發(fā)布時間:2023-03-22 17:40:16
序言:寫作是分享個人見解和探索未知領域的橋梁,我們?yōu)槟x了8篇的建筑抗震論文樣本,期待這些樣本能夠為您提供豐富的參考和啟發(fā),請盡情閱讀。
1.1建筑的平面布局設計
建筑的平面布局在建筑設計中占有很重要的位置,一個建筑擁有良好的平面布局該建筑的使用功能也必然很好,而且平面布局布置的是否合理對建筑的抗震性能也有著一定的影響??紤]建筑設計在抗震設計中的應用,第一步就是要保證建筑的剛性程度和建筑結構的質量,在布置上要求二者有著相互的對稱性,避免結構受力產生嚴重的變形狀況產生。抗震受力墻一定要與抗震結構相互協(xié)調,剛度較大的建筑空間樓板還有高強度電梯的安置盡可能的放在建筑的中心位置,防止建筑發(fā)生扭轉效應。進行平面布局設計時,不能忽略建筑結構中抗側移結構布局需要注意的因素,保證建筑的使用功能和建筑的抗震性能都不會受到任何不利的影響,使建筑的抗震設計能夠完美的發(fā)揮出其技術的優(yōu)良特點。
1.2建筑的縱向布局設計
縱向布局中包含的內容較少,主要包括建筑工程中外沿的高度設計,還有建筑結構的質量以及建筑物整體的剛度布置。無論建筑的使用功能是房屋建筑還是商業(yè)建筑,也不論建筑是高層建筑還是多層建筑,在縱向布局中都會涉及到這些問題。設計師再設計時要嚴格按照相應的設計規(guī)范,嚴格控制建筑物沿與建筑剛度的比值,對于結構中剪力墻的布置,要遵守兩點:第一剪力墻的分布要十分均勻,第二點對于剪力墻的構建一定要貫穿整個建筑一直延伸到建筑的底部,一定要避免中間發(fā)生斷裂的情況。
1.3建筑的整體布局設計
建筑的整體布局設計,主要是指建筑的平面和立體空間上的設計。在建筑的整體布局中,要使建筑平面和建筑空間在形狀上,既規(guī)則又簡潔。建筑的平面形狀可以是圓形、矩形、方形等,這樣的形狀能夠提高建筑抗震的水平。在建筑的整體布局設計中,要避免凹凸行的設計,這樣的設計對建筑抗震起到了一定的制約作用。嚴重是還會出現扭轉效應。要設計出具有立體美和具有藝術性的建筑,就一定要將建筑藝術和建筑所具備的功能,與建筑抗震設計結構結合到一起。例如:南昌綠地紫峰大廈,該建筑的高位268m,其框架是核心筒結構,對該建筑的抗震設計,在建筑三分之二處,東西里面內凹,其內凹部分的荷載通過結構柱支撐在41層與43層之間的跨懸臂轉換墻上。其整體結構設計融入了新年功能化設計的思想,并對建筑結構進行小震下的反譜計算,以及中震彈性復核。
2建筑設計過程中應重視的抗震設計問題
2.1建筑物屋頂抗震設計
屋頂太高或太重,是目前建筑設計最主要的問題。屋頂過高或者過重,會加重地震的作用,導致建筑變形,對建筑物自身的抗震能力有所制約。建筑屋頂的重心和建筑底部的重心不在一條線上,那么就會導致建筑抗側力不能連續(xù),從而加劇建筑的扭轉效應,制約建筑的抗震水平。所以,設計師在進行設計的時候,一定要避免屋頂超高超重的現象,使得整個建筑的結構與剛度均勻的分布下來,讓屋頂與建筑的重心保持在同一條線上。如果建筑物的屋頂設計的過高,那么就一定要保證建筑具有良好的抗震穩(wěn)固性,降低建筑扭轉效應。
2.2設計限值控制
相關文件規(guī)定,在建筑設計過程中,要考慮抗震要求的限值控制。房屋的建筑高度和樓層的數量。在實際設計當中,有的建筑高度超標,有的建筑層數超標,有的建筑高度沒有超標,但是其寬度超標。這些超標,都將會給建筑抗震帶來一定的安全隱患,特別是一些高度和寬度超標的建筑,因此,在建筑設計中,只要完全融合建筑抗震設計,就能夠有效的進行限值控制。例如:防裂度為8的時候,粘土磚等對稱建筑的總高度要低于18m,建筑的層數一不能超過6層;底層框架為磚房的建筑高度應該保持在16m,層數保持在5層以內;建筑材料為鋼筋混泥土框架房屋的時候,其高度要保持在45m以下,而框架的抗震墻高度應該保持在100m以內。
3結論
基于性能的抗震設計首先需要根據地震水準確定性能目標,地震動水準可選用規(guī)范的多遇地震、設防地震和罕遇地震的地震作用影響最大值,比如當抗震設防烈度為7度,設計地震基本加速度為0.15g時,多遇地震、設防地震和罕遇地震影響系數最大值分別為0.12,0.34,0.72。性能目標依據地震時建筑允許破壞的程度,可不拘泥于計算數值,但不應低于抗震三水準??拐鹦阅芩疁矢鶕咭?guī)分為5個水準,性能目標1承載力要求最高,延性最低,性能目標5承載力要求最低,延性要求最高??拐鹦阅芡ㄟ^承載力和變形雙重控制,以抗震承載力為主,層間彈塑性變形為輔,可以采用層間位移變形來反應破壞程度,性能化設計尋求在承載力和變形能力中尋找合理平衡點。下面通過抗震性能化設計的實例講述設計目標實現過程。
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(qū)經濟開發(fā)區(qū)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(qū)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(guī)則,在規(guī)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(guī)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(guī)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(guī)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(xù)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(xù)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(lián),及施工模擬,在抗震規(guī)范規(guī)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(qū)高度均能符合我國規(guī)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(tài),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(guī)范要求3~4倍的[Δue]區(qū)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(fā)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(guī)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。
3結語
關鍵詞:高層建筑;抗震;結構設計;理論
中圖分類號:[TU208.3] 文獻標識碼:A
1 我國的高層建筑發(fā)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(fā)展,100m左右及以上的將建筑快速發(fā)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(fā)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(guī)范
