高層建筑結(jié)構(gòu)震害分析?
高層建筑結(jié)構(gòu)震害分析具體內(nèi)容是什么,下面中達(dá)咨詢?yōu)榇蠹医獯稹?
1高層建筑常見結(jié)構(gòu)形式及地震破壞特點(diǎn)
1.1高層建筑常見結(jié)構(gòu)形式
我國《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》規(guī)定:10層及10層以上或房屋高度超過28m的住宅建筑和高度大于24m的其他民用建筑結(jié)構(gòu)為高層建筑。高層建筑結(jié)構(gòu)以結(jié)構(gòu)體系來分有:框架結(jié)構(gòu)體系、剪力墻結(jié)構(gòu)體系、框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系、框架-筒體結(jié)構(gòu)體系、板柱-剪力墻結(jié)構(gòu)體系、框筒和筒中筒結(jié)構(gòu)體系、多筒結(jié)構(gòu)體系等。以材料來分有鋼結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、配筋砌體結(jié)構(gòu)、鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)。
1.2高層建筑歷次地震的破壞情況
近60年來國內(nèi)外發(fā)生了多次大地震,每一次大地震都造成大量的人員傷亡、財(cái)產(chǎn)損失以及建筑物破壞。以下表1列舉幾次國內(nèi)外典型的大地震造成的高層建筑破壞情況。
2各類高層建筑結(jié)構(gòu)形式的震害形式及原因分析
2.1高層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)震害分析
由于高層建筑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),目前高層建筑大部分采用鋼筋混凝土材料。相對(duì)其他材料建造的建筑而言,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的建筑具有較好的抗震性能。但如果建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理,施工質(zhì)量把控不嚴(yán),鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)房屋也會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重震害。以下總結(jié)了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的大致震害:
2.1.1變形縫破壞
地震時(shí),在變形縫兩側(cè)的結(jié)構(gòu)單元各自的振動(dòng)特性不同,地震時(shí)會(huì)產(chǎn)生不同形式的震動(dòng),如果防震縫構(gòu)造不當(dāng)或?qū)挾炔粔?,地震時(shí)變形縫兩側(cè)建筑物相互碰撞,造成墻體、屋面和檐口破壞,裝修塌落。在北京,凡是設(shè)置伸縮縫或沉降縫的高層建筑(一般縫寬都很?。┰谔粕降卣饡r(shí)都有不同程度的碰撞破壞;在一些設(shè)置防震縫的建筑物中,也有輕微的損壞。變形縫兩側(cè)建筑物的震害與結(jié)構(gòu)伸縮縫或沉降縫寬未按抗震要求設(shè)置有關(guān),破壞程度與結(jié)構(gòu)地基情況及地震時(shí)上部結(jié)構(gòu)的變形大小有關(guān)。地基較好,剛度較大的高層結(jié)構(gòu)房屋,變形較小,伸縮縫兩側(cè)的建筑碰撞較輕。
2.1.2結(jié)構(gòu)豎向強(qiáng)度、剛度不均勻產(chǎn)生的破壞
當(dāng)結(jié)構(gòu)沿高度方向的剛度或強(qiáng)度突然發(fā)生突變時(shí),比如結(jié)構(gòu)的豎向體型突變(建筑物頂部內(nèi)收形成塔樓,樓層外挑內(nèi)收等)、結(jié)構(gòu)的體系變化(剪力墻結(jié)構(gòu)底部大空間需要,底層或底部若干層剪力墻不落地,產(chǎn)生結(jié)構(gòu)豎向剛度突變;中部部分樓層剪力墻中斷;頂部樓層設(shè)置空曠大空間,取消部分內(nèi)柱或剪力墻等),會(huì)在剛度或強(qiáng)度較小的樓層形成薄弱層。在地震力作用下,整個(gè)結(jié)構(gòu)的變形都將集中在該樓層,會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)在該層發(fā)生嚴(yán)重破壞甚至結(jié)構(gòu)倒塌。
2.1.3框架柱破壞
一般框架長柱的地震破壞發(fā)生在框架柱的上下端,特別是柱頂。其具體表現(xiàn)形式是,在軸力、彎矩和剪力的復(fù)合作用下,柱頂周圍產(chǎn)生水平裂縫或交叉斜裂縫,破壞嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生混凝土壓碎,箍筋崩開或拉斷,縱像鋼筋受壓屈曲外鼓成燈籠狀;框架短柱剛度較大,剪跨比較小,地震中分擔(dān)的地震剪力較大,易發(fā)生脆性剪切破壞;角柱處于雙向偏壓狀態(tài),受力狀態(tài)較復(fù)雜,其受結(jié)構(gòu)整體扭轉(zhuǎn)影響較大,受橫梁約束的作用又相對(duì)較弱,因此角柱震害一般重于內(nèi)柱。
