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1.1合理的選址在建筑結(jié)構(gòu)抗震水平設(shè)計(jì)中,合理的選址是最基本的先決條件。為了保證選址的正確、合理性,我國(guó)政府部門(mén)已經(jīng)出臺(tái)了《中華人民共和國(guó)減災(zāi)抗震法》等法律條文,其中明確規(guī)定“對(duì)于有可能發(fā)生的重大建設(shè)性工程以及次生災(zāi)害進(jìn)行嚴(yán)格的地震安全指標(biāo)評(píng)價(jià),按照地震安全評(píng)價(jià)結(jié)果,明確相關(guān)建筑物的抗震設(shè)防要求,并對(duì)其進(jìn)行分別設(shè)防”。建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)其實(shí)際質(zhì)量可分為四個(gè)標(biāo)準(zhǔn),其中:甲類(lèi):地震時(shí)間或大型建筑工程可能發(fā)生的次生建筑類(lèi)災(zāi)害;乙類(lèi):地震中不能中斷使用功能,且必須要逐步恢復(fù)的建筑類(lèi)型;丙類(lèi):除甲、乙兩類(lèi)建筑外的其他普通建筑類(lèi)型;丁類(lèi):抗震級(jí)別相對(duì)較低的建筑。根據(jù)對(duì)相關(guān)法規(guī)的分析,在進(jìn)行建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),必須要選擇對(duì)建筑有利的場(chǎng)地,避免在不利地段建設(shè)大型民用建筑,以防止地震破壞隱患的出現(xiàn)。對(duì)于一些軟基地段,也必須要進(jìn)行充分的處理,才能夠進(jìn)行合適的建筑設(shè)計(jì)。另外對(duì)于地震可能引起的次生災(zāi)害問(wèn)題,也必須要予以正確的處理,進(jìn)一步保證選址的正確性。
1.2科學(xué)的設(shè)計(jì)當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時(shí),不同的建筑結(jié)構(gòu)所受到的地震影響是不同的,為了最大限度降低地震災(zāi)害的影響,建筑設(shè)計(jì)人員在抗震設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中,要根據(jù)當(dāng)?shù)氐囟蔚膶?shí)際情況來(lái)進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)的選擇。目前,我國(guó)常用的鵝建筑結(jié)構(gòu)可以分為“鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)”、“砌體結(jié)構(gòu)”、“鋼混結(jié)構(gòu)”和“鋼結(jié)構(gòu)”四種類(lèi)型。通過(guò)對(duì)四種結(jié)構(gòu)的比較分析得出,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的抗震能力相對(duì)較強(qiáng),因?yàn)槠渥陨砭哂休^好的柔韌性,所以當(dāng)建筑物因地震災(zāi)害而出現(xiàn)應(yīng)力變形時(shí),鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)能夠依靠自身良好的承載力對(duì)其進(jìn)行一定程度的控制,這是其它三種結(jié)構(gòu)所不具備的優(yōu)勢(shì)。近年來(lái),高層建筑建設(shè)的增多,大大增大了其在地震災(zāi)害影響下的水平位移和抗側(cè)移剛度,這在無(wú)形之中就加大了地震災(zāi)害的影響,為了避免地震災(zāi)害影響程度的增大,在設(shè)計(jì)和審核高層建筑抗震設(shè)計(jì)時(shí),必須要考慮結(jié)構(gòu)的側(cè)移度。
1.3堅(jiān)實(shí)的質(zhì)量地震作為破壞性超強(qiáng)的自然災(zāi)害,想要最大限度降低其對(duì)建筑的破壞,保證建筑設(shè)計(jì)堅(jiān)實(shí)的質(zhì)量是最基本的防護(hù)措施。相比較而言,我國(guó)建筑設(shè)計(jì)水平發(fā)展較為緩慢,在地震設(shè)計(jì)方面也存在不夠合理的情況,這使得很多建筑結(jié)構(gòu)都出現(xiàn)了地震安全隱患,過(guò)大的自身重量也加大了地震危害。為了保證建筑結(jié)構(gòu)抗震水平,必須要在建筑抗震設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中科學(xué)的運(yùn)用抗震理論,根據(jù)相關(guān)設(shè)計(jì)原則,利用有效措施來(lái)提高建筑結(jié)構(gòu)的可靠性與安全性。
2實(shí)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)抗震水平設(shè)計(jì)的措施
2.1基礎(chǔ)性防震措施應(yīng)用基礎(chǔ)性防震措施根據(jù)建筑的結(jié)構(gòu)的不同位置有著不同的措施:(1)地基隔震。地基隔震是在建筑地基與土層之間設(shè)置緩沖層,以便在地震發(fā)生時(shí)減小建筑與土層之間的震動(dòng)碰撞,實(shí)現(xiàn)對(duì)震能的有效吸收和反射作用,減小地震對(duì)建筑物的破壞。目前,我國(guó)最常使用的地基隔層為瀝青原料隔震層。(2)基礎(chǔ)隔震?;A(chǔ)隔震是整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵,想要降低地震對(duì)建筑物的破壞,就必須要做好基礎(chǔ)隔震措施。在對(duì)建筑基礎(chǔ)采取抗震措施時(shí),為了減小地震對(duì)上部結(jié)構(gòu)的破壞,需要在建筑物的上部結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)位置接觸處設(shè)置隔震層,防止地震力由地基處向上部結(jié)構(gòu)傳播,降低地震對(duì)建筑上部結(jié)構(gòu)的破壞。基礎(chǔ)抗震裝置一般采用混合隔震裝置、基底滑移隔震裝置和夾層橡膠隔震裝置等。(3)間層隔震。間層隔震是為了吸收地震的沖擊余力而設(shè)置的,間層隔震的有效設(shè)置能夠?qū)φ鹆M(jìn)行再次削減,以達(dá)到降低地震對(duì)建筑的破壞作用。間層隔震一般都安裝在原始結(jié)構(gòu)層上,其實(shí)我國(guó)最早使用的的抗震措施,具有施工操作簡(jiǎn)單的優(yōu)勢(shì)。(4)懸掛隔震。懸掛隔震是通過(guò)懸掛的方式,將建筑物全部或部分結(jié)構(gòu)脫離地面,從而在地震出現(xiàn)時(shí),降低地面震動(dòng)與建筑物之間的震力作用。目前,此種抗震措施多用于大型鋼結(jié)構(gòu)建筑當(dāng)中,收到了較為不錯(cuò)的抗震效果。
2.2機(jī)敏減震支撐體系機(jī)敏減震支撐體系是集成現(xiàn)代科技技術(shù)的防震系統(tǒng),其利用活塞運(yùn)動(dòng)的原理,對(duì)建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。在地震災(zāi)害發(fā)生時(shí),保證建筑結(jié)構(gòu)中的內(nèi)、外鋼能夠通過(guò)不斷的滑動(dòng)來(lái)消減地震的破壞力,減輕震力破壞和消耗地震作用力的傳導(dǎo)。目前,這項(xiàng)技術(shù)還在不斷的研究和完善當(dāng)中,相信其很快就能夠?qū)崿F(xiàn)有效的應(yīng)用,為建筑抗震設(shè)計(jì)水平的提升做出貢獻(xiàn)。
2.3效能減震技術(shù)應(yīng)用效能減震是實(shí)現(xiàn)對(duì)地震所產(chǎn)生動(dòng)能的消耗,來(lái)減輕地震能的傳導(dǎo)大小,從而降低其對(duì)建筑物的破壞程度。目前,在此技術(shù)方面一般采用消能器和阻尼器,兩種器械都能夠?qū)崿F(xiàn)地震能量的有效消耗和吸收,減小震力對(duì)建筑主體的破壞,以達(dá)到對(duì)建筑主體結(jié)構(gòu)安全、穩(wěn)性定的保護(hù)。目前,效能減震技術(shù)在我國(guó)建筑防震設(shè)計(jì)中得到了有效的應(yīng)用,其在新建筑的防震設(shè)計(jì)和舊建筑的抗震加固方面,都起到了良好的效果。
3總結(jié)
關(guān)鍵詞:建筑結(jié)構(gòu) 抗震設(shè)計(jì)
Abstract: with the development of modern society, seismic design is particularly important. In this paper, the seismic design design are analyzed, and the future seismic design of buildings in order to provide the beneficial reference.
