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首頁 > 建筑論文 > > 高層建筑防震減災的理論研究與優化方法
高層建筑防震減災的理論研究與優化方法
>2024-05-13 09:00:01


0概述

強烈的地震會對建筑物特別是高層建筑產生巨大的破壞。雖然國內外學術界對高層建筑防震減災進行了大量的研究,但是仍然無法有效的保證結構物的倒塌與損傷[1]. 由于近些年來我國大量高層建筑的涌現,關于高層建筑防震減災方面研究的重要性逐漸顯現出來。 特別是近些年來我國關于鋼結構方面防震減災的本構模型研究更加顯得突出[2].在鋼結構方面,Thorburn[3]提出了運用鋼板屈曲后強度的理念。

Wagg[4]對結構的非線性控制理論方面的最新研究進行了評述。 國內的一些學者在總結了國內外的優秀成果后, 提出了更加符合我國發展模式以及結構模式的理論成果并運用在實際高層建筑的施工過程中[5].

1高層建筑結構抗震分析研究

高層建筑由于地震災害而導致結構性的破壞不僅僅會在經濟上造成極大的損失,也會在社會效應上產生極大的震動。 所以對高層建筑結構地震破壞形式分析理論進行研究也就顯的極為重要。

1.1 高層建筑梁柱構件抗震性能研究

高層建筑梁柱構件在進行抗震性能研究時,一般采用的力學模型主要有:微觀三維實體有限元模型、離散桿系有限元模型以及宏觀離散自由度模型。

通過運用微觀三維實體有限元模型,我們在實際施工過程中運用計算機模擬了高層建筑中梁柱構件在地震過程中會出現的主要病害問題。通過分別對混凝土單元、鋼筋單元等進行有限元分析,得到了一下結果:按照施工標準嚴格進行施工,可以保證高層建筑中梁柱結構在地震過程中的抗震性能,但是仍然會有一些處于薄弱部位的鋼筋混凝土梁柱結構會由于地震的多向力學作用產生諸如混凝土剝落、混凝土開裂、非結構鋼筋屈服以及鋼筋與混凝土之間產生滑移的情況。 這表明單一的增加構件強度與尺寸,不能保證高層建筑在地震過程中減小損傷。

1.2 高層建筑剪力墻抗震性能研究

剪力墻結構作為高層建筑中重要的結構構件,直接決定了高層建筑的抗震減災性能。 由于近些年來,關于剪力墻結構抗震性能研究的巨大突破,關于剪力墻的研究主要分為宏觀部分與微觀部分。

運用之前的研究成果, 并通過運用軟件模擬與實際工程經驗總結,針對高層建筑剪力墻在地震過程中的受力進行相應的研究我們得到了以下結論:高層建筑中傳統的剪力墻在地震過程中并不會由于材料的強度以及構件的尺寸的變化而產生較為明顯的抗震性能的變化。

但是如果剪力墻結構采用鋼板剪力墻的形式,則可以充分利用薄鋼板屈曲后強度大的優點保證剪力墻的后續工作性能。

1.3 高層建筑核心筒抗震性能研究

核心筒作為高層建筑結構可靠性的核心構件,直接決定了整個高層建筑的最終結構強度。核心筒在地震過程中耐久性的表現直接決定了高層建筑的壽命。

針對核心筒仍然采用相應的宏觀有限元與微觀有限元分析方法進行分析。通過軟件模擬結果以及相應的實際設計指標與施工質量要求,我們可以看到在高層建筑中核心筒的強度以及疲勞特性直接關系到整個高層建筑的結構壽命。所以,在進行核心筒的設計以及施工時,必須保證材料強度的富余化,只有在保證核心筒材料與疲勞特性的富余化才可以有效的保證高層建筑避免結構強度在地震后失效。

2高層建筑鋼結構薄弱環節基于抗震性能優化的研究

鋼混結構以及鋼結構的高層建筑在受到地震破壞時具體受害位置決定了破壞程度。所以對于高層建筑關鍵部位的確定決定了高層建筑物抗震性能優化部位與優化方法2.1 關鍵部位確定。

高層建筑物在遭受地震災害時,高層建筑的薄弱部位會首先發生病害。 薄弱部位在受到破壞時會直接導致高層建筑物的損壞,但是也有可能在地震過程中這種位置并未直接破壞,但是由于結構性能衰退會導致整體結構的整體抗震性能有較大幅度的衰減。所以關于高層建筑特別是高層建筑鋼結構在抗震性能方面關于薄弱結構方面的研究,決定了高層建筑鋼結構抗震性能的優劣。

2.2 高層建筑關鍵部位優化方法

關于高層建筑中較為薄弱的部位,根據大量研究成果以及具體的實際工作經驗可以清楚的確定為剪力墻?,F今關于剪力墻方面大多數采用的是加強墻身厚度或者簡單的加強幾何尺寸。根據對高層建筑抗震性能優化以及失效模式研究,我們可以認為:現今單一的增加墻身強度及尺寸的方法, 只能在一定程度上增強高層建筑的抗震減災能力,所以采用鋼板剪力墻可以有效的減小薄弱環節受到地震損害的程度。

3結論

通過針對高層建筑鋼筋混凝土結構進行相應的數據模擬與相應的具體實際工作經驗,我們得到了以下幾點結論:1)對高層建筑中鋼結構的抗震性能失效模式進行相應的理論研究并結合實際工作經驗,從而降低抗震薄弱環節數量,并使材料的結構強度得到充分發揮,在減小結構鋼用量時,增強高層建筑抗震能力;2)通過對高層建筑鋼-混凝土結構非線性地震損傷理論進行相應研究并通過對實際實驗數據對比分析得到了高層建筑鋼-混凝土結構抗震性能由混凝土核心筒控制;3)通過對高層建筑抗震減災基礎計算結果與實際施工對比 ,得到了僅僅增加結構構筑物的強度與尺寸不能保證高層建筑物抗震減災效果的提升。

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