2.1.4框架梁破壞
框架梁的震害一般發(fā)生在梁端。在地震和豎向荷載作用下下,梁端承受反復(fù)作用的彎矩與剪力,框架梁出現(xiàn)垂直裂縫和交叉斜裂縫。其破壞程度主要取決于梁中鋼筋的配置,當(dāng)抗剪鋼筋配置不足時(shí)發(fā)生脆性剪切破壞;當(dāng)抗彎鋼筋配置不足時(shí)發(fā)生彎曲破壞;當(dāng)梁主筋在節(jié)點(diǎn)內(nèi)錨固不足時(shí)發(fā)生錨固失效破壞。
2.1.5框架梁柱節(jié)點(diǎn)破壞
梁柱節(jié)點(diǎn)破壞在地面運(yùn)動(dòng)反復(fù)作用下,框架節(jié)點(diǎn)的受力機(jī)理十分復(fù)雜,其地震破壞主要表現(xiàn)在:節(jié)點(diǎn)核心區(qū)抗剪強(qiáng)度不足引起的脆性剪切破壞,破壞時(shí),核心區(qū)出現(xiàn)斜向?qū)堑呢炌芽p,節(jié)點(diǎn)區(qū)內(nèi)箍筋屈服、外鼓甚至崩斷。當(dāng)節(jié)點(diǎn)區(qū)剪壓比較大時(shí),可能在箍筋屈服前,混凝土先被剪壓酥碎成塊而發(fā)生破壞。
2.1.6剪力墻破壞
框架-剪力墻結(jié)構(gòu)中,剪力墻的抗側(cè)剛度遠(yuǎn)大于框架的抗側(cè)剛度。據(jù)震害資料顯示,同一地區(qū)的框架剪力墻結(jié)構(gòu)的框架與純框架結(jié)構(gòu)在受到地震作用時(shí),前者的震害情況明顯地比后者更輕微,或前者基本完好,所以說剪力墻的抗震性能的優(yōu)劣直接決定了整個(gè)剪力墻結(jié)構(gòu)或者框架剪力墻結(jié)構(gòu)建筑物的抗震性能。底層剪力墻作為結(jié)構(gòu)中最接近地表和基礎(chǔ)的構(gòu)件一般作為結(jié)構(gòu)的第一道抗震防線,在地震中吸收了絕大部分的能量,從而最早可能被破壞。鋼筋混凝土剪力墻常見的基本破壞形式有:剪力墻開洞的洞口上部一般出現(xiàn)交叉裂縫、剪力墻的墻底下部混凝土出現(xiàn)脆性剪切破壞、結(jié)構(gòu)底層剪力墻底部一般出現(xiàn)較多的斜向裂縫,剪力墻破壞程度與樓層的高度成負(fù)相關(guān)關(guān)系,隨著樓層高度的增加而破壞減輕。
2.1.7圍護(hù)結(jié)構(gòu)和填充墻破壞
地震中,建筑物的圍護(hù)結(jié)構(gòu)和框架結(jié)構(gòu)的填充墻發(fā)生明顯的震害。建筑物圍護(hù)結(jié)構(gòu)一般為砌體結(jié)構(gòu),地震中會(huì)產(chǎn)生裂縫或發(fā)生倒塌;填充墻一般產(chǎn)生水平或豎向墻體-框架界面裂縫、斜裂縫、交叉斜裂縫以及墻體由于缺乏可靠的連接而出現(xiàn)錯(cuò)位甚至倒塌。框架剪力墻結(jié)構(gòu)的填充墻整體性較差,在地震中墻體整體的破壞程度取決于填充墻與框架柱之間的拉筋設(shè)置密度、拉筋本身的質(zhì)量以及施工質(zhì)量。據(jù)震害資料可知,地震中,框架剪力墻填充墻的破壞較大,墻體根部的砌塊尤其是空心砌塊一般容易被壓碎,且在地震剪切作用下,墻體易出現(xiàn)斜裂縫。盡管這些部位的破壞一般不影響主體結(jié)構(gòu)的使用,但一般也會(huì)造成很大的財(cái)產(chǎn)損失,有時(shí)會(huì)對(duì)人員的安全產(chǎn)生威脅。
2.1.8屋頂突出物破壞
由于鞭梢效應(yīng),房屋屋頂局部突出部位在地震時(shí)易易遭受比其他部位更嚴(yán)重的破壞,如屋頂突出的樓梯間、電梯間、女兒墻、屋頂附屬塔架等。
2.1.9樓梯破壞
地震發(fā)生時(shí),樓梯是高層建筑中人員逃生的唯一通道,但是2008年我國汶川地震中框架結(jié)構(gòu)中的樓梯出現(xiàn)不同程度的破壞現(xiàn)象。對(duì)于樓梯輕微破壞情況,樓梯平臺(tái)梁板出現(xiàn)剪切裂縫,樓梯板出現(xiàn)多條水平裂縫;震害嚴(yán)重時(shí),樓梯板被完全拉斷,樓梯梁在跨中兩端出現(xiàn)明顯破壞,混凝土保護(hù)層壓碎、剝落,鋼筋裸露。在以往的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)僅對(duì)樓梯進(jìn)行靜力分析和設(shè)計(jì),將樓梯作為荷載加到主體結(jié)構(gòu)上,然后對(duì)主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震計(jì)算分析,沒有對(duì)樓梯考慮抗震計(jì)算。震害表明,正常設(shè)計(jì)、施工、使用的鋼筋混凝土高層建筑,達(dá)到了我國現(xiàn)行抗震規(guī)范的設(shè)防目標(biāo),一般在遭遇多遇地震時(shí)基本完好;在遭遇設(shè)防烈度地震時(shí),僅出現(xiàn)只需簡單維修就可正常使用的破壞;城市地區(qū)的新修房屋有的甚至在遭遇設(shè)防烈度地震時(shí),保持基本完好;在遭遇罕遇地震或更大地震的地區(qū)(如極震區(qū)),嚴(yán)重破壞的比例較高,個(gè)別倒塌。當(dāng)結(jié)構(gòu)存在先天抗震缺陷時(shí),如未進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)或設(shè)計(jì)不合理,或結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)合格但未按圖施工,如果施工過程中存在較嚴(yán)重弊病使得結(jié)構(gòu)容易出現(xiàn)薄弱環(huán)節(jié),結(jié)構(gòu)就容易遭受更嚴(yán)重的破壞。
