时间:2023-02-28 05:55:19
【关键词】建筑设计,抗震设计,重要作用
中图分类号:S611文献标识码:A 文章编号:
一.前言
建筑设计中的抗震设计,关乎民生,关乎经济发展,社会稳定,对房屋建筑实施结构设计,主要涉及对建筑高度,承载力,总体结构,各个部件的性能规划等一系列的因素,要求通过对各个构件和整体规划的基础上,既实现满足居民生活生产保障安全的需要,又具有值得欣赏的美学价值。增强房建结构的抗震设计,必须综合考虑地基,房屋的结构体系选择,综合布局等多方面建设因素,是一项及其专业,严谨,复杂的高技术工作。
二.建筑设计和抗震设计的作用和关系分析
建筑设计对建筑抗震起重要的基础作用。建筑的结构设计难以对建筑设计有很大的改动,建筑设计已经初步形成了,建筑结构就必须按照原则服从建筑设计的要求。设计师在建筑方案能够全面的考虑到抗震设计的要求,那么结构设计人员按照建筑方案对结构部件进行科学、合理的布置,保证建筑结构质量与结构刚度均匀分布,结构受力和结构变形共同协调,提高建筑结构抗震性能和抗震承载能力;如果建筑方案没有考虑到抗震的要求,直接给结构抗震设计带来更大的难题,建筑布局设计限制结构抗震布局设计。为了进一步提高结构部件抗震承载能力,就必须增大结构构件的截面面积,这样又会造成很多不必要的浪费。所以,在建筑抗震设计的过程中建筑单位要对建筑体型设计、建筑平面布置设计、屋顶建筑抗震设计等问题加以关注。
三.我建筑抗震设计的现状
在建筑抗震设计领域,虽然我国在近年来有了长足的发展,但是,相比西方发达国家而言,发展缓慢,尤其是在抗震设计上,没有能够正确的处理好建筑设计和抗震设计的关系,虽然引进了一些西方欧美抗震设计理念,但缺乏符合本国实际的理论技术创新。很大方面存在着缺陷,主要表现在以下几个方面。
1.建筑抗震设计中缺乏科学规范的理论指导,缺乏实际经验的积累;我国对地质地震的认识尚不够完善,对地震的成因,预测,防治研究不够深入,地震防治规范不够科学。因此,在进行建筑结构抗震设计时候,缺乏一定的科学依据,或依据的是不完善的理论。因此,难以在建筑结构设计中完美融合防震设计理念。
2.建筑抗震设计中,设计立足于固定参数,而忽视了实际情况,设计完全依据“计算设计”完成。而且将一定的地震或力学参数做出固定的规范,比如,在我国地震设计研究中,把地震的降级系数统一规定为2.81,将小震赋予固定统计意义。而小震多用于结构设计中,结构截面承载能力设计和变形的检验计算,需要依据一定的实际情况而行的。
3.设计中,没有能够深入研究地震对建筑结构破坏的层次和顺序,难以做到重视主体的设计而兼顾细节问题。没有能根据实际情况灵活变通的运用抗震设计准则。
四,我国建筑结构抗震设计标准
1.我国的建筑结构抗震设计要遵循中华人民共和国GB 500112010建筑抗震设计规范。辩证灵活运用其中抗震设计原则,严格执行设计施工标准,借鉴其中经验,结合房建本地实际,科学设计。
2.要坚持实施多级防震措施。传统房建结构多采取的是三级设防措施,即小震不坏、中震可修、大震不倒。但在新的时期,房建结构必须是采取的多级设防模式,保护建筑主体抗震能力,减轻经济损失,使得建筑抗震中更加安全。
3.将概念设计理论和基于性能的设计理论相结合。结合建筑结构设计施工地的具体实际情况,做出科学严谨勘探,掌握第一手资料,综合分析考虑,做出最优势的战略设计组合。
五.建筑设计在建筑抗震设计中的几个主要设计问题
1.建筑体型设计问题
建筑体型包括建筑的平面形状和立体的空问形状的设计。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、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,尽量避免不对称的侧翼和过长的侧翼,在体型布置上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而引起建筑物在抗震时发生扭转反应。在建筑设计中,为了建筑立面美观和艺术上的创意,复杂的建筑体型是难以避免的,但是,在设计时一定要把建筑艺术、建筑使用功能同结构抗震安全很好地结合起来。
2.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,同时它与建筑抗震关系很大,因此从概念上要解决的一个核心问题是,建筑平面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。在墙体布置上要均匀对称;在抗震墙(剪力墙)布置上尽量与结构抗震要求相结合;对刚度很大的楼、电梯井简要居中布置,避免偏心扭转地震效应。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基础作用。
3.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物沿高度(沿楼层)建筑结构的质量和刚度分布设计上。在工业和民用建筑中,无论单层和多层都存在此类问题。在建筑设计中,尽可能使建筑物沿竖向的刚度分布比较接近,应特别重视使剪力墙布置比较均匀并使其能沿竖向贯通到建筑底部,不应中断或不到底;尽量避免某一楼层刚度过小;尽量避免产生
4.屋顶建筑抗震设计问题
设计高层和超高层建筑时,屋顶建筑抗震设计也是整个设计的一个重要环节。近几十年来,从多数高层建筑抗震设计评定结果看,屋顶建筑设计还存在一些问题,例如:屋顶设计较高或者设计过重。屋顶设计较高或者设计过重,无形当中加大了屋顶建筑变形,而且地震作用也加大了,尤其对自身和屋顶之下的建筑物的抗震作用都不利。有时屋顶建筑的重心和屋顶之下的中心不在同一直线上,如果屋顶的抗侧力墙和屋顶之下的抗侧力强出现间断,在地震发生时,带来的地震扭转作用也会更严重,对抗震更不利。所以,进行屋顶建筑设计过程中时,应该最大限度的降低屋顶建筑的高度。选用强度较高、轻质、刚度均匀的材料,使得地震作用传递不受阻碍;屋顶重心和屋顶之下的建筑中心在同一直线上;如果屋顶建筑非常高,屋顶建筑就必须具有较强的抗震性,让屋顶建筑地震作用和突变降低到最小,尽量避免发生扭转效应。
六.结束语
建筑行业关系到我国的经济发展和社会稳定,关系到国民的生命财产安全,加强建筑抗震设计,设计,提高抗震能力,是促进社会和谐稳定的客观要求。因此实施科学合理的设计方法,科学处理建筑设计和抗震设计的关系。建筑设计是整个建筑抗震设计的重要环节,二者存在着密切的联系,共同为提高建筑整体抗震性能提供了强大的支撑。在进行建筑的抗震设计时候,必须要将建筑的建筑设计和结构设计综合协调起来,实现二者的配合,共同为建筑整体的抗震设计发挥出更强大的作用。
参考文献:
[1] 蒋山 浅谈建筑设计在建筑抗震设计中的作用 [期刊论文] 《中国房地产业》 -2011年10期
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[3] 曾锐 重视建筑设计在建筑抗震设计中的作用 [会议论文] 2003 - 中国铁道学会铁路房建管理会议
[4] 程宇 建筑设计在建筑抗震设计中的分析 [期刊论文] 《城市建设理论研究(电子版)》 -2011年36期
[5] 李建平 建筑设计在建筑抗震设计中的作用 [期刊论文] 《安徽建筑》 -2004年5期
[6] 宫玲君 论抗震设计在建筑设计中的意义与策略 [期刊论文] 《科技风》 -2009年16期
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【关键词】楼梯;建筑抗震;刚度;影响;分析
中图分类号:TU973+.31 文献标识码:A 文章编号:
一.引言
