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建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計【建筑抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計探究】

發(fā)布時間:2020-02-16 來源: 短文摘抄 點擊:

  摘 要 抗震,是當前建筑施工必須要關(guān)注的話題,建筑結(jié)構(gòu)的抗震也就成了房屋設(shè)計必須要考量的核心環(huán)節(jié)。文章將就建筑抗震設(shè)計的要求、目標、原則,以及相關(guān)的內(nèi)容進行探討。   關(guān)鍵詞 抗震;結(jié)構(gòu);設(shè)計方法
  
  如何能夠讓建筑在地震中保持安全,不受嚴重的損害,是當前建筑施工設(shè)計必須要考量的一個大問題,特別是近年來地震頻繁,人們的生命財產(chǎn)受到嚴重威脅,建筑安全則成了社會安全的一個重要影響因素,為保證建筑的抗震能力,設(shè)計人員必須要根據(jù)相關(guān)標準,設(shè)計出具有相當抗震能力的房屋。
  1.抗震設(shè)防的目標
  我們所說的抗震設(shè)防,指的是對建筑物進行抗震設(shè)計,同時有針對性的采取一定的抗震構(gòu)造的措施,最終實現(xiàn)結(jié)構(gòu)抗震的效果和目的。一般來說,抗震設(shè)防主要依據(jù)的是抗震設(shè)防烈度。而抗震設(shè)防烈度的依據(jù),是以國家規(guī)定權(quán)限審批或頒發(fā)的文件執(zhí)行的,其是一個地區(qū)作為抗震設(shè)防標準。通常情況下,是采用國家地震局頒發(fā)的地震烈度區(qū)劃圖中規(guī)定的基本烈度的。從當前內(nèi)外抗震設(shè)防目標的發(fā)展總趨勢來看,其基本要求建筑物在使用期間,可以應(yīng)對對不同頻率和強度的地震,即“小震不壞,中震可修,大震不倒”。這是我國抗震設(shè)計規(guī)范所采用的抗震設(shè)防目標。
  建筑工程在施工中的設(shè)防的目標如下:1)如果所遭受的是低于本地區(qū)設(shè)防烈度多遇的常規(guī)地震,建筑物不受損壞,不需修理仍可繼續(xù)使用;2)如果遭受到本地區(qū)規(guī)定的設(shè)防烈度的地震,建筑物,包括結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)部分,可能損壞,但不會對人民生命和生產(chǎn)設(shè)備的安全造成威脅,經(jīng)修理仍可使用;3)如果遭受高于本地區(qū)設(shè)防烈度的罕遇地震,盡量保證建筑物不倒塌。
  也就是說,在建筑結(jié)構(gòu)的防震設(shè)計上,設(shè)計方可以按照多遇烈度、基本烈度和罕遇烈度這三個層次進行考慮。從概率上看,多遇地震烈度是發(fā)生機會較大的地震級別。按照現(xiàn)行規(guī)范設(shè)計的建筑,在設(shè)計上要達到這樣的防震效果:當遭遇多遇烈度作用時,建筑物處于彈性階段,通常不會損壞;當遭遇相應(yīng)基本烈度的地震時,建筑物將進入彈塑性狀態(tài),但一般不會發(fā)生嚴重破壞;當遭遇罕遇烈度作用時,建筑物可能會有嚴重破壞,但不至于倒塌。
  2.建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計方法要點
  我國所頒布的《抗震規(guī)范》提出了兩階段設(shè)計方法,以實現(xiàn)上述3個烈度水準的抗震設(shè)防要求。第一階段的設(shè)計方案,必須要符合抗震設(shè)計原則,同時根據(jù)與基本烈度相對應(yīng)的眾值烈度(相當于小震)的地震動參數(shù),通過采用彈性反應(yīng)譜法求得結(jié)構(gòu)在彈性狀態(tài)下的地震作用標準值和相應(yīng)的地震作用效應(yīng),接著與其他荷載效應(yīng)按一定的組合系數(shù)進行組合,同時對結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面,進行具有針對性的承載力驗算,如果建筑物較高,還必須要進行變形驗算,以保證其側(cè)向變形不要過大。這樣,一方面滿足了第一水準下必要的承載力可靠度,同時也滿足第二水準的設(shè)防要求(損壞可修)。當然,最后還必須通過概念設(shè)計和構(gòu)造措施來滿足第三水準的設(shè)防要求。