2.2高層鋼結(jié)構(gòu)的震害分析
同鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相比,鋼結(jié)構(gòu)具有強(qiáng)度高、塑性、韌性好、質(zhì)量輕以及材質(zhì)均勻、密閉性好等優(yōu)點(diǎn),總體上其抗震性能較好。但是由于連接(焊接、鉚釘連接、螺栓連接)、冷加工等工藝技術(shù)以及環(huán)境的影響,鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)會(huì)受到影響。如果鋼結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)、施工、維護(hù)等方面出現(xiàn)問題,在地震時(shí)就會(huì)造成建筑物或構(gòu)件損害或破壞。以下主要分析多次地震中的鋼結(jié)構(gòu)的震害情況。
2.2.1結(jié)構(gòu)倒塌
造成結(jié)構(gòu)倒塌的主要原因是出現(xiàn)薄弱層。薄弱層的形成與樓層屈服強(qiáng)度系數(shù)沿高度分布不均勻,P-△效應(yīng)較大,豎向壓力較大等有關(guān)。
2.2.2支撐構(gòu)件破壞
在鋼結(jié)構(gòu)震害中支撐構(gòu)件的破壞和失穩(wěn)出現(xiàn)較多。主要原因是支撐構(gòu)件為結(jié)構(gòu)提供了較大的側(cè)向剛度,當(dāng)?shù)卣鹱饔幂^大時(shí),支撐構(gòu)件承受的軸向力將增加,如果支撐長度、局部加勁板構(gòu)造與主體結(jié)構(gòu)的連接構(gòu)造等出現(xiàn)問題,就會(huì)出現(xiàn)構(gòu)件失穩(wěn)或破壞。
2.2.3節(jié)點(diǎn)破壞
一般剛性連接的結(jié)構(gòu)構(gòu)件使用鉚釘或焊接形式連接。由于節(jié)點(diǎn)構(gòu)造復(fù)雜、傳力集中,施工難度較大,容易造成節(jié)點(diǎn)應(yīng)力集中、強(qiáng)度不均衡現(xiàn)象。再加上可能出現(xiàn)的焊縫和構(gòu)造缺陷,更容易出現(xiàn)節(jié)點(diǎn)連接破壞。因而梁柱節(jié)點(diǎn)可能出現(xiàn)的破壞現(xiàn)象有焊接部位拉脫,鉚接斷裂,加勁板斷裂、屈曲,腹板斷裂、屈曲等。
2.2.4基礎(chǔ)錨固破壞
鋼結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)的連接錨固破壞主要有螺栓拉斷、連接板斷裂、混凝土錨固失效。主要是由于設(shè)計(jì)構(gòu)造、材料質(zhì)量、施工質(zhì)量等方面出現(xiàn)問題所致。
2.2.5構(gòu)件破壞
鋼結(jié)構(gòu)框架梁的破壞形式主要有腹板屈曲、腹板開裂、翼緣屈曲與梁扭轉(zhuǎn)屈曲等;框架柱的破壞主要有翼緣屈曲、翼緣撕裂、柱子受拉斷裂、失穩(wěn)等。柱子拉斷的原因是地震造成的傾覆拉力較大、動(dòng)應(yīng)變速率較高、鋼材材性變脆。鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)震害的原因主要可歸為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算、結(jié)構(gòu)構(gòu)造、施工質(zhì)量、材料質(zhì)量、維護(hù)情況等5個(gè)方面。為減小局部破壞、避免出現(xiàn)整體倒塌失穩(wěn)的情況,高層鋼結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)必須遵循有關(guān)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)定,才能盡可能減小或避免地震造成的生命財(cái)產(chǎn)的損失、降低震后修復(fù)的費(fèi)用。
2.3復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)震害分析
根據(jù)震害資料顯示,在強(qiáng)震作用下,結(jié)構(gòu)不規(guī)則將直接或間接導(dǎo)致結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞甚至倒塌。如1995年日本阪神地震中部分復(fù)雜高層建筑的中間層倒塌;1999年臺(tái)灣集地震中部分體型特別復(fù)雜的高層建筑倒塌;2008年汶川地震中部分高層建筑的結(jié)構(gòu)構(gòu)件發(fā)生嚴(yán)重破壞。以下分析2010年智利地震中,立面收進(jìn)高層建筑結(jié)構(gòu)及連體連廊高層建筑結(jié)構(gòu)的破壞情況。智利地震中,某一立面收進(jìn)結(jié)構(gòu),共21層,立面收進(jìn)層位于11層。在地震動(dòng)作用下,其立面收進(jìn)層發(fā)生整層破壞以及立面收進(jìn)層以上高位連體樓層發(fā)生破壞。