一般的抗震規(guī)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(fā)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?;谶@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(fā)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(jié)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(guī)范》中有明文規(guī)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(qū)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(fā)下的承載力極限,要求建筑的彈性變形不超過規(guī)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(qū)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(fā)生損害,但是不經修理或者簡單修理就可以繼續(xù)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(fā)生第三設防烈度地震的情況下,就是遇到本地區(qū)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(guī)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(qū)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(huán)節(jié),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(tài)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(guī)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(guī)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(guī)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(guī)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(guī)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.
[2]李彬.對于高層建筑結構的抗震設計探討[J].中國新技術新產品.2012(02).
關鍵詞:建筑結構;抗震設計;相關問題;
中圖分類號:TU318 文獻標識碼:A
引言:由于開發(fā)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(huán)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(tǒng)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(yōu)化分析,得到一個最優(yōu)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(guī)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(yè)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(xié)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(xié)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(xié)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(jié)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(huán)節(jié),必須提高薄弱部位的抗震能力。
2、抗震場地的選擇??拐饒龅氐倪x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(tài)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(wěn)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(fā)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(fā)生時,北川老縣城發(fā)生規(guī)模較大的山體滑坡,王家?guī)r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(qū)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(guī)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(guī)則的設計方案。有關資料表明,對于一些樓板布局不夠規(guī)范時,要采取相應的樓板計算模型;對于平面不規(guī)則、立體不規(guī)則的建筑結構,必須采用空間結構計算模型。結構的規(guī)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(guī)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(guī)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(guī)則,使得平面剛度急劇變化,遭遇地震后,將發(fā)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(xié)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(fā)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?yōu)?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(fā)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(fā)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(jié)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(jié)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??拐痼w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??傊_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(guī)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(wěn)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:
[l]倪廣林.對建筑結構抗震設計的若干思考田.山西建筑,2010.