Keywords: structural seismic design
中圖分類(lèi)號(hào):TU3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):
0前言:
我國(guó)是一個(gè)多地震國(guó)家,2008年5月12日,中國(guó)四川省汶川縣發(fā)生了8.5級(jí)特大地震,給人民的生命財(cái)產(chǎn)安全造成重大損失。就目前而言,中國(guó)的抗震事業(yè)依然問(wèn)題重重,任重而道遠(yuǎn)。
一充分重視結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)概念
所謂抗震概念設(shè)計(jì)是根據(jù)地震災(zāi)害和工程經(jīng)驗(yàn)等所形成的基本設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)思想,進(jìn)行建筑和結(jié)構(gòu)總體布置,并確定細(xì)部構(gòu)造的過(guò)程,以達(dá)到合理抗震設(shè)計(jì)的目的。抗震計(jì)算本身是一種粗略的計(jì)算,想得到精準(zhǔn)的計(jì)算很困難,所以理解并掌握抗震概念設(shè)計(jì)對(duì)提高建筑物的抗震能力減輕震害顯得尤為關(guān)鍵重要;從另一方面講,設(shè)計(jì)時(shí)只靠提高地震作用來(lái)提高抗震能力,結(jié)構(gòu)的各構(gòu)件將需全面增加材料數(shù)量和強(qiáng)度,增加投資,不符和我國(guó)國(guó)情;而加強(qiáng)抗震措施,著眼于把財(cái)力、物力用在增加結(jié)構(gòu)薄弱部位的抗震能力上,是經(jīng)濟(jì)而有效的方法。
1.1合理的結(jié)構(gòu)體系
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)建筑功能、材料性能、建筑高度、抗震設(shè)防類(lèi)別、抗震設(shè)防烈度;場(chǎng)地條件、地基及施工等因素,經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)和適用條件綜合比較,選擇安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理的結(jié)構(gòu)體系,并滿足規(guī)范規(guī)定常用結(jié)構(gòu)體系的適用范圍。合理的結(jié)構(gòu)體系應(yīng)滿足下列各項(xiàng)要求:
1) 應(yīng)具有明確的計(jì)算簡(jiǎn)圖和合理的地震作用傳遞途徑;
2) 應(yīng)避免因部分結(jié)構(gòu)或構(gòu)件破壞而導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)喪失抗震能力或?qū)χ亓奢d的承載能力;
3) 應(yīng)具備必要的抗震承載力,良好的變形能力和消耗地震能量的能力;
4) 對(duì)可能出現(xiàn)的薄弱部位,應(yīng)采取措施提高抗震能力;
1.2結(jié)構(gòu)體系宜有多道抗震防線
一個(gè)抗震結(jié)構(gòu)體系,應(yīng)由若干個(gè)延性較好的分體系組成,并由延性較好的結(jié)構(gòu)構(gòu)件連接起來(lái)協(xié)同工作,《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》第3.5.3條對(duì)結(jié)構(gòu)體系提出了多道抗震防線的要求,對(duì)于在大震作用下結(jié)構(gòu)抗倒塌具有重要意義。
多道防線的設(shè)置,原則上應(yīng)優(yōu)先選擇不負(fù)擔(dān)或少負(fù)擔(dān)重力荷載的豎向支撐或填充墻,或者選用軸壓比較小的抗震墻、實(shí)墻筒體等構(gòu)件作為第一道抗震防線,一般情況下,不宜采用軸壓比很大的框架柱兼作第一道防線的抗側(cè)力構(gòu)件。例如,在框架-抗震墻體系中,延性的抗震墻是第一道防線,令其承擔(dān)全部地震力,延性框架是第二道防線,要承擔(dān)墻體開(kāi)裂后轉(zhuǎn)移到框架的部分地震剪力。對(duì)于單層工業(yè)廠房,柱間支撐是第一道抗震防線,承擔(dān)了廠房縱向的大部分地震力,未設(shè)支撐的開(kāi)間柱則承擔(dān)因支撐損壞而轉(zhuǎn)移的地震力。
1.3 建筑的平面形狀及抗側(cè)力構(gòu)件的布置對(duì)建筑物抵抗地震作用的能力影響很大。有抗震設(shè)防要求的建筑,其平面和豎向的布置應(yīng)符合下列要求:
1)建筑平面宜簡(jiǎn)單、規(guī)則(宜采用方形、矩形、圓形等);抗側(cè)力構(gòu)件宜沿兩主軸方向?qū)ΨQ(chēng)布置,兩方向的剛度宜接近。
2) 豎向宜規(guī)則,,不宜突變;結(jié)構(gòu)的豎向構(gòu)件宜連續(xù),沿高度變化均勻,樓層剛度宜沿建筑物豎向不變或自下而上逐漸減小。宜采用的形體為柱體、錐體等
二結(jié)構(gòu)抗震的可靠度
在結(jié)構(gòu)所有的功能中,首先需要滿足的是結(jié)構(gòu)的安全性。由于在震源的發(fā)生機(jī)制、地震波的傳播路徑和場(chǎng)地條件中存在很多不確定性,以及在循環(huán)荷載作用下的性能和分析計(jì)算模型中的不確定性,結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)非常隨機(jī),并且安全性只能采用抗震可靠度進(jìn)行描述。按照可靠度理論,服役期內(nèi)結(jié)構(gòu)的抗震可靠度同時(shí)體現(xiàn)了環(huán)境和結(jié)構(gòu)兩方面的、特征,采用可靠度作為設(shè)防參數(shù)在概念上似乎更充分一些,在方法上也比較統(tǒng)一。這種方法實(shí)質(zhì)上是認(rèn)為工程結(jié)構(gòu)自身以及所處環(huán)境存在著不確定性,使所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)在遭受未來(lái)可能發(fā)生的地震作用時(shí)絕對(duì)安全既不可能也不經(jīng)濟(jì),人們使用這些結(jié)構(gòu)時(shí)必須承受一定的風(fēng)險(xiǎn)。因此需要確定一個(gè)可以接受的安全度水準(zhǔn),這個(gè)水準(zhǔn)被定義為目標(biāo)可靠度,它可以作為結(jié)構(gòu)抗震設(shè)防的參數(shù),所有抗震結(jié)構(gòu)實(shí)際的抗震可靠度應(yīng)該不低于規(guī)定的目標(biāo)可靠度。
由于結(jié)構(gòu)抗震可靠度中包含了場(chǎng)地可能遭遇的各種強(qiáng)度地震動(dòng)對(duì)結(jié)構(gòu)安全性的影響,以目標(biāo)可靠度進(jìn)行抗震設(shè)防時(shí)就不必再去區(qū)分“小震 、“中震”和“大震”,從而也就避免了為解決該問(wèn)題所產(chǎn)生的各種困難。結(jié)構(gòu)抗震可靠度的大小同結(jié)構(gòu)服役期限的長(zhǎng)短有關(guān),它不僅描述了結(jié)構(gòu)建造完成前規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工等過(guò)程中的安全性,而且考慮了結(jié)構(gòu)服役過(guò)程的安全影響因素,因此采用目標(biāo)可靠度進(jìn)行抗震設(shè)防既可以完成基于生命的抗震設(shè)防目標(biāo),也可以實(shí)現(xiàn)基于性態(tài)的設(shè)防目標(biāo),對(duì)于具有不同服役功能的工程結(jié)構(gòu),只需適當(dāng)調(diào)節(jié)目標(biāo)可靠度的具體取值,就可以方便地實(shí)現(xiàn)多級(jí)抗震設(shè)防的目標(biāo)了。
三比較結(jié)構(gòu)抗震的設(shè)計(jì)方法