另一高層連體結(jié)構(gòu),共31層,地上22層,地下9層,該結(jié)構(gòu)正處于施工階段,兩側(cè)塔樓通過連廊聯(lián)系在一起。為了消除兩側(cè)塔樓相互振動(dòng)對(duì)連體結(jié)構(gòu)的危害,才用了隔震技術(shù)、預(yù)留間隙以及后張預(yù)應(yīng)力技術(shù)。然而智利地震后,該結(jié)構(gòu)連梁與塔樓連接部位出現(xiàn)了通長裂縫帶。根據(jù)上述震害可以看出,在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)加強(qiáng)復(fù)雜高層建筑的抗震研究,結(jié)構(gòu)的豎向布置和平面布置應(yīng)盡量選擇有利于地震的形式,避免豎向剛度不均勻以及平面布置不合理引起的結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)等。
2.4帶隔震和消能減震高層建筑結(jié)構(gòu)的震害分析
隔震和消能減震技術(shù)是近幾十年來應(yīng)用最多的抗震和減震技術(shù)。不同于傳統(tǒng)的依靠結(jié)構(gòu)自身的抵抗能力來抗震策略,隔震和消能減震是在建筑物上部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)之間設(shè)置隔震消能裝置或在結(jié)構(gòu)抗側(cè)力構(gòu)件中設(shè)置消能器,吸收部分地震能量,減輕結(jié)構(gòu)地震作用,達(dá)到預(yù)期抗震設(shè)防目標(biāo)。隔震和消能減震體系能夠減輕結(jié)構(gòu)受到的水平地震作用,減輕建筑物結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的地震損壞,提高人員在地震時(shí)的安全性。一般帶隔震和消能減震的建筑物,在震后損壞很小,或者主體構(gòu)件未發(fā)生破壞,經(jīng)修復(fù)可繼續(xù)使用,增加了建筑物的經(jīng)濟(jì)性。在2010年智利地震中,位于智利首都Santiago的TitaniumTower,該高層結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土框架-核心筒結(jié)構(gòu)體系,該結(jié)構(gòu)地上52層,地上結(jié)構(gòu)高度181mm,地下7層,樓面為預(yù)制板加混凝土整澆層,結(jié)構(gòu)橫向支撐交叉位置設(shè)置了消能減震裝置。在此次地震中,TitaniumTower僅在結(jié)構(gòu)橫向40層處出現(xiàn)玻璃幕墻脫落,未見其他任何結(jié)構(gòu)性裂縫及破壞??梢钥闯觯摳邔咏Y(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)合理,消能減震裝置可以有效的消耗地震動(dòng)能量,保護(hù)主體結(jié)構(gòu)在強(qiáng)震時(shí)不發(fā)生破壞。
2.5高層組合結(jié)構(gòu)的震害分析
型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)是以型鋼為鋼骨,在型鋼周圍配置鋼筋并澆注混凝土的埋入式組合結(jié)構(gòu)體系,型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)可以發(fā)揮鋼材與混凝土各自的優(yōu)點(diǎn),因而具有剛度大、節(jié)省鋼材、造價(jià)低、抗震性能好、施工方便等一系列優(yōu)點(diǎn)。目前在工程中應(yīng)用較多的組合結(jié)構(gòu)為組合板、組合梁、鋼管混凝土柱以及鋼-混凝土結(jié)構(gòu)體系等。
2.5.1鋼板剪力墻及鋼板-混凝土組合剪力墻高層結(jié)構(gòu)震害
鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)剛度大,在地震作用下承受較大的水平力,較早產(chǎn)生裂縫,震后不易修復(fù)。當(dāng)鋼筋混凝土剪力墻與鋼框架或組合框架一起使用時(shí),由于鋼筋混凝土剪力墻在水平剪力的作用下延性和耗能能力相對(duì)較差,框剪結(jié)構(gòu)體系和層間位移角取值較為嚴(yán)格,此時(shí)鋼框架或組合框架的優(yōu)越抗震性能能不能得以充分發(fā)揮;同時(shí)鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)因其自重較大,導(dǎo)致地震荷載作用增加,基礎(chǔ)造價(jià)和結(jié)構(gòu)造價(jià)明顯增加。此外,由于鋼筋混凝土剪力墻的尺寸較大,隨著建筑物的高度增加,剪力墻的墻厚過大,使得建筑物的自重過大。發(fā)展出了鋼板剪力墻以及鋼板-混凝土組合剪力墻這些新型的剪力墻結(jié)構(gòu)體系。至今采用不同種類鋼板剪力墻的建筑已達(dá)幾十幢,主要分布于日本和北美等地震高烈度區(qū)。在1995年阪神大地震中,日本神戶建成的35層的日本神戶城市大廈(高129.4mm),經(jīng)受了此次地震考驗(yàn),該高層采用鋼框架-鋼板剪力墻雙重抗側(cè)力體系,地下三層和地上二層為鋼筋混凝土剪力墻,地上第二層以上采用加勁板剪力墻。在震后調(diào)查發(fā)現(xiàn),該結(jié)構(gòu)除第26層的加勁鋼板發(fā)生局部屈曲外,結(jié)構(gòu)整體并未發(fā)生明顯破壞,而與其相鄰的八層鋼筋混凝土建筑卻首層完全垮塌。目前已知的采用鋼板-混凝土組合剪力墻結(jié)構(gòu)的建筑較少,全世界范圍內(nèi)采用組合剪力墻的建筑不超過二十棟,大部分為混合結(jié)構(gòu),均沒有經(jīng)過實(shí)際地震考驗(yàn)。所以現(xiàn)有國內(nèi)外對(duì)鋼板混凝土組合剪力墻的已有震害實(shí)例基本處于空白狀態(tài)。