[關鍵詞]抗震設計 ;基于性能 ;地震設防水準 ;設計方法 ;位移影響系數法 ;能力譜法 ;直接位移設計法
中圖分類號:TE577 文獻標識碼:A 文章編號:1009-914X(2016)04-0313-01
一、基于性能的抗震設計的產生
20世紀初期,日本的森房吉教授(1868―1923)在對當時的地震災害和理論認識進行研究之后,提出了最早的結構抗震設計方法。在之后的一百年間,隨著科學技術的不斷發(fā)展,人們對地震的反映特征和發(fā)展特征的研究和把握不斷深入,結構抗震設計理論及方法也在不斷進步當中。
目前 “大震不倒,中震可修,小震不壞”,作為抗震結構設計指導思想被國際普遍認可。至此,抗震結構設計可以說已經取得了顯著的進步,此類建筑在地震中也表現出較好的抗震性能。但是,目前的三個水準的設計理念主要是以保護人類生命安全為目的,對于地震造成的其他破壞不能很好地進行控制。尤其是現代社會的高速發(fā)展使得大量人群、財富和資源可能集中在某一區(qū)域,如大城市中。在這些區(qū)域一旦發(fā)生地震,將會造成巨大的經濟損失,對生還者的心里造成嚴重打擊,也是十分不利于震后重建工作的開展。因此,要求人們在進行抗震設計時不僅防止地震對生命安全造成傷害,也要盡可能減少房屋倒塌對其他方面造成破壞。基于以上考慮,在1994年美國洛杉磯大地震和1995年日本阪神大地震之后,基于性能的抗震結構設計被廣泛研究推廣,并被認為是未來抗震結構設計的主要指導思想。
這項設計最早出現在橋梁抗震設計中,用量化的抗震指標來控制抗震性能,從而改進傳統(tǒng)的設計理念。1995年,這一理念被美國放眼21世紀委員會提出了之后,便得到了美國政府的大力支持,日本、新西蘭、澳大利亞、英國、智利等國家也先后投入研究。
二、基于性能抗震設計的特點
通過與現行抗震設計理念的對比,可得到基于性能抗震設計理念的特點。
1.采用多級設防。與現階段“大震不倒、中震可修、小震不壞”的三階段設防目標
相比,基于性能的抗震設計注重多級防護,注意保護建筑的內部設施與非結構件,從而達到了在地震發(fā)生時既保護業(yè)主安全又減輕了業(yè)主和社會的經濟損失。
2.投資準則效益。投資準則效益反映了抗震設計思想的重要轉變,是基于性能抗震設計的一個基本原則。即從只注重安全變?yōu)橥瑫r注重安全、經濟等多個方面。根據這一準則,結構設計按照結構性能的要求,考慮到所擁有的所有資源,在安全和經濟之間找到平衡、合理的切入點,得到優(yōu)化的最佳方案。
三.設防水平
1.地震設防水平。地震設防水平是指在未來可能作用于建筑結構的地震強度大小。由于地震設防水平直接決定了建筑物的抗震能力,所以它在基于性能的抗震設計的理論中占有重要的位置,應充分考慮到已優(yōu)化的經驗基礎,并根據地震參數具體確定。
2.結構性能水平。結構性能水平是在預期地震等級的作用下對建筑物破壞的最大程度。由于基于性能的抗震設計是考慮到結構構件、內部設施、非結構構件、裝修等多種因素,因此除了應該對對建筑主體結構帶來的損失有控制力外,還要充分考慮到對非主體的損壞的控制。所以說,能兼顧主體與非主體結構破壞程度的結構性能水準才是科學的、合理的。
四、基于性能抗震設計的方法
目前基于性能的抗震設計方法主要有:位移影響系數、直接位移、能力譜設計等方法。
1.位移影響系數法。該方法基于結構性能設計,即通過分析預先得到位移的最大期望值,然后利用模態(tài)、等效的方法進行確定,從而修正此系數。但是此方法目前也存在著一些問題,比如無法具體地體現出抗震水準與具體結構、樓層的損壞情況。
2.直接位移設計法。本方法適用于結構性能設計,即根據地震等級預期計算位移,使結構達到預期位移。本方法最大的特點是概念簡單,但是只能從建筑材料的極限變化確定相應數值,不能考慮到預期之外的地震效應。
3.能力譜法。能力譜法是將地震反應譜與能力譜曲線轉化成需求譜,從而評判該建筑的抗震性能。本方法側重于對結構的實際性能進行評估與檢驗。另外,能力譜法只適用于分布比較均勻且平面結構可化簡的結構。
總結:
基于性能的抗震設計是一個涵蓋范圍很廣的體系,與現行抗震設計相比,它具有以下優(yōu)點:
(1)基于性能的抗震設計目標多而且具體,具有更強的可操作性與適應性,也具有更
大的實際作用意義。
(2)基于性能的抗震設計提供給了設計者更大的靈活性。在符合相關規(guī)定與要求的前
提下,設計者可自行選擇能實現業(yè)主抗震目標的設計方案與相對應的結構措施,充分發(fā)揮了設計者的創(chuàng)造性與創(chuàng)新性。
(3)基于性能的抗震設計將之前單一的以保障業(yè)主生命安全的抗震目標轉變?yōu)樵诓煌?/p>
的地震風險等級下滿足不同的抗震需求,并綜合了經濟、安全等多方面因素,充分考慮到了投資、震后損失、災后重建、社會效益與業(yè)主的承受能力等多方面因素,更符合當今社會的需求。
基于性能的抗震建筑結構設計思路已經成為了未來抗震設計的主要發(fā)展思想,,得到了國際社會的廣泛認可。特別是美日兩國,在這一方面進行了大量的研究,并得到了一定成果。我國在這個項目的研究上起步較晚,但是為達到與國際社會同步,我國與國際社會上在這方面取得先進成果的專家多次進行學術交流,中國許多高校目前也已經開展了此項研究,從而發(fā)展出適合我國國情的基于性能的抗震設計方法。
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【關鍵詞】高層建筑,混凝土,抗震設計
中圖分類號:TU973+.31文獻標識碼: A 文章編號:
一、前言
建筑行業(yè)是我國重要的經濟增長行業(yè)之一,關系到居民的切身利益。我國是多地震國家,但我國目前對地震的預防能力較弱,地震給我國帶來了及其巨大的災害,因此,加強建筑設計中的抗震設計,是進一步保障我國居民生命財產安全的重要措施之一。目前我國高層混凝土建筑應用的范圍越來越廣泛,其綜合性和高集成性都使得高層建筑的抗震設計需要更為明確的重視,加強對高層混凝土建筑抗震設計,已經十分的迫切。
二、高層混凝土建筑結構中抗震設計的現狀和存在的問題
高層混凝土建筑是經濟發(fā)展的產物,高層建筑結構的設計尤其是在抗震結構設計上,我國雖然引進了一些西方歐美抗震設計理念,但缺乏符合本國實際的理論技術創(chuàng)新。很大方面存在著缺陷,主要表現在以下幾個方面。
1.高層混凝土建筑在結構防震設計中缺乏科學規(guī)范的理論指導,缺乏實際經驗的積累;而且我國對地質地震的認識尚不夠完善,對地震的成因,預測,防治研究不夠深入。因此,在進行高層建筑結構抗震設計時候,缺乏一定的科學依據,或依據的是不完善的理論。因此,難以在高層建筑結構設計中完美融合防震設計理念。
2.高層混凝土建筑結構設計中,設計立足于固定參數,而忽視了實際情況,設計完全依據“計算設計”完成。而且將一定的地震或力學參數做出固定的規(guī)范,比如,在我國地震設計研究中,把地震的降級系數統(tǒng)一規(guī)定為2.81,將小震賦予固定統(tǒng)計意義。而小震多用于結構設計中,結構截面承載能力設計和變形的檢驗計算,需要依據一定的實際情況而行。雙向板內力計算時,查用《建筑結構靜力計算手冊》的內力系數時,其泊松比取值為0。 而鋼筋混凝土材料的泊松比取值為1/6, 這在設計板時往往容易被忽略,在計算跨中彎矩時,未考慮引入泊松比后的計算公式,導致內力計算結果錯誤。
3,沒有能夠深入研究地震對建筑結構破壞的層次和順序,難以做到重視主體的設計且兼顧細節(jié)問題。沒有能根據實際情況靈活變通的運用抗震設計準則。
三、高層混凝土建筑結構抗震設計的方案
1. 高層混凝土建筑結構設計要從建筑的全局出發(fā),全面考慮各種建筑部位的功能,在此基礎上,科學設計每個部分的構件,保證每個部件之間的契合,促使每個部件或者是若干部件組合起來可以完成某一特定的設計要求,滿足一定的現實需求,同時,通過抗震設計,使得每個構件都可以具有相應的承載力,當地震來襲時,每個構件都可以有著一定的先后破壞次序,整體組合構件將會有著更強大的承載力和柔性,從而延緩地震破壞的速度,消耗爆發(fā)的能量。增強建筑的整體抗震能力。