3.1 抗震抗震性能水平
結(jié)構(gòu)抗震性能水準(zhǔn)表示結(jié)構(gòu)在特定的某一地震設(shè)計(jì)水準(zhǔn)下預(yù)期破壞的最大程度,結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)構(gòu)件破壞以及因它們破壞引起的后果,主要用結(jié)構(gòu)易損性、結(jié)構(gòu)功能性和人員安全性來(lái)表達(dá)。對(duì)于不同等級(jí)的抗震性能,都應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)類(lèi)型、結(jié)構(gòu)體系、豎向和橫向承載構(gòu)件、結(jié)構(gòu)變形、設(shè)備與裝修、修復(fù)使用等方面加以定義,應(yīng)該表達(dá)為量化指標(biāo),以便工程設(shè)計(jì)和評(píng)估。我國(guó)規(guī)范中的提法“不壞”、“可修”、“不倒”其實(shí)就是對(duì)結(jié)構(gòu)在地震作用下的性能水平的描述,具體敘述為“小震”對(duì)應(yīng)一般不受損壞或不需修理可繼續(xù)使用水平;“中震”對(duì)應(yīng)可能損壞,經(jīng)一般修理或不需修理仍可繼續(xù)使用;“大震”對(duì)應(yīng)不致倒塌或發(fā)生危及生命的嚴(yán)重破壞。這一提法已經(jīng)包含了一定的性能設(shè)計(jì)思想,只是對(duì)性能水平的描述比較模糊,水平之間的界定不明確,在實(shí)際設(shè)計(jì)中很難實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)性能的有效控制。
3.2 結(jié)構(gòu)的抗震性能目標(biāo)
結(jié)構(gòu)的抗震性能目標(biāo)是指建筑物在各設(shè)計(jì)地震水準(zhǔn)下期望達(dá)到的相應(yīng)性態(tài)水準(zhǔn)集合,應(yīng)依據(jù)建筑物的重要性分類(lèi),結(jié)合社會(huì)、經(jīng)濟(jì)因素和業(yè)主意愿綜合確定。三級(jí)性能目標(biāo)與按重要性劃分的三類(lèi)建筑一一對(duì)應(yīng),取每級(jí)地震作用水準(zhǔn)下的最低性能要求組合作為該類(lèi)結(jié)構(gòu)的規(guī)定最低性能水準(zhǔn)目標(biāo)。并且設(shè)計(jì)師也可以根據(jù)實(shí)際情況和業(yè)主要求提高目標(biāo)性能水平進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),在一個(gè)或多個(gè)設(shè)計(jì)地震作用水準(zhǔn)上選擇更高的性能目標(biāo),雖然在一定程度上會(huì)提高建筑造價(jià),卻能減免以后可能會(huì)產(chǎn)生的損失。這種性能目標(biāo)的制定方式充分體現(xiàn)了基于性能抗震設(shè)計(jì)的自主性和靈活性。
3.3 兩種方法的設(shè)計(jì)過(guò)程
建筑結(jié)構(gòu)基于性能要求的抗震設(shè)計(jì)多了以下幾個(gè)步驟:性能目標(biāo)的確定、抗震措施與計(jì)算分析方法的選擇及目標(biāo)評(píng)價(jià)等。性能目標(biāo)的確定因素中多了業(yè)主決策和非結(jié)構(gòu)構(gòu)件分級(jí)性能水準(zhǔn)。選擇抗震設(shè)計(jì)(分析)方法也是基于承載力力的抗震設(shè)計(jì)過(guò)程中所沒(méi)有的,通過(guò)不同的抗震性能水準(zhǔn)量化數(shù)值對(duì)應(yīng)了不同的結(jié)構(gòu)反應(yīng)參數(shù)和抗震設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,因此可以選擇基于不同的結(jié)構(gòu)反應(yīng)參數(shù)的抗震分析方法。并且在設(shè)計(jì)完成后,基于承載力的抗震設(shè)計(jì)只對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行層間位移驗(yàn)算是否滿足限值,而性能設(shè)計(jì)則需要對(duì)結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)性能水平進(jìn)行全方位的檢驗(yàn)和評(píng)估。
3.4 抗震措施比較
現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定的構(gòu)件截面的抗震構(gòu)造措施,主要是根據(jù)結(jié)構(gòu)類(lèi)型和重要性、房屋高度、地震烈度、場(chǎng)地類(lèi)別等因素確定,是對(duì)結(jié)構(gòu)抗震性能水準(zhǔn)的宏觀定性控制,而不是對(duì)具體的結(jié)構(gòu)性能和震害損失的定量描述。設(shè)計(jì)人員只需要按照規(guī)范采取對(duì)應(yīng)的抗震構(gòu)造措施,而在采取了這些措施以后結(jié)構(gòu)在地震時(shí)的性能狀態(tài)具體如何,設(shè)計(jì)人員并不能準(zhǔn)確把握。這種做法的經(jīng)濟(jì)性和合理性都不足?;谛阅艿目拐鹪O(shè)計(jì)是把結(jié)構(gòu)在一定強(qiáng)度地震作用下的變形需求與抗震措施對(duì)應(yīng)了起來(lái),通過(guò)對(duì)構(gòu)件截面進(jìn)行變形能力設(shè)計(jì),使結(jié)構(gòu)具備與預(yù)期性能水平相符的變形和耗能能力,從而達(dá)到目標(biāo)性能水平。這樣使得結(jié)構(gòu)的性能目標(biāo)要求與抗震措施聯(lián)系起來(lái),是一種具體對(duì)應(yīng)的定量的抗震措施。由于通過(guò)設(shè)計(jì)人員主動(dòng)選擇抗震措施來(lái)保證結(jié)構(gòu)達(dá)到預(yù)期的抗震性能,因此對(duì)結(jié)構(gòu)在未來(lái)地震時(shí)的整個(gè)反應(yīng)過(guò)程比較清楚。這樣制定抗震措施成為性能設(shè)計(jì)的重要組成部分,需要在設(shè)計(jì)的一開(kāi)始確定性能目標(biāo)時(shí)就考慮進(jìn)去。
四建筑結(jié)構(gòu)消能減震與隔震設(shè)計(jì)
傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)抗震是通過(guò)增強(qiáng)結(jié)構(gòu)本身的抗震性能來(lái)抵御地震作用,是被動(dòng)消極的抗震對(duì)策。而消能減震隔震設(shè)計(jì)是指在結(jié)構(gòu)體系中設(shè)置隔震層以隔離地震能量,或在抗側(cè)力結(jié)構(gòu)中設(shè)置消能器吸收地震能量,從而達(dá)到減輕震害的目的,是積極主動(dòng)的抗震對(duì)策。目前,世界上許多國(guó)家開(kāi)展了結(jié)構(gòu)減震技術(shù)與理論的研究,并致力于該技術(shù)的推廣。一些國(guó)家,如美國(guó)、日本、新西蘭、加拿大等已經(jīng)制定了隔震或耗能減震設(shè)計(jì)的規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)已經(jīng)在《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》中納入了隔震與消耗減震的內(nèi)容,并制定了《建筑隔震橡膠支座標(biāo)準(zhǔn)》、《夾層橡膠墊隔震技術(shù)規(guī)程》。但由于它是一種新型的結(jié)構(gòu)體系,且隔震層以上結(jié)構(gòu)部分的使用要求高于非隔震建筑,因此,在目前的設(shè)計(jì)中應(yīng)用較少。其主要原理為:在房屋底部設(shè)置橡膠隔震支座和阻尼器等,以延長(zhǎng)構(gòu)件的自振周期、增大阻尼,或在結(jié)構(gòu)中設(shè)置消能裝置,通過(guò)局部變形提供附加阻尼,消耗地震能力,而達(dá)到保護(hù)上部結(jié)構(gòu)的目的。