2.5.2其他型鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)震害情況
高層建筑的組合構(gòu)件中,梁可采用型鋼混凝土結(jié)構(gòu)梁或鋼-混凝土組合梁;柱可采用鋼管混凝土柱或型鋼混凝土柱;樓板可采用壓型鋼板與混凝土組合樓板等。在當(dāng)今高層建筑中,尤其是超高層建筑,型鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)的應(yīng)用越來越多。在1995年的阪神地震中,一些舊式的鋼骨-鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)柱遭到破壞,舊式的鋼骨-鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)一般主要以角鋼焊接成格柵式柱,外綁扎鋼筋并澆筑混凝土,因而變形能力較差。而近現(xiàn)代的鋼骨-鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)利用寬翼緣H型鋼作為骨架所形成鋼骨混凝土結(jié)構(gòu),具有很強(qiáng)的變形能力,在此次地震中未見有破壞的例子。目前國內(nèi)外已應(yīng)用型鋼混凝土構(gòu)建了大量的高層、超高層建筑。從表2的目前國內(nèi)外最高的十大建筑可以可以看出,超高層建筑大部分為型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)。
3結(jié)論和建議
文中分別介紹了地震中鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)高層建筑、鋼結(jié)構(gòu)高層建筑、復(fù)雜高層建筑、帶消能減震支撐高層建筑以及型鋼混凝土組合結(jié)構(gòu)高層建筑的基本震害情況,并對(duì)其震害原因進(jìn)行了分析,得到以下建議。
3.1深入研究能夠?qū)崿F(xiàn)高層建筑框架結(jié)構(gòu)
“強(qiáng)柱弱梁”機(jī)制的構(gòu)造措施和設(shè)計(jì)方法歷次震害表明,鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的薄弱部位一般為框架柱與填充墻,框架柱端的震害最嚴(yán)重,而梁一般很少發(fā)生破壞。一般嚴(yán)重破壞或倒塌的房屋是因?yàn)槟硨樱ǘ嘁娪诘讓樱┹^多柱端破壞,使得框架結(jié)構(gòu)層間位移角過大,大量震害表明結(jié)構(gòu)屬于“強(qiáng)梁弱柱”。而現(xiàn)行設(shè)計(jì)理念所倡導(dǎo)的“強(qiáng)柱弱梁”式延性破壞機(jī)制極少實(shí)現(xiàn)。
3.2重視樓梯間的抗震設(shè)計(jì)
按我國目前的設(shè)計(jì)常規(guī)。樓梯無需進(jìn)行抗震設(shè)計(jì),承載力設(shè)計(jì)時(shí)一般都未考慮地震時(shí)的附加拉(壓)力。在多次地震中,樓梯梯段板、梯梁和梯柱均不同程度的破壞。因而在高層建筑以后的設(shè)計(jì)和施工中,應(yīng)考慮樓梯對(duì)主體結(jié)構(gòu)抗震性能的影響。
3.3確定最優(yōu)的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)
多次地震經(jīng)驗(yàn)表明,破壞性地震引起的經(jīng)濟(jì)損失人員傷亡,主要是由于地震時(shí)產(chǎn)生的巨大能量使得工程設(shè)施、建筑物產(chǎn)生破壞和倒塌,以及地震伴隨的次生災(zāi)害造成的。而要最大限度的減輕地震災(zāi)害,高層建筑設(shè)計(jì)時(shí)必須進(jìn)行科學(xué)合理的抗震設(shè)防,這是目前人類應(yīng)對(duì)地震災(zāi)害對(duì)策中最積極有效的措施。目前我國的抗震設(shè)防原則是“小震不壞,中震可修,大震不倒”,但是對(duì)于高層建筑來說,其高昂的造價(jià)意味震后重建或者加固的成本過高,而我國目前的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)過于籠統(tǒng),因此可以根據(jù)不同地區(qū)的地震危險(xiǎn)性差異以及建筑功能差異,設(shè)定不同的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)。
3.4加強(qiáng)復(fù)雜高層建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能研究
