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导言:作为写作爱好者,不可错过为您精心挑选的10篇建筑抗震设计论文,它们将为您的写作提供全新的视角,我们衷心期待您的阅读,并希望这些内容能为您提供灵感和参考。
建筑设计是否考虑抗震要求,从总体上起着直接的控制主导作用。结构设计很难对建筑设计有较大的修改,建筑设计定了,结构设计原则上只能是服从于建筑设计的要求。如果建筑师能在建筑方案、初步设计阶段中较好地考虑抗震的要求,则结构工程师就可以对结构构件系统进行合理的布置,建筑结构的质量和刚度分布以及相应产生的地震作用和结构受力与变形比较均匀协调,使建筑结构的抗震性能和抗震承载力得到较大的改善和提高;如果建筑师提供的建筑设计没有很好地考虑抗震要求,那就会给结构的抗震设计带来较多困难,使结构的抗震布置和设计受到建筑布置的限制,甚至造成设计的不合理。有时为了提高结构构件的抗震承载力,不得不增大构件的截面或配筋用量,造成不必要的投资浪费。由此可见,建筑设计是否考虑抗震要求,对整个建筑起着很重要的作用。因此,我们在建筑抗震设计过程别要注重以下几个问题。
一、建筑体型设计问题
建筑体型包括建筑的平面形状和主体的空间形状的设计。震害表明,许多平面形状复杂,如平面上的外凸和凹进、侧翼的过多伸悬、不对称的侧翼布置等在地震中都遭到了不同程度的破坏。唐山地震就有不少这样的震例。平面形状简单规则的建筑在地震中未出现较重的破坏,有的甚至保持完好无损。沿高度立体空间形状上的复杂和不规则在地震时都会造成震害。特别是在建筑结构刚度发生突变的部位更易产生破坏。因此在建筑体型的设计中,应尽可能地使平面和空间的形状简洁、规则;在平面形状上,矩形、圆形、扇形、方形等对抗震来说都是较好的体型。尽可能少做外凸和内凹的体型,尽可能少做不对称的侧翼和过长的伸翼。在体型布置上尽可能使建筑结构的质量和刚度比较均匀地分布,避免产生因体型不对称导致质量与刚度不对称的扭转反应。
二、建筑平面布置设计问题
建筑物的平面布置在建筑设计中是十分重要的部分,它直接反映建筑的使用功能和要求。柱子的距离、内墙的布置、空间活动面积的大小、通道和楼梯的位置、电梯井的布置、房间的数量和布置等,都要在建筑的平面布置图上明确下来。而且,由于建筑使用功能不同,每个楼层的布置有可能差异很大,建筑平面上的墙体,包括填充墙、内隔墙、有相应强度和刚度的非承重内隔墙等等布置不对称,墙体与柱子分布的不对称、不协调,使建筑物在地震时产生扭转地震作用,对抗震很不利。有的建筑物,其刚度很大的电梯井筒被布置在建筑平面的角部或是平面的一侧,结果在地震中造成靠电梯一侧建筑物的严重破坏。这是因为电梯井筒具有极大的抗侧力刚度,吸引了地震作用的主要部分[3]。有的建筑物,在平面布置上一侧的墙体很多,而另一侧的墙体稀少,这就造成平面上刚度分布的很不对称,质量分布也偏心,使结构的受力和变形不协调,导致扭转地震作用效应,带来局部墙面的破坏。有的建筑物,如底层为商场的临街建筑,临街一侧往往不设墙体,而其另一侧则有刚度很大的墙体封闭,两侧在刚度上相差很多,也将在地震时引起扭转地震作用,对抗震不利。还有的建筑平面布置上,经常出现内隔墙不对齐或中断,使刚度发生突变和地震力传递受阻,对抗震也带来不利,客易引起结构的局部破坏。建筑平面布置设计对建筑抗震关系很大,从概念上要解决的一个核心问题是:建筑平面布置设计上要尽可能做到使结构的质量和刚度分布均匀,对称协调,避免突变,防止产生扭转效应。在建筑平面布置的总体设计上要尽可能为结构抗侧力构件的合理布置创造条件,使建筑使用功能要求与建筑结构抗震要求融合成一体,充分发挥建筑设计在建筑抗震中的作用。
三、建筑竖向布置设计问题
建筑的竖向布置设计问题在建筑设计中主要反映在建筑沿高度(楼层)结构的质量和刚度分布设计上。无论是单层或多层,还是高层建筑或超高建筑,这个问题是比较突出的。存在的这个主要问题是,由于建筑使用功能的不同要求,如底层或下面几层是商场、购物中心,建筑上要求是大柱距、大空间;而上面的楼层则是开间较大的写字楼或布置多样化的公寓楼,低层设柱、墙很少,而上面则是以墙为主,柱很少。有的建筑在布置上还设有面积很大的公用天井大厅,在不同楼层上设有大会议厅、展厅、报告厅等,建筑使用功能的不同,形成了建筑物沿高度分布的质量和刚度的严重不均匀、不协调。突出的问题是沿上下相邻楼层的质量和刚度相差过大,形成突变[3]。在刚度最差的楼层形成对抗震极为不利的抗震承载力不足和变形很大的薄弱层。这是在建筑设计中必须高度重视的问题。在实际设计中,在建筑使用功能不同的情况下,很可能出现上下相邻楼层的墙体不对齐,柱子不对齐,墙体不连续,不到底;上层墙多,下层墙少;上层有柱,下层无柱等,使地震力的传递受阻或不通;抗震用的剪力墙设置不能直通到底层、剪力墙布置严重不对称或数量太少。所有这些布置都将给建筑物带来地震作用分布的不均匀、不对称和对建筑物很不利的扭转作用。多次大震害表明,建筑物竖向楼层刚度的过大变化,给建筑物造成很多破坏,甚至是整个楼层的倒塌。在1995年的日本阪神大地震中,有多栋钢筋混凝土高层建筑发生了中间楼层的整体坐落倒塌破坏。因此,尽可能使剪力墙布置比较均匀并使其能沿竖向贯通到建筑物底部,不宜中断或不到底。尽量避免其某楼层刚度过少,尽量避免产生地震时的钮转效应。
四、建筑上应满足的设计限值控制问题
根据大量震害的经验总结,现行《建筑抗震设计规范》(GBJll-89)对房屋建筑在建筑设计中应考虑的一些抗震要求的限值控制提出了规定。这些规定,建筑设计应予遵守:一是房屋的建筑总高度和层数;二是对房屋抗震横墙问题和局部墙体尺寸的限值控制。
五、屋顶建筑的抗震设计问题
在高层和超高层建筑设计中,屋顶建筑是一个重要的设计部分。从近几年对一些高层建筑抗震设计审查结果来看,屋顶建筑存在的主要问题,一是过高,二是过重。这样的屋顶建筑加大了变形,也加大了地震作用。对屋顶建筑自身和其下的建筑物的抗震都不利。屋顶建筑的重心与下部建筑的重心不在一条线上,且前者的抗侧力墙与其下楼层的抗侧力墙体上下不连续时,更会带来地震的扭转作用,对建筑物抗震更不利。为此,在屋顶建筑设计中,宜尽量降低其高度。采用高强轻质的建筑材料和刚度分布比较均匀、地震作用沿结构的传递比较通畅,使屋顶重心与其下部建筑物的重心尽可能一致;当屋顶建筑较高时,要使其具有较好的抗震定性,使屋顶建筑的地震作用及其变形较小,而且不发生扭转地震作用。超级秘书网