楼梯是建筑的一个重要组成部分,是最重要的疏散工具,在抗震防灾中起着举足重轻的作用。所以楼梯的设计是十分重要的工作,楼梯设计的好坏也直接影响到建筑的抗震能力。从地震被损坏的钢筋混凝土结构房屋来看,其中一个特点是楼梯构件的破坏,影响了逃生通道安全,造成人员伤亡。根据2008年汶川地震震害的相关报告,楼梯对结构安全以及疏散时人身安全的意义非常重大。因此,我们有必要认真研读规范的有关要求,结合工程实际情况,认真对待抗震设计时的楼梯设计。
二.抗震设计楼梯参与结构计算的重要性
现代建筑工程抗震性能的需求要求建筑工程设计过程中必须考虑抗震设计楼梯参与结构计算工作的重要性。以抗震楼梯设计对建筑物主体结构抗震性能的促进作用促进建筑物的抗震性能提升。建筑工程设计单位应根据现代建筑工程设计过程中楼梯设计对建筑物主体工程的影响强化抗震设计楼梯参与结构计算工作,实现建筑物抗震性能的提高,促进现代建筑工程设计目标的达成
在现代建筑工程的设计中,钢筋混凝土框架结构所具有的优势使得其在现代建筑工程的设计中有着极为广泛的应用。在钢筋混凝土框架结构中,楼梯能够对楼梯间结构起到斜撑作用,增加主体结构的刚度。在传统的结构设计中,由于计算方式与设计理论的限制使得楼梯及楼梯间不参与整体结构的计算。随着现代建筑设计理论的日趋成熟以及建筑物抗震等级要求的不断提高,建筑工程抗震楼梯设计参与整体结构计算已经纳入相关规范要求。在抗震楼梯与楼梯间增加刚度的同时,还应与水平隔板、楼盖板等做好链接,以此形成整体、提高建筑物的抗震性能。在汶川地震震后调查中,楼梯梯段板断裂的情况非常普遍,严重影响了震后的自救与救灾。而且,楼梯系统的断裂也造成了对主体结构抗震性能的影响,造成了余震中建筑物抗震性能的下降。
三.楼梯和结构主体
楼梯对主体结构的影响主要表现有两个方面,楼梯对竖向构件的影响以及楼梯自身的传力。由于楼梯传力,竖向构件往往会出现短柱或错层。而楼梯本身传力需得到保障,从而实现疏散功能。
理论研究以及一些震害调查表明,楼梯对主体结构的影响大小,主要取决于楼梯与主体结构的相对刚度比。主体结构整体刚度越大,比如抗震墙结构,框架一抗震墙结构,由于结构主体自身的刚度很大,整体性能好,楼梯刚度对于主体而言相对很小,那么它对主体影响就很小,有时可以忽略不计;而当采用框架结构,装配式结构,特别是砌体结构的时候,楼梯对其主体的影响就不容小视了,在多遇地震作用下,结构基本是处于弹性工作状态,填充墙、砌体承重墙没有开裂或者开裂程度不高,刚度尚未退化,楼梯刚度在主体结构中依旧可以认为不大,而在超出设防烈度及罕遇地震的时候,结构一般进入弹塑性状态,墙体开裂,刚度骤然降低,楼梯刚度在主体刚度中所占的比重就越加增大,现浇梯板可视为刚性楼板,承担传递水平地震作用的重任,从而导致楼梯梯板拉裂,楼梯间短柱破坏,最终导致主体破坏甚至坍塌。
经过工程实例对比发现,楼梯构件是否参与结构整体计算,不仅影响地震作用效应的计算结果,也可能由于改变恒载、活载的传递途径而对相关构件计算产生影响。
对比发现当其他区域荷载小于楼梯间时,不考虑楼梯影响计算结果显示位移比较大,考虑楼梯刚度后刚心与质心的重合程度有所改善,位移比有所减小。
结合条文说明,规范允许根据不同的具体结构,判断楼梯构件对整体的可能影响很大或不大,然后区别对待,并不要求一律参与整体结构的计算,但楼梯构件自身应计算抗震。现行规范对钢筋混凝土结构楼梯间抗震设计的基本要求可归纳为:是否参与整体抗震计算,视情况而定;楼梯构件应进行抗震设计计算;加强楼梯间填充墙与主体结构的拉结。
由于地震动的不确定性、地震的破坏作用、结构地震破坏机理的复杂性,以及结构计算模型的各种假定与实际情况的差异,.目前,依据所规定的地震作用进行结构抗震验算,不论计算理论和工具如何发展,计算怎样严格,计算的结果还是比较粗略,过分地追求数值上的精确是不必要的。然而,从工程的震害看,这样的抗震验算是有成效的,不可轻视。
四.楼梯抗震设计的几点建议
考虑楼梯对主体结构的影响时,应根据主体结构与楼梯的侧向刚度大小,采取相应的设计措施:
1.楼梯采用现浇式或者装配整体式混凝土结构,不应采用装配式结构。
2.对框架结构,砌体结构及其他整体性不好的结构,结构计算中应注意考虑楼梯对主体结构的影响和主体结构对楼梯的影响,采用包络设计的方法。基于现行规范,在对结构进行规则性判断和位移计算时,可不计楼梯的影响。而构件设计则需要考虑楼梯的作用,按计入和不计人楼梯分两种情况进行设计。
3.对主体结构刚度很大,整体性较好的结构,如抗震墙结构、框架一抗震墙结构等,一般不考虑楼梯的影响,不过在结构平面布置时,应重视楼梯间周围的竖向构件,类似于电梯井,尽量使抗震墙位置合理,这样,既可以使楼梯对主体结构的影响减小,同时也保护了楼梯构件。
4.需特别注意设置楼梯形成的框架短柱或错层柱,柱箍筋除应满足计算要求外,箍筋应全高加密,宜按抗震等级提高一级配置。
5.楼梯处梁上立柱时,柱子截面一般都很难做大,但该柱也应按照框架柱要求设计,保证其截面面积不小于300mmX300mm,柱最小边长不应小于200mm,并相应增加另一边高度。£在以往的设计中,当底层无地下室时,楼梯直接支撑在孤立的楼梯梁上,而根据震害调查发现,此做法不妥,地震时楼梯板吸收的水平地震作用在楼梯梁处的水平传力路径中断,孤立的楼梯梁很难担当由梯板传递的水平推力,梯板边缘的梁截面处往往开裂甚至破环,设计中应尽量避免。
五.结束语
楼梯是建筑的一个重要组成部分,是最重要的疏散工具,在抗震防灾中起着举足重轻的作用。从地震被损坏的钢筋混凝土结构房屋来看,其中一个特点是楼梯构件的破坏,影响了逃生通道安全,造成人员伤亡,所以建筑楼梯设计是非常重要的工作。综上所述,不管是对规范理解出发,还是结合工程实际,楼梯设计对建筑抗震的影响应当被广大设计师高度重视。目前来看,各种软件的楼梯参与建筑抗震计算情况并不够理想,不能过分依赖。设计可在比较合理的基础上利用计算软件,不拘泥于细节,不追求过高的计算精度,强调按概念设计进行各种调整。让楼梯参与建筑抗震计算和加强抗震措施,使得楼梯对建筑抗震的影响降到最低,从而让建筑结构更为合理。
参考文献:
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浅谈楼梯设计对建筑抗震的影响
[2]乔锐 [期刊论文] 《黑龙江科技信息》 -2012年7期
[3]孙烨SUN Ye楼梯刚度对震区塔式建筑抗震设计的影响分析 [期刊论文] 《浙江建筑》 -2009年9期
[4]吴波 楼梯结构的抗震性能分析及地震作用下对主体结构的影响 [学位论文], 2009 - 西南交通大学:结构工程
[5]王亚勇 戴国莹WANG YayongDAI Guoying《建筑抗震设计规范》的发展沿革和最新修订[期刊论文] 《建筑结构学报》 ISTIC EI PKU -2010年6期
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[7]庄严ZHUANG Yan楼梯对现浇钢筋混凝土框架结构性能的影响 [期刊论文] 《山西建筑》 -2011年21期
授课学时少,内容难度大针对目前我国大学教育正经历着从精英教育向大众教育的转型,桥梁抗震课程面临学时少,内容多的问题,学生学习起来感觉很有难度。原因是:一方面该课程的基础理论与基础课(如动力学、高等数学、材料力学、结构力学等)联系紧密,学生淡忘的内容不少。教师需给出本课程与其它课程的结合点及本课程知识的定位点,让学生建立概念,顺利过渡。本课程内容的特点相对较为抽象,尤其在结构设计和计算部分理论推导占有比例较大,多为枯燥和抽象的公式,使学生难于接受并产生兴趣。但是如果讲课内容过于简单,则学生所学知识缺乏深度,获取的专业信息较少。因此本课程在教学内容与课程体系应进行相应的调整,合理安排难易知识点。