大量震害資料顯示,復(fù)雜而不規(guī)則的高層建筑結(jié)構(gòu)體系,在地震作用下容易出現(xiàn)薄弱部位,因結(jié)構(gòu)薄弱部位的彈塑性變形集中而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的嚴(yán)重破壞甚至倒塌,造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失和嚴(yán)重的人員傷亡。在近期的歷次地震中,復(fù)雜高層建筑的震害都有發(fā)生。提高復(fù)雜高層建筑的抗震性能,一方面應(yīng)改善結(jié)構(gòu)自身的抗震性能,開發(fā)高效的高性能抗震部件及高層建筑結(jié)構(gòu)新體系;另一方面,在施工過程中,應(yīng)嚴(yán)格控制關(guān)鍵部位的施工質(zhì)量。
3.5加強(qiáng)消能減震技術(shù)在高層建筑以及超限高層建筑中的應(yīng)用
結(jié)構(gòu)消能減震技術(shù)是在結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力結(jié)構(gòu)中設(shè)置消能部件,這些部位通常由阻尼器、耗能支撐等組成。當(dāng)結(jié)構(gòu)受到地震作用時(shí),消能部件將產(chǎn)生彈塑性滯回變形,吸收并消耗地震作用在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的能量,以減少主體結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng),從而避免結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞或倒塌,達(dá)到效能減震的目的。從歷次震害中可以看出,帶有消能減震裝置的高層建筑,震害一般比較輕。因而利用結(jié)構(gòu)抗震控制的思想,發(fā)展適用于高層建筑的消能減震新技術(shù),主動(dòng)應(yīng)對(duì)地震災(zāi)害。
3.6加強(qiáng)新型組合結(jié)構(gòu)的抗震性能研究
鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)體現(xiàn)了鋼結(jié)構(gòu)與混凝土結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn),具有強(qiáng)度高、延性好的特點(diǎn),能承受較大的地震作用,作為最有發(fā)展前途的高層建筑結(jié)構(gòu)形式,尤其適用于多發(fā)地震區(qū)域的高層建筑。但是由于目前現(xiàn)存的鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)高層建筑經(jīng)歷的地震較少,缺乏有效全面的震害資料。對(duì)于鋼-混凝土組合結(jié)構(gòu)的抗震性能研究僅限于計(jì)算機(jī)模型分析和振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn),需要在以后的高層建筑中不斷發(fā)展和完善。
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高層房屋建筑施工技術(shù)分析?
現(xiàn)階段,高層房屋建筑也已經(jīng)成為了城市現(xiàn)代化進(jìn)程中的建設(shè)主體,然而由于高層房屋建筑工程的施工具有資金投入多、建設(shè)周期長、任務(wù)量大以及步及層面廣等特點(diǎn),所以與普通的房屋建筑工程相比,高層房屋建筑工程施工的質(zhì)量和安全也就要求更高,施工技術(shù)是影響高層房屋建筑施工質(zhì)量的核心因素,要想保證高層房屋建筑工程保質(zhì)保量、安全并且按時(shí)的交付使用,那么就必須對(duì)其施工技術(shù)進(jìn)行認(rèn)真的分析和探討。
進(jìn)入到新世紀(jì)以來,隨著我國的國民經(jīng)濟(jì)水平的飛速的提升,我國的高層建筑行業(yè)也得到了十分迅速的發(fā)展,城鎮(zhèn)居民的生活水平也隨之得到了很大的提升,人們對(duì)精神生活和物質(zhì)生活條件也有了更高的需求。本文便對(duì)高層房屋建筑施工的特點(diǎn)、高層房屋建筑施工技術(shù)的發(fā)展情況以及提升高層房屋建筑施工技術(shù)的對(duì)策分析三個(gè)方面的內(nèi)容進(jìn)行了詳細(xì)的分析和探析,從而詳細(xì)的論述了我國高層房屋建筑工程施工技術(shù)的提升工作。
一、高層房屋建筑施工特點(diǎn)
就主體結(jié)構(gòu)的施工而言,高層建筑的施工技術(shù)類似于多層建筑的施工技術(shù),但是,高層房屋建筑的施工也有其特殊性。高層建筑和多層建筑在逐層施工的方法上是相同的。但是就整個(gè)建筑的施工過程來看,兩者就有較大的區(qū)別。這主要是因?yàn)殡S著房屋建筑高度的增高和體量的增大,必然造成施工難度增大,施工技術(shù)產(chǎn)生差異。高層房屋建筑施工的特點(diǎn)概括為:高、深、大、長。
(一)高。高層房屋建筑尤其要注意高空作業(yè)的控制。高空作業(yè)需要解決好材料、機(jī)具設(shè)備、制品和人員的垂直運(yùn)輸?shù)裙ぷ鳌T谡麄€(gè)施工過程中,一定要注意做好高空安全保護(hù)、防火、用水、用電、通訊、臨時(shí)廁所等問題,現(xiàn)場(chǎng)要注意提高安全意識(shí),防止高空物體墜落而造成損失。