  對于非地震高發(fā)區(qū)的大多數(shù)建筑結(jié)構(gòu)而言,只進行第一階段的設(shè)計已經(jīng)足夠了,但根據(jù)建筑的特點和地區(qū)的特征,少部分結(jié)構(gòu)諸如有特殊要求的建筑和地震時易倒塌的結(jié)構(gòu),還必須要進行第二階段的設(shè)計,也就是按與基本烈度相對應(yīng)的罕遇烈度(相當于大震)驗算結(jié)構(gòu)的彈塑性層間變形是否滿足規(guī)范要求(不發(fā)生倒塌)。如果發(fā)現(xiàn)有變形過大的薄弱層,那應(yīng)該積極修改設(shè)計,或者可以采取相應(yīng)的構(gòu)造措施,以滿足第三水準的設(shè)防要求,也就是大震不倒。
  3.結(jié)構(gòu)選型與結(jié)構(gòu)布置
  3.1 結(jié)構(gòu)材料的選擇
  選擇哪一種材料對建筑的結(jié)構(gòu)抗震有著直接的影響,所以材料的選擇應(yīng)該與建筑的方案設(shè)計同步,在研究建筑形式的同時進著手進行研究。同時還應(yīng)該要確定采用什么樣的結(jié)構(gòu)體系。這樣做的目的,主要是為了能夠根據(jù)工程的各方面條件,選擇既符合抗震要求又經(jīng)濟實用的結(jié)構(gòu)類型。結(jié)構(gòu)選型是較為復(fù)雜的一項工作,在選擇時必須要考慮建筑的重要性、設(shè)防烈度、房屋高度、場地、地基、基礎(chǔ)、材料和施工等因素,再加上經(jīng)技術(shù)、經(jīng)濟條件比較后再確定。如果我們單從抗震角度考慮,好的結(jié)構(gòu)型式,應(yīng)具備以下特點:1)延性系數(shù)高;2)“強度/重力”比值大;3)勻質(zhì)性好;4)正交各向同性;5)構(gòu)件的連接具有整體性、連續(xù)性和較好的延性,并能發(fā)揮材料的全部強度。如果只從數(shù)據(jù)上看,按照上述標準來衡量,常見建筑結(jié)構(gòu)類型,理論上的抗震性能優(yōu)劣順序是:1)鋼結(jié)構(gòu);2)型鋼混凝土結(jié)構(gòu);3)混凝土一鋼混合結(jié)構(gòu);4)現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu);5)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)等。當然,在這里必須要強調(diào)的是,我們說的抗震最好的鋼結(jié)構(gòu),其優(yōu)越性是相對性的,從優(yōu)點看,其延性,連接較好,具有可靠的節(jié)點,同時擁有在低周往復(fù)荷載下有飽滿穩(wěn)定的滯回曲線,從實際的經(jīng)驗看,鋼結(jié)構(gòu)建筑的表現(xiàn)都不錯。但是,我們說的相對性,是只設(shè)計理念即施工方法的到位如果不到位這些建筑同樣會在地震中受損。
  3.2 抗震結(jié)構(gòu)體系的確定
  不同的結(jié)構(gòu)體系,在抗震性能、使用效果和經(jīng)濟指標等方面的效果是不同的。因此,確定適合的抗震結(jié)構(gòu)體系至關(guān)重要!犊拐鹨(guī)范》的基本要求:1)必須具備明確的計算簡圖和合理的地震作用傳遞途徑;2)形成多道抗震防線,避免因部分結(jié)構(gòu)或構(gòu)件破壞而導(dǎo)致整個體系喪失抗震能力或?qū)χ亓Φ某休d能力;3)必須具備必要的強度以及良好的變形能力和耗能能力;4)應(yīng)該具有合理的剛度和強度分布,避免因局部削弱或突變形成薄弱部位,產(chǎn)生過大的應(yīng)力集中或塑性變形集中;對可能出現(xiàn)的薄弱部位,應(yīng)采取措施提高抗震能力。
