论述某高层建筑结构概念设计与抗震设计原则

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1、论述某高层建筑结构概念设计与抗震设计原则论述某高层建筑结构概念设计与抗震设计原则　摘要:概念设计是展现先进设计思想的关键,一个结构工程师的主要任务就是在特定的建筑空间中用整体的概念来完成结构总体方案的设计,并能有正确意识地处理构件与结构、结构与结构的关系。下面对近几年设计的高层建筑的适宜刚度、破坏机制、抗震、抗风四个方面的内容进行了简要的分析。　　　　楼层破坏机制,整体破坏机制是建筑结构的两种破坏机制(如图)。　　设计中应尽量避免结构产生楼层破坏机制,这种破坏出现说明柱中存在簿弱环节(尤其是核芯区),在其它构件未充分发挥作用之前,结构已提前破坏。设计人员就是要尽量使建筑物达到

2、整体破坏机制,但要使设计的建筑达到整体破坏是不容易的。首先地震作用是随机的,其次建筑施工质量好坏、混凝土强度等级、钢筋替代、配筋大小都会影响设计意图。尽管如此,我们的责任和目的还是努力使结构达到理想的破坏机制。上图是框架结构、剪力墙结构、框架一剪力墙结构的理想破坏机制。下面分别对框架结构、剪力墙结构、框架一剪力墙结　　构三种结构整体破坏机制介绍如下:　　1．1框架结构　　理想破坏机制如上图1。框架在地震力作用下首先在梁端出现塑性铰,塑性铰出现后,刚度明显下降,自震周期加长,地震作用减小,受力状态得以改善。如强震继续作用,那么底层柱弯距增大,导致下部出现塑性铰,结构进入运动状态

3、,很可能房屋会倒塌。为避免这种情况的发生,提高柱底的结构可靠性,提高延性,推迟这一部位塑性铰出现,在市综合技术大楼设计中,底层柱混凝土强度等级为C35,配筋基本按计算配置,柱底部在构造措施上加强,配筋率有所提高。　　1．2剪力墙结构　　剪力墙分为剪力墙、联肢剪力墙两种。剪力墙刚度很大,抗弯和抗剪的强度设计是设计的主要目的。剪力墙塑化过程是在底部出现塑性铰,因此设计应尽量提高这一部位的延性,对其抗弯、抗剪可靠性予以提高。为了不使塑性铰在剪力墙底部发生,规范规定了提高弯距来计算抗弯和抗剪钢筋。市综合技术大楼剪力墙根据计算配筋只需Φ14@200,但为了加强底部我们按规范的构造要求加

4、到了Φ16@200。联肢剪力墙结构,塑化历程是在连肢梁上出现塑性铰,吸收地震能量,改变建筑物整体刚度,减小建筑物承受的地震作用,有强震继续作用,会导致底部出现塑性铰,建筑物的变形急剧增大并丧失稳定。从剪力墙、联肢剪力墙理想破坏机制看,设计的关键问题是底部的抗弯、抗剪强度,在设计中提高这一部位的可靠性,注意延性设计,就可以保证建筑物在地震中的安全性。　　1．3框架一剪力墙结构　　其塑化历程先在连肢梁中出现塑性铰,后在剪力墙底部出现塑性铰,再向后发展才是框架梁上,最后是柱底部出现塑性铰。框架刚度较小,重点在延性设计;剪力墙刚度大,首先是强度设计,其次是延性设计。由上述可得出框架一

5、剪力墙结构的设计首先是强度设计,其次是延性设计。市综合技术大楼的设计就是按这一顺序来进行的,首先满足结构断面尺寸,其次按计算配置钢筋。　　2．1等强度与耗能设计原则　　结构设计一定要避免设计不当,造成在地震力作用下部分主要构件破坏,或是整幢建筑物连续破坏的局面,故结构整体设计要注意加强薄弱部位,尽量做到等强度。如角柱的配筋适当加强,防止角柱先破坏,以免引起其它部位的破坏。中心大楼合楼在设计中所有角柱都按计算的配筋增加了%钢筋,以避免在地震力作用下受扭而首先破坏。另一方面,还要考虑结构好的耗能系统,耗能系统的作用主要是在强震下,使建筑物产生塑性变形,设计中在某些部位要人为地制造

6、若干薄弱环节,以便比较容易产生一些塑性铰消耗大量的能量,增大结构的整体延性。　　2．2结构延性设计原则　　地震区搞设计必须对结构延性有清晰的概念。结构延性一般用延性系数来表示,它表示的是结构破坏变形△(位移、转角、曲率)与屈服变形△Y的比值。即:u=△u/△y延性越大,则结构在强震下可忍受大的塑性变形而不致倒塌、破坏,即结构延性好。通常,为保证结构有良好的抗震性能,一般要求>4。混凝土延性系数一般是1～2,提高混凝土强度等级,延性系数稍有增加,影响不大。钢筋则不同,延性很好,级别低则延性好,钢筋混凝土结构延性主要靠钢筋延性来实现,因此在钢筋混凝土结构设计中应注意钢筋级别、配筋

7、率大小、构造措施等。　　2．3强柱弱梁设计原则　　这个原则在框架结构抗震设计中是很重要的原则,其目的是为了保证在强震下,框架结构的塑性铰在梁上产生,而不发生在柱上。使结构在强震时能降低地震对结构的作用。增大结构延性,使框架产生塑性变形。假如不按这一原则设计,柱子会先产生塑性铰,结构楼层破坏,导致建筑物倒塌。因此,应按规范要求采取必要的结构措施,使粱先于柱产生塑性铰。市综合技术大楼考虑到这一原则,柱子轴压比控制在～之间,梁配筋率不大于%。　　2．4充分考虑地震耦合作用　　地震是非平稳随机过程,它对建筑物作