2.地基設計是進行建筑結構設計的基礎,因此,在房間結構抗震設計中,要科學避開山嘴,山包,陡坡,河流等不利因素,要本著堅硬,牢固,平坦,開闊的選址原則。親身實地,利用先進技術設備,進行地質勘探,山石水土監(jiān)測,并取樣論證,科學嚴謹分析。力求使得整個地基牢固可靠,地質穩(wěn)定無滲漏,無坍塌,無暗河,無熔巖,無火山等,從而保證整個地基不會因為承載力不均,而發(fā)生小范圍的坍塌,影響到整體承載能力和抗震能力設計。
3. 高層混凝土建筑物的動力性能基本上取決于其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,通過無數次的實驗表明,簡單、規(guī)則、對稱的建筑結構抗震能力強,對延緩地震烈度范圍延伸,消耗地震的能量,減少地震對整體結構的破壞,而且,對稱結構容易準確計算其地震反應。
4.抗震結構體系是抗震設計應考慮的關鍵問題。如果按結構材料分類,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;若是按結構形式分類,目前常見的有框架結構、剪力墻結構、框架剪力墻結構、筒體結構。高層建筑結構抗震設計中,不同結構的抗震結構體系的承載力受到抗震設防烈度、建筑高度、場地條件以及建筑材料、施工條件、經濟條件等多種條件的影響,因此高層建筑結構抗震設計要綜合考慮,做到科學選擇,嚴謹設計。
5.結構良好的延性有助于減小地震作用,吸收與耗散地震能量,避免結構倒塌。因此,結構設計應力求避免構件的剪切破壞,爭取更多的構件實現彎曲破壞。始終遵循“強柱弱梁,強剪弱彎、強節(jié)點、弱錨固”原則。構件的破壞和退出工作,使整個結構從一種穩(wěn)定體系過渡到另外一種穩(wěn)定體系,致使結構的周期發(fā)生變化,以避免地震卓越周期長時間持續(xù)作用引起的共振效應。
6.在高層建筑結構抗震設計中,一般而言,要尤其注意其是由諸多構件共同組合在一起,因此,要進行整體化的對待。要充分調動各個構件的作用來完成整體建筑的抗震效果。當高層建筑的一些基本構件都失去了原有功能的時候,那么,在地震來臨后,很容易讓整體的建筑結構喪失對地震的抵抗能力。在這種情況下,很容易讓整個高層建筑坍塌,因此,要保證所有構件的功能協(xié)調,并確保所有的構件都能夠在地震作用下保證良好的性能,如此,可以增強建筑結構的整體抗震能力。
7.設計高層混凝土建筑和超高層建筑時,屋頂建筑抗震設計也是整個設計的一個重要環(huán)節(jié)。近幾十年來,從多數高層建筑抗震設計評定結果看,屋頂建筑設計還存在一些問題,例如:屋頂設計較高或者設計過重。屋頂設計較高或者設計過重,無形當中加大了屋頂建筑變形,而且也加大地震作用,尤其對自身和屋頂之下的建筑物的抗震作用都不利。有時屋頂建筑的重心和屋頂之下的中心不在同一直線上,如果屋頂的抗側力墻和屋頂之下的抗側力墻出現間斷,在地震發(fā)生時,帶來的地震扭轉作用也會更嚴重,對抗震更不利。所以,在進行屋頂建筑設計過程中時,應該最大限度的降低屋頂建筑的高度。選用強度較高、輕質、剛度均勻的材料,使得地震作用傳遞不受阻礙;屋頂重心和屋頂之下的建筑中心在同一直線上;如果屋頂建筑非常高,屋頂建筑就必須具有較強的抗震性,讓屋頂建筑地震作用和突變降低到最小,盡量避免發(fā)生扭轉效應。
四、結束語
隨著我國經濟的發(fā)展和人民生活水平的提高,在目前的發(fā)展趨勢中,高層建筑結構設計的主流趨勢有低碳,環(huán)保,安全,節(jié)能,生態(tài)。其中指標之一,就是建筑的安全性,而我國目前破壞力最大的安全威脅便是地震,因此,加強對高層建筑結構的抗震設計,必將會被提升到建筑設計新的戰(zhàn)略高度。要科學合理的設計好房間結構,增強抗震能力,設計人員不僅要大力提升自己的力學,建筑學,設計學等各方面的專業(yè)知識和制圖技能,更要培養(yǎng)嚴謹縝密的態(tài)度,深刻理解設計規(guī)范,深刻了解建筑結構中的每個構件,做好每個構件,從整體構思,不斷提高設計水平和設計質量,提升建筑結構的質量,為完美實現建筑的實用價值和美學價值的融合做出貢獻。
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關鍵詞:抗震施工技術;住宅建筑;建筑結構;居住環(huán)境
如何使建筑工程的抗震施工的相關技術在城市建設過程中發(fā)揮出重要的作用,已經成為城市建設當中重要的課題,我國還處于兩大地震帶,是多地震的國家,做好建筑工程的抗震施工意義更大。
1、關于建筑工程當中抗震施工技術的重要性
經過歷次證明,房屋的倒塌大部分是由于地震災害所造成的,這主要是因為大多數的建筑缺乏相對規(guī)范管理,而且其房屋的質量比較差,不僅不能抵擋強烈地震,而且一般在6級左右的中強地震,會出現比較強的震感,引起房屋損失,人身傷害。目前在眾多建筑工程中,會出現再生鋼材現象,但是因為鋼筋抗拉強度達不到工程技術相關要求。所以提高房屋的抗震性能,能夠避免一些地震災害。以圖1為例,在設計住宅時,需要在框架的節(jié)點上增加附加的鋼筋,保證建筑架構的穩(wěn)定性。
圖1:住宅室內外針對抗震的設計
2、最常見的抗震結構性能的相關比較
就現在而言,我國的民用建筑最為常見的建筑結構包含了:鋼結構、磚混結構、框架結構和磚木的結構,這些結構的建筑在抗震性有著一些區(qū)別。
2.1關于鋼結構建筑的抗震性能
鋼畢露構建筑是21世紀綠色的建筑,其獨特的可循環(huán)使用建筑結構比較符合現在發(fā)展節(jié)能省地建筑,同時滿足經濟持續(xù)健康的發(fā)展。鋼結構的建筑,首先是重量輕而且強度高,如果用鋼結構構建住宅重量是鋼筋混凝土住宅的二分之一,所以其使用面積比鋼筋混凝土的住宅要提高大概4%,其次是抗震性比較好,如技術鋼材料具有勻質性和強韌性,會發(fā)生較大的變形,而且有可能承受比較大的動力荷載,一般情況下具有非常好的抗震性。根椐國內外震后調查,鋼結構的建筑倒塌數相對比較少,而且從理論上看,鋼結構的建筑比框架和磚混結構要結實得多,而且使用的年限也會比較長。
2.2關于磚混結構的構建筑抗震性能
磚混結構一般是由磚墻進行支撐、現澆以及預制鋼筋混凝土構成,由于建筑質量有所不同,其抗震性也會有較大差異,所以磚的抗壓性較差,在遇到六七度的地震時,會造成局開裂和慢慢散落,其裂縫會擴大。有些建筑的施工質量比較好,磚的形狀和砂漿強度比較高,這類房屋在10度地震情況下極易破壞。
一般情況下這種結構的房屋容易發(fā)生問題,比如跨度大的橫梁和樓梯間的墻體和較大洞口的墻體,在地震發(fā)生時,住房需要避開類似結構的部位和構件,可以進入結構相對穩(wěn)定的空間,如廁所或者是小廚房。
對比磚混結構的抗震性能,明顯好于磚砌體的相關結構,磚混結構在唐山地震中經受住了考驗,這種結構相對比較實惠,冬暖夏涼。
3.住宅建筑抗震技術的應用和建議
根椐近年來,住宅的建筑抗震技術及相關的應用在慢慢完善,但是根椐實施過程中,我國仍然面臨著許多弊端,所以需要根椐實際的工作,加強住宅建筑的抗震性。
3.1加強宅建墻體的抗震性
一般情況下住宅的建筑墻體框架結構是住宅的建筑抗震施工技術的關鍵,它屬于圍護構件的相關承重的范圍,其所產生的抗震性能,是取決于建筑材料的質量,同時也需要考慮建筑承重的結構的連接,以及建筑地基的狀態(tài)。在實際的抗震施工技術和應用中,需要在抗震施工中采用高標號的水泥,嚴格控制砂漿的比例,同樣的墻體通過砂漿粘結構成墻面整體。
3.2加強住宅建筑的構造柱的抗震能力
抗震施工技術中,關于構造柱和圈梁的施工占有非常重要的位置,需要進行加強和改進其技術,所以在眾多的磚混結構我們需要根椐住宅的要求,通過合理的設計構造柱和圈梁,從而保證其抗震的性能,可以實現住宅的最大的抗震的能力和相關的效果,需要特別注意構件之間的連接,注重強有力的施工的要求,這樣兩者就共同構成了其住宅的建筑的骨架,這樣可以充分發(fā)揮有效約束的墻體的作用。以圖二為例,需要根椐墻體構造柱的設置重點加強抗震的能力。
圖二:
墻身構造柱的重要設置
3.3加強住宅建筑的框架節(jié)點的抗震性能
住宅建筑的框架的節(jié)點,需要充分發(fā)揮連接的框架和梁之間的重要作用,所以框架的節(jié)點需要符合抗震的相關標準,這樣才能提高整體的抗震。如果框架的節(jié)點遭到破壞,那么就會導致住宅的建筑整體建筑的結構就會發(fā)生嚴重的移位,所以我們根椐框架的節(jié)點的抗震技術施工的現實和重要,所以全面加強框架的節(jié)點,在實際的抗震技術在施工的進程,需要將混凝土慢慢澆筑到梁底的標底,然后將框架節(jié)點連同梁板進行完美的澆筑,所以施工隊伍需要不斷地加強抗震施工技術應有識,堅決拒絕施工的隱患。
結束語
根椐大多數對于地震等自然災害進行了解,所以我們和抗震有關的建筑設計的情況進行探尋和摸索,根椐現在的情況,其搞垮的相關設計還沒有達到科學的程度,尤其是我國人口的分布相對比較廣泛,所以單純的依靠建筑來提高抗震性不是很科學,也不全面,這樣不僅不能減少地震的損失。根椐我國發(fā)生地震的損傷來看,我們需要非常重視建筑結構的良好的抗震性能,同時還要加上強大的室內抗震設計,一起實現建筑的抗震,保證建筑物自身質量和功能的完整性。
參考文獻
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關鍵詞:高層建筑;混凝土房屋;抗震設計;抗震設防
Abstract: This article researches and analyzes the seismic design of the tall reinforced concrete building, according to the author’s practical experience and summarized relevant materials,.
Key words: high-rise building; concrete building; seismic design; seismic fortification
中圖分類號:TU3文獻標識碼:A 文章編號:2095-2104(2012)
在建筑工程項目建設中,設計階段是整個工程最為關鍵的一個環(huán)節(jié),在設計中要考慮到多方面的因素。本文結合工作實踐對高層建筑結構抗震設計進行理論上的研究,從設計理念、設計原則到設計方法進行了探討,雖然有些粗淺,希望對同行們有一定的參考作用。
地震是人類在繁衍生息、社會發(fā)展過程中遇到的一種可怕的自然災害。強烈地震常常以其猝不及防的突發(fā)性和巨大的破壞力給社會經濟發(fā)展、人類生存安全和社會穩(wěn)定、社會功能帶來嚴重的危害。據統(tǒng)計,歷史上各種自然災害曾毀滅了世界各地 52 個城市,其中因地震而毀滅的城市有 27 個。地震之外的其它各種災害,如水災、火災、火山噴發(fā)、風災、沙災、旱災等毀滅的城市為 25 座。因此,地震占災害總數的 52%??梢姷卣馂暮Υ_系“群害之首”。研究表明,在地震中造成人員傷亡和經濟損失最主要的因素就是房屋倒塌及其引發(fā)的次生災害(約占 95%)。無數次的震害告訴我們,抗震設計是防御和減輕地震災害最有效、最根本的措施。
1 建筑抗震的理論分析
1.1 建筑結構抗震規(guī)范 建筑結構抗震規(guī)范實際上是各國建筑抗震經驗帶有權威性的總結,是指導建筑抗震設計(包括結構動力計算,結構抗震措施以及地基抗震分析等主要內容)的法定性文件它既反映了各個國家經濟與建設的時代水平,又反映了各個國家的具體抗震實踐經驗。它雖然受抗震有關科學理論的引導,向技術經濟合理性的方向發(fā)展,但它更要有堅定的工程實踐基礎,把建筑工程的安全性放在首位,容不得半點冒險和不實。正是基于這種認識,現代規(guī)范中的條文有的被列為強制性條文,有的條文中用了“嚴禁,不得,不許,不宜”等體現不同程度限制性和“必須,應該,宜于,可以”等體現不同程度靈活性的用詞。
1.2 抗震設計的理論 擬靜力理論。擬靜力理論是 20 世紀 10~40 年展起來的一種理論,它在估計地震對結構的作用時,僅假定結構為剛性,地震力水平作用在結構或構件的質量中心上。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。反應譜理論是在加世紀 40~60 年展起來的,它以強地震動加速度觀測記錄的增多和對地震地面運動特性的進一步了解,以及結構動力反應特性的研究為基礎,是加理工學院的一些研究學者對地震動加速度記錄的特性進行分析后取得的一個重要成果。動力理論。動力理論是 20 世紀 70-80 年廣為應用的地震動力理論。它的發(fā)展除了基于 60 年代以來電子計算機技術和試驗技術的發(fā)展外,人們對各類結構在地震作用下的線性與非線性反應過程有了較多的了解,同時隨著強震觀測臺站的不斷增多,各種受損結構的地震反應記錄也不斷增多。進一步動力理論也稱地震時程分析理論,它把地震作為一個時間過程,選擇有代表性的地震動加速度時程作為地震動輸入,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,從而完成抗震設計工作。
2 高層建筑結構抗震設計
2.1 抗震措施 在對結構的抗震設計中,除要考慮概念設計、結構抗震驗算外,歷次地震后人們在限制建筑高度,提高結構延性(限制結構類型和結構材料使用)等方面總結的抗震經驗一直是各國規(guī)范重視的問題。當前,在抗震設計中,從概念設計,抗震驗算及構造措施等三方面入手,在將抗震與消震(結構延性)結合的基礎上,建立設計地震力與結構延性要求相互影響的雙重設計指標和方法,直至進一步通過一些結構措施(隔震措施,消能減震措施)來減震,即減小結構上的地震作用使得建筑在地震中有良好而經濟的抗震性能是當代抗震設計規(guī)范發(fā)展的方向。而且,強柱弱梁,強剪弱彎和強節(jié)點弱構件在提高結構延性方面的作用已得到普遍的認可。
2.2 抗震設計理念 我國 《建筑抗震規(guī)范》(GB50011-2001)對建筑的抗震設防提出“三水準、兩階段”的要求,“三水準”即“小震不壞,中震可修,大震不倒”。當遭遇第一設防烈度地震即低于本地區(qū)抗震設防烈度的多遇地震時,結構處于彈性變形階段,建筑物處于正常使用狀態(tài)。建筑物一般不受損壞或不需修理仍可繼續(xù)使用。因此, 要求建筑結構滿足多遇地震作用下的承載力極限狀態(tài)驗算,要求建筑的彈性變形不超過規(guī)定的彈性變形限值。當遭遇第二設防烈度地震即相當于本地區(qū)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,建筑物可能出現一定程度的破壞。但經一般修理或不需修理仍可繼續(xù)使用。因此,要求結構具有相當的延性能力(變形能力)不發(fā)生不可修復的脆性破壞。當遭遇第三設防烈度地震即高于本地區(qū)抗震設防烈度的罕遇地震時,結構雖然破壞較重,但結構的非彈性變形離結構的倒塌尚有一段距離。不致倒塌或者發(fā)生危及生命的嚴重破壞,從而保障了人員的安全。因此,要求建筑具有足夠的變形能力,其彈塑性變形不超過規(guī)定的彈塑性變形限值。
三個水準烈度的地震作用水平,按三個不同超越概率(或重現期)來區(qū)分的: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。對建筑抗震的三個水準設防要求,是通過“兩階段”設計來實現的,其方法步驟如下:第一階段:第一步采用與第一水準烈度相應的地震動參數,先計算出結構在彈性狀態(tài)下的地震作用效應,與風、重力荷載效應組合。并引入承載力抗震調整系數。進行構件截面設計,從而滿足第一水準的強度要求;第二步是采用同一地震動參數計算出結構的層間位移角,使其不超過抗震規(guī)范所規(guī)定的限值;同時采用相應的抗震構造措施,保證結構具有足夠的延性、變形能力和塑性耗能,從而自動滿足第二水準的變形要求。第二階段:采用與第三水準相對應的地震動參數,計算出結構(特別是柔弱樓層和抗震薄弱環(huán)節(jié))的彈塑性層間位移角,使之小于抗震規(guī)范的限值。并采用必要的抗震構造措施,從而滿足第三水準的防倒塌要求。
2.3 抗震設計方法 我國的《建筑抗震設計規(guī)范》(GB50011-2001)對各類建筑結構的抗震計算應采用的方法作了以下規(guī)定:高度不超過 40m,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(guī)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。
3 結語
要使工程建設真正達到能夠減輕以至避免地震災害,把握好抗震設計關是減輕地震災害的根本措施。
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