教学理念和教学模式需要改进桥梁抗震课程的目的是介绍地震作用的基本原理和桥梁结构抗震的方法,使学生掌握结构抗震的基本理论和设计方法。由于涉及知识面广,同时对专业知识掌握程度的要求高,因此教师在授课过程中,学生普遍感觉难度较大。另外,过去对于本课程的讲授过于强调理论而忽视了与实践相结合的案例分析,缺乏实际地震和现场灾害调查资料,这些是我们专业课程教师需要改进和提高的方面。首先,在课程的教学理念上,应以培养学生获取和应用知识的能力为目标,教学时注重学生对基本知识和基本概念的理解和把握。其次,在本课程教学中应探讨和尝试新的教学方法和教学手段,变被动学习为主动学习。目前,现代化的教学手段尚未得到充分利用,缺乏生动,适用的高质量多媒体课件。在传授知识的同时,应调动学生的主动思维和学习兴趣,通过课堂讨论、撰写小论文、观摩抗震试验、组织结构设计大赛等活动,提高学生学习和研究分析问题的能力。
缺少典型的优秀试题和案例分析计算机辅助教学近年来在高等教育教学中得到较广泛的应用,并将逐步成为教学环节的一个重要手段。但针对桥梁抗震课程的教学课件及其习题库还不成熟,存在着分散、孤立、低水平重复的弊端。要想对课程内容有一个比较系统而全面的了解,培养学生学习的自觉性和兴趣很重要,因此除了传统的讲课、批作业、面对面答疑之外,可以建立该课程相应的习题库供学生自我训练和测试,不仅可以减轻老师的负担,提高教学效率,还可使学生在短时间内尽量扩大学习的信息量,有助于培养学生的独立学习能力和思维创造能力。由于目前未形成一个系统的习题库,制约了学生课下对本门课程的学习和进一步思考。
《桥梁抗震》课程是土木工程本科教学中很重要的年轻的一门专业课,本文通过对本课程教学内容、教学理念、教学模式的现状分析,对该课程的本科教学改革方向进行了研究和探讨,以进一步提升本课程的教学质量,提高本科学生分析问题和处理工程实践问题的能力。桥梁抗震是一个复杂的系统工程,但由于课程课时有限,还需在教学过程中不断总结前进。
第五届教师论文大赛举行
新年伊始,郑州市商业技师学院举行第五届教师论文大赛。经过近6个小时的角逐,商业贸易系师利君老师和旅游烹饪系周芳老师分获一等奖,数控车焊系李林义等3名教师分获二等奖,医药化工系赫中魁等5名教师分获三等奖,机电工程系王金有等6名教师分获优秀奖。大赛自2012年4月启动以来,共征集到论文285篇。大赛组委会对各系筛选出的32篇论文进行了认真评审,最终确定16篇论文进入决赛。
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1月8日上午,五四一高级技工学校举办了欢送仪式,欢送88名二年级学生离校赴北京京东方显示技术有限公司进行为期两个月的工学交替。工学交替是国家技工院校教学大纲要求的、学生在校两年学习时间内必须完成的一个教学环节,它可使学生在正式就业前全方位受到现代企业环境氛围的熏陶,将学到的知识和技能有机地融会贯通到实践中,为将来正式就业做好铺垫。
关键词:建筑结构 抗震技术
一、抗震技术提出背景
基于抗震性能的设计理论,在20世纪90年代由美国提出并开始这方面的研究。随后该项理论研究在日本,澳大利亚,中国等国家开始受到重视。该种理论重在对建筑物的抗震能力的研究,对于如何预防强大的破坏力极强的地震,是该项研究面临的主要问题。目前,世界上建筑物抗震能力相对较高的应数日本了。这个国家由于地理位置很是特殊,他处于世界上两大地震活跃带之一的环太平洋地震带。活跃的地壳运动经常为日本带来灾难性的打击,整个日本岛国甚至面临毁灭的境地。尽管如此,日本还是依然在顽强地和自然灾害做抗争。强大的具有毁灭性的地震成就了日本抗震建筑设计的辉煌。为了抵御地震发生后带来的毁灭性破坏,日本国内的建筑物大都经过精心设计,抗震能力相当高,一般的地震根 本就不足为虑的。日本这样一个弹丸之国,虽然有些时候狂妄自大,但其自身确实是具备很多值得我们借鉴的东西,建筑物防震技术就很值得我们学习和借鉴。
我国地理位置比较特殊,处于世界两大地震活跃带之间——环太平洋地震带和环地中海喜马拉雅地震带。因此,我国的地震多发性相对于世界其他国家来说也是很频繁的,如1976年唐山大地震、2008年汶川大地震、2010年玉树地震。每一次地震破坏性都相当大,每一次都是惨痛的教训。在地震中,许多居民房屋倒塌,流离失所,无家可归。虽然事后国家举全国之力恢复了重建,但惨痛的教训是无法抹去的。每一个人或许都在思考:为什么有的房屋倒塌了而有的房屋依然矗立?答案明确得再明确不过。关心这一问题除了大众舆论之外,恐怕最为关心的莫过于建筑设计师们。于是,在建房屋必须具备抗震能力的要求在建筑行业成了明确的理念。
二、房屋抗震技术的概念及其特征
(一)房屋抗震技术的概念
房屋抗震技术主要是指建筑物或者构筑物在设计和施工中必须应用到的具备预防和抵抗破坏性地震的技术能力。现代建筑业的发展引入了抗震防震的理念,并且抗震强度提升,不再是一般的震级,而是能够抵抗强度更大的地震。目前,国内有相当一部分学者致力于抗震技术的研究,并取得了丰硕的成果。相关的文献资料为抗震技术的应用提供了理论指导和技术支撑。
(二)房屋抗震技术的特征
1.房屋结构的合理性。建筑物需要能够具备抵抗地震的能力,设计者首先应当追求房屋结构的合理性设计原理。房屋设计结构的合理性要求建筑材料的选取,建筑物的设计、施工都应当有步骤,有计划的进行,追求每一个环节,每一个角度的精密性。
2.房屋主体的抗震性。房屋抗震技术的应用主要就是预防地震,因为地震的破坏力非常大,能够摧毁地面不稳固的一切建筑物。房屋的设计施工注入抗震理念后,首先应当具备的能力就是抗震能力。而抗震性主要体现在房屋的主体结构上面,只有把建筑物的主体结构设计和施工好了,才能够从根本上具备抗震的基本要求,然后才是对建筑物墙体等设施的要求。
3.设计施工的复杂性。对于建筑物的抗震防震要求,首先就得从设计上面下功夫,要使其真正具备抵御强度较大的地震破坏,设计者们在设计的前期需要做大量的论证工作,做到合理、充分的论证,使其具备科学性和合理性。设计者们完成了论证和设计工作后,这就需要施工者在施工中严格按照建筑的设计模式进行施工,并且精确度要求很高。要知道,再好的设计图纸,如果没有精良的施工者也是徒劳。
三、建筑行业引入抗震技术的意义
(一)提高人类抵御自然灾害的能力
经过我国几代人不懈努力地发展,我国人民居住的房屋的安全性能越来越高,特别是抗震技术的应用更是提升了我国居民对建筑物抗震的理解与控制的能力。回望历史,一个多世纪以来的历次大地震总是给人类社会造成出乎意料的损失,尤其是特大地震中房屋建筑的倒塌所造成的重大人员伤亡。1976年唐山大地震与2008年汶川大地震对我国简直是破坏性的打击,这使得我国建筑设计者们不得不考虑房屋建筑结构的抗震安全性问题。抗震技术的应用,使得我国房屋建筑结构性能大大提高,并且提升了抵御大地震的能力。
(二)改善我国居民的生存环境
现代工业飞速发展,无论是城市还是农村,一座座高楼拔地而起。这一切既预示着现代化的发展进程,同时也为人们的生存带来危机。因为地震活动的频繁,高楼要是发生倒塌,那就等于是致命的攻击。而随着抗震技术的发展与应用,使得房屋建筑的抗震能力大大提升,这直接改善了人们的生存环境。有了牢固的建筑,人们不用再惶惶不可终日。人们可以在较为安全的环境下学习、工作,而不用担心建筑物随时倒塌。
(三)促进我国建筑行业的新发展
我国的建筑业一直停留在传统的设计施工技术上。传统的建筑安全性能较低,那时对于抗震性能的要求不是很高,或者说是还没有引入抗震的理念。随着地震活动的频繁,灾害性带来的损失的巨大,建筑设计、施工者们意识到了必须提高房屋的抗震性能,这时候,抗震理念应运而生。抗震理念在维持现行结构抗震设计原则的前提下,更加突出地明确结构在强烈地震下的损伤破坏部位,并通过这些预期部位的损伤与破坏,达到保证建筑结构内人员安全的目标,从而大大提高房屋内人员的安全性。随着抗震理念应用的日趋推广,这就促使建筑行业迈上了新的台阶,不断向着更好的方向发展。
参考文献:
[1]郭继武译,《建筑抗震设计》(建筑版),中国建筑工业出版社,2005
关键词:建筑方案设计;抗震;作用分析
中图分类号: TU2文献标识码: A