五抗震構(gòu)造措施的設(shè)置
抗震構(gòu)造措施在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中具有非常重要的作用,構(gòu)造設(shè)置是否合理,直接影響到結(jié)構(gòu)防震的效果,由于上部主體結(jié)構(gòu)類(lèi)型不同,構(gòu)造措施也不盡相同,以下列出常見(jiàn)結(jié)構(gòu)類(lèi)型所需采取的一般構(gòu)造措施。磚混結(jié)構(gòu)房屋中設(shè)置沿樓板標(biāo)高的水平圈梁,加強(qiáng)了內(nèi)外墻的連接,增強(qiáng)房屋的整體性。圈梁能夠有效地約束預(yù)制板的散落,使磚墻出平面倒塌的可能性降低;另外,圈梁作為邊緣構(gòu)件,可以提高樓、屋蓋的水平剛度。在地震作用下限制了墻體斜裂縫的開(kāi)度與延伸,減輕了不均勻沉降對(duì)房屋的影響。并且構(gòu)造柱設(shè)置合理,可以起到增強(qiáng)房屋整體性、改善結(jié)構(gòu)脆性和增加延性的作用。每間設(shè)置構(gòu)造柱的墻體,可以大大提高變形能力,即使墻體開(kāi)裂以后,還可以利用其塑性變形和滑移、摩擦,來(lái)消耗地震能量。但是,設(shè)置圈梁和構(gòu)造柱后,多層磚混房屋的抗裂能力并沒(méi)有多大的改善,難于保證磚混結(jié)構(gòu)房屋實(shí)現(xiàn)“小震”不壞的目標(biāo),設(shè)計(jì)中應(yīng)該加以注意。
Abstract: Along with our country city changes a process continues to accelerate, land resources increasingly tense construction, increasing the number of high-rise buildings, seismic design of building structure when it becomes more and more important. At present, the seismic theory unceasingly consummates, the development of information technology, vigorously promotes the research on seismic design method, in view of this, this paper combines the practical work from the seismic design issues related to the analysis.
Key words: seismic; seismic design method; reinforcement
中圖分類(lèi)號(hào):TU2
引言:目前,地震是我們?nèi)祟?lèi)最常見(jiàn)的也是面臨的最嚴(yán)重的自然發(fā)生災(zāi)害之一。我們知道,如果在人們的居住地發(fā)生了地震,那么損失的后果將會(huì)十分嚴(yán)重,這也就警示我們要在建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)方面要很重視。誠(chéng)然,我們確實(shí)也在時(shí)刻不斷地努力研究探索著抵抗地震發(fā)生的新方法,使得建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)就成為了工程研究領(lǐng)域關(guān)注的熱點(diǎn)?,F(xiàn)在的建筑結(jié)構(gòu)關(guān)于抗震設(shè)計(jì)的一些理論經(jīng)歷了一個(gè)很漫長(zhǎng)的發(fā)展過(guò)程,伴隨著人們對(duì)地震的理解與認(rèn)識(shí)在不斷地加深,建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)分析已經(jīng)成為我國(guó)建筑行業(yè)中發(fā)展的一個(gè)關(guān)注點(diǎn),與其相互對(duì)應(yīng)的建筑結(jié)構(gòu)的抗震技術(shù)也已經(jīng)成為建筑結(jié)構(gòu)工程中比較重點(diǎn)研究的一些理論知識(shí)。
一、建筑抗震概念設(shè)計(jì)
“建筑抗震概念設(shè)計(jì)”是對(duì)建筑結(jié)構(gòu)總體進(jìn)行布置并確定各個(gè)細(xì)部構(gòu)造的過(guò)程,它是根據(jù)地震災(zāi)害以及工程經(jīng)驗(yàn)等所形成的基本設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)原則。地震動(dòng)是一種隨機(jī)振動(dòng),具有復(fù)雜性和不確定性,因此,抗震問(wèn)題不能完全依賴計(jì)算結(jié)果。而是應(yīng)該立足于工程抗震基本理論和長(zhǎng)期工程抗震經(jīng)驗(yàn)總結(jié)的工程抗震基本概念來(lái)優(yōu)化設(shè)計(jì)??拐鸶拍钤O(shè)計(jì)主要有如下幾點(diǎn):
1.盡量避開(kāi)對(duì)建筑抗震不利的地段,選擇對(duì)建筑抗震有利的地段。
2.建筑的體型盡量做到簡(jiǎn)單、質(zhì)量、對(duì)稱(chēng)、和剛度變化均勻;
3.抗震結(jié)構(gòu)體系,必須符合下面的要求:
(1)必須具有合理的地震作用傳遞途徑和明確的計(jì)算簡(jiǎn)圖;
(2)設(shè)置多道抗震防線,避免因構(gòu)件破壞或部分結(jié)構(gòu)而導(dǎo)致整個(gè)體系喪失對(duì)重力荷載的能力或抗震能力;
(3)剛度和強(qiáng)度務(wù)必做到合理化,避免因突變或局部削弱形成薄弱部位,產(chǎn)生過(guò)大的塑性變形集中或應(yīng)力集中;對(duì)可能出現(xiàn)的薄弱部位,應(yīng)采取具體提高抗震能力的措施。
4.抗震結(jié)構(gòu)的各類(lèi)構(gòu)件必須具備變形能力和強(qiáng)度;
5.抗震結(jié)構(gòu)的各類(lèi)構(gòu)件之間應(yīng)注意連接的可靠性;
二、建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的主要方法
建筑結(jié)構(gòu)要在整體上遵循抗震設(shè)計(jì)的一些主要原則,以便來(lái)填補(bǔ)那些因?yàn)榈卣馂?zāi)害的作用以及震后反應(yīng)的那些復(fù)雜性而導(dǎo)致抗震計(jì)算不準(zhǔn)確帶來(lái)的一些不足。那么,建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)主要采取的方法有以下幾種:
1.建筑結(jié)構(gòu)的基本構(gòu)造
一般情況下,建筑采取的混凝土結(jié)構(gòu),是通過(guò)建筑鋼筋砼構(gòu)件的截面高寬比來(lái)限制取值,那么,建筑要求的最小配筋率,是由承重柱的軸壓比來(lái)控制的。建筑的磚混結(jié)構(gòu),一般比較常見(jiàn)的構(gòu)造方法有限制建筑房屋的整體高度與建筑的層數(shù)與層高;在建筑的橫縱墻中來(lái)設(shè)置一些鋼筋混凝,并且還要設(shè)置一些防震縫等等。在經(jīng)過(guò)修訂以后的建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)中要求增加一些具有強(qiáng)制性的條例,要突出建筑屋頂?shù)臉?、電梯,要求建筑?gòu)造柱應(yīng)該延伸到建筑的頂部,并且要與建筑頂部圈的粱連接在一起,以此來(lái)拉結(jié)建筑的填充墻來(lái)加入總體建筑結(jié)構(gòu)的承受力,并且對(duì)建筑結(jié)構(gòu)自身的剛度有著比較大的作用,這個(gè)應(yīng)該在抗震設(shè)計(jì)中加以充分的思考。
