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建筑設計是否考慮抗震要求,從總體上起著直接的控制主導作用。結構設計很難對建筑設計有較大的修改,建筑設計定了,結構設計原則上只能是服從于建筑設計的要求。如果建筑師能在建筑方案、初步設計階段中較好地考慮抗震的要求,則結構工程師就可以對結構構件系統進行合理的布置,建筑結構的質量和剛度分布以及相應產生的地震作用和結構受力與變形比較均勻協調,使建筑結構的抗震性能和抗震承載力得到較大的改善和提高;如果建筑師提供的建筑設計沒有很好地考慮抗震要求,那就會給結構的抗震設計帶來較多困難,使結構的抗震布置和設計受到建筑布置的限制,甚至造成設計的不合理。有時為了提高結構構件的抗震承載力,不得不增大構件的截面或配筋用量,造成不必要的投資浪費。由此可見,建筑設計是否考慮抗震要求,對整個建筑起著很重要的作用。因此,我們在建筑抗震設計過程別要注重以下幾個問題。
一、建筑體型設計問題
建筑體型包括建筑的平面形狀和主體的空間形狀的設計。震害表明,許多平面形狀復雜,如平面上的外凸和凹進、側翼的過多伸懸、不對稱的側翼布置等在地震中都遭到了不同程度的破壞。唐山地震就有不少這樣的震例。平面形狀簡單規則的建筑在地震中未出現較重的破壞,有的甚至保持完好無損。沿高度立體空間形狀上的復雜和不規則在地震時都會造成震害。特別是在建筑結構剛度發生突變的部位更易產生破壞。因此在建筑體型的設計中,應盡可能地使平面和空間的形狀簡潔、規則;在平面形狀上,矩形、圓形、扇形、方形等對抗震來說都是較好的體型。盡可能少做外凸和內凹的體型,盡可能少做不對稱的側翼和過長的伸翼。在體型布置上盡可能使建筑結構的質量和剛度比較均勻地分布,避免產生因體型不對稱導致質量與剛度不對稱的扭轉反應。
二、建筑平面布置設計問題
建筑物的平面布置在建筑設計中是十分重要的部分,它直接反映建筑的使用功能和要求。柱子的距離、內墻的布置、空間活動面積的大小、通道和樓梯的位置、電梯井的布置、房間的數量和布置等,都要在建筑的平面布置圖上明確下來。而且,由于建筑使用功能不同,每個樓層的布置有可能差異很大,建筑平面上的墻體,包括填充墻、內隔墻、有相應強度和剛度的非承重內隔墻等等布置不對稱,墻體與柱子分布的不對稱、不協調,使建筑物在地震時產生扭轉地震作用,對抗震很不利。有的建筑物,其剛度很大的電梯井筒被布置在建筑平面的角部或是平面的一側,結果在地震中造成靠電梯一側建筑物的嚴重破壞。這是因為電梯井筒具有極大的抗側力剛度,吸引了地震作用的主要部分[3]。有的建筑物,在平面布置上一側的墻體很多,而另一側的墻體稀少,這就造成平面上剛度分布的很不對稱,質量分布也偏心,使結構的受力和變形不協調,導致扭轉地震作用效應,帶來局部墻面的破壞。有的建筑物,如底層為商場的臨街建筑,臨街一側往往不設墻體,而其另一側則有剛度很大的墻體封閉,兩側在剛度上相差很多,也將在地震時引起扭轉地震作用,對抗震不利。還有的建筑平面布置上,經常出現內隔墻不對齊或中斷,使剛度發生突變和地震力傳遞受阻,對抗震也帶來不利,客易引起結構的局部破壞。建筑平面布置設計對建筑抗震關系很大,從概念上要解決的一個核心問題是:建筑平面布置設計上要盡可能做到使結構的質量和剛度分布均勻,對稱協調,避免突變,防止產生扭轉效應。在建筑平面布置的總體設計上要盡可能為結構抗側力構件的合理布置創造條件,使建筑使用功能要求與建筑結構抗震要求融合成一體,充分發揮建筑設計在建筑抗震中的作用。
三、建筑豎向布置設計問題
建筑的豎向布置設計問題在建筑設計中主要反映在建筑沿高度(樓層)結構的質量和剛度分布設計上。無論是單層或多層,還是高層建筑或超高建筑,這個問題是比較突出的。存在的這個主要問題是,由于建筑使用功能的不同要求,如底層或下面幾層是商場、購物中心,建筑上要求是大柱距、大空間;而上面的樓層則是開間較大的寫字樓或布置多樣化的公寓樓,低層設柱、墻很少,而上面則是以墻為主,柱很少。有的建筑在布置上還設有面積很大的公用天井大廳,在不同樓層上設有大會議廳、展廳、報告廳等,建筑使用功能的不同,形成了建筑物沿高度分布的質量和剛度的嚴重不均勻、不協調。突出的問題是沿上下相鄰樓層的質量和剛度相差過大,形成突變[3]。在剛度最差的樓層形成對抗震極為不利的抗震承載力不足和變形很大的薄弱層。這是在建筑設計中必須高度重視的問題。在實際設計中,在建筑使用功能不同的情況下,很可能出現上下相鄰樓層的墻體不對齊,柱子不對齊,墻體不連續,不到底;上層墻多,下層墻少;上層有柱,下層無柱等,使地震力的傳遞受阻或不通;抗震用的剪力墻設置不能直通到底層、剪力墻布置嚴重不對稱或數量太少。所有這些布置都將給建筑物帶來地震作用分布的不均勻、不對稱和對建筑物很不利的扭轉作用。多次大震害表明,建筑物豎向樓層剛度的過大變化,給建筑物造成很多破壞,甚至是整個樓層的倒塌。在1995年的日本阪神大地震中,有多棟鋼筋混凝土高層建筑發生了中間樓層的整體坐落倒塌破壞。因此,盡可能使剪力墻布置比較均勻并使其能沿豎向貫通到建筑物底部,不宜中斷或不到底。盡量避免其某樓層剛度過少,盡量避免產生地震時的鈕轉效應。
四、建筑上應滿足的設計限值控制問題
根據大量震害的經驗總結,現行《建筑抗震設計規范》(GBJll-89)對房屋建筑在建筑設計中應考慮的一些抗震要求的限值控制提出了規定。這些規定,建筑設計應予遵守:一是房屋的建筑總高度和層數;二是對房屋抗震橫墻問題和局部墻體尺寸的限值控制。
五、屋頂建筑的抗震設計問題
在高層和超高層建筑設計中,屋頂建筑是一個重要的設計部分。從近幾年對一些高層建筑抗震設計審查結果來看,屋頂建筑存在的主要問題,一是過高,二是過重。這樣的屋頂建筑加大了變形,也加大了地震作用。對屋頂建筑自身和其下的建筑物的抗震都不利。屋頂建筑的重心與下部建筑的重心不在一條線上,且前者的抗側力墻與其下樓層的抗側力墻體上下不連續時,更會帶來地震的扭轉作用,對建筑物抗震更不利。為此,在屋頂建筑設計中,宜盡量降低其高度。采用高強輕質的建筑材料和剛度分布比較均勻、地震作用沿結構的傳遞比較通暢,使屋頂重心與其下部建筑物的重心盡可能一致;當屋頂建筑較高時,要使其具有較好的抗震定性,使屋頂建筑的地震作用及其變形較小,而且不發生扭轉地震作用。超級秘書網
六、結束語
總的來說,建筑設計是建筑杭震設計的一個重要方面,建筑設計與建筑
抗震設計有著密切關系。它對建筑抗震起著重要的基礎作用。一個優良的建筑抗震設計,必須是在建筑設計與結構設計相互配合協作共同考慮抗震的設計基礎上完成。為此,要充分重視建筑設計在建筑抗震設計中的重要性,在建筑抗震設計中更好地發揮建筑設計應有的作用。
參考文獻:
[1]《建筑抗震設計規范》(CBJll-89),中國建筑工業出版社,2005。
關鍵詞:建筑結構;抗震設計;關鍵問題;具體舉措
【中圖分類號】TU318【文獻標識碼】A【文章編號】2236-1879(2017)20-0217-01
引言:隨著我國經濟快速發展,一棟棟高樓大廈拔地而起,但與此同時,在我國是地震多發國家的背景下,建筑抗震等安全因素成為設計需要考慮的因素之一,現階段,我國的建筑抗震水平較高,但因地震導致房屋倒塌的情況時有發生,為了能更好的提高建筑抗震水平,在建筑抗震設計方面更加合理,作為中學生了解建筑結構的抗震設計中關鍵問題、具體的抗震設計舉措是很有必要的。建筑結構抗震設計關鍵問題
(一)場地的科學選擇。
建筑場地的科學選擇,直接關系到建筑結構抗震設計的水平與質量。因此,有關的工程設計人員需要對于建筑物建設的場地進行全面的考察工作,選擇具有土質松軟、地質元素分布不均衡的區域來進行地段的選擇,避免地震發生時產生出地裂或者是地表錯動問題。