1、建筑方案设计在建筑抗震设计中的几个主要设计问题分析
1.1 建筑体型设计问题
建筑体型包括建筑的平面形状和立体的空间形状的设计。震害表明,许多平面形状复杂,例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。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的建筑(包括单
层和多层建筑)在地震中都未出现较重的破坏;有的甚至保持完好无损。沿高度立体空间形状上的复杂ss和不规则,例如相邻单元的高差过大、出屋面建筑部分的高度过高、有的建筑装饰悬伸过大过高,这些沿高度形状上的变化,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。在历次地震中工业与民用建筑都有此类震例。
所以,在建筑体型的设计中,应尽可能的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形,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,避免产生因体形不对称导致质量与刚度不对称而引起建筑物在地震时发生对抗震极不利的扭转反应。在建筑方案设计中,特别是高层建筑的建筑方案设计中,为了建筑立面美观和艺术上创意,复杂的建筑体型是难以避免的,但是,在设计时一定要把建筑艺术、建筑使用功能同结构抗震安全很好的地结合起来。
1.2 建筑平面布置设计问题
建筑物的平面布置在建筑方案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
的不同,每个楼层的布置有可能差异很大。因此,这就带来一个建筑平面布置的多样化如何同时考虑结构抗震要求的问题。一个比较突出的问题是,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)布置不对称;墙体与柱的分布不对称,不
协调;造成建筑结构质量与刚度在平面上分布的不对称,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。根据抗震设计审查结果统计,有的城市在建筑平面布置上不合理的达17%,在墙体设置上不符合抗震要求的达24%。
1.3 地展力问题
在高层建筑方案设计中,除了考虑垂直荷载和水平荷载外,还要考虑地展力。往往由水平地震力产生的内力,成为设计控制的主要因素。高层建筑的结构体系有多种,当地震烈度低于8度时,只要建筑物体型合理。垂直刚度均匀,九层以下的高层建筑,仍可采用钢筋混凝土框架结构。然而,由于高层建筑结构体系自身的柔性较大。加上设计师在建筑方案设计时因商业要求,无法建筑结构上进行合理的设计,从而引起建筑结构设计不合理,造成这类建筑抗震性能先天不足,加上临街一面底层抗震墙设簧减少,引起底层的侧移刚度比纵横墙较多的第二层要小,这种结构的建筑物其地震倾覆力矩主要由钢筋砼框架柱承担,使得底层钢筋砼框架柱的承载能力大为降低,当地震时,因为下柔上刚,从而危及整座建筑的安全。如何才能克服这些闲难就是建筑方案设计者所面临问题。
1.4 缺乏理论指导和经验
建筑抗震设计中缺乏科学规范的理论指导,缺乏实际经验的积累;我国对地质地震的认识尚不够完善,对地震的成因,预测,防治研究不够深入,地震防治规范不够科学。因此,在进行建筑结构抗震设计时候,缺乏一定的科学依据,或依据的是不完善的理论。因此,难以在建筑结构设计中完美融合防震设计理念。设计中,没有能够深入研究地震对建筑结构破坏的层次和顺序,难以做到重视主体的设计而兼顾细节问题。没有能根据实际情况灵活变通的运用抗震设计准则。
2、建筑方案设计和抗震设计的关系分析
建筑方案设计对建筑抗震起重要的基础作用。建筑的结构设计难以对建筑方案设计有很大的改动,建筑方案设计已经初步形成了,建筑结构就必须按照原则服从建筑方案设计的要求。设计师在建筑方案能够全面的考虑到抗震设计的要求,那么结构设计人员按照建筑方案
对结构部件进行科学、合理的布置,保证建筑结构质量与结构刚度均匀分布,结构受力和结构变形共同协调,提高建筑结构抗震性能和抗震承载能力;如果建筑方案没有考虑到抗震的要求,直接给结构抗震设计带来更大的难题,建筑布局设计限制结构抗震布局设计。为了进
一步提高结构部件抗震承载能力,就必须增大结构构件的截面面积,这样又会造成很多不必要的浪费。所以,在建筑抗震设计的过程中建筑单位要对建筑体型设计、建筑平面布置设计、屋顶建筑抗震设计等问题加以关注。
3、在建筑方案设计中考虑抗震问题的作用
3.1 体型设计中能够避免质量和刚度分布不均
建筑体型包括建筑的平面形状和主体的空间形状的设计。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。
3.2 屋顶建筑的抗震设计作用
屋顶建筑的抗震设计人员常被人们忽视,这是因为屋顶并不是结构承重的重要部分。所以人们并不重视这一方面的设计。事实上恰恰相反。屋顶建筑是建筑方案设计的非常重要的一部分,根据现在一些地震的破坏来看。屋顶建筑是地震破坏最严重的地方之一。在这一部
分的设计中应该尽量降低屋顶建筑的高度,在材质上选择用高强轻质的建筑材料和轻型的建筑造型,保证屋顶建筑的结构质量和刚度的均匀分布,这样就能保证地震作用沿结构方向的均匀传递。同时在设计的过程中,要注意屋顶建筑与整体建筑的重心应该保持一致,这样能
够显著提高屋顶建筑的抗震稳定性。减少地震过程中扭转、变形等情况对建筑物自身的破坏。
结语:
总之,建筑方案设计在建筑的抗震设计中非常重要,二者之间有着非常密切的关系。因此,对于建筑方案的抗震设计,我们要有足够的重视并且使其能够发挥它的作用。从而保证建筑的抗震能力,保障人们的生命财产安全。
参考文献:
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关键词:型钢混凝土结构;抗震性能水平;容许变形值;量化指标
abstract
combining with performance grades of reinforced concrete structures at home and abroad, the seismic
performance of steel reinforced concrete (src) structures can be induced into four levels: normal service, temporary service, life safety and collapse prevention. the failure modes and characteristics of src columns are introduced, and limit states of the four seismic performance levels and their dominating parameters are put forward. on the basis of the experiments and results of src frames and columns, the story drifts angle limitation and range of crack width on the column end are obtained for four different seismic performance levels. finally considering ideas of performance based seismic design, problems needed much further study about src structures are proposed.