2.建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的一些性能目標(biāo)
建筑物在發(fā)生地震的時(shí)候有高度的安全性,是在抗震設(shè)計(jì)中應(yīng)該具有的很大特點(diǎn),所以建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)要求以將要建設(shè)建筑物的地區(qū)可能會(huì)大地震的烈度為基本的標(biāo)準(zhǔn)。而且還要以建筑自身以及建筑物得室內(nèi)物品沒(méi)有造成破壞為最終目標(biāo)來(lái)確定建筑結(jié)構(gòu)的一些抗震性能指標(biāo)。建筑結(jié)構(gòu)的一些非抗震的下部結(jié)構(gòu)以及建筑結(jié)構(gòu)的一些基礎(chǔ)部位也需要有一定程度上的抗震能力,在發(fā)生大地震的時(shí)候建筑結(jié)構(gòu)要基本保持在所能承受的彈性范圍之內(nèi)。另外,建筑結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)性能是因?yàn)榭拐鸬慕ㄖ剿哂械膭偠缺容^小而容易發(fā)生一些比較小的波動(dòng),這個(gè)應(yīng)該思考那些因?yàn)榘l(fā)生的季節(jié)風(fēng)等所帶來(lái)的作用發(fā)生的影響。所以由于風(fēng)壓所產(chǎn)生的建筑水平振動(dòng)很有可能會(huì)導(dǎo)致建筑的安全使用性能以及建筑抗震部分的耐久性能受到破壞。因此,建筑結(jié)構(gòu)要有一定的比較好的性能指標(biāo),以便達(dá)到高的抗震設(shè)計(jì)要求。
3.建筑的場(chǎng)地和建筑規(guī)劃
建筑結(jié)構(gòu)要有好的抗震性,需要選擇比較有穩(wěn)定性的場(chǎng)地,這樣會(huì)有比較好的基礎(chǔ)。另外,具有抗震性的建筑需要有抗震層的設(shè)置,而且建筑結(jié)構(gòu)的外部空間應(yīng)該做包括鄰棟間距、建筑外觀等等的一些舒適感以及安全性能的角度來(lái)考慮。而且在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)的場(chǎng)地規(guī)劃的時(shí)候,也應(yīng)該從適應(yīng)建筑上部結(jié)構(gòu)的位移等特點(diǎn)與性能方面的角度來(lái)考慮。建筑物在經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的使用后,建筑結(jié)構(gòu)的整體可能發(fā)生移動(dòng)的范圍之內(nèi)不應(yīng)該堆放一些障礙雜物。在建筑結(jié)構(gòu)可能發(fā)生移動(dòng)的范圍之內(nèi)一般來(lái)說(shuō)會(huì)設(shè)置一些建筑的出口與入口,并且還要注意不能因此而使得人受到一些傷害,最好為了避免人或者車(chē)輛比較容易通過(guò)出入口,應(yīng)該設(shè)置一些門(mén)墻或者指示標(biāo)記等等。
三、抗震計(jì)算
1.地震作用計(jì)算
底部剪力法和時(shí)程分析法是結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算的基本方法。
(1)底部剪力法。適用于高度不超過(guò)40 m、以剪切變形為主、質(zhì)量與剛度在豎直方向分布均勻的結(jié)構(gòu),以及可簡(jiǎn)化成單質(zhì)點(diǎn)體系的結(jié)構(gòu)。
(2)時(shí)程分析方法。適用于不規(guī)則的建筑(如扭轉(zhuǎn)、凹凸、樓板不連續(xù)和豎向形體不規(guī)則等)、甲類(lèi)建筑與烈度、限定高度的高層建筑;多遇地震作用的計(jì)算也可采用時(shí)程分析法,計(jì)算時(shí),將多條時(shí)程曲線計(jì)算結(jié)果的平均值作為計(jì)算結(jié)果。
采用上述兩種方法計(jì)算地震作用設(shè)計(jì)時(shí),須滿足以下計(jì)算要點(diǎn)。
(1)因?yàn)榻ㄖY(jié)構(gòu)兩個(gè)主軸方向的構(gòu)件抗側(cè)力是地震變形驗(yàn)算的主要對(duì)象,所以,這兩個(gè)方向要分別進(jìn)行水平地震作用的計(jì)算。
(2)對(duì)質(zhì)量與剛度的分布明顯不對(duì)稱(chēng)的結(jié)構(gòu),需考慮雙向水平地震作用下的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。其他結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)可以通過(guò)對(duì)地震作用修正得到。
(3)8、9級(jí)地震中的大跨度結(jié)構(gòu)和長(zhǎng)懸臂結(jié)構(gòu),9級(jí)地震中的高層建筑,都要進(jìn)行豎直方向地震作用的計(jì)算。
(4)對(duì)于結(jié)構(gòu)中相交角度大于15°的斜交構(gòu)件,需對(duì)有抗側(cè)力的該種構(gòu)件進(jìn)行水平各向地震作用計(jì)算。
四、抗震構(gòu)造措施
1.磚混結(jié)構(gòu)
磚混結(jié)構(gòu)的抗震構(gòu)造要求包括:加設(shè)圈梁、加設(shè)構(gòu)造柱、對(duì)墻體加固構(gòu)造。
(1)圈梁用于增強(qiáng)房屋的整體性,可以提高房屋的整體抗震
能力。
(2)構(gòu)造柱與圈梁配合適用,二者形成封閉骨架,可以提高砌體結(jié)構(gòu)的抗震能力。一般來(lái)說(shuō),在內(nèi)外墻交接處、外墻轉(zhuǎn)角處以及樓梯間的四角處,都應(yīng)加設(shè)構(gòu)造柱。
(3)墻體加固構(gòu)造可以有效提高砌體結(jié)構(gòu)的水平承載力,一般做法是用高標(biāo)號(hào)水泥砂漿或布鋼筋網(wǎng)砂漿代替原墻體的粉刷抹灰。
2.混凝土結(jié)構(gòu)
混凝土結(jié)構(gòu)的抗震構(gòu)造要點(diǎn)包括:(1)構(gòu)件截面的高寬比要滿足規(guī)定的限值。(2)滿足最小配筋率要求。(3)將承重柱的軸壓比控制一定的范圍內(nèi)。(4)一般填充墻中應(yīng)設(shè)置拉結(jié)筋,較長(zhǎng)的填充墻還應(yīng)設(shè)置構(gòu)造柱、芯柱、角柱并要求短柱箍筋全高加密。
五、結(jié)束語(yǔ)
建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜、綜合、系統(tǒng)且整體性很強(qiáng)的過(guò)程,它包括建筑結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計(jì)、抗震計(jì)算及構(gòu)造措施,三方面缺一不可。如今,隨著地球的生態(tài)環(huán)境的破壞越來(lái)越嚴(yán)重,地震災(zāi)害也日趨頻繁,建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)成了衡量建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否有效的一向重要指標(biāo)。因此,對(duì)各種結(jié)構(gòu)進(jìn)行更準(zhǔn)確、合理的抗震設(shè)計(jì),將成為建筑工程中尤為重要的研究方向。
參考文獻(xiàn):
[1]張映超.淺談房屋建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)[J].科技風(fēng),2011.