(二)建筑結構的合理化抗震設計。
建筑結構的合理化設計也對于提升建筑抗震設計的質量與水平發揮著重要的作用。比如:使用高強度的建筑材料使得建筑物的結構框架具有完整性的構造。而高質量設計圖紙的應用,可以使得建筑物的各個部位進行更加合理、科學的布局,最終形成強有力的抗震效果。
(三)建筑平面布置的規則性。
進行滿足有關抗震設計要求的施工,可以極大提高建筑的抗震水平與能力。比如:綜合的考慮到各個方面的因素,應用現代的網絡信息技術進行對稱性的結構設計,將會對于建筑的抗震實際效果進行科學的提升。同時,我們需要清楚的了解到各種科學的設計需要真正的落實到施工實踐中,使得設計的成果真正轉變為實際的應用成果[1]。
一、建筑結構抗震設計的具體舉措
(一)基礎隔震措施。
所謂的基礎隔震指的是應用各種各樣的減震裝置來完成有關建筑物的結構抗震設計。具體來講,將有效的抗震、隔震的裝置應用到建筑物自身的部位中,從而達到保護建筑物,使其具有良好抗震、隔震效果的一種方式。但是,這種方式不適用于高大的建筑物中。原因在于,在高大建筑物中應用抗震裝置會導致建筑物產生出自振周期問題,無法達到應有的抗震效果。在我國的生活中常見的抗震裝置有橡膠墊裝置、混合隔震裝置等。對于這些裝置應用摩擦移動或者是粘彈性隔震的方式就可以進行有效的防震,保障建筑物具有良好的防震要求[2]。
(二)特殊材料在地基隔震中的應用。
應用特殊的材料全面保障建筑物的地基具有良好的防震性能,也是一個重要的防震舉措。具體來講,應用高效的瀝青原料與粘土、砂子等進行混合性的應用,可以提高建筑物整體的質量與水平,保障建筑物的安全。目前這種方法已經在建筑物的防震設計中進行了一定程度的應用,并且取得了不錯的應用效果[3]。
(三)建筑結構懸掛隔震。
所謂的建筑結構懸掛隔震指的是在進行建筑物結構設計工作中,應用懸掛的方式來對于建筑物大部分結構或者是整體的結構進行有效減震處理,使得地震發生時地震災害的破壞力量對于懸掛的建筑結構沒有非常大的影響,最終減輕地震對建筑的破壞程度,避免重大的人員傷亡與財產損失。比如:在一些大型鋼結構建筑中應用懸掛的方式來進行有關的設計,使得有關的子框架通過鎖鏈或者是吊桿方式的應用懸掛在主框架上。這種設計方式應用的意義在于地震發生之后,地震一部分破壞力量會傳導在這些鎖鏈或者是吊桿上,降低了地震對于建筑物地基以及墻面的影響,提高了建筑物地基抗震的實際效果[4]。
(四)建筑層間的隔震。
對于建筑物層間進行有效的隔震是一種操作簡單、工序簡單的應用方式。但是,這種方式與其它方面的隔震使用舉措比較起來只能對于地震破壞力量的10%到30%進行有效的預防,無法從根本上形成強有力的抗震效果。因此,這種方式需要與其它模式的抗震舉措進行綜合性的應用,形成對于建筑物的有力保護,全面提高其應對地震破壞力量的能力。
(五)建筑結構的加固隔震。
為了全面提高建筑物結構的抗震能力,我們需要采取各種的方式對于建筑物進行必要的加固處理,提升建筑物的質量。具體來講,第一,在建筑物竣工之后,有關的工程施工技術人員可以應用阻尼的方式對于建筑物進行全面的加固,最終使得建筑結構的抗震效果得到加強。第二,為了提高高層建筑的抗震效果,我們可以應用消能減震裝置來提高其抗震的能力,使得高層建筑也可以在地震發生時具有對地震破壞力的抵御能力,避免重大的財產損失與人員傷亡。比如:消能減震裝置在建筑物隔震夾層中進行應用,可以極大提高建筑物結構的抗震效果[5]。
二、結論:
通過上述幾個方面,對于建筑物結構抗震若干問題進行科學的研究與探討,有利于建筑物施工的企業應用眾多的具體方法全面提高建筑物結構抗震的質量與水平,保障建筑物在地震發生時具有強有力抵御地震的能力,減少人員的傷亡與財產上的損失。如今總體的設計理念與方式比較先進,但也需要與時俱進,不斷提高建筑抗震等級,為人們的生命和財產安全提高保障。
參考文獻
[1] 古力銘. 關于建筑結構抗震設計若干問題的討論[J]. 四川水泥,2015,06:60.
[2] 曹振. 關于建筑結構抗震設計若干問題的討論[J]. 門窗,2015,06:126.
[3] 邱子龍. 關于建筑結構抗震設計若干問題的討論[J]. 建材與裝飾,2016,08:76-77.
我國建筑行業相比歐美一些建筑業比較發達的國家起步比較晚,而且在建筑行業起步初期人們只是一味的重視建筑的美觀性,認為只有修建的奢華和富麗堂皇才能彰顯出自己的社會地位和身份象征。只有符合人們審美趨勢的建筑才是好的建筑,就比如蘇州園林和一些南方比較具有代表性的園林等等。因此在這樣的社會背景下一個階段中阻礙了建筑業的發展,局限了建筑業的發展方向。人們對他的牢固性和抗災害性能沒有更高的要求,這也就使得一些建筑師為了迎合大眾的口味,不至于被社會所淘汰而沒有進行創造設計,因此設計的建筑也沒有長足的發展,抵擋不了天災的發生,對人們的生命財產構成了一定的威脅。
1.2沒有處理好建筑設計與抗震設計之間的關系
建筑設計是在建筑施工之前就需要完成的工作,設計圖紙就像一張標注明確的地圖,它會指導人們應該去哪里,如何去哪里。因此建筑設計是十分重要的,一張表美的建筑圖紙就相當于工程量完成了三分之一,將抗震理念融入到這張圖紙中也是對抗震設計提出了更高層次的要求。但是由于目前的技術有限,建筑師還不能很好的將抗震設計融人到建筑設計中去,不能使兩者更好的協作,發揮很好的作用。因此說不能協調建筑設計與抗震設計的關系是抗震設計常見的最根本問題。
1.3缺乏實踐
為了提高建筑的抗震性,一些建筑師盲目的從國外引進先進的經驗和技術,并沒有結合我國建筑構造的自身特點加以創新改造,而是為了講究工作效率,趕進度,生搬硬套地將這些所謂的先進前沿技術強加于一些本不符合的建筑物上,沒有起到應有的抗震作用反而在一定程度上弄巧成拙,破壞了建筑本身的美感,更嚴重的還會使建筑物在地震時產生扭轉建筑物的作用,對人們的生命財產造成更大程度上的傷害。因此建筑師這種急于求成缺乏實踐精神的建造理念,不會對建筑物的抗震性能起到很好的作用。
1.4建筑設計問題
對于一些建筑的設計本身就存在不合理的問題,因此我們從以下幾個方面進行探究:第一,建筑體型的設計,目前人們越來越追求建筑美感,因此將部分建筑的外立面都涉及成凹凸不平或者一些沒有規則的不光滑表面,如果發生地震對這種建筑物的破壞是最大的,表面平滑的建筑則相對可以減少地震對他的破壞,盡可能的做到建筑物與鋼架結構相對比較勻稱。第二,平面設計,對于一些建筑物人們會使用一些柱子、內墻進行裝飾。但是在確定柱子的數量與距離上就需要好好的下功夫去研究,比如人民大會堂的柱子多少根,每根之間的間隔距離是多少這都是很有講究的,不對稱性、不協調性對抗震起到了負面的作用。第三,豎向布置問題,越來越多的大型商場隨著人們物質生活的需要而產生,并且大型商場是人們比較容易聚集的地方,如果沒有很好的抗震性能則技術衾浼會對人們的生命財產造成很大的威脅。很多商場現在都是高層建筑,下層一般柱子相對較多、墻體較少,但是高層一般柱子較少、墻體較多,如果柱子與墻體分布不合理,這在地震中會起到特別不好的作用,也會加大對人們的傷害。下層柱子與上層柱子應該互相對齊,在空間上起到很好的支撐作用,對穩定整個商場的空間結構都起到了不可估量的作用。
建筑的抗震設計以及抗震性能的高低與人民群眾的生命財產安全有著直接聯系,而建筑抗震設計又是以建筑設計為基礎的。這是由于建筑結構是基于建筑設計的,當建筑設計完成后建筑結構就難以改變。因此建筑設計師在建筑設計前期就應該充分考慮到建筑抗震設計的需求。
二、基于建筑抗震設計的建筑設計措施
(一)建筑結構設計的對稱原則
