浅谈高层建筑抗震及基础隔震技术

浅谈高层建筑抗震及基础隔震技术

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摘要:高层建筑的基础隔震技术能够在发生较强地震时保障人们的安全,降低地震带来的经济损失,该项施工技术在我国防震减灾中起到了非常重要的作用,值得相关工作者不断的钻研、改进及完善。

关键词:高层建筑;抗震;基础隔震技术

1建筑工程抗震技术的发展及现状

1.1建筑工程抗震技术的发展

日本是首先提出工程抗震防灾技术的国家。当时的工程抗震技术主要从静力理论开始发展,并逐渐向柔性结构理论体系发展。而柔性结构理论体系的发展让结构体系本身的刚度得到有效减少。随后,结构底层刚度减小、上部结构强度增大逐渐成为建筑工程抗震技术的发展方向,这种技术又被成为是柔性底层结构体系。随着时间的推移以及技术的不断进步,建筑工程抗震技术现阶段主要被广泛采纳的是延性结构抗震体系。传统的抗震技术在如今的高层建筑中仍然有一定程度的运用。并且目前抗震防灾技术也相对完善,同时在各个方面发挥着显著的影响。

1.2建筑工程抗震技术现状

目前我国的抗震隔震技术以及耗能减震技术的发展已经趋于成熟,并且在很多实际的高层建筑项目中得到推广和运用,取得了较好的效果。

2高层建筑当中基础隔离技术的主要原理

在以往的的抗震结构中,主要依靠建筑结构及构件来抵抗甚至是消除掉地震产生的能量,在进行高层建筑的结构设计时,由于地震产生的作用力属于外加荷载,设计师要结合其它荷载带来的影响对建筑物隔震设计进行细致的分析,从而使其满足抗震的要求。在高层建筑隔震技术中,其主要原理就是将阻尼器以及橡胶隔震支座加入到建筑物的耗能装置内。其中,橡胶隔震支座主要提供的是较强变形能力等作用,其次,它还会对地震能量进行一定的消耗。在高层建筑中应用隔震技术,一般会使建筑物上部结构中的地震作用缩小到30%左右,当地震发生时,其上部结构的反应主要以第一振型为主。相当于一种刚体平动,基本上不会产生反应放大的情况,并通过隔震层中的相对大位移作用有效降低上部结构内所受到的地震荷载。若在发生地震前采用基础隔震措施,高层建筑上部结构受到的地震反应就会大大降低,同时减轻对建筑构件以及内部设施的破坏程度,还会避免建筑物中的人群受到伤害。

3高层建筑结构设计中存在的特殊性

3.1水平荷载是高层建设结构设计过程中的决定因素

在竖向构件中,房屋自重、楼面使用荷载所形成的轴力以及弯矩的数值,这些参数与建筑高度的一次方成正比关系。结构本身受到的水平荷载会形成倾覆力矩和轴力,而这两项数值在竖向构建中与建筑高度的两次方成正比。另外,竖向荷载对于具有一定高度的建筑物来说,大体上属于定制。而由于结构动力特征不同,建筑在地震以及水平荷载分荷载的作用下,其数值会出现较大的变化。

3.2结构侧移是高程建筑结构的设计关键

随着高层建筑高度的日益增加,建筑在水平荷载的作用下,或出现较大的结构侧移变形现象。所以,设计者应该采取一定措施对这种结构位移情况作出制约或者消减。

3.3结构延性在设计中是起着关键作用的关键指标

通过与低层建筑相比,可知高层建筑需要具备一定的柔性。只有这样,当地震发生时虽然建筑会发生较大的变形,但是这种塑性变形可以保证地震时建筑不发生倒塌,从而为人员逃生争取更多的时间。所以,结构延性在设计中对于抗震性能起着关键的作用。

4建筑结构抗震优化策略

4.1造型抗震优化策略

建筑的体积、平面布局以及建筑的外观设计三者之间有着密切的联系,所以在建筑设计中,建筑造型设计是其关键性的组成部分。在设计过程中,不应忽视建筑性能,只注重建筑的外观,避免建筑物出现不对称或不规则的现象。当发生地震时,不规则的建筑平面布置会导致建筑结构的受力分布不均匀。所以,在建筑物平面布置中,应尽量选择较为规则的平面类型如方形、矩形等,以避免外力对建筑结构造成不利的影响,在保证抗震设计质量的同时,还能呈现出建筑物的艺术和美感,达到建筑物的实用性、美观性以及坚固性相结合的目的。