Abstract: The seismic design of building structures has been the focus of structural engineers design work, the paper pointed out that from the perspective of seismic design need for seismic design of building structures and building structures seismic concept design, meaning that the problem exists in the seismic design of building structures and preventive measures are presented for reference.Key words: building structure; structure design; earthquake
中圖分類(lèi)號(hào): TU318文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
一、建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的必要性
地震是地殼運(yùn)動(dòng)在某些階段發(fā)生急劇變化時(shí)的一種自然現(xiàn)象。據(jù)統(tǒng)計(jì),全世界每年發(fā)生的地震約達(dá)500萬(wàn)次,其中絕大多數(shù)地震由于發(fā)生在地球深處或者它所釋放的能量小而人們難以感覺(jué)到;而人們感覺(jué)到的地震,也即有感地震,僅占總量的1%左右;能造成災(zāi)害的強(qiáng)烈地震則為數(shù)更少,平均每年十幾起。然而,就是這些每年為數(shù)不多的地震,卻給人們帶來(lái)了無(wú)可挽回的巨大經(jīng)濟(jì)損失和觸目驚心的人身傷亡事故。據(jù)有關(guān)方面對(duì)世界上130次傷亡巨大的地震震害資料所做的統(tǒng)計(jì)表明,95%以上的傷亡是因?yàn)闊o(wú)抗震能力或抗震能力低的建筑物倒塌而造成的。典型的例子如1920年12月16日寧夏海源地震,1976年7月28日河北唐山地震,1995年1月17日日本阪神地震等。研究和提高各類(lèi)房屋抗震性能,使地震造成的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失降到最低限度,是結(jié)構(gòu)工程師們?cè)O(shè)計(jì)工作的重點(diǎn)。日本是個(gè)多地震國(guó)家,政府一貫重視建筑物抗震設(shè)計(jì),其防震設(shè)施和技術(shù)相當(dāng)先進(jìn),建筑物通常具備了抗御7~8級(jí)地震的能力;而阿爾及利亞當(dāng)?shù)胤课萁ㄖ|(zhì)量普遍低劣,抗震性能差,地震時(shí)易坍塌。由此可見(jiàn),對(duì)建筑物進(jìn)行有效的建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)是減輕地震災(zāi)害最有效、最根本的措施之一。
二、結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)的含義
實(shí)際建筑結(jié)構(gòu)及其在強(qiáng)震作用下的破壞過(guò)程是很復(fù)雜的,目前難以對(duì)此進(jìn)行較為精確而可靠的計(jì)算。因此,20世紀(jì)70年代以來(lái),各國(guó)標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)調(diào)了工程技術(shù)人員必須重視“結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)”,必須合理運(yùn)用“結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)”提高建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能。建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì),其數(shù)值計(jì)算和概念設(shè)計(jì)同等重要。“結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)”是根據(jù)地震災(zāi)害調(diào)查、科學(xué)研究和工程經(jīng)驗(yàn)等所形成的基本原則和設(shè)計(jì)思路,合理選擇建筑體型和結(jié)構(gòu)體系,進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)的總體布局并確定細(xì)部構(gòu)造和材料選用,綜合解決抗震設(shè)計(jì)基本問(wèn)題。這種設(shè)計(jì)理念將有助于明確結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)思想,不但有利于提高建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能,而且也為有關(guān)抗震計(jì)算創(chuàng)造有利條件,使計(jì)算分析結(jié)果更能反映今后地震時(shí)結(jié)構(gòu)的實(shí)際地震反應(yīng)。三、建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題3.1抗震設(shè)防烈度較低。關(guān)于建筑物的抗震性能設(shè)計(jì),《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定:“小震(超越概率63%)不壞、中震(超越概率10%)可修、大震(超越概率2%)不倒”?,F(xiàn)在許多專(zhuān)家學(xué)者提出,現(xiàn)行的建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全度已不能適應(yīng)國(guó)情的需要,認(rèn)為我國(guó)“取用了可能是世界上最低的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全度”,并主張“建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全度水平應(yīng)該大幅度提高”。
此外,有些建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員對(duì)抗震設(shè)計(jì)的認(rèn)識(shí)不透,設(shè)計(jì)過(guò)程中疏忽抗震設(shè)計(jì)原則,抗震計(jì)算方法選擇和構(gòu)造措施規(guī)定采用不嚴(yán)謹(jǐn),抗震計(jì)算措施在配筋率、軸壓比、梁柱承載力匹配等一系列保證抗震延性設(shè)計(jì)的要求上做得不夠。我國(guó)建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)除了設(shè)防烈度較低外,結(jié)構(gòu)失效帶來(lái)的損失愈來(lái)愈大,因而有人主張結(jié)構(gòu)在設(shè)防烈度下應(yīng)該采用彈性設(shè)計(jì)。3.2建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)不合理。1)承重柱截面高度設(shè)計(jì)過(guò)小。這種情況多發(fā)生于六度抗震設(shè)防區(qū),一些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員誤認(rèn)為六度設(shè)防就是不設(shè)防,為圖受力分析方便,故意把柱子的截面高度設(shè)計(jì)得過(guò)小,使梁柱的線剛度比加大(因一些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手冊(cè)中規(guī)定:當(dāng)梁柱的線剛度比大于4時(shí)計(jì)算簡(jiǎn)圖中梁柱節(jié)點(diǎn)可簡(jiǎn)化為鉸支)。這種做法雖然易于進(jìn)行結(jié)構(gòu)受力分析,卻給房屋結(jié)構(gòu)埋下了隱患,影響了房屋結(jié)構(gòu)的安全性。2)建筑設(shè)計(jì)高度存在問(wèn)題。按我國(guó)高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程(JGJ3—2010)規(guī)定,在一定設(shè)防烈度和一定結(jié)構(gòu)體系下,鋼筋混凝土高層建筑都有一個(gè)適宜的高度。這個(gè)高度是我國(guó)目前建筑科研水平、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和施工技術(shù)水平下,較為穩(wěn)妥的,也是與目前整個(gè)土建規(guī)范體系相協(xié)調(diào)的。