我國出臺的建筑抗震設計規范中指出,我國建筑抗震的設計目標是小震不壞,中震可修,大震不倒。對于建筑師和結構工程設計師來說,在進行建筑工程設計師應該秉持著簡單、規則的建筑結構原則。一般方形、圓形、為主。建筑的豎向形態的變化要規則,一般可以選擇矩形、梯形等變化均勻的形狀。對稱結構建筑在地震地面平動作用下一般只會出現平移震動,建筑內部構件出現測位移量,內部構件受力均衡;而非對稱結構的建筑則會由于剛心和質心不重合,在地面平動的過程中也會出現扭轉振動。如建筑內部的構建離剛心較遠就會由于超出變形極限而出現損壞,進而導致結構一側失效而倒塌。
(二)注重建筑構件與連接點處質量
在建筑工程設計和施工過程中建筑構件的合理配置以及連接點處的質量與建筑施工安全質量存在直接的聯系。并且在新型建筑材料問世的同時建筑物的外部設計大都匯采用新型建筑材料,例如大理石、瓷磚等。而建筑室內裝飾也會使用到吊頂等技術。這些室內以及立面裝飾本身存在抗震性能的問題,并且其與建筑主體的牢固連接也是抗震設計的關鍵。近幾年有部分國外高層建筑在發生地震時下起了“玻璃雨”,建筑的玻璃幕墻由于地震導致破損。這是由于當前所使用的玻璃幕墻還無法適應地震中產生變形和扭轉。因此建筑如要采用玻璃幕墻則必須保證玻璃幕墻的強度與變形能力。在其與建筑主體連接處要設計為能夠在水平向實現變位能力的構造,從而在地震時玻璃幕墻能夠與建筑物地震變形脫離,減少玻璃幕墻的損壞。另外,在建筑設計中內隔墻、玻璃隔斷等結構件的設計中也要充分考慮其與建筑主體連接點的牢固性,保證其抗震性能。
(三)關注建筑頂部抗震
在高層或超高層的建筑設計過程中,建筑的頂部抗震設計是十分關鍵的。當前高層或超高層建筑的屋頂普遍存在過高和過重的問題。屋頂過高或過重會導致建筑變形加重,進而強化了地震的破壞作用。對于屋頂建筑以及下層建筑物的安全性能有著極大的負面影響。如建筑的屋頂與下層建筑的重心沒有位于同一條直線上,那么建筑屋頂的抗側力墻也會與下層建筑的抗側力墻出現分離,當地震出現時則會加劇損壞。因此在高層或超高層建筑設計中應該使用新型高強度輕質的建筑材料,盡可能保證屋頂的重心與下層建筑的重心位于通一條直線。當建筑屋頂的較高時要保證其抗震定性,緩解地震帶來的變形作用。
(四)建筑豎向布置
建筑豎向布置主要體現在建筑物的高度結構質量以及剛度的設計中,特別是在高層或超高層建筑中建筑的豎向布置對于建筑抗震設計來說更加重要。建筑樓層的使用功能差異導致建筑物樓層分布的質量和剛度均不一致,例如樓層包括游泳池、會議室、健身房等。樓層的功能需求導致樓層上下之間的剛度差異過大。高層建筑中剛度最差的樓層的抗震性能最為薄弱,在出現地震時即為變形嚴重的薄弱層。在建筑設計中由于樓層功能不同導致的墻體不連續,柱子不對稱等極大的限制了抗震性能。因此在建筑抗震設計中應該盡量保證豎向的剛度分布靠近,尤其是在結構上剛度轉換層更加要著重注意。
中圖分類號:[TU208.3] 文獻標識碼:A
1 我國的高層建筑發展歷程
上世紀80年代,我國高層建筑在設計計算機施工技術等領域快速發展,100m左右及以上的將建筑快速發展,多以鋼筋為主要材料,在層數與高度增加的同時,功能與類型也日益增多。各大城市幾乎都建立了具有各自特色的建筑,以上海錦江飯店為代表:高度達到153.52m,全部采用的鋼結構體系;而深圳的發展中心大廈有43層,高度達到165.3m,算上天線高度達到185.3m,是我國第一幢大型的高層鋼結構建筑。到了90年代,我國的高層建筑結構從設計到施工進入到一個新的階段,除了體系與材料的多樣化,高度上也有了質的飛躍。在1995年完工的深圳地王大廈,共有81層,高度達到385.95m,居世界第四高。
2 建筑抗震的理論
2.1 建筑結構的抗震規范
一般的抗震規范都是各國結合具體的情況進行的經驗總結,是指導抗震設計的法定文件,及反應國家經濟與建設的發展水平,也反映了各個國家的抗震經驗。盡管抗震理論不斷完善,技術水平也在不斷地提高,但是必須要有實踐的指導,要將建筑工程的安全性放在首要位置,容不得任何的大意與疏忽。基于這一認識,現代建筑部分條文被列為強制條文,使用了“嚴禁、不得”等絕對性的字眼,同時也有不同條文有較大的自由空間。
2.2 建筑抗震設計的理論
當前建筑抗震設計的理論主要分為擬靜力理論、反應譜理論及動力理論。擬靜力理論起源于20世紀10~40年代出現的理論,在估測地震對結構的影響時,假設結構為剛性,地震水平作用在結構或構件的質量中心,地震力的大小當于結構的重量乘以一個比例常數(地震系數)。
反應譜理論是在上世紀40-60年展起來的,以強地震動加速度觀測記錄的增多與對地震地面運動特性的進一步了解,及結構動力反應特性的研究為基礎,是加理工學院的學者對地震加速度記錄的特性進行分析后獲得的成果。
動力理論是上世紀70-80年代的應用較為廣泛的地震動力理論,是在60年代以來電子計算機技術與試驗技術的發展為基礎,人們對各類結構在地震作用下的線性與非線性的反應過程也有了較多的了解,隨著強震觀測臺的增加,各種受損結構的地震反應記錄也在不斷地增加。進一步動力理論也稱地震時程分析理論,它將地震作為一個時間過程,選擇具有代表性的地震加速度時過程作為地震動輸入,建筑物簡化為多自由度體系,計算得到每一時刻建筑物的地震反應,完成設計工作。
3 高層建筑的抗震結構設計
3.1 必要的抗震對策
在高層建筑結構的抗震設計中國,出了要考慮到概念的設計,還要進行驗算,結合地震的情況,要在高度允許的范圍內建造,增加結構的延性。在當前的抗震設計中,抗震驗算及構造與措施等角度入手進行分析,提高結構的抗震性與消震性能。建立地震力與結構延性互相影響的雙重設計指標,直到達到預期的抗震效果。當前強柱弱梁,強剪弱彎和強節點弱構件在提高結構延性方面的作用已得到普遍的認可。
3.2 高層建筑的抗震設計思想
在《建筑抗震規范》中有明文規定,建筑的抗震設防要符合“三水準、兩階段”的要求。所謂的“三水準”就是指“小震不壞,中震可修,大震不倒”。當遇到第一設防烈度地震即低于本地區抗震設防烈度的地震時,結構處于彈性變形階段,建筑物可以正常使用。一般情況下,建筑物不會被損害,也不需要修理即可使用。所以,高層建筑結構的抗震設計要滿足地震頻發下的承載力極限,要求建筑的彈性變形不超過規定的彈性變形限值。當遇到第二設防烈度地震即相當于本地區抗震設防烈度的基本烈度地震時,結構屈服進入非彈性變形階段,建筑物結構會發生損害,但是不經修理或者簡單修理就可以繼續使用。所以,建筑結構必須要有足夠的延性能力,不會出現脆性破壞。當發生第三設防烈度地震的情況下,就是遇到本地區地震極限外的情況,結構會受到非常嚴重的損害,但是結構的非彈性變形距離倒塌仍有一段距離,不致產生危及生命的損害,保障了居住人員的安全。所以在進行高層建筑結構設計的過程中,要保證建筑的足夠變形能力,其彈塑變形要在規范的數值之內,保證結構良好的抗震性能。三個水準烈度的地震作用水平是根據不同超越概率進行區分的,一般情況下是:
多遇地震:50年超越概率63.2%,重現期50年;設防烈度地震(基本地震):50年超越概率10%,重現期475年;罕遇地震:50年超越概率2%-3%,重現期1641-2475年,平均約為2000年。
從高層建筑的抗震水準來看,設防的要求是通過“兩個階段”設計來實現的,具體方法如下:第一環節,第一步采用與第一水準烈度相應的地震動參數,提前計算出高層建筑結構在彈性狀態下的地震作用效應,與風力、重力荷載進行高效組合。同時引入承載力抗震調整系數,進行構件截面的準確射擊,進而達到第一水準的強度要求;然后是運用同一地震參數計算出結構的層間位移角,使其可以在抗震規范設定的限值之內;同時采用相應的抗震構造對策,確保結構可以有足夠的延性、變形能力與塑形耗能,進而達到第二水準的變形目的。而第二階段則是運用與第三水準對應的地震動參數,算出結構的彈塑性層間位移角,使其在抗震規范的限值之內,然后進行必要的抗震構造對策,進而實現第三水準的防倒塌目的。