keywords: steel reinforced concrete (src) structures, seismic performance levels, tolerantdeformation values, quantitative index
1. 引 言
型钢混凝土结构(src 结构)又叫劲性钢筋混凝土结构或钢骨混凝土结构,是钢-混凝 土组合结构的一种形式。src 结构通过把钢和混凝土巧妙地组合在一起,充分发挥了这两 种材料的特性,其具有比传统结构承载力高、强度刚度大、稳定性和抗震性能好等优点。随 着超高层建筑的发展和理论研究的深入,src 结构在我国将具有非常广阔的应用前景。目 前国内外对 src 结构的研究工作和成果主要集中在构件的承载能力,即针对强度计算开展 研究[1]。随着基于性能抗震设计理论的提出和发展,人们意识到这种传统基于力的设计方 法还存在缺陷,开展基于性能的 src 结构抗震设计理论则更加科学合理,既符合当代抗震 设计理念的发展趋势,又为工程实践应用和推广型钢混凝土结构提供基础。
确定 src 结构在不同性能水平下的容许变形值是实现其基于性能抗震设计理论的前提 和关键。由于结构的性能与破坏状态有关,而结构的破坏状态又可由结构的反应参数或者某 些定义的破坏指标来确定,所以,结构性能水平可以用这些主要的参数来划分。容许变形值 被认为是比较重要的反应参数,但对此方面的研究还比较欠缺,本文即在此背景下研究 src 结构功能失效的判别参数和容许变形值的大小。
2. src 结构的性能水平和抗震设防目标
2.1 性能水平划分
结构的抗震性能水平是指建筑物在某一特定设防地震水准下预期达到的最大破坏程度, 或容许的损坏极限状态。目前对钢筋混凝土结构性能水平的划分比较明确,比如我国现行抗 震规范[2]将其分为三档,美国 vision2000、fema273 和 atc-40 分为四档,当然还有学者 提出其他不同的划分标准。
性能水平为基于性能的抗震设计和震后修复加固提供依据,对于 src 结构,结合已有 的划分方法和试验理论研究成果[2],将其性能水平分为四档,见表 1 所示。
表 1 src 结构四个性能水平及其宏观描述
tab.1 target performance levels and damage control of src structures
2.2 抗震性能目标确定
结构的性能目标是指一定超越概率的地震发生时,结构期望达到的某种功能水平。我国 现行抗震规范采用小震不坏、中震可修、大震不倒的三水准设防目标,但在表 1 提出的 src 结构性能水平背景下,已有的三水准抗震设防目标需要更加细化。按照小中大三个地震作用 水平和“四档”性能水平,可对 src 结构建立表 2 所示的抗震性能目标。
表 2 src 结构抗震性能目标
tab.2 seismic performance objectives
(其中:①为基本目标,指一般使用要求的建筑应具备的最基本性能目标;②为重要目标,指重要性很高
或地震后危险性较大的性能目标;③为非常重要目标,指对安全有十分危险影响的性能目标)
可以看出,排除掉不符合实际工程的情况,这里对 src 结构建立了 10 个抗震性能目标,
其比钢筋混凝土结构的三水准设防目标有所提高,且“中震可修”的性能目标变得更加具体 化。以上三个地震作用水平、四档结构性能水平和 10 个抗震设防目标的提出为实现 src 结 构基于性能的抗震设计理论奠定了基础。
3. src 框架柱的破坏模式及描述
src 构件是在混凝土中主要配置型钢,同时配有受力和构造钢筋。型钢分为实腹式和 空腹式,实腹式型钢主要有 i 字钢、h 形钢和 l 形钢等。理论和实践均证明,实腹式 src 构件具有较好的抗震性能,而空腹式 src 构件的抗震性能与普通 rc 构件的抗震性能基本 相同。因此,这里主要研究含钢率为 4%~8%的实腹式 src 构件。
3.1 破坏模式和特点
src 柱在水平荷载作用下主要产生三种破坏模式,破坏形态按剪跨比的不同大致分为 三种。当剪跨比小于 1.5 时,src 柱发生剪切斜压破坏,首先剪跨段产生许多大致平行的斜 裂缝,将混凝土分成斜向受压短柱,钢骨腹板此时基本处于纯剪应力状态,最后钢骨腹板在
近似纯剪应力状态下达到屈服强度,剪压区混凝土压碎而破坏;当剪跨比为 1.5~2.5 时,src
柱在反复荷载作用下发生剪切粘结破坏,首先在最大弯矩处出现剪切斜裂缝或竖向粘结裂 缝,随着荷载的增加与往复循环,粘结裂缝扩展成两条沿型钢翼缘的竖向粘结主裂缝,最后 裂缝处混凝土保护层剥落,剪切承载力下降,构件破坏;当剪跨比大于 2.5 时,src 柱的承 载力往往由弯曲应力起作用,一般发生弯曲破坏,其首先在最大弯矩截面处形成水平裂缝, 随着荷载增加,柱底纵筋屈服,紧接着型钢翼缘屈服,随之腹板屈服,混凝土不断剥落, 纵筋和型钢翼缘压屈,最后 src 柱达到最大承载力而破坏。
3.2 与 rc 柱破坏的主要区别
试验研究表明,src 柱比 rc 柱具有更优越的抗震性能,其优越性主要在于型钢的影响。 型钢的存在使构件的变形能力增强,破坏时吸收的能量增大,延性也相应得到提高。rc 柱 的最终破坏是由于压区混凝土的压酥,src 柱由于设置较强劲的钢骨,压区混凝土逐渐压 酥后,rc 部分的承载力将向钢骨转移,其后期仍有相当大的变形能力来延缓破坏。可见, 无论在承载能力和刚度方面,还是在延性和耗能能力方面,src 构件均体现了良好的抗震 性能,其在不同性能水平下的变形容许值也将大于传统 rc 结构,这方面的研究工作值得深 入开展。
4. src 结构功能失效的判别标准和容许变形值大小
4.1 四个性能水平及其极限状态
目前关于结构性能水平的划分方法很多,美国 vision2000、fema273 和 atc-40 均将 其划分为四种性能水平,日本和墨西哥则采取三重性能水准,参照已有的划分标准和我国新 的“建筑工程抗震性态设计通则(试用本)”,本文按照我国抗震设计的需要和建筑损伤加重 的程度,对 src 结构采用正常使用、暂时使用、生命安全和接近倒塌四个性能水平。
传统基于力的抗震设计理论将 rc 结构的极限状态分为承载能力极限状态和正常使用 极限状态,基于性能的抗震设计考虑到“投资-效益”因素,从结构受力和业主损失两方面出 发,对应于所提的四个性能水平,将 src 结构的破坏极限状态分为正常使用极限状态、暂 时使用极限状态、生命安全极限状态和接近倒塌极限状态。
4.2 不同性能水平的失效判别标准和参数
为了确定 src 框架柱在四个性能水平下的容许变形值,首先应该能够对各种性能水平 的损坏极限状态进行描述,相应的就必须建立 src 柱不同性能水平的失效判别标准和参数。 传统的 rc 结构采用层间位移角这种单一指标作为量化参数,对于 src 结构,可以利用层 间位移角、裂缝宽度、塑形耗能、塑形转角和延性系数等加以描述和量化。
src 压弯构件经历了混凝土开裂、裂缝延伸扩展,直到压区混凝土剥落,受压纵筋和 型钢受压翼缘屈服,承载力达到峰值的一系列过程,构件最终以受压区混凝土破碎作为丧失 承载力的标志。为了与上述四档性能水平相对应,可将其整个受力过程划分为弹性阶段、带 裂缝工作阶段、弹塑性工作阶段和破坏阶段。
在前述 src 柱破坏形态与剪跨比的定量关系基础上,可以建立 src 柱三种破坏模式各 自的失效判别标准。经过分析,发现得出的三种失效判别标准之间有很多共同点,因此可将 其归纳为统一的判别标准以便应用。对于 src 柱,从开始加载到沿柱身出现剪切斜裂缝或 弯曲裂缝为正常使用性能阶段,此为弹性工作阶段,以开始出现斜裂缝或弯曲裂缝为正常使
用性能极限状态;从混凝土开始出现裂缝到受拉钢筋或型钢受拉翼缘屈服为暂时使用性能阶
