摘要:隨著我國社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展,城市化的進程也在不斷加快,在城市建筑的建設(shè)發(fā)展中越來越多的把鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)用于高層建筑中。鋼結(jié)構(gòu)本身的抗震能力強,還由于它本身具有良好的延展性、便于施工和回收,可以對其進行可持續(xù)性發(fā)展。本文主要就是針對高層鋼結(jié)構(gòu)的抗震性進行分析,然后提出相應(yīng)的解決措施。
關(guān)鍵詞:高層建筑;鋼結(jié)構(gòu);抗震性;措施
隨著我國城市建設(shè)的不斷發(fā)展,建筑行業(yè)也逐漸發(fā)展起來,出現(xiàn)了很多不同于傳統(tǒng)的建筑造型的新時期的建筑,它們不僅造型美觀新穎,而且還能夠更多的滿足人們的需求,同時給城市新增了一道靚麗的風(fēng)景線。新時期建筑的空間布局發(fā)生了變化,以往的結(jié)構(gòu)分析方法已經(jīng)不能夠滿足如今建筑結(jié)構(gòu)布局的變化,尤其是對建筑的抗震性的分析造成了不小的影響。目前,分析手段和分析方法都有了不同程度的提高,這就為建筑抗震性的分析提供了有利的條件,同時也大大促進了高層建筑的結(jié)構(gòu)分析和空間布局的進一步發(fā)展。
1、高層鋼結(jié)構(gòu)的抗震結(jié)構(gòu)闡析
、俳ㄖ锏慕Y(jié)構(gòu)不同,其抗震的效果自然就會產(chǎn)生差異。一般混凝土的建筑雖然抗壓性能還是不錯的,但是那只是應(yīng)對一方的壓力,如果壓力同時來自于壓力和拉力的話,房屋就有可能承受不住,而最終導(dǎo)致整體垮塌。當(dāng)?shù)卣饋砼R時,地震波的沖擊力是各個方向的,很容易造成房屋的倒塌。如果建筑用的是鋼結(jié)構(gòu)是在一定程度上可以緩解上述危險的,因為鋼結(jié)構(gòu)有比較好的延展性,可以把地震波的沖擊力有效的抵消,這樣就很好的保護建筑物和人的生命安全,鋼結(jié)構(gòu)的高延展性有效的減輕了震感。②鋼結(jié)構(gòu)不僅具有良好的延展性,其彈塑性也是比較理想的,正是因為這樣,它可以通過塑性變形對地震的輸入能量進行有效的消耗和吸收,從而進一步的增強了建筑物的抗震能力。還有一個重要的原因就是由于它本身的結(jié)構(gòu)自重比較輕,這就在一定程度上減輕了地震的作用影響。它的優(yōu)點還不僅于此,高層建筑鋼結(jié)構(gòu)還具有環(huán)保節(jié)能、施工周期短和工業(yè)化程度高等特點。
2、我國高層鋼結(jié)構(gòu)建筑抗震研究的現(xiàn)狀
(1)我國對建筑物抗震結(jié)構(gòu)的設(shè)計主要是采用兩種途徑,第一種是針對結(jié)構(gòu)本身來說的,通過改善其本身的結(jié)構(gòu)特征來實現(xiàn)控制結(jié)構(gòu)模態(tài),使之優(yōu)化。第二種就是預(yù)測和跟蹤外荷載量,進而改變建構(gòu)設(shè)計的動力性,實現(xiàn)對其的主動控制。
(2)建筑物結(jié)構(gòu)抗震的計算我國通常采用的是振型分解反應(yīng)譜,這種方法就是統(tǒng)計大量的地震反應(yīng)譜,取其平均值來具體確定。這種方式雖然是經(jīng)典的計算方式,但是如果是在長周期內(nèi)這些記錄的數(shù)據(jù)就會失真,那么高層建筑的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計也會隨之出現(xiàn)問題,所以,長周期段的反應(yīng)譜有待于進一步的探究。
(3)通過每次地震過后對建筑物破壞的總結(jié)可以看出,地震的破壞力遠超出了建筑物結(jié)構(gòu)變形的最大限度,因此,建筑物的結(jié)構(gòu)主體被損壞或是倒塌。我國目前所采用的建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計主要是以建筑承載力為基礎(chǔ),并且以結(jié)構(gòu)的動拉應(yīng)力為控制指標(biāo)。鑒于此,美國在20世紀(jì)90年代提出了以抗震結(jié)構(gòu)的變形為另一種控制指標(biāo),這種新的控制指標(biāo)可以使建筑物的變形要求達到地震作用下的變形要求。3高層鋼結(jié)構(gòu)抗震措施的具體闡述
(1)建筑物抗震設(shè)計的基本方式。要對建筑物的抗震設(shè)計做全方位的考慮,首要的就是了解地震的作用力的具體情況。我們都知道地震的作用是一個十分復(fù)雜的情況,地震的作用力對于建筑物造成的影響是由于地殼運動引起的慣性沖擊力,并且這種作用力不只是水平方向上的還有垂直方向上的以及轉(zhuǎn)動力,這就造成了地震作用具有很大的不確定性。那么,建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的計算方面需要在結(jié)合地震作用的特點和規(guī)律的基礎(chǔ)上盡量的簡化。目前,我國對于地震作用的計算方法可以分為兩種形式:①以簡化法為主;②比較復(fù)雜的精細(xì)的計算方法。
(2)上述內(nèi)容中我們已經(jīng)提到了一種計算方法那就是反應(yīng)譜法,這種方式主要是指在實際地震過程中進行結(jié)構(gòu)反應(yīng)。通過這一方法的理論層面我們可以了解到建筑物反應(yīng)的計算是根據(jù)地震的實際地面運動來計算。構(gòu)成地震的反應(yīng)譜曲線的主要因素是單指點彈性體系以及體系自振周期與實際地面運動之間的函數(shù)關(guān)系,反應(yīng)譜也是有不同的種類,以地震的不同作用為依據(jù),分為兩種反應(yīng)譜法,即扭轉(zhuǎn)耦連的振型分解和平動的振型分解兩種反應(yīng)譜法。
(3)按照彈性地震反應(yīng)譜理論,有一種計算地震作用力的簡化方式,就叫做底部剪力法,我們要明白的一點就是單質(zhì)點的水平地震作用與結(jié)構(gòu)底部的地震剪力是相等的,這樣就可以進一步的了解地震作用沿高度的分布,那么在具體的計算時,建筑物的抗震設(shè)計的重點是在樓蓋的部位,并且在建筑物的主軸方向一定的切記只能考慮一個自由度。
(4)通過上面內(nèi)容介紹,我們了解到很多建筑物在進行抗震設(shè)計時采用的是反應(yīng)譜法,這種方法主要是從靜態(tài)的角度轉(zhuǎn)化地震的作用力,進而對其結(jié)構(gòu)進行彈性靜力分析,從而得到地震作用下建筑結(jié)構(gòu)的變形承載力,在運用相應(yīng)的公式來求得建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的彈塑性變形的范圍。這種只是簡單的分析方法,但也可以保證大部分的建筑結(jié)構(gòu)的變形和抗震能力,但是有些靈活多變的內(nèi)在因素很難得到確切的了解。這種情況很難判斷出建筑結(jié)構(gòu)在地震時可能存在的危險以及可能發(fā)生的危害,因為只是經(jīng)過簡單化的計算,建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的安全性是很難得到有效的保證。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,出現(xiàn)了一種動態(tài)分析法,它是將建筑物做為彈性系統(tǒng),然后輸入地面地震加速度值,對運動的方程直接積分,然后在計算機中得出所需要的各方面的數(shù)值,根據(jù)此數(shù)據(jù)值然后做出相應(yīng)的設(shè)計就比簡單分析法更加準(zhǔn)確,更容易掌控全局。
(5)具體的對策與方法:①鋼結(jié)構(gòu)運用到高層建筑中,考慮到高度的限制原因會在建筑體系的框架設(shè)計中常常設(shè)計支撐。②在高層建筑結(jié)構(gòu)中設(shè)置水平加強層可以有效的控制樓層的層間位移和頂點位移。③前面兩點中提到的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時設(shè)計支撐以及水平加強層,可以提高建筑整體的剛度,并且可以減少建筑結(jié)構(gòu)中的柱和梁的設(shè)計,這樣就有效的減少了鋼筋的數(shù)量,這就會收到很好的經(jīng)濟效果。當(dāng)然不同的支撐設(shè)計對地震的作用和影響的有不同的效果。
(5)在建筑鋼結(jié)構(gòu)的的設(shè)置中有很重要的一個環(huán)節(jié)就是巨型梁的設(shè)計,因為巨型梁的設(shè)置對于建筑物的抗震能力是有很大的影響的。通過實踐證明,巨型梁的設(shè)計要根據(jù)具體的實際情況,而不是越多越好,要適中,并且它的設(shè)計要在保證建筑結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度的基礎(chǔ)上,自身的剛度也養(yǎng)保持一致,這樣才能有更好的抗震效果。
3、結(jié)束語
鋼結(jié)構(gòu)的造價成本雖然高于其它材料,但由于其建設(shè)速度快而且便于回收,自重量比較輕,總體來看造價還是比較理想的;從這些方面來看,鋼結(jié)構(gòu)有著其他的建筑載量無法比擬的優(yōu)勢,是一個可以持續(xù)利用的建筑結(jié)構(gòu)材料。雖然其在建筑鋼結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計中還存在一些技術(shù)問題需要進一步的探究和解決,但是相信不久的將來建筑鋼結(jié)構(gòu)的抗震性能會越來越好,越來越信得過。