3.3 現代高層建筑結構的抗震設計方法
在《建筑抗震設計規范》中對各類的建筑結構的抗震計算應該采用的方法都有明確的規定:高度要在40m之內,以剪切變形為主且質量和剛度沿高度分布比較均勻的結構,以及近似于單質點體系的結構,可采用底部剪力法等簡化方法;除1款外的建筑結構,宜采用振型分解反應譜方法;特別不規則的建筑、甲類建筑和限制高度范圍的高層建筑,應采用時程分析法進行多遇地震下的補充計算,可取多條時程曲線計算結果的平均值與振型分解反應譜法計算結果的較大值。
結語
地震是威脅較大的天災之一,必須要加強防御,從上文的分析中我們可以看到,高層建筑的抗震結構設計必須要在要求的限值之內,保證結構的良好性能,提高建筑的使用性能。
參考文獻
[1]朱鏡清.結構抗震分析原理[M].地震出版社,2002.
中圖分類號:TU3文獻標識碼: A
地震災害涉及到人類的生命和財產安全,是人類生活面臨的重要的問題,也是建筑結構抗震設計的主題之一。因此,在建筑結構設計的時候,必須充分考慮到抗震設計,這已經在房屋建筑結構設計中占據非常重要的位置,在設計時只有采取適當的措施,以防止地震對建筑物的造成的巨大破壞,為減少地震的損失與危害在設計上做出應有的貢獻,以保護人民的生命和財產安全。
一、 建筑結構抗震的重要性
在建筑結構中應用抗震結構的設計,首先能夠保證人員的生命安全,為內部人員的逃生以及求救爭取寶貴的時間; 其次,強化了建筑結構的設計,增加了建筑結構的抗震性,也將是建筑結構的使用壽命得到提升,使其利用價值得到不同程度的飛躍。建筑的基本功能是供人們居住,隨后才是審美價值的體現。就建筑的基本功能來說,其能夠供人居住的首要前提是安全,包括使用安全以及建筑物自身的安全。也就是說,建筑物只有在保證了自身安全的前提之下,才能夠供人們使用。因此,在建筑物的設計和建設過程中,往往需要對影響建筑安全性的因素作全方位考慮。地震作為一種不可預知的自然災害,其對建筑物安全性能的影響極大。而建筑物的安全一旦遭受威脅,必然會出現倒塌事件,從而砸傷和掩埋生命,給人們帶來物質和精神上的雙重損失。因此,建筑物在建設初期就必須做好抗震的準備工作,從根本上確保人們的生命和財產安全。
二、提高建筑結構抗震設計的措施
1、合理選址以提高建筑物的抗震能力
地震發生時,如果建筑物本身抗震能力弱,結構不堅固或者建筑剛性強而韌性不足,很容易遭到嚴重的破壞神之倒塌。如果建筑物選址不合理,地基建在地質不穩固的地方,地震會引起地表的地裂和錯動以及地面沉降,這種破壞在地基不穩固的地方更加明顯,因此合理選址以提高建筑物的抗震能力非常重要。在建筑物選址時,易選擇地層穩固地帶,應盡量避開地質不穩固的地方,如斷層帶、地下采空區、地下水空洞區、易液化土等地方。如果沒有條件避開上述不適合建造建筑物的地區時,應采取相應的抗震應對措施。依據國家對建筑物抗震的類別等級,采取人工加固地基、注意建筑結構的整體性、建筑物的外形勻稱、建筑物的結構簡單減輕建筑物自重等,都可以消除地基液化沉陷。還有一種特殊的地質構造,那就是在地基的主要受力層內還存在土質較軟的粘性土層或者不均勻的土層面時,這種地質構造若發生地震,地基會發生不均勻沉降。在此種地質構造地帶施工時,應采用樁基和加強基礎的措施來加固地基。
2、使用科學的結構形式
目前,我國常用的建筑結構有:鋼筋混凝土結構、砌體結構、鋼混結構以及鋼結構。防裂度和地區不同都是造成結構不同的主要因素, 通常鋼筋混凝土結構的抗震能力相對較強,由于自身柔韌性較好, 所以鋼筋混凝土在建筑物變形能力控制中,具有良好的承載能力。因此,在建筑結構設計中,必須根據抗震要求以及功能特征選用合理的結構方案,在審核結構體系中,也必須考慮結構側移度,特別是高層建筑物結構設計。隨著高層建筑結構高度增加,不僅會讓建筑結構在地震作用以及其他負荷作用影響下增大水平位移,也會讓建筑結構抗側移的剛度增加。而對于不同的鋼筋混凝土結構體系、組成方式、構建以及受力特征,在抵抗側移剛度等方面都具有很大的差異性,所以在使用中,必須根據具體情況,選用合理的高度。
3、強化設計質量
由于地震具有超強的危害性,所以在地震設計時,必須注重各項影響因素。由于我國建筑設計水平相對落后,很多建筑結構使用的方案不夠合理,在不能科學布置建筑結構方案的過程中,不僅增加了建筑成本和自身重量,也加大了地震危害。因此,在建筑抗震設計中,必須正確運用抗震理論,根據相關設計原則,不斷保障或者提高建筑結構可靠性與安全性。具體原則包括:努力降低地震作用時結構位移與扭轉,并且建筑結構必須擁有足夠的剛度;結構構件承載能力相對較高,同時具有足夠的耗能能力與延性。在這過程中,延性大說明變形能力相對較高,承載力與強度減小速度緩慢,不能有足夠的空間吸收,還能耗散地震能量,從自身結構避免坍塌。
4、選擇合理的建筑材料
在設計階段,要進行抗震分析和計算,在選擇建筑材料時,要對其參數進行可靠度分析,也要充分考慮材料參數的變異性,而且盡可能選擇自振頻率不同的材料,避免在地震作用時結構物局部或者整體發生共振,造成嚴重破壞。
5、合理的平立面布置
建筑物的動力性能基本上取決于它的建筑布局和結構布置。建筑布局簡單合理,結構布置符合抗震原則,從而確保房屋具有良好的抗震性能。建筑物的平、立面布置宜規則、對稱,質量和剛度變化均勻,避免樓層錯層。對體形復雜的建筑物合理設置變形縫,在結構設計時要進行水平地震作用計算和內力調整,并應對薄弱部位采取有效的抗震構造措施,嚴格控制建筑物的高度和高寬比。
6、多道抗震防線的設置
這樣可以避免在地震作用下,由于局部損壞而造成整個建筑結構的損壞,例如框架----抗震墻結構系統,抗震墻可以抵抗較大的側壓力,是第一道防線,當在地震作用下抗震墻發生破壞時,框架結構就起到抗震的第二道防線。 多道抗震防線可以極大的消耗地震能量,延緩或者減輕地震作用對高層建筑的損壞。
7、加強建筑物內部的薄弱部分
在高層建筑中,由于層數較多,建筑面積較大,難免存在一些受力比較大而比較薄弱部分,在建設過程中,要及時對薄弱部分進行加強,采取有效措施增強其強度和剛度,這樣就可以極大提高其承載力,避免在地震作用下過早的屈服產生較大變形,導致建筑結構局部損壞或者整個結構的損壞。
8、保障結構的延性
(1)對于建筑結構當中柱、梁等構件,應該按照強柱弱梁的原則,增加柱子的抗彎能力。鋼筋混凝土的框架在強震發生時,當地震威力致使建筑結構達到最大的非線性位移時,梁端的塑性鉸的塑性轉動會比較大。當柱端的塑性鉸出現比較晚,那么建筑結構達到最大的非線性位移時它的塑性轉動會比較小。這樣就保證了框架有了比較穩定的塑性耗能構件。
(2)要提高結構的延性,還要采取強剪弱彎的措施。因為剪切對于破壞根本沒有延性,如果某個部位一旦發生剪切破壞時,這個部位在整個抗震結構中的作用就會喪失,柱端發生剪切破壞,建筑結構的局部就會發生坍塌,局部坍塌有可能導致整個建筑物的坍塌。因此,要采取措施來增大梁柱和柱端的組合剪力值,保證任何構件在強震發生時都不會損壞其剪力。
總之,結構抗震設計有許多不確定或不確知的因素,很難做到對結構進行精確的抗震計算,并得到結構在地震作用下的真實反應。因此結構的抗震設計除了必須進行細致的計算分析外,要特別注重結構的概念設計。如選取對建筑抗震適宜的建筑場地,設計延性結構,采用輕質高強建筑材料,設置多道抗震設防,加強結構的整體穩定性,重視結構的抗震構造措施等方面,只有這樣才能保證結構的抗震性能。
參考文獻:
[1] 李鳴. 淺談建筑結構抗震設計[J]. 科技致富向導,2013(6):330.
