高层建筑的抗震防风结构设计

2015-08-15身份证号码360102199004110014江西南昌330000

江西建材 2015年24期

■孙辉 ■身份证号码:360102199004110014，江西南昌 330000

1 高层建筑的结构设计特点

1.1 需要重视轴向变形

在高层建筑中，有很大的竖向载荷，在柱中会引起一定的轴向变形，对于连续梁弯矩会造成相应的影响，使得连续梁中部的支座位置的负弯矩不断减小，还有，还会对于预测构造部件下料的长度造成影响，要求按照轴向变形计算有关值，对于下料长度进行相应的调整。对于构件的剪力以及侧移造成影响，需要给予重视，否则不利于建筑的安全性和稳定性。

1.2 结构延性是重要设计指标

和底层建筑进行比较，高层建筑结构更加柔和一些，在地震的情况下，建筑变形更大。为了让在进入塑性变形的阶段后，高层建筑结构依然有比较强的变形能力，防止出现倒塌的情况，需要在建筑构造上使用合适的措施，来确保结构有足够的延性。

1.3 水平荷载是决定因素

一方面，由于高层建筑的楼面的使用情况与楼房自重的荷载在竖向建筑构件中所导致的轴力以及弯矩的数据，仅仅和建筑高度一次方成为正比。其水平荷载给建筑结构造成的倾覆力矩数值和由此在建筑竖向构件内导致的轴力，是和楼房的高度数值的两次方是正比。在另一方面，对于具有相应高度的楼房来讲，一般竖向荷载属于一个定值，而水平荷载产生的地震作用和具有的风荷载，其实际数值是伴随建筑结构动力自身的特性出现变化而不断变化。

2 高层建筑结构设计难点

2.1 设计高层建筑的抗震结构

在设计抗震结构的时候，高层建筑还存在一定的缺陷，因此在发生地震的时候，建筑结构不稳定，容易出现比较严重的人员伤亡，并且由于高层建筑其设计工作比较系统，具有一定的复杂性，有时在设计中设计人员没有对于各个方面进行充分的考虑，特别是在抗震方面，导致高层建筑的抗震结构的设计缺乏一定的安全性与稳固性。

2.2 设计高层建筑的防风结构

在高层建筑中，风振作用会产生比较大的影响，因此，对于高层建筑进行防风设计的时候，需要对于抗风问题进行重点的考虑。由于高层建筑的楼层较高，对于风会形成干扰和阻碍，伴随风的效应出现改变，会带来一个振动的作用力，破坏高层建筑自身的动力荷载，出现的风压有可能会导致墙体、表面出现裂缝，更严重的可能影响高层建筑的建筑结构。

3 高层建筑结构抗震设计

3.1 重视建筑结构的规则性

在抗震设计中合理的建筑布置是十分重要的，要求是平立面的简单对称，根据以往的震害经验得出，这类型建筑在地震灾害中不容易受到伤害。规则建筑通常体现于建筑物平面与里面的形状简单。抗侧力体系刚度承载力的上下变化能够连续、均匀，平面布置大致对称。

3.2 抗震设计的原则

(1)刚柔并济。在进行建筑的抗震设计的时候，不应该只追求不断提高结构的抗力，还需要按照初定的尺寸以及混凝土等级对于结构的刚度进行计算，然后再根据结构刚度计算出地震力，然后再计算配筋。倘若结构刚度过大，那么地震作用的效应也很大，为了能够抵御地震需要配置更多的钢筋。在地震的时候，这样大结构刚度建筑可能出现局部受损。太柔的结构有着比较好的延展性，但是易导致变形而没有办法使用。有效满足刚柔并济的要求，不仅能够达到变形的要求，还能够减少地震的作用力。

(2)多道设防原则。一个良好的抗震体系，应该是由若干个延伸性比较好的分体系来构成，并且由延伸性比较好的结构构件进行链接，一起协同工作，例如剪力体系、框架是由剪力墙和延性框架这两个分体系构成。在地震中，倘若一道防线被破坏了，还有其他防线可以进行支撑。

