高层建筑抗震问题的感想

1、精选优质文档-倾情为你奉上精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业专心-专注-专业精选优质文档-倾情为你奉上专心-专注-专业 高层建筑抗震问题的感想 目前，城市的高层、超高层建筑越来越多，相关安全性问题也备受关注这就使得房屋建筑物的抗震性能显得尤为重要。对于一个高层结构的设计,遇到的问题可能错综复杂,只能具体问题具体分析。在高层结构的设计过程中, 工程设计人员只有抗震概念清晰,采用抗震效果好的建筑结构体系及平面布置，应用抗震性能优良新型建筑材料三者有机结合,才能取得比较理想的结果。才能大幅度增强建筑物的防震抗震能力,在这个过程中抗震构造重于结构计算。本文对建筑抗震进行必要的理论分析,从而探索

2、高层建筑的抗震设计理念、结构设计方法,运用高效的抗震材料以及采取必要的抗震措施。 1高层建筑结构设计特点 1.1水平荷载成为决定因素。一方面，因为楼房自重和楼面使用荷载在竖构件中所引起的轴力和弯矩的数值，仅与楼房高度的一次方成正比；而水平荷载对结构产生的倾覆力矩，以及由此在竖构件中引起的轴力，是与楼房高度的两次方成正比；另一方面，对某一定高度楼房来说，竖向荷载大体上是定值，而作为水平荷载的风荷载和地震作用，其数值是随结构动力特性的不同而有较大幅度的变化。 1.2轴向变形不容忽视。高层建筑中，竖向荷载数值很大，能够在柱中引起较大的轴向变形，从而会对连续梁弯矩产生影响，造成连续梁中间支座处的负弯矩

3、值减小，跨中正弯矩之和端支座负弯矩值增大；还会对预制构件的下料长度产生影响，要求根据轴向变形计算值，对下料长度进行调整；另外对构件剪力和侧移产生影响，与考虑构件竖向变形比较，会得出偏于不安全的结果。 1.3侧移成为控制指标。与较低楼房不同，结构侧移已成为高楼结构设计中的关键因素。随着楼房高度的增加，水平荷载下结构的侧移变形迅速增大，因而结构在水平荷载作用下的侧移应被控制在某一限度之内。 1.4结构延性是重要设计指标。相对于较低楼房而言，高楼结构更柔一些，在地震作用下的变形更大一些。为了使结构在进入塑性变形阶段后仍具有较强的变形能力，避免倒塌，特别需要在构造上采取恰当的措施，来保证结构具有足够的

4、延性。 我国建筑抗震规范（GB50011-2001）对建筑的抗震设防提出“三水准、两阶段”的要求。当遭遇第一设防烈度地震即低于本地区抗震设防烈度的多遇地震时,结构处于弹性变形阶段,建筑物处于正常使用状态。建筑物一般不受损坏或不需修理仍可继续使用。因此,要求建筑结构满足多遇地震作用下的承载力极限状态验算,要求建筑的弹性变形不超过规定的弹性变形限值。当遭遇第二设防烈度地震即相当于本地区抗震设防烈度的基本烈度地震时,结构屈服进入非弹性变形阶段,建筑物可能出现一定程度的破坏。但经一般修理或不需修理仍可继续使用。因此,要求结构具有相当的延性能力(变形能力)不发生不可修复的脆性破坏。当遭遇第三设防烈度地震

5、即高于本地区抗震设防烈度的罕遇地震时,结构虽然破坏较重,但结构的非弹性变形离结构的倒塌尚有一段距离。不致倒塌或者发生危及生命的严重破坏,从而保障了人员的安全。因此,要求建筑具有足够的变形能力,其弹塑性变形不超过规定的弹塑性变形限值。在对结构的抗震设计中，除要考虑概念设计、结构抗震验算外，历次地震后人们在限制建筑高度，提高结构延性（限制结构类型和结构材料使用）等方面总结的抗震经验一直是各国规范重视的问题。 2高层建筑结构分析的基本假定 2.1弹性假定。目前工程上实用的高层建筑结构分析方法均采用弹性的计算方法。在垂直荷载或一般风力作用下，结构通常处于弹性工作阶段，这一假定基本符合结构的实际工作状况

6、。但是在遭受地震或强台风作用时，高层建筑结构往往会产生较大的位移，出现裂缝，进入到弹塑性工作阶段。此时仍按弹性方法计算内力和位移时不能反映结构的真实工作状态的，应按弹塑性动力分析方法进行设计。 2.2小变形假定。小变形假定也是各种方法普遍采用的基本假定。但有不少人对几何非线性问题（P效应）进行了一些研究。一般认为，当顶点水平位移与建筑物高度H的比值 /H 1/500时, P效应的影响就不能忽视了。 2.3刚性楼板假定。许多高层建筑结构的分析方法均假定楼板在自身平面内的刚度无限大，而平面外的刚度则忽略不计。这一假定大大减少了结构位移的自由度，简化了计算方法。并为采用空间薄壁杆件理论计算筒体结构提