六、结束语
总的来说,建筑设计是建筑杭震设计的一个重要方面,建筑设计与建筑
抗震设计有着密切关系。它对建筑抗震起着重要的基础作用。一个优良的建筑抗震设计,必须是在建筑设计与结构设计相互配合协作共同考虑抗震的设计基础上完成。为此,要充分重视建筑设计在建筑抗震设计中的重要性,在建筑抗震设计中更好地发挥建筑设计应有的作用。
参考文献:
[1]《建筑抗震设计规范》(CBJll-89),中国建筑工业出版社,2005。
关键词:建筑结构;抗震设计;关键问题;具体举措
【中图分类号】TU318【文献标识码】A【文章编号】2236-1879(2017)20-0217-01
引言:随着我国经济快速发展,一栋栋高楼大厦拔地而起,但与此同时,在我国是地震多发国家的背景下,建筑抗震等安全因素成为设计需要考虑的因素之一,现阶段,我国的建筑抗震水平较高,但因地震导致房屋倒塌的情况时有发生,为了能更好的提高建筑抗震水平,在建筑抗震设计方面更加合理,作为中学生了解建筑结构的抗震设计中关键问题、具体的抗震设计举措是很有必要的。建筑结构抗震设计关键问题
(一)场地的科学选择。
建筑场地的科学选择,直接关系到建筑结构抗震设计的水平与质量。因此,有关的工程设计人员需要对于建筑物建设的场地进行全面的考察工作,选择具有土质松软、地质元素分布不均衡的区域来进行地段的选择,避免地震发生时产生出地裂或者是地表错动问题。
(二)建筑结构的合理化抗震设计。
建筑结构的合理化设计也对于提升建筑抗震设计的质量与水平发挥着重要的作用。比如:使用高强度的建筑材料使得建筑物的结构框架具有完整性的构造。而高质量设计图纸的应用,可以使得建筑物的各个部位进行更加合理、科学的布局,最终形成强有力的抗震效果。
(三)建筑平面布置的规则性。
进行满足有关抗震设计要求的施工,可以极大提高建筑的抗震水平与能力。比如:综合的考虑到各个方面的因素,应用现代的网络信息技术进行对称性的结构设计,将会对于建筑的抗震实际效果进行科学的提升。同时,我们需要清楚的了解到各种科学的设计需要真正的落实到施工实践中,使得设计的成果真正转变为实际的应用成果[1]。
一、建筑结构抗震设计的具体举措
(一)基础隔震措施。
所谓的基础隔震指的是应用各种各样的减震装置来完成有关建筑物的结构抗震设计。具体来讲,将有效的抗震、隔震的装置应用到建筑物自身的部位中,从而达到保护建筑物,使其具有良好抗震、隔震效果的一种方式。但是,这种方式不适用于高大的建筑物中。原因在于,在高大建筑物中应用抗震装置会导致建筑物产生出自振周期问题,无法达到应有的抗震效果。在我国的生活中常见的抗震装置有橡胶垫装置、混合隔震装置等。对于这些装置应用摩擦移动或者是粘弹性隔震的方式就可以进行有效的防震,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应用。
应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,也是一个重要的防震举措。具体来讲,应用高效的沥青原料与粘土、砂子等进行混合性的应用,可以提高建筑物整体的质量与水平,保障建筑物的安全。目前这种方法已经在建筑物的防震设计中进行了一定程度的应用,并且取得了不错的应用效果[3]。
(三)建筑结构悬挂隔震。
所谓的建筑结构悬挂隔震指的是在进行建筑物结构设计工作中,应用悬挂的方式来对于建筑物大部分结构或者是整体的结构进行有效减震处理,使得地震发生时地震灾害的破壞力量对于悬挂的建筑结构没有非常大的影响,最终减轻地震对建筑的破坏程度,避免重大的人员伤亡与财产损失。比如:在一些大型钢结构建筑中应用悬挂的方式来进行有关的设计,使得有关的子框架通过锁链或者是吊杆方式的应用悬挂在主框架上。这种设计方式应用的意义在于地震发生之后,地震一部分破坏力量会传导在这些锁链或者是吊杆上,降低了地震对于建筑物地基以及墙面的影响,提高了建筑物地基抗震的实际效果[4]。
(四)建筑层间的隔震。
对于建筑物层间进行有效的隔震是一种操作简单、工序简单的应用方式。但是,这种方式与其它方面的隔震使用举措比较起来只能对于地震破坏力量的10%到30%进行有效的预防,无法从根本上形成强有力的抗震效果。因此,这种方式需要与其它模式的抗震举措进行综合性的应用,形成对于建筑物的有力保护,全面提高其应对地震破坏力量的能力。
(五)建筑结构的加固隔震。
为了全面提高建筑物结构的抗震能力,我们需要采取各种的方式对于建筑物进行必要的加固处理,提升建筑物的质量。具体来讲,第一,在建筑物竣工之后,有关的工程施工技术人员可以应用阻尼的方式对于建筑物进行全面的加固,最终使得建筑结构的抗震效果得到加强。第二,为了提高高层建筑的抗震效果,我们可以应用消能减震装置来提高其抗震的能力,使得高层建筑也可以在地震发生时具有对地震破坏力的抵御能力,避免重大的财产损失与人员伤亡。比如:消能减震装置在建筑物隔震夹层中进行应用,可以极大提高建筑物结构的抗震效果[5]。
二、结论:
通过上述几个方面,对于建筑物结构抗震若干问题进行科学的研究与探讨,有利于建筑物施工的企业应用众多的具体方法全面提高建筑物结构抗震的质量与水平,保障建筑物在地震发生时具有强有力抵御地震的能力,减少人员的伤亡与财产上的损失。如今总体的设计理念与方式比较先进,但也需要与时俱进,不断提高建筑抗震等级,为人们的生命和财产安全提高保障。
参考文献
[1] 古力铭. 关于建筑结构抗震设计若干问题的讨论[J]. 四川水泥,2015,06:60.
[2] 曹振. 关于建筑结构抗震设计若干问题的讨论[J]. 门窗,2015,06:126.
[3] 邱子龙. 关于建筑结构抗震设计若干问题的讨论[J]. 建材与装饰,2016,08:76-77.
