高层建筑
结构抗震
(一)高层建筑
抗震措施
在对结构的抗震设计中,除要考虑
概念设计
、结构抗震验算外,历次地震后人们在限制建筑高度,提高结构
延性
(限制
结构类型
和
结构材料
使用)等方面总结的抗震经验一直是各国规范重视的问题。当前,在抗震设计中,从概念设计,抗震验算及构造措施等三方面入手,在将抗震与消震(结构延性)结合的基础上,建立
设计地震
力与结构延性要求相互影响的双重
设计指标
和方法,直至进一步通过一些结构措施(隔震措施,
消能减震
措施)来减震,即减小结构上的地震作用使得建筑在地震中有良好而经济的抗震性能是当代
抗震设计规范
发展的方向。而且,
强柱弱梁
,
强剪弱弯
和
强节点弱构件
在提高结构延性方面的作用已得到普遍的认可。
中国《建筑抗震规范》(
GB
50011-2001)对建筑的
抗震设防
提出“三水准、两阶段”的要求,“三水准”即“小震不坏,
中震
可修,
大震
不倒”。当遭遇第一
设防烈度
地震即低于该地区
抗震设防烈度
的
多遇地震
时,结构处于
弹性变形
阶段,建筑物处于正常
使用状态
。建筑物一般不受损坏或不需修理仍可继续使用。因此,要求建筑结构满足多遇地震作用下的
承载力极限状态
验算,要求建筑的弹性变形不超过规定的弹性变形
限值
。当遭遇第二设防烈度地震即相当于该地区抗震设防烈度的
基本烈度
地震时,结构屈服进入
非弹性
变形阶段,建筑物可能出现一定程度的破坏。但经一般修理或不需修理仍可继续使用。因此,要求结构具有相当的延性能力(变形能力)不发生不可修复的
脆性破坏
。当遭遇第三设防烈度地震即高于该地区抗震设防烈度的
罕遇地震
时,结构虽然破坏较重,但结构的非弹性变形离结构的倒塌尚有一段距离。不致倒塌或者发生危及生命的
严重破坏
,从而保障了人员的安全。因此,要求建筑具有足够的变形能力,其
弹塑性变形
不超过规定的弹塑性变形限值。
三个水准
烈度
的地震作用水平,按三个不同
超越概率
(或
重现期
)来区分的:多遇地震:50年超越概率63.2%,重现期50年;设防烈度地震(基本地震):50年超越概率10%,重现期475年;罕遇地震:50年超越概率2%-3%,重现期1641-2475年,平均约为2000年。
对建筑抗震的三个水准设防要求,是通过“两阶段”设计来实现的,其方法步骤如下:第一阶段:第一步采用与第一水准烈度相应的
地震动参数
,先计算出结构在弹性状态下的
地震作用效应
,与风、重力荷载效应组合,并引入承载力抗震调整系数,进行构件截面设计,从而满足第一水准的强度要求;第二步是采用同一地震动参数计算出结构的
层间位移角
,使其不超过抗震规范所规定的限值;同时采用相应的
抗震构造措施
,保证结构具有足够的延性、变形能力和塑性耗能,从而自动满足第二水准的变形要求。第二阶段:采用与第三水准相对应的地震动参数,计算出结构(特别是柔弱楼层和抗震
薄弱环节
)的弹塑性层间位移角,使之小于抗震规范的限值。并采用必要的抗震构造措施,从而满足第三水准的防倒塌要求。
(三)高层建筑结构的抗震设计方法
中国的《
建筑抗震设计规范
》(GB50011-2001)对各类建筑结构的抗震计算应采用的方法作了以下规定:1、高度不超过40m,以
剪切变形
为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀的结构,以及近似于单质点体系的结构,可采用
底部剪力法
等简化方法。2、除1款外的建筑结构,宜采用振型
分解反应
谱方法
。3、特别不规则的建筑、
甲类建筑
和
限制高度
范围的高层建筑,应采用