(3)抗侧力结构和构件应设计成延性结构或构件。在结构属于延性结构的时候，因为塑性变形能够消耗地震能量，结构变形会加大，但是结构受到的地震作用不会上升，指的是结构是使用其变形能力对于地震作用进行抵抗。延性结构构件设计需要遵守强剪弱弯，强柱弱梁，强底层弱柱，强节点弱杆件的原则，承受的竖向荷载的构件不能够作为主要的耗能构件。

4 高层建筑的防风设计

4.1 地理位置

在一些地区，统计风速比其他的地方大很多，在许多地区，有许多的统计数据能够使用，基本风速一般使用等值线的形式进行公布，等值线指的是在地图上绘制相等的风速线。

4.2 物理位置

倘若高层建筑物处在暴露的地点，风吹的速度会变得更高，在沿海比在内陆区域的城市中心，由于表面不同的粗糙程度，降低了平面风速，粗糙系数需要考虑到这种变化，它和地形粗糙程度以及超过地面的高度有一定的关系。

4.3 建筑结构尺寸

建筑高度和防风有着十分密切的关系，伴随离地平面高度的不断增加，风速也不断增加。平均风速根据参考风速决定的，参考风速是地面粗糙度、建筑高度以及地形的因式，平均风速的平方和风压成正比。

5 高层建筑结构的优化设计

5.1 抗震结构优化设计

在进行高层建筑的结构设计时，应该要按照刚柔并济的原则，加强建筑结构的灵活性。与此同时，在对于抗震设计进行优化的时候，应该使用多层的防线进行设防。这样倘若第一道的防线在地震的作用下受到破坏的时候，后面的第二道以至第三道防线都能够立即补上，有效减轻地震造成的伤害，确保建筑结构的稳定性。经过以往的数据信息显示，重力荷载过重，是建筑结构在受到地震作用后出现坍塌的最直接的原因。因此，在对于高层建筑结构进行抗震优化设计的时候，在材料方面，应该尽量选择重量轻但强度高的材料。与此同时，应该充分地发挥抗震缝的作用，设置抗震缝，减轻地震带来的破坏。在对于高层建筑抗震结构进行优化设计时，应该优先使用先进的产品和技术，来提高设计的水平，从而达到更好的效果。在进行建筑结构抗震设计时，也可以使用结构自身存在的抗震性能，来抵抗地震，但是这种方法的效果不明显。倘若受到破坏，将会产生人员伤亡和财产损失。倘若要加强对于结构减震的控制，可以考虑加装控制装置。通过控制装置，来承受地震产生的作用，减轻建筑结构受到的地震反应。基础隔震在其中就属于一种很好的方法，基础隔震能够通过安装隔震的装置，构成有效的隔震层，提高建筑的抗震能力。使建筑结构能够一直处在弹性的状态，避免建筑物受到地震造成的伤害。耗能减震，是通过安装耗能的装置，有效的吸收地震带来的结构能量，减轻建筑结构对于地震的反应。防止建筑结构出现破坏或者倒塌的情况，来达到控震减震的目的。

5.2 抗风结构优化设计

选择有效的结构，处理好建筑和结构之间的关系。选择结构需要符合建筑的功能要求，具有一定的经济性以及合理性，能够方便施工。建筑的层高、开间、进深等平面关系与体型除了要满足使用的要求外，还需要尽量减少种类，尽可能使用统一的柱网布置以及层高，使用相同的标准层。做好高层建筑的控制位移，在进行结构布置的时候，需要加强结构的刚度和整体性，及时加强构件连接，使结构各个部分能够使用最有效的方式进行作用。还需要在建筑基础设计上，使用配比度较高的砂石，提高建筑地基的密实程度，与此同时，还需要安装抗拔锚杆，来提升建筑自身的抗拔强度。在进行减振系统的设计时，需要利用楼板、剪力墙、耗能支撑等组成减振系统，来降低风力对于建筑可能造成的影响。对于水平力和风力的问题，需要对于出现风力比较密集的建筑进行加固工作。这是从水平荷载的内力、水平的压力等方面来进行系统性的考虑，有效加强高层建筑的稳定性。