中圖分類號:TU318 文獻標識碼:A
引言:由于開發商對于建筑物的地震破壞原因和破壞程度沒有足夠的了解,導致建筑物在抗震設計方面存在十分大的困難。所以,我們不僅要追求建筑物的造型美觀,還有考慮建筑物的抗震設計。要為人們營造一個安全舒適的生活環境。針對地震問題我們要在房屋結構找突破點。只有設計出抗震、牢固的建筑結構,才能保障人類的人身安全。
一、房屋建筑結構設計相關因素分析
建筑物按建筑結構分類可分為:砌體結構、磚混結構、鋼筋混凝土結構、鋼結構等。建筑物結構形式的確定,與其抗震能力是密切相關的。相關的科學研究表明,在遭遇相同等級的地震災害后,采用鋼結構的建筑物受損壞的程度明顯要低于鋼筋混凝土結構的建筑物。日本也是一個多地震的國家,其鋼結構的房屋建筑占全國建筑的半數以上,也是其在遭遇地震后人員傷亡較少的主要原因之一。目前,我國的建筑抗震系數系統依舊是不完善的,不能確保結構設計人員準確、有效地應用。歷次地震災害表明,影響抗震系數的因素是很多的,比如其抗震的等級、建筑物的類別、場地類別、建筑物總高度等。為了促進其實際工作的需要,應對各種相關因素和相關參數展開一系列的優化分析,得到一個最優的設計方案。房屋建筑的抗震性能與許多因素有關系,比如其建筑的體型設計。汶川地震震害表明 , 許多平面形狀復雜 , 例如平面上的較大外凸和凹陷、不對稱的側翼布置等在地震中都遭到了不同程度的破壞。海城地震和唐山地震中有不少這樣的震例。而平面形狀簡單規則、傳力途徑明確的建筑在地震中都未出現較重的破壞;有的甚至保持完好。上述情況表明,很多損害嚴重的建筑物的設計方案不是很合理,如果能夠選擇一個好的設計方案,震后損失可能會減小很多。
二、建筑結構抗震設計的要點
在我國,對于建筑物抗震設計的要求是采取“三水準設防、兩階段設計”的標準。在這種標準的影響下,建筑結構設計經歷了柔性設計、剛性設計、結構控制設計和延性設計四個階段。但是由于地震產生了很多不確定因素,導致建筑結構存在非常大的偶然性和復雜性,甚至還有計算模擬與實際情況的不符的情況出現,導致計算結果誤差很大。所以,我們不僅要考慮建筑物良好的概念設計,還要提高建筑結構抗震性能。具備完善的建筑結構體系。一個良好的建筑體系,對于建筑業是十分有必要的。在實際的建筑抗震設計時,要注重依賴建筑結構體系的協同工作,從而使建筑物中的每個構件都能夠共同工作。所以,這就需要建筑結構構件在允許受力的情況下不僅能夠具有良好的耐久性,還要能夠在高壓,強力的作用下共同工作。在砌體結構的建筑中避免建筑結構單純的依靠建筑結構自身剛度來承受載荷。充分提高建筑物材料利用率的協同工作。從建筑物抗震設計經驗表明,材料的利用率越高,結構的協同工作能力也就越高。
三、建筑結構抗震設計中的主要問題
1、建筑結構體系的合理選擇。建筑結構設計中最主要的一方面就是結構體系的選擇,它的合理選擇決定著建筑物的安全性。對于建筑結構體系的合理選擇應注意以下兩個方面的設計:(l)體系應具有合理的地震傳遞途徑和明確的計算簡圖。在這個過程當中,房屋內部結構的布置,應使得更多的受力在主梁上,并且使垂直重力以最短的路徑傳遞到主受力部位;豎向構件的布置,要讓豎向構件的壓應力接近均勻(2)建筑體系應具有合理的強度。一個良好的建筑物必須要有合理的強度進行支撐,一些建筑的薄弱部位要由合理的強度防止:在框架結構設計方面,要保證節點不受破壞,要使梁、柱端的塑性盡可能的分散;對于容易出現的薄弱環節,必須提高薄弱部位的抗震能力。
2、抗震場地的選擇。抗震場地的選擇直接影響建筑物的抗震設計工作,應選擇有利的抗震場地,要避開對建筑抗震不利的地段。地震對于地面的危害是十分巨大的。地震造成的地裂和地表錯動,直接使得房屋倒塌,結構損壞。所以,選擇抗震場地不能選擇易液化土地、軟弱場地、狀態明顯不均勻等場地;如果不能避免不理的場地,可以采用適當的抗震措施進行加強強度:對于地震時有可能存在的地裂或者滑坡的場地,必須采取科學合理的措施進行穩定;如果地基需要建立在最近填土和土層十分不均勻或者軟弱粘性土層時,必須采用樁基、地基加固和加強基礎和上部結構的處理措施。
建筑工程選址應注意的問題:四川汶川地震的震害情況表明,那些建在斷裂帶上和斷裂帶沿線的建筑物都完全倒塌,破壞極其嚴重。因此,建筑物建設地點的確定是極其重要的,它是決定建筑物抗震性能的前提條件,只有正確的選址方案,才能保證建筑物滿足建筑抗震設計的相關要求,保證其安全性、可靠性。選擇建筑場地時應根據工程的實際需要和工程地質、地震活動情況等相關資料,選擇對建筑物抗震有利的地段,避開對抗震不利的地段,嚴禁在地震斷裂帶及斷裂帶沿線附近建造甲、乙、丙類建筑物。應避開地震時可能發生山體滑坡、崩塌、地陷、地裂、泥石流等次生災害地段。汶川地震發生時,北川老縣城發生規模較大的山體滑坡,王家巖山體在地震作用下瞬間崩塌,崩塌的山體傾瀉而下瞬間摧毀山下及周邊的建筑物,北川老縣城的 5個街區的大部分建筑物被厚厚的土體掩埋,造成大量人員傷亡。這樣的結果不是靠提高抗震設防等級、提高建筑物的抗震性能和措施所能避免的。所以避開此類危險地段,才能避免因選址不當所造成的嚴重的人員傷亡和財產損失。
3、重視建筑平面布置的規則性。在建筑平面布置方面,應盡可能的采用抗震概念設計原則,不能使用嚴重不規則的設計方案。有關資料表明,對于一些樓板布局不夠規范時,要采取相應的樓板計算模型;對于平面不規則、立體不規則的建筑結構,必須采用空間結構計算模型。結構的規則性具體分為三個部分:第一是建筑主體必須具備良好的抗壓能力,側力結構不能變形,要盡可能的均勻;第二是建筑主體抗側力結構的平面布置,建筑主體抗側力結構的布置要注重同一側的強度要均勻;第三是建筑主體抗側力結構的布置要與周圍的結構具有相同的剛度,必須保障良好的抗扭剛度。總之,重視建筑平面布置的規則性對于建筑的抗震設計十分重要。
建筑物平面設計應該注意的問題:建筑物的平面布置規則與否、是否對稱和具有良好的整體性,也是影響建筑物抗震性能的重要因素之一。例如酒店、公寓、商場、住宅、體育館等不同建筑物的使用功能不同,其平面布置也千變萬化,其柱距、開間、進深、隔墻的布置、樓梯的位置、電梯井的布置等也有很大差別,如果柱子、墻體等布置不對稱、不規則,使得平面剛度急劇變化,遭遇地震后,將發生嚴重的扭轉破壞。因此,建筑設計時,應使柱子和抗震墻(剪力墻)等抗側力構件均勻、對稱布置,剛度較大的樓梯間、電梯井應盡可能居中布置,不要布置在建筑物的轉角處。要盡可能作到使結構的質量和剛度分布均勻、對稱協調,避免突變,防止在地震作用下產生扭轉效應。