我国建筑行业相比欧美一些建筑业比较发达的国家起步比较晚,而且在建筑行业起步初期人们只是一味的重视建筑的美观性,认为只有修建的奢华和富丽堂皇才能彰显出自己的社会地位和身份象征。只有符合人们审美趋势的建筑才是好的建筑,就比如苏州园林和一些南方比较具有代表性的园林等等。因此在这样的社会背景下一个阶段中阻碍了建筑业的发展,局限了建筑业的发展方向。人们对他的牢固性和抗灾害性能没有更高的要求,这也就使得一些建筑师为了迎合大众的口味,不至于被社会所淘汰而没有进行创造设计,因此设计的建筑也没有长足的发展,抵挡不了天灾的发生,对人们的生命财产构成了一定的威胁。
1.2没有处理好建筑设计与抗震设计之间的关系
建筑设计是在建筑施工之前就需要完成的工作,设计图纸就像一张标注明确的地图,它会指导人们应该去哪里,如何去哪里。因此建筑设计是十分重要的,一张表美的建筑图纸就相当于工程量完成了三分之一,将抗震理念融入到这张图纸中也是对抗震设计提出了更高层次的要求。但是由于目前的技术有限,建筑师还不能很好的将抗震设计融人到建筑设计中去,不能使两者更好的协作,发挥很好的作用。因此说不能协调建筑设计与抗震设计的关系是抗震设计常见的最根本问题。
1.3缺乏实践
为了提高建筑的抗震性,一些建筑师盲目的从国外引进先进的经验和技术,并没有结合我国建筑构造的自身特点加以创新改造,而是为了讲究工作效率,赶进度,生搬硬套地将这些所谓的先进前沿技术强加于一些本不符合的建筑物上,没有起到应有的抗震作用反而在一定程度上弄巧成拙,破坏了建筑本身的美感,更严重的还会使建筑物在地震时产生扭转建筑物的作用,对人们的生命财产造成更大程度上的伤害。因此建筑师这种急于求成缺乏实践精神的建造理念,不会对建筑物的抗震性能起到很好的作用。
1.4建筑设计问题
对于一些建筑的设计本身就存在不合理的问题,因此我们从以下几个方面进行探究:第一,建筑体型的设计,目前人们越来越追求建筑美感,因此将部分建筑的外立面都涉及成凹凸不平或者一些没有规则的不光滑表面,如果发生地震对这种建筑物的破坏是最大的,表面平滑的建筑则相对可以减少地震对他的破坏,尽可能的做到建筑物与钢架结构相对比较匀称。第二,平面设计,对于一些建筑物人们会使用一些柱子、内墙进行装饰。但是在确定柱子的数量与距离上就需要好好的下功夫去研究,比如人民大会堂的柱子多少根,每根之间的间隔距离是多少这都是很有讲究的,不对称性、不协调性对抗震起到了负面的作用。第三,竖向布置问题,越来越多的大型商场随着人们物质生活的需要而产生,并且大型商场是人们比较容易聚集的地方,如果没有很好的抗震性能则技术衾浼会对人们的生命财产造成很大的威胁。很多商场现在都是高层建筑,下层一般柱子相对较多、墙体较少,但是高层一般柱子较少、墙体较多,如果柱子与墙体分布不合理,这在地震中会起到特别不好的作用,也会加大对人们的伤害。下层柱子与上层柱子应该互相对齐,在空间上起到很好的支撑作用,对稳定整个商场的空间结构都起到了不可估量的作用。
建筑的抗震设计以及抗震性能的高低与人民群众的生命财产安全有着直接联系,而建筑抗震设计又是以建筑设计为基础的。这是由于建筑结构是基于建筑设计的,当建筑设计完成后建筑结构就难以改变。因此建筑设计师在建筑设计前期就应该充分考虑到建筑抗震设计的需求。
二、基于建筑抗震设计的建筑设计措施
(一)建筑结构设计的对称原则
我国出台的建筑抗震设计规范中指出,我国建筑抗震的设计目标是小震不坏,中震可修,大震不倒。对于建筑师和结构工程设计师来说,在进行建筑工程设计师应该秉持着简单、规则的建筑结构原则。一般方形、圆形、为主。建筑的竖向形态的变化要规则,一般可以选择矩形、梯形等变化均匀的形状。对称结构建筑在地震地面平动作用下一般只会出现平移震动,建筑内部构件出现测位移量,内部构件受力均衡;而非对称结构的建筑则会由于刚心和质心不重合,在地面平动的过程中也会出现扭转振动。如建筑内部的构建离刚心较远就会由于超出变形极限而出现损坏,进而导致结构一侧失效而倒塌。
(二)注重建筑构件与连接点处质量
在建筑工程设计和施工过程中建筑构件的合理配置以及连接点处的质量与建筑施工安全质量存在直接的联系。并且在新型建筑材料问世的同时建筑物的外部设计大都汇采用新型建筑材料,例如大理石、瓷砖等。而建筑室内装饰也会使用到吊顶等技术。这些室内以及立面装饰本身存在抗震性能的问题,并且其与建筑主体的牢固连接也是抗震设计的关键。近几年有部分国外高层建筑在发生地震时下起了“玻璃雨”,建筑的玻璃幕墙由于地震导致破损。这是由于当前所使用的玻璃幕墙还无法适应地震中产生变形和扭转。因此建筑如要采用玻璃幕墙则必须保证玻璃幕墙的强度与变形能力。在其与建筑主体连接处要设计为能够在水平向实现变位能力的构造,从而在地震时玻璃幕墙能够与建筑物地震变形脱离,减少玻璃幕墙的损坏。另外,在建筑设计中内隔墙、玻璃隔断等结构件的设计中也要充分考虑其与建筑主体连接点的牢固性,保证其抗震性能。
(三)关注建筑顶部抗震
在高层或超高层的建筑设计过程中,建筑的顶部抗震设计是十分关键的。当前高层或超高层建筑的屋顶普遍存在过高和过重的问题。屋顶过高或过重会导致建筑变形加重,进而强化了地震的破坏作用。对于屋顶建筑以及下层建筑物的安全性能有着极大的负面影响。如建筑的屋顶与下层建筑的重心没有位于同一条直线上,那么建筑屋顶的抗侧力墙也会与下层建筑的抗侧力墙出现分离,当地震出现时则会加剧损坏。因此在高层或超高层建筑设计中应该使用新型高强度轻质的建筑材料,尽可能保证屋顶的重心与下层建筑的重心位于通一条直线。当建筑屋顶的较高时要保证其抗震定性,缓解地震带来的变形作用。
(四)建筑竖向布置
建筑竖向布置主要体现在建筑物的高度结构质量以及刚度的设计中,特别是在高层或超高层建筑中建筑的竖向布置对于建筑抗震设计来说更加重要。建筑楼层的使用功能差异导致建筑物楼层分布的质量和刚度均不一致,例如楼层包括游泳池、会议室、健身房等。楼层的功能需求导致楼层上下之间的刚度差异过大。高层建筑中刚度最差的楼层的抗震性能最为薄弱,在出现地震时即为变形严重的薄弱层。在建筑设计中由于楼层功能不同导致的墙体不连续,柱子不对称等极大的限制了抗震性能。因此在建筑抗震设计中应该尽量保证竖向的刚度分布靠近,尤其是在结构上刚度转换层更加要着重注意。
中图分类号:[TU208.3] 文献标识码:A
1 我国的高层建筑发展历程
上世纪80年代,我国高层建筑在设计计算机施工技术等领域快速发展,100m左右及以上的将建筑快速发展,多以钢筋为主要材料,在层数与高度增加的同时,功能与类型也日益增多。各大城市几乎都建立了具有各自特色的建筑,以上海锦江饭店为代表:高度达到153.52m,全部采用的钢结构体系;而深圳的发展中心大厦有43层,高度达到165.3m,算上天线高度达到185.3m,是我国第一幢大型的高层钢结构建筑。到了90年代,我国的高层建筑结构从设计到施工进入到一个新的阶段,除了体系与材料的多样化,高度上也有了质的飞跃。在1995年完工的深圳地王大厦,共有81层,高度达到385.95m,居世界第四高。