时程分析法
进行多遇地震下的补充计算,可取多条时程曲线计算结果的
平均值
与
振型分解反应谱法
计算结果的较大值。
人类的高层建筑的火灾已经成为重大的灾害,它涉及的范围较广,业主的财产以及人身安全受到重创。预防高层建筑的防火安全性问题已成为重中之重。现代高层住宅建筑的高度不断延伸,往往是一层受灾殃及整体建筑。如何解决高层建筑的火灾防范问题是当今建设者们首当其冲面对的问题,应当引起全社会的关注。近年来,由于
住宅小区
火灾的防范不到位,导致火灾事件数量逐年攀升,对于人民生命财产所造成的损失也逐步扩大。消除这一安全隐患,应当是政府和建设部门的头等大事。
一、高层建筑的火灾因素
(1)天然气设施气体泄漏造成的火灾蔓延。
(2)家用电器使用不当而引起的火灾。
(3)人为的火灾因素。
(6)间接引发的火灾。
(1)高层建筑墙体的防火材料有质量问题。
(3)建筑材料的防火设施扩展使用问题没有得到建设部门的支持。
(6)没有颁布完全禁止高层建筑以及住宅小区烟花燃放法令。
(8)没有设立预防天然气泄漏的安全监控装置。
三、关于高层建筑的火灾防范措施
(2)缩减
住宅建筑
的高度,以减少财产及生命的损失及伤害。
(3)降低高层建筑的密集度。
(4)完善建筑材料的防火性措施,加快研制新型的
防火涂层
材料和建筑材料。
(5)研制新型的民用防火产品,加大推广使用家用防火材料生产力度。
(6)防火安检期的不定性检查和教育宣传。
(7)加快研制家庭民用快速自动灭火器材。
(8)制定社区防火责任人制度并落实到位。
建议设计院校以及建委的相关部门尽快设计出完全能够防范火灾的高层智能住宅建筑。
(1)居民住宅应当安装自动灭火装置。
(2)门窗以及玻璃采用抗高温防火材料。
(3)家用电气设备的外壳使用防火材料制成。
(4)禁止使用
木地板
材料,加快研制新型的防火保温地板材料。
(5)民用电路所使用的电线
绝缘层
必须采用耐高温防火材料。
(7)加快研制
小户型
的高压灭火简易装置,做到每户安装一部灭火设备。
(10)设立小区消防安全救灾小组,由
火警
辖区统一领导指挥。
(11)门窗墙外的上方设立防火隔离延伸罩,防止火苗窜到上一层建筑。这项可纳入
建筑设计规范
。
(12)加大电力能源的
利用率
,减少天然气能源的高层住宅引入,或禁止城区使用天然气。
如果按着上述建议进行火灾防范,基本上高层住宅的火灾防范问题就能够得到解决。和谐社会一定要建立在群策群防基础上。火灾可防,关键在于政府的执政保障和人民的全力支持。
现代楼宇建筑高度不断提升,城市范围不断扩大,高层建筑密度不断加大,防范高层建筑坠落物体对人身的伤害,应当纳入
设计安全
规范。高层住宅户外附加物体安装工程的
安全标准
、安全
防盗网
栏、门窗玻璃等都应当规定使用年限。物体紧固装置的使用期限、材料的选择、防老化工艺等一定要有严格的规定。不然,一旦发生高空物体
坠落事故
,会危及行人的人身生命以及
财产安全
,其后果是不堪设想的。
一、高层建筑的主要户外设施
随着现代化大都市的高速发展和
人口密度
的不断增长,建立高层建筑坠落物体对人身造成伤害的安全防范措施已迫在眉睫。城市高层住宅建筑外加附属物体包括:
(1)居民使用的户外空调主机。
(2)防盗门窗护网。
(3)门窗玻璃。
(6)户外门窗遮阳遮雨用具。
二、易碎易坠落物品
(1)门窗及玻璃。
(2)户外照明灯具。
(3)户外广告的照明灯具。
(4)企业招牌匾额的易老化针织类物品。
(5)易老化遮阳遮雨材料。
(1)户外空调以及固定金属架。
(2)户外广告金属架。