(二)深。高層房屋建筑的的另一個(gè)特點(diǎn)是:深。意思是指基礎(chǔ)埋置深度深。高層房屋建筑必須滿足整體穩(wěn)定性,所以地基埋置深度必須滿足規(guī)定的深度要求。高層建筑的基礎(chǔ)埋深一般至少在地面以下5m;超高層建筑的基礎(chǔ)埋置深度甚至達(dá)20m以上。深基礎(chǔ)施工會(huì)遇到很多困難,其中之一就是地基的處理問題,尤其是在軟土地基上施工時(shí),有很多方案可供選擇,這樣對(duì)造價(jià)和工期影響很大。高層建筑施工的重點(diǎn)之一就是:研究解決各種深基礎(chǔ)開挖支護(hù)技術(shù)。
(三)大。高層房屋建筑的的第三個(gè)特點(diǎn)是:大。意思是指高層建筑體量大,工程量大。高層建筑施工中有很多獨(dú)特的地方:工程量大;工程項(xiàng)目多;涉及單位多;施工工種多;施工方法選擇多;管理技術(shù)要求高;安全質(zhì)量要求高。特別是在有些高層建筑的施工過程中,往往采用邊設(shè)計(jì)、邊準(zhǔn)備、邊施工的施工方法,雖然也有很多好處,但是總、分包會(huì)涉及到許多單位,需要整個(gè)建設(shè)過程能夠得到很好地額協(xié)調(diào)和配合,這必然會(huì)給高層建筑施工計(jì)劃、組織、管理、協(xié)調(diào)等工作帶來很大難度,所以必須要求精心施工,而且要求加強(qiáng)集中管理。當(dāng)然,也可以利用高層建筑層數(shù)多、工作面大的特點(diǎn),進(jìn)行平行流水立體交叉作業(yè),這樣便可以使得時(shí)間和空間得到有效地利用。
(四)長。高層房屋建筑的的第四個(gè)特點(diǎn)是:長。意思是指:高層建筑施工周期長,導(dǎo)致季節(jié)性施工(雨施、冬施)不可避免。一般來講,多層住宅每棟平均工期在10個(gè)月左右,但是高層房屋建筑的施工周期平均要持續(xù)2年左右。高層建筑施工主要是利用縮短結(jié)構(gòu)和裝飾施工周期,來達(dá)到縮短整體周期的目的。雖然工程房屋建筑的施工工序很多,但是其主導(dǎo)工序是:現(xiàn)澆混凝土。因此,如果能夠做到合理的選擇模板體系,那么對(duì)于縮短主體結(jié)構(gòu)工期,降低成本將會(huì)起到很好的作用。
二、高層房屋建筑施工技術(shù)的發(fā)展情況
(一)預(yù)應(yīng)力技術(shù)
這種技術(shù)與傳統(tǒng)的鋼筋混凝土技術(shù)相比優(yōu)點(diǎn)更為明顯其體積更輕并且在橫截面上的混凝土要更小同時(shí)預(yù)應(yīng)力技術(shù)對(duì)抗裂度和剛度的要求更高所以其經(jīng)濟(jì)效益也就更高。現(xiàn)階段預(yù)應(yīng)力在我國高層房屋建筑的施工工作中的應(yīng)用是十分廣泛的,其能夠滿足各類房屋建筑的施工需求并且先進(jìn)性較高。作為預(yù)應(yīng)力技術(shù)的一個(gè)分支后張無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)也得到了廣泛的應(yīng)用。
(二)支護(hù)技術(shù)
要想滿足高層房屋建筑不斷提升的施工需求顯然傳統(tǒng)的放坡的方式是無法滿足的。因此我們就需要一種更為經(jīng)濟(jì)實(shí)用并且安全性更高的結(jié)構(gòu)體系,深基礎(chǔ)土體支護(hù)的結(jié)構(gòu)體系也就應(yīng)運(yùn)而生了。其中胭板樁、鋼筋鹼板樁、鉆孔灌注樁以及沖孔灌注樁等支護(hù)結(jié)構(gòu)都得到了較為廣泛的應(yīng)用在具體的施工過程中我們應(yīng)充分的分析工程項(xiàng)目基坑大小、地質(zhì)條件以及結(jié)構(gòu)形式等因素的實(shí)際特點(diǎn)對(duì)現(xiàn)有的支護(hù)結(jié)構(gòu)加以完善選擇最為經(jīng)濟(jì)合理的方案從而保證高層建筑的整體質(zhì)量。
(三)鋼筋連接技術(shù)
現(xiàn)階段在高層房屋建筑施工的過程中各類變形鋼筋的使用量非常大胭筋的接頭數(shù)量也就越來越多因此胭筋連接技術(shù)也就成為了我們重點(diǎn)關(guān)注和研究的施工技術(shù)問題。目前應(yīng)用較為廣泛的一類技術(shù)是帶肋鋼筋套擠壓的連接技術(shù)其可操作性更佳施工的速度較快并且接頭性能和質(zhì)量都很穩(wěn)定。
三、提升高層房屋建筑施工技術(shù)的研究
(一)不斷推廣新技術(shù)
實(shí)現(xiàn)我國建筑施工行業(yè)施工技術(shù)水平提升的有效手段之一是:對(duì)新技術(shù)的推廣。我們應(yīng)該充分吸收國內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)的精華之處,采取較為積極的態(tài)度進(jìn)行引進(jìn)與推廣的態(tài)度。工程實(shí)踐是需要理論作為指導(dǎo)的,因此,我們還必須在相關(guān)成功應(yīng)用案例的基礎(chǔ)上,結(jié)合國內(nèi)外先進(jìn)且相對(duì)成熟的建筑施工技術(shù)理論,完善我國建筑業(yè)施工技術(shù)的理論研究。必須充分汲取先進(jìn)技術(shù),在具體的施工案例中推廣與應(yīng)用這些新技術(shù),進(jìn)而使得我國整個(gè)建筑施工行業(yè)施工技術(shù)水平的得到推進(jìn)和提升,使我國的高層建筑能夠滿足現(xiàn)代化高層建筑對(duì)施工技術(shù)的高標(biāo)準(zhǔn)要求。