2 建筑抗震的理论
2.1 建筑结构的抗震规范
一般的抗震规范都是各国结合具体的情况进行的经验总结,是指导抗震设计的法定文件,及反应国家经济与建设的发展水平,也反映了各个国家的抗震经验。尽管抗震理论不断完善,技术水平也在不断地提高,但是必须要有实践的指导,要将建筑工程的安全性放在首要位置,容不得任何的大意与疏忽。基于这一认识,现代建筑部分条文被列为强制条文,使用了“严禁、不得”等绝对性的字眼,同时也有不同条文有较大的自由空间。
2.2 建筑抗震设计的理论
当前建筑抗震设计的理论主要分为拟静力理论、反应谱理论及动力理论。拟静力理论起源于20世纪10~40年代出现的理论,在估测地震对结构的影响时,假设结构为刚性,地震水平作用在结构或构件的质量中心,地震力的大小当于结构的重量乘以一个比例常数(地震系数)。
反应谱理论是在上世纪40-60年展起来的,以强地震动加速度观测记录的增多与对地震地面运动特性的进一步了解,及结构动力反应特性的研究为基础,是加理工学院的学者对地震加速度记录的特性进行分析后获得的成果。
动力理论是上世纪70-80年代的应用较为广泛的地震动力理论,是在60年代以来电子计算机技术与试验技术的发展为基础,人们对各类结构在地震作用下的线性与非线性的反应过程也有了较多的了解,随着强震观测台的增加,各种受损结构的地震反应记录也在不断地增加。进一步动力理论也称地震时程分析理论,它将地震作为一个时间过程,选择具有代表性的地震加速度时过程作为地震动输入,建筑物简化为多自由度体系,计算得到每一时刻建筑物的地震反应,完成设计工作。
3 高层建筑的抗震结构设计
3.1 必要的抗震对策
在高层建筑结构的抗震设计中国,出了要考虑到概念的设计,还要进行验算,结合地震的情况,要在高度允许的范围内建造,增加结构的延性。在当前的抗震设计中,抗震验算及构造与措施等角度入手进行分析,提高结构的抗震性与消震性能。建立地震力与结构延性互相影响的双重设计指标,直到达到预期的抗震效果。当前强柱弱梁,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。
3.2 高层建筑的抗震设计思想
在《建筑抗震规范》中有明文规定,建筑的抗震设防要符合“三水准、两阶段”的要求。所谓的“三水准”就是指“小震不坏,中震可修,大震不倒”。当遇到第一设防烈度地震即低于本地区抗震设防烈度的地震时,结构处于弹性变形阶段,建筑物可以正常使用。一般情况下,建筑物不会被损害,也不需要修理即可使用。所以,高层建筑结构的抗震设计要满足地震频发下的承载力极限,要求建筑的弹性变形不超过规定的弹性变形限值。当遇到第二设防烈度地震即相当于本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,建筑物结构会发生损害,但是不经修理或者简单修理就可以继续使用。所以,建筑结构必须要有足够的延性能力,不会出现脆性破坏。当发生第三设防烈度地震的情况下,就是遇到本地区地震极限外的情况,结构会受到非常严重的损害,但是结构的非弹性变形距离倒塌仍有一段距离,不致产生危及生命的损害,保障了居住人员的安全。所以在进行高层建筑结构设计的过程中,要保证建筑的足够变形能力,其弹塑变形要在规范的数值之内,保证结构良好的抗震性能。三个水准烈度的地震作用水平是根据不同超越概率进行区分的,一般情况下是:
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。
从高层建筑的抗震水准来看,设防的要求是通过“两个阶段”设计来实现的,具体方法如下:第一环节,第一步采用与第一水准烈度相应的地震动参数,提前计算出高层建筑结构在弹性状态下的地震作用效应,与风力、重力荷载进行高效组合。同时引入承载力抗震调整系数,进行构件截面的准确射击,进而达到第一水准的强度要求;然后是运用同一地震参数计算出结构的层间位移角,使其可以在抗震规范设定的限值之内;同时采用相应的抗震构造对策,确保结构可以有足够的延性、变形能力与塑形耗能,进而达到第二水准的变形目的。而第二阶段则是运用与第三水准对应的地震动参数,算出结构的弹塑性层间位移角,使其在抗震规范的限值之内,然后进行必要的抗震构造对策,进而实现第三水准的防倒塌目的。
3.3 现代高层建筑结构的抗震设计方法
在《建筑抗震设计规范》中对各类的建筑结构的抗震计算应该采用的方法都有明确的规定:高度要在40m之内,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;除1款外的建筑结构,宜采用振型分解反应谱方法;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。
结语
地震是威胁较大的天灾之一,必须要加强防御,从上文的分析中我们可以看到,高层建筑的抗震结构设计必须要在要求的限值之内,保证结构的良好性能,提高建筑的使用性能。
参考文献
[1]朱镜清.结构抗震分析原理[M].地震出版社,2002.
中图分类号:TU3文献标识码: A
地震灾害涉及到人类的生命和财产安全,是人类生活面临的重要的问题,也是建筑结构抗震设计的主题之一。因此,在建筑结构设计的时候,必须充分考虑到抗震设计,这已经在房屋建筑结构设计中占据非常重要的位置,在设计时只有采取适当的措施,以防止地震对建筑物的造成的巨大破坏,为减少地震的损失与危害在设计上做出应有的贡献,以保护人民的生命和财产安全。
一、 建筑结构抗震的重要性
在建筑结构中应用抗震结构的设计,首先能够保证人员的生命安全,为内部人员的逃生以及求救争取宝贵的时间; 其次,强化了建筑结构的设计,增加了建筑结构的抗震性,也将是建筑结构的使用寿命得到提升,使其利用价值得到不同程度的飞跃。建筑的基本功能是供人们居住,随后才是审美价值的体现。就建筑的基本功能来说,其能够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。也就是说,建筑物只有在保证了自身安全的前提之下,才能够供人们使用。因此,在建筑物的设计和建设过程中,往往需要对影响建筑安全性的因素作全方位考虑。地震作为一种不可预知的自然灾害,其对建筑物安全性能的影响极大。而建筑物的安全一旦遭受威胁,必然会出现倒塌事件,从而砸伤和掩埋生命,给人们带来物质和精神上的双重损失。因此,建筑物在建设初期就必须做好抗震的准备工作,从根本上确保人们的生命和财产安全。
二、提高建筑结构抗震设计的措施
1、合理选址以提高建筑物的抗震能力