3.3建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)與材料的選用。我國(guó)150米以上的建筑,采用的三種主要結(jié)構(gòu)體系(框-筒、筒中筒和框架-支撐體系),都是其他國(guó)家高層建筑采用的主要體系。在高層建筑中采用框架-核心筒體系,因其比鋼結(jié)構(gòu)的用鋼量少,又可減少柱子斷面,故常被業(yè)主所看中。鋼筋混凝土內(nèi)筒往往要承受80%以上的震層剪力,有的高達(dá)90%以上。此外,在結(jié)構(gòu)體系或柱距變化時(shí),需要設(shè)置結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層。轉(zhuǎn)換層都在本層形成大剛度而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)剛度突變,常常會(huì)使與轉(zhuǎn)換層相鄰的柱構(gòu)件剪力突然加大,轉(zhuǎn)換層構(gòu)件與外框架柱連接處很難實(shí)現(xiàn)“強(qiáng)柱弱梁”。因此在需要設(shè)置轉(zhuǎn)換層時(shí),要慎重選擇其結(jié)構(gòu)模式,盡量減小其本身剛度,減小其不利影響。
四、建筑工程抗震設(shè)計(jì)應(yīng)采取的措施
4.1基于位移的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)。我國(guó)現(xiàn)行的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì),是以承載力為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)。即:用線彈性方法計(jì)算結(jié)構(gòu)在小震作用下的內(nèi)力、位移;用組合的內(nèi)力驗(yàn)算構(gòu)件截面,使結(jié)構(gòu)具有一定的承載力;位移限值主要是使用階段的要求,也是為了保護(hù)非結(jié)構(gòu)構(gòu)件;結(jié)構(gòu)的延性和耗能能力是通過(guò)抗震措施(構(gòu)造、計(jì)算)獲得的。為了實(shí)現(xiàn)基于位移的抗震設(shè)計(jì),第一步需要研究簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的構(gòu)件變形與配筋關(guān)系,實(shí)現(xiàn)按變形要求進(jìn)行構(gòu)件設(shè)計(jì);進(jìn)而研究整個(gè)結(jié)構(gòu)進(jìn)入彈塑性后的變形與構(gòu)件變形的關(guān)系。
4.2鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)梁柱抗震。梁、柱是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)體系重要組成構(gòu)件,當(dāng)結(jié)構(gòu)反應(yīng)進(jìn)入非線性階段后,強(qiáng)度不再是控制設(shè)計(jì)的唯一指標(biāo),變形能力變得與強(qiáng)度同等重要。如果鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理,可以減少混凝土脆性性質(zhì)的危害,充分發(fā)揮鋼筋塑性性能,利用結(jié)構(gòu)的彈塑性性能吸收地震能量,實(shí)現(xiàn)延性結(jié)構(gòu),達(dá)到抗御強(qiáng)震的目的。要實(shí)現(xiàn)延性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目的,要建立一個(gè)良好的結(jié)構(gòu)屈服機(jī)制,這種機(jī)制表現(xiàn)的特征為結(jié)構(gòu)在其桿件出現(xiàn)塑性鉸后,豎向承載能力基本保持穩(wěn)定,同時(shí),可以持續(xù)變形而不倒,進(jìn)而最大限度地吸收和耗散地震能量。通常,結(jié)構(gòu)的屈服機(jī)制有樓層屈服機(jī)制和總體屈服機(jī)制兩個(gè)基本類(lèi)型,樓層屈服機(jī)制是指結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下,豎向桿件先于水平桿件屈服,可能發(fā)生這種屈服機(jī)制的結(jié)構(gòu)有弱柱強(qiáng)梁框架結(jié)構(gòu)、強(qiáng)連梁剪力墻結(jié)構(gòu)??傮w屈服機(jī)制是指結(jié)構(gòu)在水平荷載作用下,全部水平桿件先于豎向桿件屈服,可能發(fā)生這種屈服機(jī)制的結(jié)構(gòu)有強(qiáng)柱弱梁框架結(jié)構(gòu)、弱連梁剪力墻結(jié)構(gòu)。一個(gè)良好的結(jié)構(gòu)屈服機(jī)制就是要實(shí)現(xiàn)總體屈服機(jī)制。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)梁柱抗震設(shè)計(jì),結(jié)構(gòu)工程師們通常要遵守以下幾個(gè)方面原則:(1)強(qiáng)柱弱梁設(shè)計(jì):控制好柱端截面的屈服彎矩要大于梁端截面的屈服彎矩,使塑性鉸盡可能出現(xiàn)在梁的端部,形成強(qiáng)柱弱梁。(2)強(qiáng)剪弱彎:控制構(gòu)件的抗剪能力強(qiáng)于抗彎能力,避免梁、柱構(gòu)件過(guò)早發(fā)生脆性的剪切破壞。(3)強(qiáng)節(jié)點(diǎn)、強(qiáng)錨固:節(jié)點(diǎn)區(qū)域受力復(fù)雜,容易發(fā)生破壞。節(jié)點(diǎn)的可靠與否是關(guān)系梁、柱能否可靠工作的前提,鋼筋錨固的好壞是構(gòu)件能否發(fā)揮承載力的關(guān)鍵。
4.3建筑結(jié)構(gòu)的抗震措施。要實(shí)現(xiàn)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)梁柱抗震延性設(shè)計(jì),除應(yīng)按照《建筑抗震設(shè)防分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)》的要求計(jì)算結(jié)構(gòu)地震作用外,還要加強(qiáng)其抗震措施。建筑結(jié)構(gòu)的抗震措施主要涉及三個(gè)方面:(1)一般規(guī)定:建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整體選型、房屋的適用高度、平面及豎向規(guī)則性、房屋的高寬比等,(2)抗震構(gòu)造措施:構(gòu)件最小尺寸、配筋率、軸壓比、加密區(qū)構(gòu)造要求、邊緣構(gòu)件加強(qiáng)等,(3)地震內(nèi)力計(jì)算和調(diào)整:水平及豎向地震力整體調(diào)整、豎向不規(guī)則調(diào)整、強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎調(diào)整等。通過(guò)抗震措施來(lái)保證形成塑性鉸的部位具有足夠的塑性變形能力和塑性耗能能力,實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)構(gòu)件延性設(shè)計(jì),保證建筑結(jié)構(gòu)的整體性。
五、結(jié)束語(yǔ)
建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)是一個(gè)完整、系統(tǒng)的概念,從場(chǎng)址的選擇到建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),抗震設(shè)計(jì)貫穿了整個(gè)過(guò)程,而且建筑物的抗震設(shè)計(jì)是衡量建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是否符合要求的重要指標(biāo)。因此,準(zhǔn)確、合理的運(yùn)用不同的抗震設(shè)計(jì)方法是非常重要的,對(duì)于不同的建筑和不同的情況應(yīng)區(qū)別對(duì)待,從而尋求最合理的抗震設(shè)計(jì)。
參考文獻(xiàn)
[1]王軍.某超限高層的抗震性能設(shè)計(jì)[J].福建建筑,2008,(7).