段,此阶段是带裂缝工作阶段,以受拉纵筋或型钢翼缘屈服为暂时使用性能极限状态;从型 钢开始出现屈服到混凝土剥落,纵筋压屈且水平荷载达到最大值为生命安全性能阶段, 此为弹塑性工作阶段,以水平荷载达最大值为生命安全性能极限状态;从 src 柱承载力达 最大值到混凝土保护层严重剥落,直至核芯混凝土发生局部破碎且承载力严重下降为接近倒 塌性能阶段,此阶段为塑形阶段,以核芯混凝土发生局部破碎为接近倒塌性能极限状态。
4.3 不同性能水平的容许变形值
结合上述判别标准,可分别以层间位移角、裂缝宽度、塑形耗能和延性系数等作为 src 结构四个性能水平极限状态的判别参数。考虑到其中一些指标计算的难度,并为了与我国抗 震规范的性能指标相一致,这里以层间位移角和框架柱的裂缝宽度作为各种性能水平极限状 态的判别指标。
为了得到各种性能水平的层间位移角范围,本文对国内外 src 试验柱、src 平面框架 试验共约 90 个数据进行了统计分析,试验框架柱大部分为实腹式 src 构件,轴压比范围为
0.3~0.8,体积配箍率为 0.8%~2.2%。通过分析文献[4]-[20]中试验柱和平面框架的变形性能, 以及对各个性能水平极限状态的层间位移角统计结果来看,所有试件在未开裂弹性阶段的层 间位移角分布范围为 1/400~1/185,其中 1/400 对应的 src 柱仅有不到 4%的配钢率且轴压 比较高,大部分试件的弹性位移角集中在 1/350~1/200 范围内;仅有少数试件测到 src 柱 受拉钢筋或型钢屈服时的层间位移角,分布范围为 1/120~1/100,有的学者统计为 1/133~
1/100,但大部分集中在 1/120 左右;所有试件均得到了 src 构件在接近倒塌极限状态的层 间位移角,其分布范围为 1/53~1/11。
表 3 src 结构各性能水平的层间位移角分布范围及分布比
tab. 3 distribution range and proportion of inter-storey drift
正常使用阶段
从上表各性能阶段的层间位移角分布情况来看,src律性较好。按照各个性能水平层间位移角的分布比例,在达到一定安全保证率的情况下,将
src 框架结构正常使用、暂时使用和接近倒塌三个性能水平极限状态的层间位移角限值定
为 1/350、1/120 和 1/35;同时,将生命安全状态的层间位移角限值设在 1/120 和 1/30 之间, 取为 1/75。
另外,框架柱的裂缝宽度也易于作为各种性能水平极限状态的判别指标。文献[4]-[20]
所做的 src 框架柱抗震性能试验中,在对层间和柱端位移角测量的同时,考察到的柱端裂
缝宽度 在正 常使用 、暂 时使用 、生 命安全 和接 近倒塌 四个 性能水 平的 分布范 围为
0.05~0.1mm、0.5~1mm、1~2mm 和大于 2mm。
综上所述,本文提出的 src 框架结构在不同性能水平时的层间位移角限值和柱端裂缝 宽度可总结为表 4。
表 4 src 框架结构性能水平量化指标限值
tab. 4 limit value of quantitative index for src structures
5. 结论及建议
1) 提出基于性能的 src 结构抗震设计理论这一新课题,结合国内外对钢筋混凝土结构 性能水平的划分标准,将 src 结构的性能水平划分为正常使用、暂时使用、生命安全和接 近倒塌四个等级,在此基础上建立了 src 结构的 10 个抗震设防目标;
2) 总结了 src 柱在不同剪跨比时的破坏形态,提出了四个性能水平的失效判别标准和 参数,建议各自的层间位移角限值分别取 1/350、1/120、1/75 和 1/35,并将对应的柱端裂缝 宽度范围定为 0.05~0.1mm、0.5~1mm、1~2mm 和>2mm;
3) 本文所提四个性能水平的容许变形值仅建立在少量试验基础上,还需要将试验量测 结果和大量数值模拟结合起来,从理论上建立容许变形值的计算公式;同时,已有的 src 结构试验研究主要针对框架结构,目前迫切需要开展型钢混凝土组合件和型钢混凝土剪力墙 的试验研究,以便为全面实现 src 结构性态抗震设计提供依据。
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study on seismic performance levels and tolerant
【关键词】房建结构,结构设计,抗震设计现状,要求
中图分类号:S611 文献标识码:A 文章编号:
一、前言
房建结构抗震设计,关乎民生,关乎经济发展,社会稳定,对房屋建筑实施结构设计,主要涉及对建筑高度,承载力,总体结构,各个部件的性能规划等一系列的因素,要求通过对各个构件和整体规划的基础上,既实现满足居民生活生产保障安全的需要,又具有值得欣赏的美学价值。增强房建结构的抗震设计,必须综合考虑地基,房屋的结构体系选择,综合布局等多方面建设因素,是一项及其专业,严谨,复杂的高技术工作。
二、建筑抗震的主要影响因素
1、抗震设计标准
目前,国内在不同地区设定的基本设防烈度,主要是根据该地区以及具体建筑在一段时间内遭受地震以及地震强度的概率而定的。如果是一般建筑,则执行基本烈度设防,如果是重要的建筑物,则相应地提高设防烈度,但是,随着设防烈度的提高,建筑的造价会相应增加。
2、建筑结构形式
为了有效地保证建筑物“小震不坏,中震可修,大震不倒”,在最新的设计规范中,砖混内框架结构被严格取缔了。目前,主要采用的是框架结构、剪力墙结构等。框架结构空间布置灵活,相对造价低,但是其在水平地震力作用下,容易发生剪切变形,因此,框架结构适用的高度相对较低。剪力墙结构平面布置没有框架灵活,但其平面内自身刚度大,强度高,整体性能好,在水平荷载作用下变形小,抗震性能较强,适用于高度较高的高层建筑。
3、抗震措施
抗震措施主要是根据建筑的重要性决定的。在确定建筑等级及场地类型之后,将先进的抗震理念和系统的分析计算纳入到抗震设计中,即可改善建筑抗震性能,提高建筑抗震效果。
三、框架结构抗震设计的基本要求
有抗震性要求的框架结构,应设计成延性框架,遵守“强柱弱梁” 、“强剪弱弯”、强节点、强构件等设计原则,柱截面不宜过小,应满足结构侧移变形及轴压比的要求。在进行框架结构抗震设计的时候,需要确定框架结构的抗震等级,根据不同的等级进行设计,主要是为保证框架结构具有较好的延性,并且能满足合理、经济的设计要求。构件设计时应满足各自的基本要求:①框架结构在进行梁端抗震设计时,既要允许塑性铰在梁上出现又不要发生梁剪切破坏,同时还要防止由于梁筋屈服渗入节点而影响节点核心区的性能,使梁形成塑性铰后仍有足够的受剪承载力,梁筋屈服后,塑性铰区段应有较好的延性和耗能能力。②框架柱在设计时,应该遵循强柱弱梁,使柱尽量不要出现塑性铰,在弯曲破坏之前不发生剪切破坏,使柱有足够的抗剪能力,同时控制柱的剪切比不要太大。③框架节点在地震破坏时,主要是节点核心区剪切破坏和钢筋锚固破坏,因此在设计时,要采取“强节点弱构件”的设计概念,保证在多遇地震时,节点应在弹性范围内工作;在罕遇地震时,节点承载力的降低不得危及竖向荷载的传递。
四、框架结构构件抗震设计的构造措施
1、框架梁的截面抗震设计尺寸,宜符合下列各项要求:截面宽度不宜小于 200mm;截面高宽比不宜大于 4;净跨与截面高度之比不宜小于4。在计算出梁控制截面处考虑地震作用的组合弯矩后,可按一般钢筋混土受弯构件进行正截面受弯承载力计算。梁端纵向受拉钢筋的配筋率不应大于 2.5%,且计入受压钢筋的梁端混凝土受压区高度和有效高度之比,一级不应大于 0.25,二、三级不应大于 0.35。梁端截面的底面和顶面纵向钢筋配筋量的比值,除按计算确定外,一级不应小于 0.5,二、三级不应小于 0.3。梁端剪力设计值应根据强剪弱弯的原则,按的要求加以调整,对一、二、三级抗震等级分别采取1.3、1.2、和1.1梁端剪力增大系数。