地震发生时,如果建筑物本身抗震能力弱,结构不坚固或者建筑刚性强而韧性不足,很容易遭到严重的破坏神之倒塌。如果建筑物选址不合理,地基建在地质不稳固的地方,地震会引起地表的地裂和错动以及地面沉降,这种破坏在地基不稳固的地方更加明显,因此合理选址以提高建筑物的抗震能力非常重要。在建筑物选址时,易选择地层稳固地带,应尽量避开地质不稳固的地方,如断层带、地下采空区、地下水空洞区、易液化土等地方。如果没有条件避开上述不适合建造建筑物的地区时,应采取相应的抗震应对措施。依据国家对建筑物抗震的类别等级,采取人工加固地基、注意建筑结构的整体性、建筑物的外形匀称、建筑物的结构简单减轻建筑物自重等,都可以消除地基液化沉陷。还有一种特殊的地质构造,那就是在地基的主要受力层内还存在土质较软的粘性土层或者不均匀的土层面时,这种地质构造若发生地震,地基会发生不均匀沉降。在此种地质构造地带施工时,应采用桩基和加强基础的措施来加固地基。
2、使用科学的结构形式
目前,我国常用的建筑结构有:钢筋混凝土结构、砌体结构、钢混结构以及钢结构。防裂度和地区不同都是造成结构不同的主要因素, 通常钢筋混凝土结构的抗震能力相对较强,由于自身柔韧性较好, 所以钢筋混凝土在建筑物变形能力控制中,具有良好的承载能力。因此,在建筑结构设计中,必须根据抗震要求以及功能特征选用合理的结构方案,在审核结构体系中,也必须考虑结构侧移度,特别是高层建筑物结构设计。随着高层建筑结构高度增加,不仅会让建筑结构在地震作用以及其他负荷作用影响下增大水平位移,也会让建筑结构抗侧移的刚度增加。而对于不同的钢筋混凝土结构体系、组成方式、构建以及受力特征,在抵抗侧移刚度等方面都具有很大的差异性,所以在使用中,必须根据具体情况,选用合理的高度。
3、强化设计质量
由于地震具有超强的危害性,所以在地震设计时,必须注重各项影响因素。由于我国建筑设计水平相对落后,很多建筑结构使用的方案不够合理,在不能科学布置建筑结构方案的过程中,不仅增加了建筑成本和自身重量,也加大了地震危害。因此,在建筑抗震设计中,必须正确运用抗震理论,根据相关设计原则,不断保障或者提高建筑结构可靠性与安全性。具体原则包括:努力降低地震作用时结构位移与扭转,并且建筑结构必须拥有足够的刚度;结构构件承载能力相对较高,同时具有足够的耗能能力与延性。在这过程中,延性大说明变形能力相对较高,承载力与强度减小速度缓慢,不能有足够的空间吸收,还能耗散地震能量,从自身结构避免坍塌。
4、选择合理的建筑材料
在设计阶段,要进行抗震分析和计算,在选择建筑材料时,要对其参数进行可靠度分析,也要充分考虑材料参数的变异性,而且尽可能选择自振频率不同的材料,避免在地震作用时结构物局部或者整体发生共振,造成严重破坏。
5、合理的平立面布置
建筑物的动力性能基本上取决于它的建筑布局和结构布置。建筑布局简单合理,结构布置符合抗震原则,从而确保房屋具有良好的抗震性能。建筑物的平、立面布置宜规则、对称,质量和刚度变化均匀,避免楼层错层。对体形复杂的建筑物合理设置变形缝,在结构设计时要进行水平地震作用计算和内力调整,并应对薄弱部位采取有效的抗震构造措施,严格控制建筑物的高度和高宽比。
6、多道抗震防线的设置
这样可以避免在地震作用下,由于局部损坏而造成整个建筑结构的损坏,例如框架----抗震墙结构系统,抗震墙可以抵抗较大的侧压力,是第一道防线,当在地震作用下抗震墙发生破坏时,框架结构就起到抗震的第二道防线。 多道抗震防线可以极大的消耗地震能量,延缓或者减轻地震作用对高层建筑的损坏。
7、加强建筑物内部的薄弱部分
在高层建筑中,由于层数较多,建筑面积较大,难免存在一些受力比较大而比较薄弱部分,在建设过程中,要及时对薄弱部分进行加强,采取有效措施增强其强度和刚度,这样就可以极大提高其承载力,避免在地震作用下过早的屈服产生较大变形,导致建筑结构局部损坏或者整个结构的损坏。
8、保障结构的延性
(1)对于建筑结构当中柱、梁等构件,应该按照强柱弱梁的原则,增加柱子的抗弯能力。钢筋混凝土的框架在强震发生时,当地震威力致使建筑结构达到最大的非线性位移时,梁端的塑性铰的塑性转动会比较大。当柱端的塑性铰出现比较晚,那么建筑结构达到最大的非线性位移时它的塑性转动会比较小。这样就保证了框架有了比较稳定的塑性耗能构件。
(2)要提高结构的延性,还要采取强剪弱弯的措施。因为剪切对于破坏根本没有延性,如果某个部位一旦发生剪切破坏时,这个部位在整个抗震结构中的作用就会丧失,柱端发生剪切破坏,建筑结构的局部就会发生坍塌,局部坍塌有可能导致整个建筑物的坍塌。因此,要采取措施来增大梁柱和柱端的组合剪力值,保证任何构件在强震发生时都不会损坏其剪力。
总之,结构抗震设计有许多不确定或不确知的因素,很难做到对结构进行精确的抗震计算,并得到结构在地震作用下的真实反应。因此结构的抗震设计除了必须进行细致的计算分析外,要特别注重结构的概念设计。如选取对建筑抗震适宜的建筑场地,设计延性结构,采用轻质高强建筑材料,设置多道抗震设防,加强结构的整体稳定性,重视结构的抗震构造措施等方面,只有这样才能保证结构的抗震性能。
参考文献:
[1] 李鸣. 浅谈建筑结构抗震设计[J]. 科技致富向导,2013(6):330.
中图分类号:TU318 文献标识码:A
引言:由于开发商对于建筑物的地震破坏原因和破坏程度没有足够的了解,导致建筑物在抗震设计方面存在十分大的困难。所以,我们不仅要追求建筑物的造型美观,还有考虑建筑物的抗震设计。要为人们营造一个安全舒适的生活环境。针对地震问题我们要在房屋结构找突破点。只有设计出抗震、牢固的建筑结构,才能保障人类的人身安全。
一、房屋建筑结构设计相关因素分析
建筑物按建筑结构分类可分为:砌体结构、砖混结构、钢筋混凝土结构、钢结构等。建筑物结构形式的确定,与其抗震能力是密切相关的。相关的科学研究表明,在遭遇相同等级的地震灾害后,采用钢结构的建筑物受损坏的程度明显要低于钢筋混凝土结构的建筑物。日本也是一个多地震的国家,其钢结构的房屋建筑占全国建筑的半数以上,也是其在遭遇地震后人员伤亡较少的主要原因之一。目前,我国的建筑抗震系数系统依旧是不完善的,不能确保结构设计人员准确、有效地应用。历次地震灾害表明,影响抗震系数的因素是很多的,比如其抗震的等级、建筑物的类别、场地类别、建筑物总高度等。为了促进其实际工作的需要,应对各种相关因素和相关参数展开一系列的优化分析,得到一个最优的设计方案。房屋建筑的抗震性能与许多因素有关系,比如其建筑的体型设计。汶川地震震害表明 , 许多平面形状复杂 , 例如平面上的较大外凸和凹陷、不对称的侧翼布置等在地震中都遭到了不同程度的破坏。海城地震和唐山地震中有不少这样的震例。而平面形状简单规则、传力途径明确的建筑在地震中都未出现较重的破坏;有的甚至保持完好。上述情况表明,很多损害严重的建筑物的设计方案不是很合理,如果能够选择一个好的设计方案,震后损失可能会减小很多。
二、建筑结构抗震设计的要点
在我国,对于建筑物抗震设计的要求是采取“三水准设防、两阶段设计”的标准。在这种标准的影响下,建筑结构设计经历了柔性设计、刚性设计、结构控制设计和延性设计四个阶段。但是由于地震产生了很多不确定因素,导致建筑结构存在非常大的偶然性和复杂性,甚至还有计算模拟与实际情况的不符的情况出现,导致计算结果误差很大。所以,我们不仅要考虑建筑物良好的概念设计,还要提高建筑结构抗震性能。具备完善的建筑结构体系。一个良好的建筑体系,对于建筑业是十分有必要的。在实际的建筑抗震设计时,要注重依赖建筑结构体系的协同工作,从而使建筑物中的每个构件都能够共同工作。所以,这就需要建筑结构构件在允许受力的情况下不仅能够具有良好的耐久性,还要能够在高压,强力的作用下共同工作。在砌体结构的建筑中避免建筑结构单纯的依靠建筑结构自身刚度来承受载荷。充分提高建筑物材料利用率的协同工作。从建筑物抗震设计经验表明,材料的利用率越高,结构的协同工作能力也就越高。
三、建筑结构抗震设计中的主要问题
1、建筑结构体系的合理选择。建筑结构设计中最主要的一方面就是结构体系的选择,它的合理选择决定着建筑物的安全性。对于建筑结构体系的合理选择应注意以下两个方面的设计:(l)体系应具有合理的地震传递途径和明确的计算简图。在这个过程当中,房屋内部结构的布置,应使得更多的受力在主梁上,并且使垂直重力以最短的路径传递到主受力部位;竖向构件的布置,要让竖向构件的压应力接近均匀(2)建筑体系应具有合理的强度。一个良好的建筑物必须要有合理的强度进行支撑,一些建筑的薄弱部位要由合理的强度防止:在框架结构设计方面,要保证节点不受破坏,要使梁、柱端的塑性尽可能的分散;对于容易出现的薄弱环节,必须提高薄弱部位的抗震能力。
2、抗震场地的选择。抗震场地的选择直接影响建筑物的抗震设计工作,应选择有利的抗震场地,要避开对建筑抗震不利的地段。地震对于地面的危害是十分巨大的。地震造成的地裂和地表错动,直接使得房屋倒塌,结构损坏。所以,选择抗震场地不能选择易液化土地、软弱场地、状态明显不均匀等场地;如果不能避免不理的场地,可以采用适当的抗震措施进行加强强度:对于地震时有可能存在的地裂或者滑坡的场地,必须采取科学合理的措施进行稳定;如果地基需要建立在最近填土和土层十分不均匀或者软弱粘性土层时,必须采用桩基、地基加固和加强基础和上部结构的处理措施。
建筑工程选址应注意的问题:四川汶川地震的震害情况表明,那些建在断裂带上和断裂带沿线的建筑物都完全倒塌,破坏极其严重。因此,建筑物建设地点的确定是极其重要的,它是决定建筑物抗震性能的前提条件,只有正确的选址方案,才能保证建筑物满足建筑抗震设计的相关要求,保证其安全性、可靠性。选择建筑场地时应根据工程的实际需要和工程地质、地震活动情况等相关资料,选择对建筑物抗震有利的地段,避开对抗震不利的地段,严禁在地震断裂带及断裂带沿线附近建造甲、乙、丙类建筑物。应避开地震时可能发生山体滑坡、崩塌、地陷、地裂、泥石流等次生灾害地段。汶川地震发生时,北川老县城发生规模较大的山体滑坡,王家岩山体在地震作用下瞬间崩塌,崩塌的山体倾泻而下瞬间摧毁山下及周边的建筑物,北川老县城的 5个街区的大部分建筑物被厚厚的土体掩埋,造成大量人员伤亡。这样的结果不是靠提高抗震设防等级、提高建筑物的抗震性能和措施所能避免的。所以避开此类危险地段,才能避免因选址不当所造成的严重的人员伤亡和财产损失。
3、重视建筑平面布置的规则性。在建筑平面布置方面,应尽可能的采用抗震概念设计原则,不能使用严重不规则的设计方案。有关资料表明,对于一些楼板布局不够规范时,要采取相应的楼板计算模型;对于平面不规则、立体不规则的建筑结构,必须采用空间结构计算模型。结构的规则性具体分为三个部分:第一是建筑主体必须具备良好的抗压能力,侧力结构不能变形,要尽可能的均匀;第二是建筑主体抗侧力结构的平面布置,建筑主体抗侧力结构的布置要注重同一侧的强度要均匀;第三是建筑主体抗侧力结构的布置要与周围的结构具有相同的刚度,必须保障良好的抗扭刚度。总之,重视建筑平面布置的规则性对于建筑的抗震设计十分重要。
建筑物平面设计应该注意的问题:建筑物的平面布置规则与否、是否对称和具有良好的整体性,也是影响建筑物抗震性能的重要因素之一。例如酒店、公寓、商场、住宅、体育馆等不同建筑物的使用功能不同,其平面布置也千变万化,其柱距、开间、进深、隔墙的布置、楼梯的位置、电梯井的布置等也有很大差别,如果柱子、墙体等布置不对称、不规则,使得平面刚度急剧变化,遭遇地震后,将发生严重的扭转破坏。因此,建筑设计时,应使柱子和抗震墙(剪力墙)等抗侧力构件均匀、对称布置,刚度较大的楼梯间、电梯井应尽可能居中布置,不要布置在建筑物的转角处。要尽可能作到使结构的质量和刚度分布均匀、对称协调,避免突变,防止在地震作用下产生扭转效应。
4、建筑物竖向设计应该注意的问题
建筑物的竖向布置设计也将对其抗震性能产生巨大的影响。近些年来,由于国民经济的迅速发展,商场、写字楼等高层、超高层建筑越来越多,其要求底层或下面几层大开间、大空间,这就形成了建筑物下面几层柱子和抗震墙(剪力墙)较少,层间质量和抗侧刚度沿建筑物高度分布不均匀,在抗侧刚度较差的楼层形成了对抗震极为不利的薄弱层,在地震作用下,引起较为严重的破坏。汶川地震中,有许多底层框架—抗震墙砌体房屋底层柱子直接破坏,建筑物由原来的 4 层直接变为 3层。主要原因就是,沿着建筑物高度方向,质量和抗侧刚度发生突变,底层柱子较少,抗侧刚度较小,地震作用下,底层柱子直接坏掉。所以,建筑物的竖向布置设计时,应尽可能使其沿竖向的抗侧刚度分布比较均匀,抗震墙(剪力墙)并使其能沿竖向贯通到建筑底部,不宜中断或不到底,尽量避免某一楼层抗侧刚度过小,以避免在地震作用下,因薄弱层的存在引起建筑物的倒塌。
四、提高建筑结构抗震能力的建议
建筑结构抗震设计是在不断的实例验证中逐渐分析,日益总结归纳出来的。在目前的房屋建设当中,抗震设计是十分有必要的。所以,建筑抗震设计在建筑设计中应该引起十分重视。为了设计出高抗震性的建筑物,在我看来需要注意以三点:第一,科学合理的建筑布局是不可缺少的,于此同时还有保证各个主要受力物体处在同一平面,在地震来临时要能禁得住压力。在墙段没有发挥作用之前,需要依照“强墙弱梁”的标准实施加强建筑物的承受力,防止地震强大的破坏力。第二,要按照不同的抗震等级,对梁、柱以及墙的节点使用相对应的抗震措施,确保建筑结构在地震作用下达到相关标准。为了保障钢筋混凝土在地震作用下不受破坏,要科学合理的添加合适的化学试剂,加强混凝土的强度与刚度,还有注意构造配筋的要求,尤其是要加强节点的构造措施。第三,必须设置多层抗震防线,一个良好的抗震体系对于地震的压力是十分重要的。抗震体系就如果人类身体的三道防线,不同等级的地震采取不同的防线。第一层不行,还有多层防线保护。这样的保护体系对于防震将是十分有效的。
五、结语
通过多年对于建筑结构抗震设计的研究,我国已经逐渐形成了自己的一套较为先进的、有效的抗震设计方法并日趋成熟,但是也有很多不足之处,需要我们在实践中加以完善。总之,要确保建筑结构中抗震设计能高效完成,应在遵循相关建筑抗震规范要求的原则上,进行科学的、合理的设计,确保建筑物具有稳定的、可靠的抗震性能,达到建筑物小震不坏、中震可修、大震不倒的标准。我们有理由相信,随着相关技术人员抗震设计水平的不断提高,我国的建筑工程结构抗震设计也会迈上更高的台阶。
参考文献:
地震是一种破坏力较强的自然灾害,主要损害建筑结构,进而导致承重构件或地基失去作用。现阶段,人们还不能深入的认识到地震的损坏机理,直接影响了抗震计算的精确性。概念设计是一种指导总体方案开展的方法,良好的概念设计不仅给日后建筑工程结构计算及工程造价等奠定基础,同时还实现了抗震设计的目的,具有较广的应用意义,必须及时进行分析。
1.建筑抗震设计
目前随着经济的发展,抗震结构设计已经呈现出新的发展趋势,可利用基于性能结构抗震现场理论、材料抗震模糊可靠度等方法进行建筑抗震设计。但是建筑地震灾害依然在反复发作,虽然很多建筑设计师已经认识到以上技术的局限性,但是由于建筑结构还会受到地形、规划、工程造价、施工技术等多方面因素影响,导致“概念设计”开始被人们重视起来,并加大了对其的研究。概念设计不仅完善了建筑结构,同时综合全面的分析了地震所产生的影响,掌握了地质活动破坏机制,并可以综合全面的了解抗震设计规范与准则,在长期实践中还可以不断提升建筑结构的抗震水平。
2.建筑结构抗震概念设计遵循的原则
2.1建筑选址并确定地基稳定条件
合理的规划选址已经成为建筑设计成功的基础,对建筑结构抗震设计整体质量具有很大影响。实际操作中要求规避地震不利地段,尽量选择安全稳定的建筑场地,如果受各方面因素影响,导致实际操作中无法避开不利地段,必须结合实际情况采取针对性的措施,提高地基稳定性与安全性。现有基础设计规范中明确指出,结构单元中个别应地质因素而采用天然地基或桩基的做法不可取,尤其是不允许在地震高发段建设建筑物。地震作用力较强,一般会引起承载力降低或出现基土液化,进而影响了地基稳定性,容易出现建筑开裂、倾斜和倒塌等问题。同时受地震影响所产生的滑坡、泥石流等情况也与建筑选址密切联系,保证建筑基础稳定已经成为提高抗震力的核心条件。
2.2选择有利于建筑的立面或平面
为了避免地震发生时产生应力集中、扭曲或塑性变形等问题,要求建筑平、立面必须合理设置,一般要求建筑物的平、立面布置对称,同时质量和刚度均匀,尽量避免楼盖错层。实际操作中可从两反面操作,一方面,不设抗震逢,对建筑物进行结构抗震分析,了解局部应力和变形集中及扭转等的影响,并采取加强措施进行处理。另一方面,设置抗震缝,将建筑物划分为很多结构单元,可结合抗震设防强度、材料种类、结构型号及单位布置,并留有足够的宽度,要求伸缩缝与沉降缝满足防震缝要求。控制好建筑刚度与质量变化,各个楼层不能错层,条件允许时可在每层设置防震缝,可根据建筑结构实际情况设置。一般体型结构复杂的建筑必须给其设置计算模型,并展开抗震分析。
2.3选择科学合理的抗震结构体系
抗震结构体系要求从建筑重要程度、房屋高度、地基基础、技术、经济及使用等多方面进行判断。通常选择建筑结构体系时,必须满足以下条件:(1)具有详细的计算简图,并有恰当的传递地震途径;(2)具有较强的强度、耗能及变形能力;(3)设置多道地震防线,避免部分结构或构件对整体构件造成影响;(4)控制好强度与刚度,避免局部形成薄弱部位或者应力或塑性变形集中;(5)控制好结构在两主轴之间的动力特性。设计构件连接时,要求满足以下条件:(1)构件节点强度不能低于连接构件强度;(2)装配结构连接整体性必须得到保证;(3)预埋件锚固强度不能低于连接构件强度。选择抗震结构构件时,要求满足以下要求:(1)砌体结构必须结合施工要求,合理设置混凝土圈梁与构造柱,提高结构抗震水平;(2)设置钢结构构件时,要求控制好其尺寸,避免出现局部或整体构件失稳;(3)混凝土结构构件必须合理选择尺寸,配置好箍筋与纵向钢筋,避免剪切在弯曲前破坏,同时要求混凝土压溃先于钢筋屈服、钢筋锚固粘接在构件破坏前损坏。
2.4计算校核的必要性
目前计算机辅助设计系统已经广泛应用到结构设计中,而且应用范围较广,实际分析中,可应用计算机相关软件完成设计与校核。软件是辅佐校核的工具,实际操作中为了提高校核效果,必须由具有丰富经验的结构设计技术人员分析,同时掌握软件的适用范围、条件、计算模型等,深入理解设计规范,而且要端正自己对待工作的态度,只有如此,才能反复进行验证,进而将精确校核的计算结果成功应用到工程项目建设中。
3.正确处理主体结构与非承重结构的关系
主体结构与非承重结构关系的处理已经成为抗震设计的基础,具有减少地震损失及避免附加震害的作用。附属结果构件要求必须与主体结构或锚固稳定连接,避免实际操作中出现设备损害或砸到人员等问题出现。设置围护墙与隔墙时,必须综合考核结构抗震所产生的不利影响,避免设置不恰当损害主体结构。例如,厂房柱间或框架填充不完整时,就会损坏柱子。此外,吊挂件、装饰贴面与幕墙均要与主体合理连接,避免地震时造成人员伤害。
4.控制好材料与施工质量
材料选择与施工质量控制对抗震结构设计具有很大作用,不仅提高了施工质量,还保证了其他工序的顺利开展。目前抗震结构设计中已经对材料与施工质量提出了要求,必须在设计文件中明确,具体操作如下:(1)黏土砖等级要求不低于MU10,同时控制好砌筑砂浆强度与等级,不呢低于M5;(2)混凝土抗震与强度等级均使用一级框架梁、柱与节点,要求不能低于C30,芯柱、基础与圈梁不应低于C30,其他构件不能低于C20;(3)混凝土小型砌块强度控制在MU7.5,要求砌筑砂浆强度在M7.5以上;(4)控制好钢筋强度,要求纵向钢筋使用Ⅱ、Ⅲ级变形钢筋,箍筋为Ⅰ、Ⅱ热轧钢筋,构造柱与芯柱使用Ⅰ、Ⅱ级钢筋。进行钢筋混凝土结构施工时,由于实际设计中缺少规定的钢筋型号,使用其他规格型号的替代时,不能使用屈服强度较高的钢筋替代原始钢筋。实际替换中可结合截面实际屈服强度合理换算,并要求替代后构建曲面屈服强度不能超过原截面屈服强度。此种操作的主要目的是减少了薄弱部位转移,避免了混凝土脆性损坏,如剪切破坏或混凝土压碎等问题。
5.结语
建筑结构抗震设计时一项较系统的工程,改变以计算为中心的传统设计、评估与校核,实现了设计者多年经验与设计规范的结合,避免了盲目开展计算工作,对抗震设计创造了独特的发展空间,并真实展现了结构的实时情况,进而科学合理的进行抗震设计。
作者:柴梅卿 单位:国家林业局西北林业调查规划设计院
参考文献
[1]张松林.浅谈建筑结构抗震概念设计的进展[J].江苏建筑,2015,(04).
[2]黄传刚.浅谈房屋建筑中结构抗震概念设计的运用分析[J].科技创业家,2014,(07).