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關(guān)鍵詞:建筑結(jié)構(gòu) 抗震設(shè)計(jì) 結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性 戰(zhàn)略規(guī)劃
一、研究背景以及結(jié)構(gòu)抗震理論的發(fā)展
近年來(lái),我國(guó)地震頻發(fā),自2008年“5·12”汶川大地震之后,2009年6月30日云南姚安6.0級(jí)地震,2010年4月14日青海玉樹(shù)發(fā)生7.1級(jí)地震,2012年9月7日云南彝良、貴州威寧交界處發(fā)生5.7級(jí)地震,2013年4月20日四川省雅安市蘆山縣發(fā)生7.0級(jí)大地震等等。在地震中,無(wú)一例外的伴隨著大量房屋倒塌以及其他建筑物被損毀的現(xiàn)象,不僅僅造成了大量的財(cái)產(chǎn)損失,也嚴(yán)重威脅人民群眾的生命安全。而且注入日本等一些地震多發(fā)地區(qū)對(duì)于建筑物結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)要求較高,我國(guó)近年來(lái)對(duì)此也不斷加以重視,也取得了一些進(jìn)展,但是由于各方面的原因,整體建筑物的抗震能力還較差。事實(shí)上,國(guó)家在建筑物抗震設(shè)計(jì)當(dāng)中,明確提出三個(gè)標(biāo)準(zhǔn):“小震不壞,中震可修,大震不倒?!钡卣鸱懒叶?度以下(含7度)為小震;8度為中震;9度以上(含9度)為大震。因此,對(duì)于建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的抗震設(shè)計(jì)是應(yīng)該有著明確的規(guī)劃和指導(dǎo)的。
自20世紀(jì)以來(lái),結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)計(jì)算方法的發(fā)展,大致可以劃分為三個(gè)階段。第一階段為靜力理論階段---靜力法。1920年,由日本大森房吉提出。假設(shè)建筑物為絕對(duì)剛體,結(jié)構(gòu)所受的水平地震作用,可以簡(jiǎn)化為作用于結(jié)構(gòu)上的等效水平靜力F,其大小等于結(jié)構(gòu)重力荷載G的k倍。第二階段是反應(yīng)譜理論階段,地震反應(yīng)譜是單自由度彈性體系在地震作用下其最大的反應(yīng)與自振周期的關(guān)系曲線稱(chēng)為地震反應(yīng)譜。1943年美國(guó)皮奧特( M. A. Biot)發(fā)表了以實(shí)際地震記錄求得的加速度反應(yīng)譜,提出的“彈性反應(yīng)譜理論”。由于反應(yīng)譜理論正確而簡(jiǎn)單地反映了地震特性以及結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性,從而得到了國(guó)際上廣泛的承認(rèn)。實(shí)際上到20世紀(jì)50年代,反應(yīng)譜理論已基本取代了靜力法。目前,世界上普遍采用此方法。 第三階段是動(dòng)力分析(時(shí)程分析法)階段,時(shí)程分析法將實(shí)際地震加速度時(shí)程記錄作為動(dòng)荷載輸入,進(jìn)行結(jié)構(gòu)的地震響應(yīng)分析。不僅可以全面考慮地震強(qiáng)度、頻譜特性、地震持續(xù)時(shí)間等強(qiáng)震三要素,還進(jìn)一步考慮了反應(yīng)譜所不能概括的其它特性。時(shí)程分析法用于大震分析計(jì)算,借助于計(jì)算機(jī)計(jì)算。
二、建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的重要性分析
一是充分保護(hù)人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全。人類(lèi)社會(huì)在發(fā)展過(guò)程中,首先要解決的就是溫飽與安全的需求(馬斯洛的需要層次理論可以說(shuō)明),如據(jù)有關(guān)報(bào)道,在2008年的汶川地震的主震區(qū)內(nèi),完好的建筑幾乎沒(méi)有。除卻地震本身的烈度較高,破壞性較強(qiáng)的原因之外,一個(gè)更重要的問(wèn)題值得我們的深思,就是建筑結(jié)構(gòu)的抗震能力非常差,長(zhǎng)時(shí)期以來(lái),國(guó)人對(duì)于建筑的抗震設(shè)計(jì)重視不夠,一方面在技術(shù)水平上缺乏突破,另一方面一部分人受利益驅(qū)動(dòng),往往在施工過(guò)程中,存在偷工減料等行為,導(dǎo)致了建筑物抗震能力薄弱,加強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的重要性,對(duì)于保護(hù)人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全不言而喻。
二是促進(jìn)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)與理念的創(chuàng)新與發(fā)展。我們知道,日本是一個(gè)地震多發(fā)地區(qū),事實(shí)上,在1880年以前,日本對(duì)于建筑物結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)也不是很重視。1880年橫濱地震(M=5.4)之后,日本成立了日本地震學(xué)會(huì),1891年在濃尾地震之后,鑒于地震給建筑物造成的重大損害,日本成立了“震災(zāi)預(yù)防調(diào)查委員會(huì)”,開(kāi)始著手進(jìn)行抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究。經(jīng)過(guò)近百年的發(fā)展,日本的建筑物結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)無(wú)論是在技術(shù)還是在理念上都處于領(lǐng)先的地位,如大量的震害分析表明,反應(yīng)譜理論雖考慮了振幅和頻譜兩個(gè)要素,但只解決了大部分問(wèn)題,地震持續(xù)時(shí)間對(duì)震害的影響始終在設(shè)計(jì)理論中沒(méi)有得到反映。這是反應(yīng)譜理論的局限性,后來(lái),日本大規(guī)模的采用動(dòng)力分析(時(shí)程分析法)。
三是具有良好的社會(huì)正向效應(yīng)。整個(gè)社會(huì)發(fā)展是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng),從這一戰(zhàn)略高度加以認(rèn)識(shí)的話,我們不難發(fā)現(xiàn),對(duì)于建筑物抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的加強(qiáng)對(duì)于構(gòu)建和諧社會(huì)具有重要意義,良好的建筑物抗震能力,能夠減輕人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)損失和風(fēng)險(xiǎn),有利于維護(hù)社會(huì)穩(wěn)定,對(duì)于建設(shè)“美麗中國(guó)”,實(shí)現(xiàn)“中國(guó)夢(mèng)”,具有良好的社會(huì)效應(yīng)。因此,不能孤立的片面的靜止的對(duì)待建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)。
三、建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)抗震設(shè)計(jì)的對(duì)策分析
一是加強(qiáng)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的戰(zhàn)略規(guī)劃。建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)是一個(gè)系統(tǒng)工程,涉及到眾多方面的內(nèi)容,如建筑場(chǎng)地、地基與基礎(chǔ);結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)分析和抗震驗(yàn)算;多層砌體結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì);鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì);多、高層鋼結(jié)構(gòu)房屋的抗震設(shè)計(jì);單層鋼筋混凝土廠房的抗震設(shè)計(jì);結(jié)構(gòu)隔震與消能減震控制等等。因此,要從戰(zhàn)略層面加以重視和規(guī)劃,我國(guó)有《建筑工程抗震設(shè)防分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)》、《城市抗震防災(zāi)規(guī)劃管理規(guī)定》等國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),對(duì)建筑物抗震設(shè)防分類(lèi)、責(zé)任劃歸、防災(zāi)規(guī)劃均有具體劃分。應(yīng)該加強(qiáng)在實(shí)際工作中的執(zhí)行力度。
二是優(yōu)化建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的技術(shù)方法。建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的基本方法與不做包括,首先計(jì)算結(jié)構(gòu)的地震作用—地震荷載;其次計(jì)算結(jié)構(gòu)、構(gòu)件的地震作用效應(yīng)—M、Q、N及位移;再次,地震作用效應(yīng)與其他荷載效應(yīng)進(jìn)行組合、驗(yàn)算結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的抗震承載力及變形。
我們知道,地震作用和結(jié)構(gòu)抗震驗(yàn)算是建筑抗震設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié),是確定所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)滿足最低抗震設(shè)防安全要求的關(guān)鍵步驟。由于地震作用的復(fù)雜性和地震作用發(fā)生的強(qiáng)度的不確定性,以及結(jié)構(gòu)和體形的差異等,地震作用的計(jì)算方法是不同的。
三是加強(qiáng)結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的二次優(yōu)化。在當(dāng)前的地震多況下,尤其是烈度較大的情況下,抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的二次優(yōu)化至關(guān)重要。在多遇地震作用下結(jié)構(gòu)的彈性變形驗(yàn)算,屬于第一階段的抗震設(shè)計(jì)內(nèi)容;在罕遇地震作用下結(jié)構(gòu)的彈塑性變形驗(yàn)算,屬于第二階段的抗震設(shè)計(jì)內(nèi)容。經(jīng)過(guò)第一階段抗震設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu),構(gòu)件已經(jīng)具備了必要的延性,多數(shù)構(gòu)件可以滿足在罕遇地震下不倒塌的要求;對(duì)某些處于特殊條件的結(jié)構(gòu),尚須計(jì)算其在罕遇地震作用下的變形,即進(jìn)行第二階段抗震設(shè)計(jì),以考察安全性。在此基礎(chǔ)上,確定建筑物的相關(guān)結(jié)構(gòu)內(nèi)容,從建筑方來(lái)講,總想把外立面做得很美觀,顯得特別復(fù)雜;但從抗震角度講,外觀越復(fù)雜的,恰恰就越不抗震,因此,更應(yīng)該充分重視建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),選擇合理的建筑結(jié)構(gòu),不能因噎廢食。
參考文獻(xiàn):
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