建筑结构抗震设计浅析

摘要:20世纪80年代以来,人们提出了“建筑抗震概念设计”。本文根据多年工作经验,就建筑抗震设计要求及其验算进行了浅述分析。

Abstract: Since 1980s, the "concept of anti-seismic design was put forward". Based on years of work experience, this paper briefly analyzes anti-seismic design requirements and checking.

关键词:建筑结构;抗震设计;抗震验算

Key words: building structure;seismic design;seismic calculation

中图分类号:TU352文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)13-0084-01

0引言

20世纪80年代以来,人们提出了“建筑抗震概念设计”。所谓“建筑抗震概念设计”是指根据地震灾害和工程经验等所形成的基本设计原则和设计思想,进行建筑和结构总体布置并确定细部构造的过程。我们掌握抗震设计概念,将有助于明确抗震设计思想,灵活、恰当地运用抗震设计原则,使我们不致陷于盲目的计算工作,从而做到比较合理地进行抗震设计。

1建筑抗震设计要求

1.1 对场地、地基和基础的要求选择建筑场地时,应根据工程需要,作出综合评价。选择对抗震有利地段,避开不利地段,无法避开时,应采取有效措施。为避免建筑物发生“共振”破坏,应尽量使地震动卓越周期与待建建筑物的自振周期错开,减少地震能量输入。从地震的调查结果看,存在“共振”破坏,同一场地,地震会“有选择”的破坏某一类型建筑物而“放过”其它。例如1976年唐山地震时,天津东郊工业区同为软土地带,大量较柔的单层钢筋混凝土结构厂房破坏严重,而较刚的多层砖房破坏轻微,传统上,我们总认为“钢筋混凝土比砖混”结实,而这一案例则与其相反,刚好证明了“共振”破坏的存在。再如1985年黑西哥太平洋岸发生8.1级地震,共有164幢6～20层的房屋倒塌;其中5层以下房屋破坏轻微,23层以上的大楼也未破坏;特别是高度达181m,自振周期为3.9s的42层拉美大厦,基本没有损害。该次地震持时22s,周期2s,加速度a≥0.1g。均证明了存在“共振”破坏,所以,在选择场地时,要尽量避免。《抗震规范》规定,建筑场地类别根据土层等效剪切波速和场地覆盖层厚度分为4类,见表1。表1中vs为岩石或坚硬土的剪切波速;vse为土层等效剪切波速,可根据实测或按下式确定:vse=。地基和基础设计应符合以下要求:①同一结构单元的基础不宜设置在性质截然不同的地基上;②同一结构单元不宜部分采用天然地基,部分采用桩基;③地基分为软弱粘性土、液化土、新近填土或严重不均匀时,应估计地震时地基不均匀沉降或其他不利影响,并采取相应措施。

1.2 选择对抗震有利的建筑平面、立面和竖向剖面建筑抗震设计应符合抗震概念设计的要求,不应采用严重不规则的设计方案。建筑及其抗侧力结构的平面布置宜规则、对称,并应具有良好的整体性;建筑的立面和竖向剖面宜规则,结构的侧向刚度宜均匀变化,竖向抗侧力构件的截面尺寸和材料强度宜自下而上逐渐减小,避免抗侧力结构的侧向刚度和承载力突变。1990年江苏常熟发生 里氏5.1级地震,震中区那些平、立面布局不合理,门窗洞口过多、过大,大开间,大进深房间太多的二、三层砖混结构房屋遭到严重破坏,造成了很大的损失。

1.3 选择技术和经济合理的结构体系结构体系应根据建筑的抗震设防类别、抗震设防烈度、建筑高度、场地条件、地基、结构材料和施等因素,经技术、经济和使用条件综合比较确定。结构体系应具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径,避免因部分结构或构件破坏而导致整个结构丧失抗震能力或对重力荷载的承载能力。要具备必要的抗震承载力,良好的变形能力和消耗地震能量的能力。对可能出现的薄弱部位的结构体系,应采取措施提高抗震能力。另外,结构体系宜设置多道抗震防线。

2地震作用与结构抗震验算

目前,在我国和其他许多国家的抗震设计规范中,广泛采用反应谱理论来确定地震作用,其中以加速度反应谱应用最多。如果已知体系的自振周期,利用反应谱曲线和相应计算公式,就可确定体系反应加速度,进而求出地震作用。采用振型分解反应谱法时,不进行扭转耦联计算的结构,应按下列规定计算其地震作用和作用效应:

2.1 构j振型i质点的水平地震作用标准值,应按下列公式:

Fji=αj・γjyj・xji・Gi (i=1,2,…n;j=1,2,…,m)(1)

γ=(2)

式中:Fji 为j振型i质点的水平地震作用标准值;αj为相应于j振型自振周期的地震影响系数;xji 为j振型i质点的水平相对位移;γ为j振型的参与系数。

2.2 抗震验算时,结构任一楼层的水平地震剪力应符合下式要求:VEKi>λG(3)

式中:VEKi为第i层对应于水平地震作用标准值的楼层剪力;λ为剪力系数,不应小于表2规定的楼层最小地震剪力系数值,对竖向不规则结构的薄弱层,尚应乘以1.15的增大系数;G为第j层的重力荷载代表值。

3结语

应当指出,强调抗震概念设计,是为了给抗震计算创造有利条件,并非不重视数值设计,要灵活、准确的按照建筑结构抗震基本要求进行设计施工,以做出经济、合理地且能实现功能目标的建筑结构抗震设计,节约成本,达到抗震要求,追求双赢。

参考文献:

[1]朱镜清.结构抗震分析原理[M].地震出版社,2002,11.

[2]丰定国,王社良.抗震结构设计[M].武汉:武汉理工大学出版社,2003.