4、建筑物豎向設計應該注意的問題
建筑物的豎向布置設計也將對其抗震性能產生巨大的影響。近些年來,由于國民經濟的迅速發展,商場、寫字樓等高層、超高層建筑越來越多,其要求底層或下面幾層大開間、大空間,這就形成了建筑物下面幾層柱子和抗震墻(剪力墻)較少,層間質量和抗側剛度沿建筑物高度分布不均勻,在抗側剛度較差的樓層形成了對抗震極為不利的薄弱層,在地震作用下,引起較為嚴重的破壞。汶川地震中,有許多底層框架—抗震墻砌體房屋底層柱子直接破壞,建筑物由原來的 4 層直接變為 3層。主要原因就是,沿著建筑物高度方向,質量和抗側剛度發生突變,底層柱子較少,抗側剛度較小,地震作用下,底層柱子直接壞掉。所以,建筑物的豎向布置設計時,應盡可能使其沿豎向的抗側剛度分布比較均勻,抗震墻(剪力墻)并使其能沿豎向貫通到建筑底部,不宜中斷或不到底,盡量避免某一樓層抗側剛度過小,以避免在地震作用下,因薄弱層的存在引起建筑物的倒塌。
四、提高建筑結構抗震能力的建議
建筑結構抗震設計是在不斷的實例驗證中逐漸分析,日益總結歸納出來的。在目前的房屋建設當中,抗震設計是十分有必要的。所以,建筑抗震設計在建筑設計中應該引起十分重視。為了設計出高抗震性的建筑物,在我看來需要注意以三點:第一,科學合理的建筑布局是不可缺少的,于此同時還有保證各個主要受力物體處在同一平面,在地震來臨時要能禁得住壓力。在墻段沒有發揮作用之前,需要依照“強墻弱梁”的標準實施加強建筑物的承受力,防止地震強大的破壞力。第二,要按照不同的抗震等級,對梁、柱以及墻的節點使用相對應的抗震措施,確保建筑結構在地震作用下達到相關標準。為了保障鋼筋混凝土在地震作用下不受破壞,要科學合理的添加合適的化學試劑,加強混凝土的強度與剛度,還有注意構造配筋的要求,尤其是要加強節點的構造措施。第三,必須設置多層抗震防線,一個良好的抗震體系對于地震的壓力是十分重要的。抗震體系就如果人類身體的三道防線,不同等級的地震采取不同的防線。第一層不行,還有多層防線保護。這樣的保護體系對于防震將是十分有效的。
五、結語
通過多年對于建筑結構抗震設計的研究,我國已經逐漸形成了自己的一套較為先進的、有效的抗震設計方法并日趨成熟,但是也有很多不足之處,需要我們在實踐中加以完善。總之,要確保建筑結構中抗震設計能高效完成,應在遵循相關建筑抗震規范要求的原則上,進行科學的、合理的設計,確保建筑物具有穩定的、可靠的抗震性能,達到建筑物小震不壞、中震可修、大震不倒的標準。我們有理由相信,隨著相關技術人員抗震設計水平的不斷提高,我國的建筑工程結構抗震設計也會邁上更高的臺階。
參考文獻:
中圖分類號:TU3文獻標識碼: A 文章編號:
隨著經濟的發展和城市化進程的加快,城市中的高層建筑逐漸增多,建筑的安全性和穩定性受到人們的關注,設計者需要加強對建筑的抗震性設計,減少建筑在地震災害中的破壞,提高建筑的抗震能力。建筑結構的抗震設計是專業性技術性極強的工作,設計者需要加強抗震場地的選擇,提高建筑的整體性和剛度,合理的計算建筑結構的參數,整體上提升建筑結構的抗震性。
建筑結構抗震的基本要求
1、結構構件要具備相關性能。建筑結構的構件是建筑的重要組成部分,構件要具備必要的穩定性、承載力、延性和剛度,建筑結構設計上應該遵循強柱弱梁、強剪弱彎和更強節點核芯區的設計原則,結構的薄弱部位應該進行重點的設計,已經承載了豎向荷載的構件不宜作為主要的耗能構件,結構的構件要滿足建筑抗震性的要求。
2、抗震防線的設置。建筑結構抗震性設計是建筑設計的重要組成部分,設計者需要按照建筑設計的要求來設置抗震防線,實現結構構件之間的協同作業。建筑多道抗震防線設置的目的是減少地震對建筑的損壞,實現建筑的內部和外部贅余度設計,建立建筑的屈服區,提高構件的適當剛度和延性,處理好建筑結構內部的強弱關系。建筑抗震防線的設計要避免部分設計過強和部分設計過弱的問題,避免建筑的不合理設計,提高建筑的穩定性設計。
3、加強薄弱部位的抗震性設計。建筑抗震性的設計需要從整體的角度進行,薄弱部位的結構部件要加強設計,提高構件的實際承載力。設計者要實現設計計算的彈力值和實際受力值之間的均勻變化,防止變形力的集中,實現建筑部件之間承載力和剛度的協調。設計者要在設計的過程中有目的加強薄弱部位的抗震設計,對建筑的變形能力進行控制,提高建筑的總體抗震能力。
二、建筑結構抗震設計的關鍵環節
1、抗震場地的選擇。施工場地的地質情況直接影響著建筑的穩定性,建筑結構的抗震性設計需要加強對地基的勘察和檢驗,在地基穩定性不足的情況下要對樁基進行施工,加強地基的穩定性,減輕地震災害對建筑的影響。設計者需要選擇有利的建筑抗震場地,在加強建筑本身穩定性的基礎上減小地基等外部因素對建筑穩定性的影響。在施工場地無法滿足有利抗震要求的情況下,設計人員和施工人員可以首先加強地基的穩定性,采取地基液化的方式來消除地基的缺陷,提高建筑上部結構的穩定性。
2、建筑結構的選型和布置要求。現在城市中的高層建筑逐漸增多,建筑的形式逐漸多樣化,設計者需要在加強形態設計的同時提高建筑的穩定性。一般而言,建筑的抗震性要求建筑結構形狀應該簡單,建筑的凹角是不可避免的,房屋突出部分的長度應和寬度保持一定的比例,房屋立面的局部收進尺寸應該嚴格按照建筑設計的要求進行設計,結構平面長度不應該過大。此外,設計者還要實現建筑平立面質量和剛度分布的均勻和對稱,減小建筑的剛度偏心,對建筑薄弱部位的構件要進行充分的計算和設計,避免構件的變形,實現建筑內部結構的對稱性。設計者可以對地震縫進行利用,將建筑的結構分成具有規則和簡單的小單元。
3、建筑的整體性和剛度設計。城市中的高層建筑都是具有空間剛度的由樓蓋和承重構件組成的結構體系,建筑的抗震性主要是由建筑的穩定性和空間的剛度來決定的,剛性樓蓋實現了地震作用的分配。近年來,鋼筋混凝土在建筑結構中得到了重要的應用,現場澆筑的鋼筋混凝土具有水平剛度大和整體性好的優點,可以有效的避免散落和滑移問題,增加建筑整體性,是比較理想的建筑抗震構件。鋼筋混凝土樓板還可以控制建筑的層間變形,實現荷載的有效傳遞,減輕樓板和墻體之間的約束力。因此,設計者需要對現行的現澆混凝土結構進行研究,通過增設構造柱和配置鋼筋的方法來加強建筑的整體性,提高建筑的空間強度,整體上提升建筑的抗震性能。
4、建筑結構參數的計算。建筑抗震性設計中包括了房屋構件的變形計算和墻梁柱板的承載力計算,設計者在計算之前需要根據建筑的實際要求和建筑設計規范來建立有效的計算模型,根據模型來簡化建筑構件的計算和處理。設計者可以將有關的數據輸入到計算機中,對復雜構件的變形和內力進行系統的分析和計算,設計者要對結構的位移、自振周期、層間剛度比、扭轉系數以及剪重比進行計算,對結構的扭轉效應進行考慮。建筑抗震性設計是專業性技術性極強的工作,構件的計算和分析工作很難一次完成,設計者要在設計理論和設計模型的指導下對試算的結果進行反復的調整,提高建筑防震性設計的合理性。
5、建筑結構的延性抗震設計。結構延性是建筑抵御地震災害的關鍵,結構的延性抗震設計是建筑抗震設計的重要組成部分。設計者要按照強柱弱梁的原則進行設計,將柱截面的彎矩進行增大設計,對控制截面的整體承載力進行精確設計。構件抗剪能力是建筑抗震性的重要組成部分,設計者要人為的增大構件抗剪能力,通過增大剪力墻端、梁柱節點、柱端和梁端的系數來提高建筑的剪力值,提高驗算和設計的精確度,減小建筑在地震中的剪切破壞。此外,設計者還要提高建筑的塑性耗能能力和建筑的塑性轉動能力,對可能出現塑性鉸的部位進行重點的設計,加密箍筋,對軸壓比進行有效的限制,提高建筑整體穩定性。
三、我國建筑抗震性設計中存在的問題
建筑抗震性要求是建筑穩定性和安全性的關鍵,設計者要按照設計規范和建筑抗震要求來加強對關鍵設計環節的控制,整體上提升建筑抗震性的設計質量。在建筑抗震性設計的過程中也存在建筑高度、建筑結構體系、材料選用以及軸壓比等問題,設計者需要采取有效的措施進行預防。首先,建筑高度需要符合城市發展的需要,要和施工技術和城市發展水平相適應。其次,設計者要進行轉換層和加強層的設計,提高柱結構的抗剪力程度,盡量選用混凝土結構。再次,短柱和軸壓比問題會大大削弱結構的延性和塑性變形能力,設計者要加強強柱弱梁設計,對柱的剪跨比和軸壓比進行確定,避免短柱問題的發生,按照建筑的施工要求進行軸壓比限值的調整。此外,設計者還要提高建筑結構設計的安全度系數,對抗震設計的原則進行重新的審視,提高建筑的抗震設防烈度,采用彈性設計來提高建筑的安全性,減輕地震對建筑安全性和穩定性的破壞。
結語:
隨著經濟的進步和城市建設進程的加快,城市中的高層建筑甚至是超高層建筑逐漸增多,建筑的抗震性設計逐漸受到人們的關注。建筑結構抗震性設計是專業性技術性極強的工作,設計者需要加強對建筑場地的選擇,對建筑構件和整體的彈性和塑性進行設計,利用計算機來提高各項參數的準確性和可靠性,整體上提升建筑的穩定性設計,減輕建筑在地震災害中的損失。
參考文獻:
[1] 趙西安.高層建筑結構抗震設計的一些建議[J]. 工程抗震. 2011(04)
中圖分類號:TU318 文獻標識碼:A 文章編號:
1、建筑結構抗震設計的基本原則
1.1結構構件應具有必要的承載力、剛度、穩定性、延性等方面的性能
(1)結構構件應遵守“強柱弱梁、強剪弱彎、強節點弱構件、強底層柱(墻)”的原則。(2)對可能造成結構的相對薄弱部位,應采取措施提高抗震能力。(3)承受豎向荷載的主要構件不宜作為主要耗能構件。
1.2設置多道抗震防線
(1)一個抗震結構體系應由若干個延性較好的分體系組成,并由延性較好的結構構件連接協同工作。例如框架—剪力墻結構由延性框架和剪力墻兩個分體組成,雙肢或多肢剪力墻體系組成。(2)強烈地震之后往往伴隨多次余震,如只有一道防線,則在第一次破壞后再遭余震,將會因損傷積累導致倒塌。抗震結構體系應有最大可能數量的內部、外部冗余度,有意識地建立一系列分布的屈服區,主要耗能構件應有較高的延性和適當剛度,以使結構能吸收和耗散大量的地震能量,提高結構抗震性能,避免大震時倒塌。(3)適當處理結構構件的強弱關系,同一樓層內宜使主要耗能構件屈服后,其他抗側力構件仍處于彈性階段,使“有效屈服”保持較長階段,保證結構的延性和抗倒塌能力。
1.3對可能出現的薄弱部位,采取措施提高其抗震能力
(1)構件在強烈地震下不存在強度安全儲備,構件的實際承載能力分析是判斷薄弱部位的基礎。(2)要使樓層(部位)的實際承載能力和設計計算的彈性受力的比值在總體上保持一個相對均勻的變化,一旦樓層(部位)的比值有突變時,會由于塑性內力重分布導致塑性變形的集中。(3)要防止在局部上加強而忽視了整個結構各部位剛度、承載力的協調。(4)在抗震設計中有意識、有目的地控制薄弱層(部位),使之有足夠的變形能力又不使薄弱層發生轉移,這是提高結構總體抗震性能的有效手段。
1.4選擇合理的結構形式
抗震結構體系是抗震設計應考慮的關鍵問題。按結構材料分類,目前主要應用的結構體系有砌體結構、鋼結構、鋼筋混凝土結構、鋼-混凝土結構等;按結構形式分類,目前常見的有框架結構、剪力墻結構、框架剪力墻結構、簡體結構等。結構體系的確定受到抗震設防烈度、建筑高度、場地條件以及建筑材料、施工條件、經濟條件等諸多因素影響,是一個綜合的技術經濟問題,需進行周密考慮確定。
2、建筑抗震設計中存在的問題
2.1缺乏前期勘察資料
缺乏巖土工程勘察資料或資料不全。有的在擴初設計階段還缺建筑場地巖土工程的勘察資料,有的在擴初設計會審之后就直接進入了施工圖設計,有的在規劃設計或方案設計會審后就直接進入了施工圖設計。無巖土工程勘察資料,設計缺少了必要的依據。結構的平面布置中外形不規則、不對稱、凹凸變化尺度大、形心質心偏心大,同一結構單元內,結構平面形狀和剛度不均勻不對稱,平面長度過長等。
2.2部分建筑物高度過高
按我國現行高層建筑混凝土結構技術規程規定,在一定設防烈度和一定結構型式下,鋼筋混凝土高層建筑都有一個適宜的高度。在這個高度,抗震能力還是比較穩妥的,但是目前不少高層建筑超過了高度限制。在震力作用下,超高限建筑物的變形破壞性會發生很大的變化,建筑物的抗震能力下降,很多影響因素也發生變化,結構設計和工程預算的相應參數需要重新選取。
2.3地基的選取不合理
由于城市人口的增多和相對空間的縮小,不少建筑商忽略了這一問題,哪里商業空間大就在哪里建。建筑應選擇位于開闊平坦地帶的堅硬土場地或密實均勻中硬土場地,遠離河岸,不應垮在兩類土壤上,避開不利地形、不采用震陷土作天然地基,避免在斷層、山崖、滑坡、地陷等抗震危險地段建造房屋。建筑的地基選取不恰當可能導致抗震能力差。
2.4材料的選用不科學,結構體系不合理
在地震多發區,采用何種建筑材料或結構體系較為合理應該得到人們的重視。由于我國建筑結構主要以鋼筋混凝土核心筒為主,變形控制要以鋼筋混凝土結構的位移限值為基準。但因其彎曲變形的側移較大,靠剛度很小的鋼框架協同工作減小側移,不僅增大了鋼結構的負擔,而且效果不大,有時不得不加大混凝土的剛度或設置伸臂結構,形成加強層才能滿足規范側移限值。
2.5抗震設防烈度較低
許多專家提出,現行的建筑結構設計安全度已不能適應國情的需要,建筑結構設計的安全度水平應該大幅度提高。我國現行抗震設防標準是比較低的,中震相當于在規定的設計基準期內超越概率為lO%的地震烈度,較低的抗震設防烈度放松了建筑的抗震要求。
2.6平面布局的剛度不均
抗震設計要求建筑的平、立面布置宜規正、對稱,建筑的質量分布和剛度變化宜均勻,否則應考慮其不利影響。但有的平面設計存在嚴重的不對稱:一邊進深大,一邊進深小;一邊設計大開間,一邊為小房間;一邊墻落地承重,一邊又為柱承重。這些都對抗震極為不利。
3、建筑結構抗震設計的措施
3.1建筑選址要正確。
避免抗震危險地段,選擇對抗震有利的場地、地基和基礎在進行設計時,應根據工程需要,掌握地震活動情況和工程地質的有關資料,作出綜合評價,宜選擇堅硬土或開闊平坦密實均勻的中硬土等有利地段;避開軟弱土、液化土、河岸和邊坡邊緣,平面分布上成因、巖性、狀態明顯不均勻的土層等不利地段;同一結構單元不宜設置在性質截然不同的地基土上,也不宜部分采用天然地基,部分用樁基,當地基有軟弱黏性土、液化土、新近填土或嚴重不均勻土層時,宜加強基礎的整體性和剛度。
3.2合理的確定平立面布置。
建筑物的動力性能基本上取決于它的建筑布局和結構布置。建筑布局簡單合理,結構布置符合抗震原則,從而確保房屋具有良好的抗震性能。建筑物的平、立面布置宜規則、對稱,質量和剛度變化均勻,避免樓層錯層。對體形復雜的建筑物合理設置變形縫,在結構設計時要進行水平地震作用計算和內力調整,并應對薄弱部位采取有效的抗震構造措施,嚴格控制建筑物的高度和高寬比。
3.3 結構選型和結構布置要合理。
結構選型根據建筑的重要性、設防烈度、房屋高度、場地、地基、基礎、材料和施工等因素,經技術、經濟條件比較綜合確定。單從抗震角度考慮,作為一種好的結構形式,應具備下列性能:延性系數高;勻質性好;正交各向同性;構件的連接具有整體性、連續性和較好的延性,并能發揮材料的全部強度。結構布置遵循的原則是平面布置力求對稱,使構件分配的力均勻;豎向布置力求均勻,盡可能使其豎向剛度、強度變化均勻,避免出現薄弱層,并應盡可能降低房屋的重心。
3.4剛度、承載力和延性要匹配。
當結構具有較高的抗力時,其總體延性的要求可有所降低;反之,較低的抗力需要較高的延性要求相配合。地震時建筑物所受地震作用的大小與其動力特性密切相關,具有合理的剛度和承載力分布以及與之匹配的延性。提高結構的抗側剛度,往往是以提高工程造價及降低結構延性指標為代價的。要使建筑物具有很強的抗倒塌能力,最理想的是使結構中的所有構件都具有較高的延性,然而實際工程中很難做到。有選擇地提高結構中的重要構件以及關鍵桿件的延性是比較經濟有效的辦法。
4、結束語
抗震設計問題是一個非常復雜的過程,涉及面非常廣泛,需要在設計過程中考慮全面。在以后的設計過程中,還有許多方面需要我們進一步的探討和研究,我們也期待有更多新型抗震技術應用于建筑中來,減輕地震帶來的危害。
2抗震性能化設計的實例
2.1工程概況
本工程位于內蒙古烏海市烏達區經濟開發區內,本單項為內蒙古東源科技有限公司年產72萬噸/年電石項目3#配料站,建筑高度23.2m,該地區抗震設防烈度為8度,設計基本地震加速0.2g,建筑物安全等級為二級,建筑物設防類別為標準設防類別,結構抗震等級為二級,設計使用年限為50年,建筑物場地類別為Ⅱ類,基本風壓為0.75kN/m2,地面粗糙度為B類。本工程特殊之處在于全廠物料運輸樞紐,連接三條鋼棧橋,其中一條棧橋在19.1m層樓面處,10.000m-16.200m為石灰和碳材料倉,共約840m3,料倉的跨高比小于2.5,本結構層具有較大質量,收進約30%的情況下仍是下層質量的1.2倍。
2.2本工程超限情況
本工程超限情況如下:
①扭轉不規則,在規定水平力下考慮偶然偏心Y方向最大層間位移與平均層間位移的比值:1.32。
②豎向剛度不規則,局部收進水平尺寸大于相鄰下一層的25%。綜合判定屬于特別不規則結構。
2.3抗震性能目標設定
由于本項目的超限情況和全廠的重要性,除按照規范的要求及目標進行計算和設計外,提出了基于性能的抗震設計。綜合考慮抗震設防類別,場地條件和結構的特殊性,震后損失和修復的難易程度,確定結構的性能目標為D級。在多遇地震作用下結構能做到完好無損,不需修理即可繼續使用(性能水準1級),在設防烈度地震作用下結構只有中等破壞,修復后可繼續使用,(性能水準4),在預估的罕遇地震作用下,結構損壞比較嚴重,需排險大修,但不倒塌(性能水準5)。具體抗震性能目標。
2.4小震彈性計算結構及分析
小震彈性計算按照正常設計,采用整體建模,考慮偶然偏心,雙向地震,扭轉耦聯,及施工模擬,在抗震規范規定的地震影響系數曲線下,多遇地震標準值作用下樓層最大水平位移與層高之比小于1/550。作用組合的效應設計值按照1.2(DL+0.8LL)+1.3SEhk組合下抗震承載力滿足彈性。(本工程重力荷載代表值的可變荷載組合系數0.8)構件配筋無超筋現象,軸壓比,梁混凝土的相對受壓區高度均能符合我國規范要求。
2.5中震計算結構及分析
按照“中震可修”的原則:和本工程的特點。需要對中震作用下主要抗側力構件的承載力進行復核,以便確定其能達到設定的性能指標。取其中一個關鍵構件驗算內容及結果如下:由于結構已經進入彈塑性狀態,采用pushover推覆分析法,驗算在1.0D+0.8L+1.0SEhk工況下的受力情況,其中一個料倉下的框架柱驗算正截面結果如表2,其中材料強度取標準值。根據結果顯示承載力滿足設計要求。在設防地震標準值作用下,樓層最大水平位移與層高之比最大為1/170,也在規范要求3~4倍的[Δue]區間內,地震破壞等級可滿足要求。
2.6大震計算結果及分析
按照性能化設計,罕遇地震作用下,按照彈塑性分析和SATWE軟件對等效彈性計算,取結果較大值,關鍵構件的抗震承載力不屈服,允許較多豎向構件(40%)進入屈服階段,關鍵構件的驗算方法與中震驗算方法相同,結果宜滿足設計要求。性能水準5允許部分框架梁發生嚴重破壞,鋼筋混凝土豎向構件的受剪截面應符合式VGE+V*EK燮0.15fckbh0。取其中一個關鍵構件進行斜截面承載力驗算結果,其中材料強度取標準值。在預估的罕遇地震標準值作用下,樓層最大水平位移與層高之比最大為1/63,規范要求小于[Δup],在此范圍內,表面結構整體不會倒塌。
2.7工程結論
綜上所述,本工程通過性能設計及彈塑性時程分析,計算結果表明本工程各項指標達到預定的抗震性能目標,所選結構體系合理、安全、可靠,能滿足“小震不壞,中震可修,大震不倒”的設計要求。