(4)施工过程中的攀爬吊装以及装修设施。
(5)施工过程中起吊的户外工程物体(户外空调,防盗门窗护栏,户外广告金属结构架)。
(6)户外遮阳遮雨金属架。
四、高层建筑顶端的通讯发射接收设施
(4)户外民用天线。
五、高层建筑的水暖设备
(2)冷却塔,高水位水箱。
六、高层建筑所安装的太阳能装置
(2)民用及企业用太阳能供电装置。
二、高层建筑户外物体坠落的主要因素
关于高层建筑附加物体的高空坠落安全防范措施问题,国家还没有纳入高层建筑的设计规范。大自然的
风灾
和人为的事故以及
氧化作用
是导致高层建筑附加物体坠落的主要原因,包括:
(1)高等量级别的飓风灾害,可导致高层建筑的门窗玻璃以及广告匾额坠落。
(2)户外
空调系统
的主机,由于固定结构在长时间的氧
化学反应
下失去作用,从而造成物体坠落事故。
(3)高层建筑外加
附属设备
的金属部分,在大自然
有害气体
的侵蚀下,产生老化损坏坠落。
(4)由于施工质量低劣而造成的人为物体坠落。
在
自然灾害
中,风灾所造成的物体坠落是主要因素。
高层建筑户外附属设施坠落的安全防范措施
(3)在高层建筑最底层的四周,增加预防高空物体坠落的外延结构,或增加每一栋高层建筑的底层四周防坠落物体的金属结构设施。
(4)将用于户外附属设施固定的金属
防腐材料
纳入高层住宅设计规范。
(5)增加空调外挂主机的预留外延建筑结构平台或体外凹式墙体空间。
(6)设立高层建筑地面的墙体四周外延
防护栏
,建筑墙体与外延防护栏的
安全距离
标准为3米。
(8)设立城区高层建筑物体坠落安全防范巡查机构,制定高空物体坠落安全防范条例。
(9)
城市居民
社区委员会实施高层建筑物体坠落安全防范责任制度,健全施工企业
档案登记
工作。
根据调查,中国在高层建筑设计标准中,还没有制定出有关高层建筑附属设施坠落安全事故的防范措施。随着人类住宅建设的不断增高,预防高层建筑附加设施坠落的安全事故问题已迫在眉睫。国家建委、房管机构、设计院所、
人防工程
委员会等相关部门应当尽快制定出关于中国城区高层建筑预防坠落物体的安全应急方案和设计标准,以确保人民生命财产的安全,将高层建筑物体坠落安全因素纳入建筑设计规范,或纳入城市
安全管理
防范监理系统。
随着
城市现代化
进程的不断发展,各种高层建筑、 大中型
商业建筑
、 厂房不断涌现,对消防自动
报警系统
提出了更高、 更严的要求。为了在早期发现和通报火灾,防止和减少火灾危害,保护人身和
财产安全
,
火灾自动报警系统
已成为必不可少的设施。
高层建筑能够节约
城市土地
,缩短公用设施和市政管网的开发周期,从而减少市政投资,加快城市建设,这些优点已经逐渐得到公认。各国的大城市建设部门,都在不断地对已经出现的各种问题进行全面研究,采取改进措施。这些措施是:①提前在
城市发展
规划中预作统筹安排,协调单个高层建筑、高层建筑群布点同
周围环境
、已有建筑、名胜古迹、城市风貌、
市政公用设施
等之间的矛盾。②克服高层建筑使大量人口远离绿化地带、
生活环境
不如低层和多层建筑等缺点,设法增加每层绿化阳台、敞开式的公共休息层、
屋顶花园
等。③大力开发高层建筑结构、构造、防火安全、竖向交通所必需的高级材料、设备和设计施工技术等
基本条件
,严格控制质量,力争降低
工程造价
和
管理费用
。④在建筑设计方面,对高层建筑带来的日照阴影和
电磁波
干扰的影响,对体量高大突出的
建筑造型
风貌和城市空间
天际线
的
艺术效果
,以及高层建筑群大量集中的人口对城市供应和交通的影响等多种问题,采取新的
科学分析
和研究步骤,以求得最佳
设计方案
。