  總之,在選擇確定建筑的結(jié)構(gòu)體系時,建筑物剛度與場地條件的關(guān)系是必須要考慮的。如果建筑物自振周期與地基土的卓越周期接近一致,那就說明建筑可能會產(chǎn)生共振,進而加重建筑物損害。一般來說,建筑物的自振周期與結(jié)構(gòu)本身剛度有關(guān),所以在設(shè)計房屋之前,設(shè)計單位必須要掌握場地和地基土及其卓越周期,以便在建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計中調(diào)整結(jié)構(gòu)剛度,最終避開共振周期。
  當然,在選擇結(jié)構(gòu)體系時,還應(yīng)該要注意選擇合理的基礎(chǔ)形式;A(chǔ)應(yīng)該有足夠的埋深,如果是多層房屋,就應(yīng)該設(shè)置地下室。根據(jù)實踐調(diào)查,設(shè)置地下室的房屋,可以減輕整個結(jié)構(gòu)的震害。至于那些地基軟弱的,就應(yīng)該考慮選用樁基、筏板基礎(chǔ)或箱形基礎(chǔ)。而針對巖層高低起伏不均勻的情況,則可以考慮選擇樁基,樁基可以穿入非液化土層,使建筑結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)固。如果建筑物層數(shù)不多、地基條件又較好時,也可以采用單獨基礎(chǔ)或十字交叉帶形基礎(chǔ)等。
  3.3 結(jié)構(gòu)布置的一般原則
  3.3.1 平面布置力求對稱 通常情況下,對稱結(jié)構(gòu)在地面平動作用下只會發(fā)生平移振動,各構(gòu)件的側(cè)移量相等,這樣就使得水平地震作用按構(gòu)件剛度分配,所以各構(gòu)件受力比較均勻,不會導(dǎo)致力的分布失衡。如果是非對稱結(jié)構(gòu),剛心會偏在一邊,質(zhì)心與剛心不重合,即便只是發(fā)生地面平動也可能出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)振動。最終會導(dǎo)致遠離剛心的構(gòu)件,側(cè)移量大,承擔過度的水平地震剪力。這就很容易發(fā)生嚴重破壞,甚至可能會導(dǎo)致整個結(jié)構(gòu)因一側(cè)構(gòu)件失效而倒塌。
  3.3.2 豎向布置力求均勻 結(jié)構(gòu)豎向布置均勻,可以最大限度的使其豎向剛度、強度變化均勻,這樣可以有效的避免出現(xiàn)薄弱層。從建筑結(jié)構(gòu)的特點看,臨街的建筑物,往往會因為商業(yè)的需要,底部幾層有大空間的設(shè)置。非臨街的建筑物,底部也可能門廳、餐廳或停車場,而出現(xiàn)大空間。在這種結(jié)構(gòu)中,上部的鋼筋混凝土抗震墻或豎向支撐或砌體墻體到此被中止,而下部須采取框架體系。也就是說,上部各層為全墻體系或框架一抗震墻體系,而底層或底部兩三層則為框架體系,整個結(jié)構(gòu)屬“框托墻”體系。地震經(jīng)驗指出,這種體系很不利于抗震。因此,在實際的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計中,應(yīng)該要保持結(jié)構(gòu)豎向布置的均勻。
  也就是說,同一樓層的框架柱,必須要具有大致相同的剛度、強度和延性,以此避免地震時,因受力大小懸殊而被各個擊破的危險。此外,還必須注意的是,在采用純框架結(jié)構(gòu)的高層建筑中,樓梯踏步斜梁和平臺梁直接與框架柱相連時,應(yīng)該避免該柱變成短柱的情況,這樣才能有效的避免地震時發(fā)生剪切破壞。
  4.結(jié)語
  總之,在建筑結(jié)構(gòu)的防震設(shè)計中,設(shè)計人員必須根據(jù)建筑的實際情況,結(jié)合地質(zhì)環(huán)境,在經(jīng)濟與安全的綜合考量下,設(shè)計出科學合理的防震方案,保證建筑物在相應(yīng)的防震標準下進行施工,保證建筑的安全。
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