1)建筑结构的平面布置。建筑结构的平面布置是影响结构抗震的重要因素,合理的建筑平面布置对建筑结构设计是至关重要的。大量地震灾害表明,平面布置简单、对称规则、质量和刚度分布比较均匀并且具有明确传力途径的建筑结构在地震时不容易发生破坏。规则结构能较为准确地预估结构的作用效应和地震时的反应,较容易采取有效的抗震措施及相应的结构措施来加强其抗震性能。相反,平面布置复杂、不对称且不规则的结构,其地震作用效应很难估计的。因此,高层建筑结构中规范规定,宜采用规则结构,不应采用严重不规则的结构。
2)建筑结构的体系选择。高层建筑结构设计中,就优先采用具有多道防线的结构体系。例如:框架—剪力墙结构、剪力墙结构和筒体结构。这三种结构可以作为地震区高层建筑的首选体系。当建筑物高度不高且层数不多时,可采用框架结构。但当建筑物位于地震区,且高度均较高时,应避免采用框架结构、板柱剪力墙结构。因为,地震具有强破性且持续时间很长,往复次数较多,能够对建筑物造成累积破坏。单一的结构体系在遭遇地震时,一旦发生破坏,很容易造成房屋倒塌,危及人们的生命及财产的安全。当结构体系具有多道防线时,当遭遇地震时,第一道防线遭破坏后,后续的防线仍然能抵抗地震的冲击力,可以最低限度的防止建筑物的倒塌,给人们以充分的时间进行逃生,保证人民的生命安全。因此,高层建筑结构抗震设计中的多道防线是进行抗震设计时所必须设置的。
3)结构薄弱层。当建筑结构的侧向刚度分布不均匀、竖向抗侧力构件不连续和楼层承载力突变时,容易产生薄弱层。薄弱层在地震中是最先遭受破坏的部位。因此,对有明显薄弱层的结构,应采用相应的抗震构造措施来提高其抗震能力。结构构件的实际承载能力是判断薄弱层部位的基础,有意识、有目的地控制薄弱层部位,让它有足够的变形能力,而且不使薄弱层发生转移是提高结构抗震性能的重要手段。
2高层建筑抗震设计常见问题
1)高层建筑结构的地基问题。高层建筑结构在设计阶段,应有完善的岩土工程勘察报告,为结构工程提供基本的设计依据。建筑结构场地应选择在有较稳定的基岩、开阔、平坦、土层坚硬或较密实的有利地段,不应建造在容易发生滑坡、地陷、崩塌和泥石流等不利地段及抗震的危险地段,有利地段的建造对建筑物的抗震是十分有利的。有时由于建设单位工期要求,在确定方案后设计人员就直接进入了施工图设计阶段,从而忽略了岩土工程勘察资料和场地的选择,从而给后续工作带来不必要的麻烦。
2)高层建筑结构平面布置问题。高层建筑为了追求外立面效果的美观而设计成平面不规则、不对称且有较大凹进或较大开洞的结构,这种结构对抗震十分不利。因此,在建筑方案正式确定前,结构工程师就应对建筑平面布置、体型方面的内容提出自己的见解,及时和建筑师进行沟通,尽量选用平面、竖向规则对称、质量和刚度、承载力均匀的平面布置,这对抗震十分有利。
3)高层建筑结构的高度问题。如今的高层建筑结构的高度越来越高,甚至出现了很多超高层的高层建筑,这就对结构工程师的专业知识提出了更高的要求。不同的高度对应不同的结构体系,规范上有明确规定。一旦结构超过了规范规定的限制高度,就应通过专门的审查、论证进行更严格的计算分析和研究。
4)高层建筑抗震设防等级的选取问题。抗震等级是结构抗震设计的重要依据,抗震等级选取不当将给建筑物的安全带来许多隐患,对工程造价也会带来不必要的浪费。抗震等级根据房屋的场地类别、抗震设防烈度、建筑高度、结构类型等因素综合评定。每个结构工程师应当熟练掌握结构的抗震概念设计和规范知识,做到该提高的应当提高其抗震等级,该降低则应适当降低。
5)计算软件的合理应用。高层建筑结构抗震设计时,应该应用正规的结构设计软件进行设计,软件中的各个参数指标能够正确反映建筑物的特征。结构工程师能正确分析结构软件所计算的结果,并做出正确的判断。但有时计算机设计会给结构工程师带来一种错觉,有的结构工程师往往过分依赖计算结果,而减少了结构的概念学习。一旦选择了错误的计算参数,就会导致结构设计出现问题,对结构的安全和经济方面造成影响。因此,结构工程师应加强自身的业务学习和抗震概念设计的理解,做到熟练掌握相关的结构概念设计,并且根据自身的专业知识配合计算结果选择最佳的结构设计方案。
2抗震性能化设计的实例
2.1工程概况
本工程位于内蒙古乌海市乌达区经济开发区内,本单项为内蒙古东源科技有限公司年产72万吨/年电石项目3#配料站,建筑高度23.2m,该地区抗震设防烈度为8度,设计基本地震加速0.2g,建筑物安全等级为二级,建筑物设防类别为标准设防类别,结构抗震等级为二级,设计使用年限为50年,建筑物场地类别为Ⅱ类,基本风压为0.75kN/m2,地面粗糙度为B类。本工程特殊之处在于全厂物料运输枢纽,连接三条钢栈桥,其中一条栈桥在19.1m层楼面处,10.000m-16.200m为石灰和碳材料仓,共约840m3,料仓的跨高比小于2.5,本结构层具有较大质量,收进约30%的情况下仍是下层质量的1.2倍。
2.2本工程超限情况
本工程超限情况如下:
①扭转不规则,在规定水平力下考虑偶然偏心Y方向最大层间位移与平均层间位移的比值:1.32。
②竖向刚度不规则,局部收进水平尺寸大于相邻下一层的25%。综合判定属于特别不规则结构。
2.3抗震性能目标设定
由于本项目的超限情况和全厂的重要性,除按照规范的要求及目标进行计算和设计外,提出了基于性能的抗震设计。综合考虑抗震设防类别,场地条件和结构的特殊性,震后损失和修复的难易程度,确定结构的性能目标为D级。在多遇地震作用下结构能做到完好无损,不需修理即可继续使用(性能水准1级),在设防烈度地震作用下结构只有中等破坏,修复后可继续使用,(性能水准4),在预估的罕遇地震作用下,结构损坏比较严重,需排险大修,但不倒塌(性能水准5)。具体抗震性能目标。
2.4小震弹性计算结构及分析
小震弹性计算按照正常设计,采用整体建模,考虑偶然偏心,双向地震,扭转耦联,及施工模拟,在抗震规范规定的地震影响系数曲线下,多遇地震标准值作用下楼层最大水平位移与层高之比小于1/550。作用组合的效应设计值按照1.2(DL+0.8LL)+1.3SEhk组合下抗震承载力满足弹性。(本工程重力荷载代表值的可变荷载组合系数0.8)构件配筋无超筋现象,轴压比,梁混凝土的相对受压区高度均能符合我国规范要求。
2.5中震计算结构及分析
按照“中震可修”的原则:和本工程的特点。需要对中震作用下主要抗侧力构件的承载力进行复核,以便确定其能达到设定的性能指标。取其中一个关键构件验算内容及结果如下:由于结构已经进入弹塑性状态,采用pushover推覆分析法,验算在1.0D+0.8L+1.0SEhk工况下的受力情况,其中一个料仓下的框架柱验算正截面结果如表2,其中材料强度取标准值。根据结果显示承载力满足设计要求。在设防地震标准值作用下,楼层最大水平位移与层高之比最大为1/170,也在规范要求3~4倍的[Δue]区间内,地震破坏等级可满足要求。
2.6大震计算结果及分析
按照性能化设计,罕遇地震作用下,按照弹塑性分析和SATWE软件对等效弹性计算,取结果较大值,关键构件的抗震承载力不屈服,允许较多竖向构件(40%)进入屈服阶段,关键构件的验算方法与中震验算方法相同,结果宜满足设计要求。性能水准5允许部分框架梁发生严重破坏,钢筋混凝土竖向构件的受剪截面应符合式VGE+V*EK燮0.15fckbh0。取其中一个关键构件进行斜截面承载力验算结果,其中材料强度取标准值。在预估的罕遇地震标准值作用下,楼层最大水平位移与层高之比最大为1/63,规范要求小于[Δup],在此范围内,表面结构整体不会倒塌。
2.7工程结论
综上所述,本工程通过性能设计及弹塑性时程分析,计算结果表明本工程各项指标达到预定的抗震性能目标,所选结构体系合理、安全、可靠,能满足“小震不坏,中震可修,大震不倒”的设计要求。