2、框架柱的截面抗震设计尺寸,宜符合下列各项要求:截面的宽度和高度均不宜小于 300mm;圆柱直径不宜小于 350mm。剪跨比宜大于 2。截面长边与短边的边长比不宜大于3。柱轴压比不宜超过下表的规定;建造于Ⅳ类场地且较高的高层建筑,柱轴压比限值应适当减小。柱的钢筋配置,应符合柱纵向钢筋的最小总配筋率,中柱和边柱的一、二、三、四抗震等级分别是1.0、0.8、0.7、0.6,角柱、框支柱的一、二、三、四抗震等级分别是1.2、1.0、0.9、0.8。同时每一侧配筋率不应小 0.2%;对建造于Ⅳ类场地且较高的高层建筑,数值应增加 0.1。 当采用HRB400 级热轧钢筋时应允许减少 0.1,混凝土强度等级高于 C60 应增加 0.1。
3、框架节点核芯区箍筋的最大间距和最小直径宜按规范中的柱箍筋加密区的箍筋最大间距和最小直径,一、二、三级框架节点核芯区配箍特征值分别不宜小于 0.12、0.10 和 0.08 且体积配箍率分别不宜小于 0.6%、0.5% 和 0.4%。柱剪跨比不大于 2 的框架节点核芯区配箍特征值不宜小于核芯区上、下柱端的较大配箍特征值。
五、基于剪力墙结构建筑体形的抗震优化设计
高层建筑结构的设计,除了要合理选择结构抗侧力体系外,要特别重视建筑体形和结构总体布置。建筑体形是指建筑的平面和立面;结构总体布置是指结构构件的平面布置和竖向布置。建筑体形和结构总体布置对结构的抗震性能具有决定性的作用。
1、震害及抗震概念设计
结构抗震设计有许多不确定因素(地震特性、结构扭转等),进行精确的抗震计算是非常困难的。结构的抗震设计除了进行细致的计算外,要特别注重结构概念设计。概念设计是指在结构设计中,结构工程师运用“概念”进行分析,做出判断,并采取相应措施。根据概念设计,抗震房屋的建筑体形和结构总体布置应符合如下原则:采用规则结构,不采用严重不规则结构;明确的计算简图和合理的传力路径;具有必要的刚度和承载力,具备良好的弹塑性变形能力和消耗地震能量的能力;部分结构或构件破坏不应导致整体结构倒塌,增加超静定结构的次数。满足抗震设计原则:即:“强节弱杆”、“强竖弱平”、“强剪弱弯”;置多道抗震防线,形成两道或多道的抗震防线,增强结构抗倒塌能力。
2、建筑平面和结构平面布置
高层建筑的外形分为板式和塔式两大类:板式建筑平面两个方向的尺寸相差较大,塔式建筑平面两个方向的尺寸接近。多数高层建筑为塔式。对抗风有利的建筑平面形状是简单规则的凸平面,如圆形,正多边形、椭圆形等平面,以减小风压,有较多凹凸的复杂平面,对抗风不利,如V形、Y形等。对抗震有利的建筑平面形状是简单、规则、对称、长宽比不大的平面。
六、结束语
综上所述,建筑结构设计中的抗震设计十分重要,加上我国今年来地震较多,加强房屋抗震设计对于居民的安全具有很大作用,应该不断的加强研究。
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关键词:建筑结构;性能;抗震设计;概念;特点;问题;方法
中图分类号:TU318 文献标识码:A 文章编号:
随着人们生活水平的提高,人们对社会的需求开始呈现多样化的特点,而随着建筑物越来越高,体型变得越来越复杂,建筑结构的抗震设计也变得更有挑战性。人们为了保障自身的安全,对此便有了更多的关注,对基于性能的抗震设计也更加重视起来,在此种方法下,会对设计者有所要求,那就是要对建筑物在地震作用下可能形成的性态反应做出一定的评价。这种方法有很多好处,最主要的就是对于不安全的设计,能够正确的辨别出来,还可以提出一些方案来解决问题,使得建筑结构更加安全和经济。
1基于性能的抗震设计概念
以往提到的基于力的抗震设计或者基于位移的抗震设计,由于力和位移都是很明确的物理概念,可以被很容易地理解。但是基于性能的抗震设计,由于性能一词是一个宏观概念,不像力或位移可以直接成为设计参数,也可以直接应用到设计中去事实上,这里提到的结构性能往往可以与结构的破坏程度相关,而结构的破坏程度又可以由结构的反应参数来表示(如应力、力、位移、能量以及一些定义的破坏指标)。所以基于性能的抗震设计是比基于力或者基于位移抗震设计更为广泛的设计理念,更为直接地满足个人或者社会对建筑物的要求,即要求建筑物是否安全可靠,是否满足他们的使用需要,而不是普通使用者能提出的建筑物可以抵抗多强地震力,或者是变形控制在什么程度。
基于性能的抗震设计并不是一个全新的概念,尽管目前基于性能的抗震设计得到国际上广泛的重视与研究,也取得一些初步的成果,但是对于基于性能的抗震设计,现在还没有一个统一的定义。比较有权威性的是美国SEAOC,ATC和FEMA等组织给出的基于性能设计的描述。其中,对基于性能抗震设计的描述是“性能设计应该是选择一定的设计标准,恰当的结构形式,合理的规划和结构比例保证建筑物的结构与非结构的细部构造设计,控制建造质量和长期维护水平,使得建筑物在遭受一定水平地震作用下,结构的破坏不超过一个特定的极限状态”。一些学者也对基于性能抗震设计进行了描述,可见,尽管不同的机构或者个人对于基于性能的抗震设计描述不完全相同,但是这些论述中有一共同思想,就是基于性能抗震设计的主要思想:即结构在其设计使用期间内,在遭受不同水平的地震作用下,应该有明确的性能水平并使得结构在整个生命周期中费用达到最小。
2 我国现行建筑抗震设计理论的存在的问题
2.1我国现行的建筑抗震设计理论设计方法较为保守,缺乏新的设计理念,很大程度上阻碍了新的设计技术的实施。同时,在设计时候,缺乏对建筑结构性能的考虑,而只是根据我国一些曾经制定的抗震设计规范而行,只从刻板的标准出发,没有能综合考虑到各种实际状况。
2.2我国的设计理论和设计方法在很多抗震指标上规定不清晰,抗震设计理念不明确,加上很多建筑的使用者缺乏一定的抗震建筑知识,难以对所使用的建筑结构的抗震性能和抗震能力做出一个很明确的评判。
2.3目前,我国的建筑抗震设计多是重视对建筑的整体承载力和建筑的结构强度来进行,而忽视了对其他因素的考虑比如建筑结构的性能设计。同时,很多现行设计理论在进行建筑的设计时候,更多的注意着建筑的主题结构的抗震损失,而忽视了很多细节,对损失的控制力度不强。经济评估准则并没有在建筑业中得到广泛应用。
3 性能抗震设计理念的特点
通过对现行抗震设计理论的实践,可以对两者进行对比,以得到性能抗震设计理念的特点。
3.1多级设防。
相对于现行的三阶段设防目标(小震不坏、中震可修、大震不倒),性能抗震设计注重多级设防,保护非结构件与内部设施,后者的设计理念既保证使用者安全,又减轻业主和社会的经济损失与压力。
3.2投资效益准则。
性能抗震设计偏重于安全、经济等多方面。在安全与经济之间找到合理、平衡的切入点,确定最佳方案,以优化设计为目的。
3.3自由度大。
相比较传统抗震设计刻板的被动状态,性能抗震设计可根据业主的要求确定目标,给设计带来新的动力。
4 建筑结构基于性能的抗震设计方法
作为性能设计理论的重要内容,基于性能的抗震设计方法显得尤为重要。那么怎样合理的运用基于性能抗震设计理念则引起了人们的广泛关注,为了能够把它有效地运用到实际中来,有很多学者都对此进行了思考,但是却还没有统一的认识,通过他们的总结,我们可以知道让性能设计思想运用到实际设计中来主要有以下步骤和方法:
4.1性能抗震设计阶段
4.1.1概念设计。根据用途和业主的要求,合理确定设防目标,通过场地、建筑平面等进行初步设计。
4.1.2 计算设计。根据预定的设防目标,计算出能影响各类因素的抗震参数,参数与预定目标不符要及时修改,直至满足参数需求。以基于位移的抗震性能设计为例,主要包括步骤有确定不同强度地震作用下性能目标;根据初步设计,确定结构内的位移的极限值;通过等效阻尼比等各类等效数值,确定等效刚度;设计采用必需的构造措施;评价结构强度要求和变形能力。以严谨、科学、合理的态度进行评估,如计算阶段有不符合,则需重复计算设计步骤,以不断完善结构设计。
4.1.3性能评估。通过各类的分析法得出设计结果来确定该建筑结构的性能。
4.2 性能抗震设计方法
目前大致主要有:位移影响系数、能力谱、直接位移设计等方法。