7、供了条件。一般来说，对框架体系和剪力墙体系采用这一假定是完全可以的。但是，对于竖向刚度有突变的结构，楼板刚度较小，主要抗侧力构件间距过大或是层数较少等情况，楼板变形的影响较大。特别是对结构底部和顶部各层内力和位移的影响更为明显。可将这些楼层的剪力作适当调整来考虑这种影响。 2.4计算图形的假定。高层建筑结构体系整体分析采用的计算图形有三种：（1）一维协同分析。按一维协同分析时，只考虑各抗侧力构件在一个位移自由度方向上的变形协调。在水平力作用下，将结构体系简化为由平行水平力方向上的各榀抗侧力构件组成的平面结构。根据刚性楼板假定，同一楼面标高处各榀抗侧力构件的侧移相等，由此即可建立一维协同的基本方

8、程。在扭矩作用下，则根据同层楼板上各抗侧力构件转角相等的条件建立基本方程。一维协同分析是各种手算方法采用最多的计算图形。（2）二维协同分析。二维协同分析虽然仍将单榀抗侧力构件视为平面结构，但考虑了同层楼板上各榀抗侧力构件在楼面内的变形协调。纵横两方向的抗侧力构件共同工作，同时计算；扭矩与水平力同时计算。在引入刚性楼板假定后，每层楼板有三个自由度u，v，（当考虑楼板翘曲是有四个自由度），楼面内各抗侧力构件的位移均由这三个自由度确定。剪力楼板位移与其对应外力作用的平衡方程，用矩阵位移法求解。二维协同分析主要为中小微型计算机上的杆系结构分析程序所采用。（3）三维空间分析。二维协同分析并没有考虑抗侧力

9、构件的公共节点在楼面外的位移协调（竖向位移和转角的协调），而且，忽略抗侧力构件平面外的刚度和扭转刚度对具有明显空间工作性能的筒体结构也是不妥当的。三维空间分析的普通杆单元每一节点有6个自由度，按符拉索夫薄壁杆理论分析的杆端节点还应考虑截面翘曲，有7个自由度。3震害分析历次震害表明，高层混合结构房屋受地震破坏最为严重。1976年的唐山地震，在一千余栋高层砖房中，倒塌率为7090%。1991年的新疆柯坪地震、1993年的云南普洱地震，高层砖混房屋的破坏率达到75%。其中，未设防的老旧建筑比经设防的新建建筑破坏严重，纵墙承重房屋比横墙或纵横墙承重房屋破坏严重，平面形状不规则的建筑物震害比简单体型的建

10、筑物严重，节点构造不合理、纵横墙拉结不充分、整体刚度差，均为地震严重破坏的隐患。总结历次地震宏观调查结果，可以看出高层砖房的破坏规律有以下特点：3.1房屋倒塌地震时，当结构下部、特别是底层墙体强度不足时，易造成房屋底层倒塌，从而导致房屋整体倒塌;当结构上部墙体强度不足时，易造成上部结构倒塌，并将下部结构砸坏;当结构平、立面体形复杂又处理不当，或个别部位连接不好时，易造成局部倒塌。3.2墙体开裂砌体结构墙体在地震作用下可以产生不同形式的裂缝。与水平地震作用方向相平行的墙体受到平面内地震剪力以及竖向重力荷载的共同作用，当该墙体内的主拉应力超过砌体强度时，就会产生斜裂缝或交叉斜裂缝，当墙体受到与之方

11、向垂直的水平地震剪力作用，发生平面外受弯受剪时，产生水平裂缝。门窗洞口开得多而且大的墙体破坏严重，如窗间墙布置不合理，墙段长度过大或过小，宽墙垛因吸收过多地震作用而先坏，窄墙垛则因稳定性过差也随后失效。对于大洞口的上部过梁或墙梁，在竖向地震作用下，有时在中部断裂破坏。当洞口过大且过高时，若洞口边缘离最近的垂直方向墙体过长而无有效约束，形成悬墙，容易造成失稳而率先破坏。3.3纵横墙连接处破坏在水平及竖向地震作用下，纵横墙连接处受力复杂，应力集中。当纵横墙交接处连接不好时，易出现竖向裂缝，甚至造成纵墙外闪倒塌。4影响震害的主要因素地震造成房屋的破坏，影响的因素是多方面的。由于砖混结构的布置形式、结

12、构反应和动力特性不同，抗震性能也各有不同，而且还与地震烈度、地基条件、建筑体型、房屋的质量、刚度、空间整体性、构造措施和施工质量等因素有关。现就其主要影响因素分析如下：4.1场地和地基的影响由于地质构造不同，场地卓越周期的不同，对上部各种建筑的结构反应和震害影响也各有不同。当场地的卓越周期与高层砖混结构的刚性房屋的自振周期相近时，地基与建筑物产生共振作用，加大了震害，最容易造成房屋的严重破坏。4.2墙体强度的影响高层混合结构房屋的墙体破坏严重，主要是因为砖砌体、砂浆等材料是脆性材料，抗拉和抗剪强度都很低。墙体在水平地震作用下，主要是受剪和受弯，而砖墙砌体砖缝的抗剪和抗拉强度较低，从而使得墙体出

13、现裂缝而破坏。从各种震害特征中看到，影响墙体抗震性能最重要的因素是墙体的强度。往往由于砂浆抗剪强度低，砌筑质量差，使墙体震害加重。4.3结构构造措施的影响高层房屋的墙体、楼盖，以及各部的构件之间的锚固和拉结，可以构成空间整体，充分发挥结构的整体作用，加强空间刚度，使地震作用迅速传递，分布合理。因此，合理地采取结构构造措施，加强墙体之间、墙体与楼层之间、各部位构件之间的节点连接，是很重要的。5主要抗震结构体系5.1高层砌体房屋。是以砌体（无筋砌体或配筋砌体）抗震墙为抗震结构体系，其中以横墙承重为主的结构体系较有利，承重横墙兼作横向抗震墙，纵向自承重墙作为纵向抗震墙，必要时也可以采用纵、横墙混合承

14、重。5.2高层内框架房屋。指外墙为砖墙垛（或壁柱）承重，内柱为钢筋砼柱承重的房屋，适用于工艺上需要较大空间或使用上要求有较空旷的大厅的轻工厂房和民用公共建筑等。5.3底层框架砖房。底层要求有较大空间作商店、服务大厅等，上部则为隔墙较多的住宅或办公楼，是一种上下材料不同、强度和刚度不连续的结构体系，在抗震设计中有较严格的要求。5.4框架结构。多应用于高层及高层民用建筑和高层的工业建筑，建筑平面布置灵活，易于布置较大房间。但纯框架结构侧向刚度小，属柔性结构，故其层数和高度都受到一定限制。5.5框架抗震墙结构。在高层和高层钢筋混凝土房屋的纵向和横向布置适当的抗震墙，并与框架结构形成框架抗震墙协同工作

15、的结构体系。在地震作用下层间位移比纯框架结构显著减小，故其建筑高度可以高很多。5.6抗震墙结构。是全部由纵、横抗震墙组成的结构体系，其抗震性能较好，在高层住宅、公寓、旅馆等建筑中广泛应用。6结合资料的自己的想法国家在建筑抗震设计上要求，一般的民用建筑是要抗7度，及可抗6级地震，对一些超高层的建筑，必须要做地震安全性的评价，通过安全评价性去测试标准，以保 证建筑达到基本抗震地区的要求。除了设计达标以外，施工的质量也是非常关键的，要有合规的设计，合乎要求的标准，合格的施工质量，几个方面做好了，才可以 达到抗震的标准。 地震时，建筑物象卡片搭成的房子一样坍塌。受损最重的是那些六、七层高的办公楼和平房

16、等中型建筑。我国将有数千栋这样八九十年代低标准的建筑物等待着坍塌。科学家们警告说这只是早晚的事。 科学家们正在寻求既最有可能又经济的途径来修缮或是加固原有建筑。 在国家防灾所里，要试验一种加固老建筑的新方法，试验要用25吨重的巨大的地震模拟结构。重要的是巨大的长方形灰色混凝土块。放在蓝色框架内做这个试验。灰色混凝土块代表日本未加固的老建筑的一个楼层。中间那个大缝隙就算是房间。 整个物体放在一个面积为20米X20米的大振动台上。振动台的原理是左右摇晃。左右运动的范围约为30厘米。 它前后晃动，混凝土块很快开裂。如果没有蓝色安全钢柱的话，整个构筑物可能早就倒塌了。 现在准备试验新的修缮技术。把另一

17、个试验品与激光探测器和变送器用电缆连结起来，可以在控制室内进行监测。在构筑物内增加一套新的减震系统。就是画面中央的褐色和蓝色柱子。这个柱子是专为吸收地震能量而设计的。 这就是新系统的全部秘密。这儿是那个中心柱，这儿，涂成蓝色的地方，是两块钢板。一块由底部向上伸，一块由顶部垂下，用作钢质指针，彼此互不接触。二者之间有一层黑色的高强粘性材料。地震时，这种材料升温变得有韧性。能使那两块钢板钢质指针相向移动，这样就能为整个建筑提供缓冲，增加稳定性。施工质量的好坏，对房屋的抗震性能影响很大。尽管建筑设计合理、场地选择适当，如果不注意施工质量，同样达不到抗震的目的。 施工质量涉及到建筑材料的选择、灰浆的制法和使用、砌筑工艺等方面。建筑材料应选择强度大的材料，有条件时，应尽量采用轻质材料，如荆条、木筋草、石棉纤维板、矿棉板、石膏板、草纤维板、玻璃钢制品等；砌筑时，要保证灰浆饱满、砌体结实。砖石表面要干净、干砖要浸水后再砌，这样才能使砖石与灰浆粘结牢固。所有的墙身砖砌必须犬牙交错，互相咬衔，不能砌成通缝，尤其是转角处，更应注意；