到較好的提升。對于高層混凝土建筑而言,結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的科學(xué)性影響較大,同時(shí),如何保護(hù)高層建筑在地質(zhì)災(zāi)害中不被破壞需要設(shè)計(jì)者予以重視。
高層建筑在地震發(fā)生時(shí),其建筑結(jié)構(gòu)的地基破壞是比較明顯的一種破壞形式,假如建筑設(shè)計(jì)在軟土層上,這樣更會(huì)加重建筑的地基破壞。這是因?yàn)檐浲恋鼗诎l(fā)生地震時(shí),其主體液化的地基沉降會(huì)加強(qiáng),這樣就會(huì)導(dǎo)致建筑的主體性地基結(jié)構(gòu)發(fā)生傾斜,這對于建筑的安全性來說,是比較危險(xiǎn)的一項(xiàng)破壞。由于高層建筑結(jié)構(gòu)在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中,采用的是混凝土累積結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)在發(fā)生地基沉降的影響下,就會(huì)出現(xiàn)明顯的傾斜,而隨著傾斜程度的不斷增大就會(huì)導(dǎo)致建筑的主體性受到破壞。如果將高層建筑設(shè)計(jì)在比較危險(xiǎn)的地段,這樣就會(huì)使得高層建筑結(jié)構(gòu)在發(fā)生地震時(shí)出現(xiàn)主體性不均勻傾斜的現(xiàn)象。甚至還會(huì)出現(xiàn)裂縫,因此,在這種情況下的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,一定要注重對建筑結(jié)構(gòu)地基的抗震設(shè)計(jì)。
假如高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在其實(shí)際設(shè)計(jì)過程中,采用的是混凝土框架結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)假如遇到地震就會(huì)導(dǎo)致建筑的整體平面受到影響,同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)的平面框架發(fā)生位移。另外,由于在高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程中,采用的是交叉支柱體系構(gòu)建設(shè)計(jì),因此,這種建筑設(shè)計(jì)在發(fā)生地震時(shí),就會(huì)出現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)的剪切破壞,同時(shí)建筑結(jié)構(gòu)的肢體會(huì)出現(xiàn)窗洞性破壞,由于在實(shí)際建筑的設(shè)計(jì)過程中,采用的是剪力墻建筑主體結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)在發(fā)生地震時(shí),能夠?qū)⒌卣饘ㄖ鬟f的能量進(jìn)行發(fā)散,因此,剪力墻在一定程度上減輕了地震對建筑的主體性破壞。
在高層建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中,采用的是矩形平面式設(shè)計(jì),如果出現(xiàn)了電梯井偏移狀況,會(huì)在一定程度上加劇地震對建筑結(jié)構(gòu)的破壞程度。這是由于高層建筑結(jié)構(gòu)在其實(shí)際設(shè)計(jì)過程中,針對電梯井的設(shè)計(jì),采用的是剛性設(shè)計(jì),這種設(shè)計(jì)形式在其實(shí)際應(yīng)用過程中,如果發(fā)生地震,就會(huì)導(dǎo)致建筑的電梯井在地基結(jié)構(gòu)的偏移情況下,出現(xiàn)明顯的晃動(dòng),因此,這也在一定程度上加劇了高層建筑結(jié)構(gòu)在地震來臨時(shí)的剛度性破壞。由于高層建筑的剛度性破壞受到影響,導(dǎo)致建筑的矩形平面結(jié)構(gòu),在面臨地震時(shí),其整體的結(jié)構(gòu)在空間扭動(dòng)的影響下,加深震害影響。
高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)隔震設(shè)計(jì),主要是指在高層混凝土建筑的下部,設(shè)置相應(yīng)的隔震層。該隔震層在地震的作用力下,產(chǎn)生相應(yīng)的水平變化,讓地震的作用力不會(huì)影響到上部的高層建筑。它能夠讓高層混凝土建筑的上部建筑物與地基之間的共振減少,吸收更多的振動(dòng)能量作用。隔震的主要構(gòu)件分為三個(gè)部分:①鉛制的緩沖性構(gòu)件。該構(gòu)件主要是利用純度較高的鉛材料,在經(jīng)過塑性變形后制成的構(gòu)件;②鋼制的緩沖性構(gòu)件。該構(gòu)件主要是對鋼材料進(jìn)行塑性變形后制成的構(gòu)件,能夠起到衰減震動(dòng)的效果;③疊層式橡膠,它是一種把鋼板與厚度數(shù)為毫米的一些橡膠重疊交互接合,在壓力與熱的施加下制成的彈性較高的構(gòu)件。它能夠防止地基出現(xiàn)共振情況,讓高層建筑抗震結(jié)構(gòu)保持著垂直狀態(tài)。
主要的減震方式有三種:①消能減震。主要是利用高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)的附加阻力值,當(dāng)阻力值達(dá)到至高點(diǎn)時(shí),會(huì)導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)的地震作用力減弱。該方式也就是在建筑結(jié)構(gòu)中的一些部位中,設(shè)置上相應(yīng)的耗能元件,在發(fā)生振動(dòng)時(shí),形成滯回的變形,將能量耗散,如摩擦力的電阻器、金屬的阻力器、粘滯的阻力器等;②蹺動(dòng)式減震。它允許上部結(jié)構(gòu)和下部基礎(chǔ)脫離,通過上部結(jié)構(gòu)的晃動(dòng)來隔震。與傳統(tǒng)的隔震技術(shù)的區(qū)別在于,它放松的是轉(zhuǎn)動(dòng)約束而不是水平約束;③機(jī)械式的減震。該方法主要是在高層混凝土建筑內(nèi)部利用鋼支撐,并與外部的鋼管之間不粘結(jié);或在鋼管混凝土或者外包鋼筋混凝土與鋼支撐之間,進(jìn)行無粘結(jié)漆的涂抹,形成一定的滑移界面,從而起到減震的效果。
水平荷載決定著高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整體效果。水平荷載包括風(fēng)荷載和水平地震作用。水平荷載的大小將直接決定了高層建筑的抗震水平。原因在于:①高層建筑物重力荷載以及高層的水平荷載使建筑產(chǎn)生軸力、剪力以及彎矩,其中軸力、剪力與高層建筑物自身高度一次方呈現(xiàn)正比關(guān)系。②水平荷載使高層建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的彎矩,在構(gòu)件中形成的軸力作用將和樓房高度兩次方呈現(xiàn)正比關(guān)系。
在高層混凝土建筑中,在水平荷載的作用下建筑結(jié)構(gòu)通常會(huì)出現(xiàn)側(cè)移,而這種側(cè)移也會(huì)隨著樓層數(shù)的增加而逐漸加大。若建筑結(jié)構(gòu)側(cè)移的尺度過大,則建筑結(jié)構(gòu)的本身就會(huì)產(chǎn)生一定的內(nèi)力。在內(nèi)外力的作用下,偏心力在超過一定數(shù)值時(shí),就會(huì)導(dǎo)致高層混凝土建筑出現(xiàn)大的位移甚至傾倒。同時(shí),建筑結(jié)構(gòu)在受到地震荷載影響下,會(huì)出現(xiàn)水平的剪切力,也會(huì)導(dǎo)致建筑物產(chǎn)生側(cè)移的情況。因而在對高層混凝土建筑進(jìn)行抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),要保證建筑物結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、剛度及強(qiáng)度,避免出現(xiàn)側(cè)移情況。
當(dāng)?shù)卣饋砼R時(shí),受地面運(yùn)動(dòng)影響,高層混凝土建筑結(jié)構(gòu)更容易受到水平作用力的影響,出現(xiàn)側(cè)移甚至坍塌情況,這對高層混凝土建筑橫墻的承載力提出了一定要求。在抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,建筑物結(jié)構(gòu)的水平剛度是最為重要的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。高層混凝土建筑的樓蓋要把地震的作用力傳遞給橫墻,讓建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生抗傾覆的力矩,同時(shí)在結(jié)構(gòu)的豎向構(gòu)件內(nèi)形成一定的軸力,從而讓建筑結(jié)構(gòu)的高度與水平力彎矩形成正比,避免發(fā)生側(cè)移甚至坍塌的情況。因而,這就需要注意水平剛度的合理控制。
綜上所述,在現(xiàn)代化社會(huì)背景下的建筑行業(yè)發(fā)展中,要全面保障建筑的安全性,應(yīng)在實(shí)際建筑的設(shè)計(jì)過程中,加強(qiáng)對建筑的抗震性設(shè)計(jì),只有加強(qiáng)對建筑的抗震性設(shè)計(jì),才能全面而穩(wěn)定地提升建筑的安全性和實(shí)用性。
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