4.2选择合适的地理位置

当建筑施工场地工程地质条件不同的情况下,在地震作用下建筑物所遭受的破坏程度也是不同的,因此在高层建筑工程项目建设中应选择抗震有利场地,避开抗震不利场地进行施工建设,从而减轻地震灾害发生。在高层建筑施工前应加强对工程地质的勘察,并采取科学的解决措施,对不利工程地段应考虑因场地条件造成结构破坏的因素。除地震因素限制外,还要排除具有严重危险性场地和不利场地作为建筑施工用地。场地选择应根据地基、场地等对于建筑物所承受抗震破坏作用大小及其特征来进行明确分类,根据不同场地的特点和特征采取科学合理的抗震措施。在高层建筑结构抗震设计中,结构工程师应提出避开不利地质环境的要求,如根据地基液化等级和抗震设防类别等加强上部结构和地基结构的刚度,消除地基液化沉陷。

4.3建筑重要组成部分的抗震优化设计

在建筑抗震优化设计中,楼梯间、楼层板部分是其重要的核心部分,极大的影响了建筑物的抗震性。楼梯间起到垂直交通的作用,可以疏通人的流动,在平面布局上不应该放置在建筑物的末端和拐角位置。传统的建筑基础抗震设计主要将粘土和砂土置于基础交替位置,或直接铺设粘土或砂垫层,而隔震设计则采用特殊材料将垫层置于基础位置,以减少地震的破坏建筑物。目前,最常用的建筑基础隔震层是沥青。

4.4建筑平面抗震优化策略

在建筑平面设计中,想要体现建筑功能空间的利用需求,应坚持均匀对称的原则。倘若墙和钢构件不对称,则结构在地震发生时会受力不均匀,将会破坏局部墙体或整个建筑物。该设计的中心内容是建筑平面的组合和单间的设计,设计单人房时,有必要对每个房间的建筑面积,以及门窗的位置进行确定,并在选择与单间建筑面积和门窗相适应的平面组合方式时,应根据实际的建筑工程施工情况来进行。例如,利用单元平面组合,实现空间的一体化使用,通常单元式平面组合在商业建筑和高层办公建筑中的应用比较多,对建筑结构的整体刚度和抗扭性能提高有着非常重要的作用。当垂直交通设计中心在平面外时,应采取措施减少角落门窗的开度,避免出现“转角效应”的现象。

5高层建筑抗震技术及基础隔震技术的经济效益

在高层建筑中,橡胶隔震垫不仅使建筑物的隔震性能得到有效提升,还在一定程度上降低了技术的成本。与传统建筑结构相比较而言,高层建筑的基础隔震会花费较高的费用,但在传统建筑物中采用建筑上部结构的抗震设计时,会整体提升建筑物的总费用。因此,在高层建筑中合理应用基础隔震技术不仅能使其发挥出应有的作用,还能在地震发生时降低经济损失,并且地震过后无需进行建筑物的维护等等,大大降低建筑物的灾后维护费用。

结束语

在建筑诞生之初,建筑物就被人们称作为是技术以及审美的融合体,即一个良好的建筑物,一定要具有经济性、适用性及美观性。但随着建筑物层数越来越高,建筑物的使用安全系数成了设计人员重点考虑的问题,其中,做好对抗震技术以及基础隔震技术的应用尤为关键。

参考文献:

[1]姜彬霖.减隔震技术在高层建筑基础方面的应用研究[J].四川水泥,2018(02):163.

[2]宋晓,谭平,周福霖,滕晓飞.基础隔震结构高宽比限值研究[J].地震工程与工程振动,2017,37(06):43-51.

[3]张冉.不规则结构基础隔震性能研究与应用[D].安徽建筑大学,2017.

[4]柯昌义.增设减隔震装置的高层建筑抗风性能研究[D].南昌航空大学,2017.

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