(二)注重技術(shù)人才的培養(yǎng)
實(shí)現(xiàn)技術(shù)水平提升的重要基礎(chǔ)要素之一就是人才。為了能夠?qū)⒏邔咏ㄖ┕ぶ懈鞣N先進(jìn)的技術(shù)進(jìn)行有效的分析、研究與應(yīng)用,我們必須加大培養(yǎng)、發(fā)現(xiàn)并有效利用好建筑施工行業(yè)的專業(yè)性人才。注重技術(shù)人才的培養(yǎng)必須加強(qiáng)技術(shù)管理,從而使得技術(shù)水平得到提升。在對(duì)相關(guān)建筑方面專業(yè)人才的培養(yǎng)的同時(shí),我們也必須注重和加強(qiáng)建筑行業(yè)相關(guān)人才的繼續(xù)教育與培訓(xùn),這樣的話就能夠使得更多的先進(jìn)施工技術(shù)得到應(yīng)用;也能夠使得從業(yè)人員進(jìn)一步判斷和研究新技術(shù)的可行性以及應(yīng)用價(jià)值,從而使得我國建筑施工行業(yè)在技術(shù)水平上得到較大的發(fā)展。
(三)結(jié)合現(xiàn)代化計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用
隨著現(xiàn)代信息技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展,各行各業(yè)也隨之得到快速的崛起和進(jìn)步,建筑施工行業(yè)也不例外。計(jì)算機(jī)技術(shù)具有強(qiáng)大的計(jì)算分析及模擬再現(xiàn)的功能,在這些功能的支持下,相關(guān)技術(shù)人員可以對(duì)先進(jìn)的技術(shù)手段進(jìn)行模擬測(cè)試,技術(shù)人員必須保證各項(xiàng)計(jì)算數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性,同時(shí),技術(shù)人員還能更科學(xué)、更客觀的判斷各種新技術(shù)的可行性、存在的問題以及解決方案等。這些先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)將有效推動(dòng)我國建筑施工技術(shù)水平的發(fā)展。
四、結(jié)語
綜上所述,高層房屋建筑施工技術(shù)是一項(xiàng)綜合的系統(tǒng)工程,具有長期性和復(fù)雜性。對(duì)高層房屋建筑施工而言,施工技術(shù)是高層房屋建筑施工的重要組成部分,其主要施工技術(shù)有逆作法施工技術(shù)、混凝土泵送技術(shù)、鋼筋工程施工技術(shù)和嚴(yán)格養(yǎng)護(hù)施工技術(shù),針對(duì)高層房屋建筑中不同的施工技術(shù),應(yīng)根據(jù)其施工技術(shù)的要點(diǎn)進(jìn)行施工,積極探索施工技術(shù)的有效途徑,只有這樣,才能控制高層房屋建筑施工的質(zhì)量,進(jìn)而促進(jìn)高層房屋建筑又好又快地發(fā)展。
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高層建筑設(shè)計(jì)的要點(diǎn)分析?
當(dāng)高層建筑的層數(shù)和高度增加到一定程度時(shí),它的功能適用性、技術(shù)合理性和經(jīng)濟(jì)可行性都將發(fā)生質(zhì)的變化。與多層建筑相比,在設(shè)計(jì)上、技術(shù)上都有許多新的問題需要加以考慮和解決。
建筑方面主要有:
①總平面布局要加大防火間距,處理嚴(yán)重的日照干擾,為大量集中的人口疏散和停放車輛安排通道和場(chǎng)地。
②在符合功能要求的基礎(chǔ)上將多層重復(fù)的建筑平面布局標(biāo)準(zhǔn)化、統(tǒng)一化,以滿足主體結(jié)構(gòu)、設(shè)備管線、電氣配線分區(qū)、防火疏散等豎向設(shè)計(jì)技術(shù)的要求。
③合理布置豎向交通中心,確定樓梯、電梯的數(shù)量和布置方式,保證使用效率和防火安全。
④內(nèi)外建筑裝修、構(gòu)造、用料和做法必須適應(yīng)因風(fēng)力、地震、溫度變化等所引起的變形和安全問題。
⑤在建筑藝術(shù)方面要考慮高大體型在城市和群體中的形象和全方位造型效果。
結(jié)構(gòu)方面主要有:
①考慮高層建筑遇到巨大風(fēng)力和地震力時(shí)所產(chǎn)生的水平側(cè)向力。
②嚴(yán)格控制高層建筑體型的高寬比例,以保證其穩(wěn)定性。
③使建筑平面、體型、立面的質(zhì)量和剛度盡量保持對(duì)稱和勻稱,使整體結(jié)構(gòu)不出現(xiàn)薄弱環(huán)節(jié)。
④妥善處理因風(fēng)力、地震、溫度變化和基礎(chǔ)沉降帶來的變形節(jié)點(diǎn)構(gòu)造。
設(shè)備和電氣方面主要有:
①設(shè)計(jì)供暖和給水排水系統(tǒng)時(shí),必須考慮因建筑高度增大的壓力,保證管道、爐片具有耐壓能力。
②特殊處理消防和排煙問題。
③在供暖、通風(fēng)中考慮因高處風(fēng)力增大而增加的空氣滲透和中合面以上、以下的熱壓變化對(duì)于散熱量計(jì)算的重要影響。
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