4.2.1位移影响系数法。基于结构性能设计方法,通过分析得出的最大期望位移值,利用等效方法、模态进行确定。以达到此系数的修正作用。此方法还存在着由于它是整体抗震评估方法,无法具体体现主要结构、楼层的损坏情况与抗震水准等问题。
4.2.2能力谱法。1975年被提出,随后不断改进。能力谱设计是将能力谱曲线与地震反应谱转化而来的需求谱,进行比较来评估其抗震性能。此方法侧重对结构的实际性能进行验算、评估。另外,能力谱设计法比较适用于平面结构可简化且分布较均匀的结构,否将会产生不小的误差。
4.2.3直接位移设计法。侧重于结构性能设计,概念简单,根据地震等级来预期位移计算,使结构达到预定位移。此方法也存在着只能从建筑结构材料的极限变化得到数值,而不能考虑到预期以外的强震效应的不足。
5 结语
建筑结构基于性能的抗震设计是比较宽泛的体系,它是现行抗震设计的延续与发展,以结构性能分析作为基础,建筑物的性能目标以全面、科学的因素来确定,使建筑物在面对不同等级的地震时,能达到预期的抗震目标。与传统抗震设计相比,优点明显:基于性能抗震相较于以往更系统化;性能抗震设计的适应性、连贯性更好,应用意义更大;灵活性的加大,使设计人员能发挥创造性,增加对新技术、新材料的推广应用等。性能抗震设计方法也需要解决一些设防水准数据化的划分,合理的参数取值范围介定等问题,才能更好的服务于社会经济建设,达到符合我国国情的设计规范。
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申明:本网站内容仅用于学术交流,如有侵犯您的权益,请及时告知我们,本站将立即删除有关内容。 摘要:地震是一种破坏力极大的自然灾害, 它对人类造成巨大的伤害,我国部分地区处于地震带上,因此对地震要引起高度的关注。地震对人们造成的灾害主要是由建筑物的破坏造成的,减小地震的伤害程度,提高建筑物的防震倒塌能力显得尤其重要。本文将对提高建筑结构抗震倒塌能力进行相关的研究。 关键词:地震;建筑结构;抗地震倒塌 Abstract: the earthquake is a great natural disaster a destructive force, it caused great harm to humans, in some regions of China in the earthquake zone, so the seismic to attract attention. Due to the people of earthquake hazards is mainly caused by the destruction of the building, reduce the damage of earthquake, improve buildings earthquake collapse ability is especially important. This paper will do some research on improving the seismic structural collapse. Keywords: building structure; seismic; seismic collapse resistance 中途分类号: 文献标识码:A 地震是一种破坏性极强的自然灾害,地震一旦发生对我国的经济建设,人民生活,生命财产将造成巨大的破坏。地震对人类的破坏主要是通过建筑的倒塌,建筑物的破坏程度越大造成的损失就越大。地震的发生是不可避免的,但是我们在一定条件下可以降低它对人们的破坏程度。因此提高建筑物的抗震倒塌能力是有效减轻地震造成的伤害措施。 一.地震对建筑物结构的破坏原理 地震在发生时产生的地震波首先在地下传播引起强烈的底层运动,地层运动将地震的力度传到地面的建筑物上部结构,从而导致建筑物的倒塌。地震波有三种传播形式,有上下振动的纵标,纵标是最先到达地面的地震波形式,它对建筑的破坏性不大,然后到达地面的是横波,它的振动形式是水平振动,对建筑物的破坏性较强,最后到达地面的是纵标和横波相遇形成的混合波,它是属于破坏性最强大的地震形式,当混合波到达地面时,建筑物发生剧烈震荡,还有建筑物本身加速度的作用使得碰到建筑自身的重力(此处不通顺)形成了不定向的合力,这一合力最终会导致建筑结构的瞬间倒坍。 二.建筑结构抗震的主要影响因素
(一)建筑结构的原材料
建筑结构质量越好,那么地震对建筑结构的破坏性越小;反之,则越大。因此,为了减少地震的灾害性破坏,在对建筑结构的构建时要对建筑结构比如墙体、隔断、围护墙等建筑物的构成部分时要采用能显著改善抗震性能的材料,这样有利于减少地震的破坏性,保护人民的生命财产安全受到最小程度的伤害。
(二)建筑结构的施工质量
施工质量是影响建筑结构抗震能力的一个重要因素,在整体的建筑构建过程中,任何一个施工细节都会对建筑的整体质量造成很大的影响,比如混凝土浇筑的质量,材料性能的变懂都会对建筑结构的抗震能力产生截然不同的影响。
(三)建筑结构的施工地选择
地震的破坏性之大对人们的生命财产安全产生很大的威胁,但是地震发生的情况不是单一的,其中有的是因为施工场地选择不当,建筑物建在易发生山崖崩塌的地带或者建在河岸滑坡等地形处,这些都会对建筑造成一定的威胁,为了避免这种情况的出现在建设建筑时要详细勘察地形、地质,寻找避免地震发生的地带。
地震的破坏性造成人民生命和财产的重大损失,就像上文提到的关于地震造成这么大破坏的原因中建筑物的崩塌占很大一部分,因此为了减少地震的损失要在地震结构方面采取相关的措施。 三.提高建筑结构抗震能力的措施
(一)总体设计理念的改变
为了确保建筑结构良好的抗震能力,在设计建筑结构时要尽量将抗震这一意识深入脑子中,并执行于设计中,要尽量选用体形简单,规则,平面对称,抗侧向力的体系刚度和承载能力变化连续以及质量变化合适的设计方案。
(二)场地的选择
建筑物的建筑场所对建筑物的抗震能力具有很大的影响,在易发生山崖崩塌的地带和河流泥石流处要尽量避免,这就要求在进行建筑物建设时,要做好场地的勘察工作,充分调查好当地的地形,地质,寻找适合建设建筑物的场地,尽量避开生态脆弱,地震断层带等容易发生地质灾害的地方。
(三)建筑结构局部加强措施 由地震对建筑物结构的破坏原理可知,地震波的三种传播形式中,纵标对建筑物的损伤相对来说较小,但是当地震横波作用于建筑物时会对建筑物产生破坏性的损伤。因此在建筑结构的设计是要确保主体结构与其他构件之间的可靠连接,为了达到这个目标必须在设计和思想上高度重视,在对待主体结构和其他构件的连接方面,在框架的结构和后砌墙的连接环节都要进行认真研究,对建筑结构局部加强措施有利于减少地震造成的损失。
(四)选择良好的抗震原料
材料不同对建筑结构的抗震能力不同。有的施工单位为了自己的经济利益在原材料上偷工减料,使用石头,砖块,混凝土等材料(不明白此处表达的意思),这些都对建筑结构的质量造成不好的影响,这些隐形的威胁是造成地震破坏力强的潜在因素。因此,为了建设抗震能力强的建筑结构在原料的选择时要慎重选择。
(五)采用新技术
在建筑结构的抗震能力方面要大胆采用新技术,新技术是在经历了多次实践之后逐步被人们接收的工具或者手段,传统的抗震方法是靠加大建筑结构的面积(加大什么的面积?)的方法,传统的抗震方法抗震效果不理想,因此要在抗震技术上要多采用新技术,增加抗震的科学性研究,只有这样才能研究出最新的抗震方法。
(六)把好质量关 建筑施工队伍的施工质量对建筑结构的抗震能力产生很多的影响,良好的施工水平具有相对来说较强的抗震能力,因此加强施工队伍的施工质量也是提高建筑结构抗震能力的有效措施。施工单位要严格按照施工技术标准,遵守相关法律规定的基础上对设计方案进行施工,施工单位要有形成社会责任意识,要将抗震能力作为建筑结构的必要能力。监督部门要严格监督,严把质量关,对施工单位采用的原材料进行考察,对施工单位的设计方案进行检查,要本着对人民生命财产安全负责的态度上积极履行监督的职责。 四.结语: