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[关键词] 房屋建筑 结构 抗震 设计
中图分类号:TU2文献标识码: A
据统计,每年世界范围内发生地震的次数已达50 万多次,而国内的地震次数便占了当中的 1/3。地震灾害严重损害了国内的经济发展与社会发展,并带来了严重灾难。因此在房屋建筑的结构设计中,需对结构的抗震性能充分考虑。针对地震灾害采取有关预防措施,尽可能减少地震灾害对于房屋建筑的损害,确保人们的生命安全与财产安全。本文就对房屋建筑在结构抗震设计上的若干要求展开了研究。
一、 合理选择建筑场地
受地震灾害影响,地震范围内的建筑物会被严重破坏。由于地震而引起的地质运动可导致建筑直接面临结构破坏,由此可见,地质条件也属于房屋建筑受损的一个重要因素。因此在房屋建筑设计中,需对建筑场地进行合理选择。一方面,应首选地质坚硬、地势开阔等有利于抗震的地质条件,从而减少地基土在地震期间的沉陷程度,预防房屋建筑发生坍塌不良现象。另一方面,尽可能避免山坡边缘、河岸等地质软不利于抗震的地段,以免在地震期间,在地质条件的共同影响下,导致房屋建筑出现倒塌的情况。若实在无法避免此类地段,则需要采取相应的有效抗震措施。第三,不应选择自然灾害并发区域等危险地段(如地陷、滑坡以及泥石流等地段)作为房屋建筑的建造地段,以避免地震灾害并发其他自然灾害而导致房屋建筑破损程度加重。最后,建筑场地的土质刚度、覆盖层厚度等也属于建筑物受到地震损害的一项重要因素。有关研究指出,建筑地段的土质坚硬、覆盖层薄属于减少地震灾害对于房屋建筑损害程度的一项重要原因。因此在选址时,还需要对土质及其覆盖厚度进行考察。
二、 房屋建筑的地基和基础设计
首先,在建造房屋建筑期间,同一个房屋建筑结构单元不允许建造在性质不同的地基上。并且在地基选择和处理上,尽量全部应用天然地基或是桩基,尽可能避免出现两种地基各一半的状况。从而可以避免不利因素,保证房屋建筑的抗震性能。
其次,在埋置房屋建筑的基础时,需注意其埋置深度的控制。若基础埋置深度过浅,将会减少房屋建筑的嵌固作用,增大房屋建筑在地震期间的振幅,提高震害发生几率。因此在设计房屋建筑的基础埋置深度时,应尽量增加其埋置深度。并认真做好基槽回填工作以及夯实工作,确保回填土和基础的侧面紧密接触,提高房屋建筑基础部分的稳定性。
另外,对于砌体结构的房屋建筑是由上部建筑、基础两个部分所构成的一个整体。因此在建筑室外地坪下,不应应用内外交圈基础圈梁,以免影响上部建筑和基础的整体性。此外,应将上部结构构造柱钢筋嵌入基础圈梁内,从而加强上部建筑和基础的连接牢固性。若建筑建造地段的土质刚度较弱,则还需设置圈梁在基底底部。
三、 房屋建筑屋顶与墙体的抗震设计
在地震期间,房屋建筑的受损程度与建筑质量之间呈正比关系。也就是建筑质量越重,建筑的受震害程度则越严重。反之,若建筑质量越轻,那么其受震害程度将会越小。其次,建筑结构越稳定,其在地震灾害中的安全性也越高。因此,在房屋建筑结构设计中,应尽可能最小化建筑质量,以达到最小化减小房屋建筑受震害程度的目的。一方面,减轻房屋建筑围护结构的质量,从而达到减轻房屋建筑墙体质量的目的。若建筑的墙体质量过重,将会降低建筑的抗震性能,使得建筑在面临地震灾害时,易受破坏。因此,在建筑结构设计中,需对减轻墙体重量这一点进行考虑。另一方面,在建筑屋盖设计期间,应尽量选择质量较轻的材质。并且不要在建筑屋顶设计中添加不必要的附属物,以免增加屋盖重量,间接增加建
筑高度,对房屋建筑抗震性能产生不良影响。若在屋盖设计期间,个别突出形状是必须建造的,则需要通过设计尽可能降低其高度,并增强牢固性。选择质量轻的材料,从而提高建筑的抗震性能。
房屋建筑结构设计的规则性
1. 合理控制房屋建筑高宽比
对于房屋建筑而言,其受震害程度与建筑本身的高宽比具有一定的关系。受地震作用影响,房屋建筑的倾斜程度(侧移程度)会因为其本身高宽比越大而越严重。同时,房屋建筑的层数越多,其在地震灾害中所面临的破坏也会越严重。因此,为了保障房屋建筑对于地震破坏的抵抗能力。在设计期间,需对其建筑的高度与宽度进行合理控制。结合房屋建筑的实际情况,在保障房屋建筑的抗震要求的条件下,对房屋建筑层数进行合理调整。
2. 规则性设计房屋建筑结构
在房屋建筑的结构设计上,均匀分布结构刚度与质量、规则设计建筑平面与竖向结构构件布置等是保障建筑抗震性能的一个重要环节。若房屋建筑具有平面设计复杂,而质量、刚度等分布不规则的情况,在面临地震时,房屋建筑将会产生扭转情况,水平体系构件应力突变导致房屋建筑主要受力构件受到严重破坏。其次,在建筑竖向结构构件的设计中,抗侧力体系的刚度和承载力有明显的突变,在地震期间发生严重震害的可能性较大。并且若建筑采用复杂的建筑体型,也会导致在地震中发生严重破坏;其中顶部局部突起将会因为高度过高而引起鞭梢效应。
3. 合理处理房屋建筑的防震缝
若房屋建筑结构平面或者竖向不规则,需处理好建筑的防震缝。设置防震缝期间,可将房屋建筑划分为相互独立且规则的结构。防震缝两边结构单元之间设置足够宽度的缝,彻底分开防震缝两边的上部建构。防震缝宽顺着建筑高度的增加而放大,同时可以在防震缝两侧布置垂直相交的抗撞墙体。
4. 合理布置砌体结构房屋建筑的纵横墙
墙体属于砌体结构房屋建筑的主要承重构件,由于房屋建筑的刚度大小主要取决于墙体数量,若承重墙体布置时随意加大墙体间距和不均匀布置,将会降低房屋建筑的刚度以及抗震能力。因此在设计期间,需均匀分布房屋建筑的横墙以及纵墙,从而确保房屋建筑的整体抗震性能。
5. 合理布置砌体结构房屋建筑的构造柱以及圈梁
构造柱、圈梁等均属于提高砌体结构房屋建筑抗震性能的重要组成部分。其中构造柱有利于增强建筑墙体的抗剪性能,并改善建筑结构变形能力,提高建筑物的整体刚度从而使建筑结构在外力作用下仅发生局部变形,不对建筑结构整体的稳定性产生影响。因此,在布置构造柱时,需以《抗震规范》作为布置依据,在墙体交叉处均设置构造柱,促使墙体材料由脆性演变为延性。另外,圈梁也可以提高墙体之间的连接牢固性,对于增强房屋稳固性、整体性等可起到明显的促进作用。在一定情况下,还可抑制墙体产生裂缝。
五、 结语
目前,抗震技术属于房屋建筑设计当中的一项主要技术,抗震设计的好坏将会直接影响到房屋建筑的抗震性能。因此在房屋建筑结构设计中,需根据抗震设计的相关要求,对房屋建筑进行合理设计,满足房屋抗震设计的相关要求。尽可能提高房屋的抗震能力,减少地震灾害对于房屋建筑的损害。本文只从基本概念做出阐述,实际设计还要运用静力和动力的数值计算手段,用数值计算结果来量化宏观指标,帮助工程师合理设计。
参考文献
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[2]张建,倪彩琴.浅议房屋建筑结构设计中问题的分析[J].建筑设计管理,2010(05).
关键词:建筑结构;抗震设计;要求
中图分类号: TU3 文献标识码: A
引言:根据有关部门的统计分析,全世界每年会发生四十万次左右的不同程度的地震,而我国境内发生的地震次数更是达到了十万次以上。地震造成的危害,轻者会对交通设施和房屋建筑带来一定的损害,严重的会使城市变为废墟,人员伤亡惨重,对社会经济和人们的生活造成重大的毁灭性破坏。目前,全世界的很多国家都加大了对房屋建筑结构抗震设计的研究,希望借此可以提高建筑物的抗震水平,减少地震带来的危害。在这一领域中,一些地震频发的国家走在了技术的前列。而我国作为一个地震灾害多发的国家,更是要积极吸取国际上的先进经验技术,重视对建筑结构抗震设计的投入,重视建筑结构抗震设计的意义,从而提高我国建筑物抗震能力的整体水平。
1、建筑结构抗震的意义
建筑结构的抗震加固设计和安全施工措施在建设工程中具有十分重要的意义,。地震灾害的防御是地震发生前要做好的防御性工作。震害防御分为工程性防御措施和非工程性防御措施两种。工程性防御措施是减轻地震灾害的主要途径。工程性防御措施是指用工程的抗震设防与抗震加固来达到防御建筑物遭到地震破坏的措施。地震造成的人员伤亡最直接的原因就是地表的破坏与建筑物的破坏和倒塌。根据对全世界130多次伤亡较大的地震进行的统计表明,地震中绝大多数的伤亡是因建筑物的破坏和倒塌而造成的。所以,对建筑物进行相应的抗震设计,让建筑物在破坏性地震中不倒塌、减少损害,是减少人员伤亡的关键。我国明确规定:新建、扩建和改建建设的工程,必须进行抗震设防,达到抗震设防的要求。一般的工业和民用建筑建设工程,必须按国家颁布的《中国地震动参数区划图》规定的抗震设防要求进行建筑结构的抗震设计。对于一些重大建设工程、可能发生严重次生灾害的建设工程以及核电站和核设施建设工程必须进行地震安全性评价,并经过国家和省级地震行政主管部门审定的地震安全性评价结果来确定抗震设防要求。建设工程必须按照抗震设防要求和抗震设计规范进行抗震设计,并按抗震设计进行施工。
2、建筑场地的选择
地震的实质是不规则的具有破坏性的地质运动,在强烈的地质运动下房屋建筑的地基在地震作用力的影响下也会随着发生不规则运动,进而造成房屋建筑上部结构破坏。所以,在房屋建筑抗震设计中应从建筑场地的选择入手。
2.1尽可能地选择一些地势开阔、土质坚硬的场地进行房屋建设。这是因为土质坚硬地基土不容易发生沉降,不会在地震力作用下地基土层发生位移。可有效地防止地震来临时因地基土层的位移、沉降而使房屋建筑上部结构受到破坏。
2.2尽量在房屋建筑选择场地时避开软弱地基以及地震频发的地段,如果应房屋建筑规划设计要求,无法避开这些地段,应采取必要的地基加固处理技术以及抗震措施。从房屋结构抗震性能入手,提高房屋建筑结构的整体性及牢固性。
2.3尽可能地避开易发泥石流、山体滑坡地段,如果在这些危险地段建设房屋,一旦地震来临时往往会引发泥石流及山体滑坡等灾害,加剧了房屋建筑结构的破坏程度; 此外,房屋建筑场地的土层的强度和刚度也对房屋建筑结构的抗震能力有着一定的影响。通常是土层越厚越坚硬,房屋建筑受震害的程度越小。
3、地基和基础设计
3.1为了提高房屋建筑的整体性及刚性,进而增强房屋建筑结构的抗震能力,在房屋建设设计过程中,应按照同一建筑单元建设在同一性质的地基上,结构相同的房屋建筑在地基处理方式选择方面应采用统一的地基处理方式。
3.2房屋建筑基础应按照有关规定深度进行埋设,尽可能地增加基础的埋设深度,如果基础埋设深度不够或者过浅会降低建筑物的嵌固作用,使房屋建筑在地震灾害下振幅增大,房屋建筑受害严重。所以,在满足房屋建筑基础埋设深度的基础上尽可能地加大基础埋设深度,并做好基坑的回填夯实工作,提高房屋建筑基础的稳定性。
3.3房屋建筑是由基础和上部结构两部分构成。为了提高房屋建筑的整体性,一般在基础室外的地坪下不宜设置内外交圈的基础圈梁;应在房屋建筑上部结构和基础部分之间设置构造柱,构造柱连接房屋上部结构及基础的圈梁;如果房屋建筑基础土质的刚度不够,应考虑在基底设置圈梁,进而提升房屋基础的强度和刚度。
4、建筑设计和建筑结构的规则性
4.1房屋的高度和宽度房屋高度和宽度比是影响房屋建筑结构抗震性能的主要因素。通常是房屋建筑的高度和宽度的比值越大,房屋建筑受到地震灾害越严重,房屋建筑结构在地震作用力下侧移及倾斜现象越明显; 并且随着房屋建筑建设高度的增加破坏程度也越发的严重。因此,为了使房屋建筑达到抗震要求,减少震害对房屋建筑的破坏,除了要严格按照有关的房屋建筑限高、限宽设计要求外,还应根据房屋建筑的使用功能合理地控制高度及宽度比。
4.2房屋建筑结构体系在房屋建筑结构抗震设计时,应注重房屋建筑结构的刚度及质量的均匀分布问题,尽可能地将房屋建筑的平面结构和立体结构设计为规则状。比如,房屋建筑的平面结构过于复杂,并且房屋建筑结构的刚度和质量分布不均,地震发生时会因这些因素使整个建筑结构产生扭转现象,加重地震度房屋建筑的破坏程度。
4.3防震缝的合理处理在房屋建筑结构抗震设计中,对于那些结构不规则的房屋建筑,应根据实际情况合理地在房屋建筑结构中设置防震缝。在设置防震缝时应注意将房屋建筑划分为规则的独立的单元结构。防震缝宽度应满足房屋抗震要求,完全将上部结构分开,并且防震缝应根据房屋建筑的高度而设置,即房屋建筑高度有多高防震缝就设置多长。
4.4纵横墙的分布墙体是房屋建筑结构的重要承重部分。同时墙体也是地震灾害中破坏程度最为严重的部分。在房屋建筑抗震设计过程中,应重视房屋建筑的纵横墙的设计,纵横墙应按照分布均匀的原则,使各个纵墙和横墙均与承担房屋建筑上部结构重量; 墙体设置数量的多少对房屋建筑结构的整体刚度影响较大,如果纵横墙数量设置的过少,相应地各个墙体间的间隔就越大,各个墙体所承担的结构重要也就越大,房屋刚度就会较弱。房屋建筑结构抗震能力下降。所以应根据房屋建筑结构设计规范要求合理设置纵横墙,这是提高房屋建筑结构抗震能力的关键。
5、墙体和屋盖的抗震设计要求
经大量的房屋建筑结构抗震设计及实践表明,房屋建筑的质量越轻,房屋建筑结构的稳定性越强,受地震破坏程度越小。所以在房屋建筑墙体设计时尽可能地从减少墙体重量入手,比如采用新型的防震砌块;屋盖方面也应选择质量比较轻的新型建筑材料,尽量不要在屋顶设置过多的装饰性建筑,以防增加房屋建筑的整体高宽比影响房屋建筑的抗震性能。
结束语:综上所述,建筑结构的抗震设计是关系到人民的生命财产安全和社会和谐稳定的重大事项。地震给人类造成的灾难是巨大的,也是难以预测的,因此,在建筑物的结构设计上防患于未然,是减少和避免地震灾害带来损失的最主要途径。我国作为一个地震灾害频发的国家,幅员辽阔,人口密度大,在一些落后地区的房屋建筑抗震能力还远远不能够达到应有的要求,因此,为了避免地震灾害给社会和人民带来的生命财产损失,在日后的建筑工程中,我国施工企业必须要严格按照国家规定的相关标准,科学的进行建筑结构的抗震设计,提升我国建筑工程的抗震设计水平和建筑物的抗震能力,保障人民的生命财产安全。
参考文献:
[1]方小丹,魏琏.关于建筑结构抗震设计若干问题的讨论[J].建筑结构学报,2011(12).
关键词:砌体房屋;结构设计;抗震设计
近年来,全球进入了地震活跃期,我国也频发地震。尤其是5.12汶川大地震造成大量地面建筑物倒塌与破坏,其中当属砌体结构房屋受破坏程度最严重,比例最高,并造成大量人员伤亡以及财产损失。此后国家连续多次修订了《建筑抗震设计规范》。规范中对砌体房屋明确了规则性的要求:加强房屋底部的质量要求;加强楼盖的整体性;缩小最大横墙间距等要求,以达到“小震不坏,中震可修,大震不倒”的基本原则,也使得我国砌体结构房屋抗震设计水平跨上了新的台阶。
一、砌体房屋抗震设计的原则和方法
建筑平面与立面布置、结构选型、抗震计算、构造措施、施工质量都是影响砌体房屋抗震性能的重要因素。所以抗震设计的主要内容有以下几点。
(一)建筑平面与立面布置
房屋平面布置对称、规则:避免墙体局部突出或凹进;尽量避免开间尺寸较大的房间布置在整体的两端;建筑物的刚度中心和质量中心应该尽量接近。
房屋立面布置规则:由于建筑物墙体破坏主要是剪力破坏且下层破坏比上层破坏严重,因此,建筑物的刚度和质量分布应沿着竖直方向由下至上依次变小,且均匀变化;避免局部突出;楼层不宜错层。
楼梯间布置规则:不宜布置在房屋端部的第一开间和转角处;不宜突出和开设大窗口,以免切断楼层圈梁;特别注意顶层墙体的稳定性。
(二)结构选型
1、承重方案的选择
砌体房屋设计时应优先选择横墙承重或者纵横墙承重。纵横墙的布置应均匀对称、沿平面对齐、沿竖向连续。窗间墙在同一轴线上应均匀。在建筑物的同一独立单元内宜使用相同的结构材料。
2、设置防震缝
规范要求在房屋的里面高差大于6m,房屋有错层且楼板高差较大,各部分刚度和质量不同时应设置防震缝。
防震缝应沿房屋全高设置,基础可不设置,且在防震缝两边应设置抗震墙。按照抗震烈度不同,砌体房屋的防震缝宽度可设为50mm—100mm。
3、地下室与基础
地下室对房屋上部结构影响较大,砌体房屋应选择刚度较大的基础类型。软弱地基上应沿外墙和承重内墙设置一道基础圈梁。
二、砌体房屋抗震计算分析
首先要确定砌体结构房屋的计算简图才能进行准确的抗震计算,而确定计算简图要考虑以下几点:
第一,将地震的水平作用在房屋的两个主轴方向上分别进行抗震验算;第二,地震作用下结构的变形为剪切型;第三,房屋的各层楼盖水平刚度无限大,只做平移运动,所以各抗侧力件在同一楼层标高处侧移相同。
对地震作用进行抗震验算时应该以防震缝所划分的结构单元为计算单元;计算单元中各楼层的集中质点应设在楼、屋盖标高处,各楼层的重力荷载应包括楼、屋盖重力荷载及其上下墙体各半层的重力荷载。
三、对附属构建进行抗震设计及验算时的注意事项
《建筑抗震设计规范》中明确要求房屋的结构选型不应出现刚度和强度的突变。然而突出屋面的结构显然存在突变,其抗震设计应采取可靠措施。比如:计算分析时,采用底部剪力法时,突出屋面的屋顶间、女儿墙、烟囱等结构的地震作用效应应乘以增大系数3,。采用振型分解法时,突出屋面构件可作为质点进行计算,丹药根据计算结果采取加强构造措施。
四、砌体房屋设计中常用的抗震构造措施
在砌体房屋抗震设计中经常用的构造措施一般有设置钢筋混凝土构造柱、钢筋混凝土圈梁、墙体间进行拉结和保证楼(屋)盖与墙柱之间连接几种方式。
(一)钢筋混凝土构造柱
钢筋混凝土构造柱的作用有:提高墙体的抗剪承载力,加强结构的整体性,约束墙体变形,防止墙体倒塌,提高无筋砌体延性。
(二)钢筋混凝土圈梁
钢筋混凝土圈梁的抗震作用有:加强纵横墙之间的连接,加强房屋的整体性和刚度;限制墙体平面外的变形;与构造柱整体现浇,共同发挥约束作用。
(三)墙体间的拉结
开间尺寸大的房间的外墙转角处以及内外墙交接处应沿墙高间隔500mm设置拉结钢筋,并且钢筋伸入墙体不小于1000mm。
后砌筑的自承重墙体应沿墙高间隔500mm设置与承重墙或柱连接的拉结钢筋,并且每边伸入墙体不小于500mm。
当抗震烈度为8、9度时,长度大于5.1m的后砌筑非承重墙体的墙顶尚应与楼板或者梁拉结。
(四)、楼(屋)盖梁板与墙柱之间连接
1、现浇钢筋混凝土楼、屋面板伸入墙体长度应大于120mm;
2、装配式钢筋混凝土楼、屋面板,若圈梁与板标高不同,板端部伸入外墙长度应大于120mm,伸入内墙长度应大于100mm,在梁上应大于800mm。
3、预制钢筋混凝土板跨度大于4.8m且与外墙同向时,靠外墙的预制板应与墙体或圈梁拉结。
4、梁与砖柱连接时不能减小砖柱的横截面;独立的砖柱应在上下都有可靠连接。
结束语:目前砌体结构多应用于多层房屋,且在城乡建设中占有很足的分量,关系到人民群众的各个方面,是人民群众生产生活的主要场所。在设计时,设计人员必须重视看似简单的结构抗震计算。出了严格执行图集规范上的要求外,还应对规范未涉及的一些问题给予重视。提高砌体房屋抗震设计质量,降低地震对砌体房屋的破坏程度,对保护广大人民群众生命财产安全又至关重要的作用。
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关键词:抗震设计;建筑房屋结构设计;住房安全
建筑结构抗震设计中,建筑结构设计人员需要正确认识抗震设计的意义和价值,并且加大了对建筑抗震设计要点的控制力度,从而优化和完善建筑结构的抗震性能,保障群众的生命财产安全。为此,研究抗震设计在建筑房屋结构设计中的应用具有积极的现实意义。
1建筑工程结构抗震设计的重要性
抗震设计在建筑工程结构设计中占据着重要的位置。首先,能够完善工程结构的抗震性能。工程人员可采取切实可行的技术手段,增强建筑工程结构承受地震作用的能力,从而维持工程结构的稳定性和安全性。其次,有助于提高建筑工程结构整体刚度。在工程设计中,建筑工程结构的刚度存在十分明显的不足,这也是其在地震作用下产生变形或塌陷的主要因素。抗震设计中,设计人员需根据工程实际采取多种措施增加结构刚度,强化抗震能力。最后,建筑工程抗震设计也可减轻地震对建筑工程结构的负面影响,以削弱地震灾害对社会的不利影响。
2建筑工程结构抗震性设计的基本原则
为优化建筑工程结构设计中的抗震性能,完善建筑抗震设计,设计人员应准确把握建筑工程结构抗震设计的主要原则。
2.1简单化原则
在建筑工程结构设计中,结构形式越简单,计算简图越明确,地震作用传递途径也越直接。与复杂的建筑结构体系相比,简单的建筑工程结构体系可增加力学计算的准确性,从而有效平衡项目结构设计,最大限度地避免结构设计过于复杂度高所引发的设计不全面问题。同时,建筑形体的规则性还可减少地震灾害对建筑结构的负面影响,弱化地震作用过程中的力学传递效果,优化建筑的抗震性能。
2.2抵抗性原则
为有效加强建筑工程结构在地震作用下的稳定性和安全性,应在结构体系设计中全方位考虑地震作用。为此,设计人员在工程结构设计期间,要建立相对科学和完善的抗震体系模型,确保发生地震灾害时,建筑结构依然能够保持相对稳定性,抵御地震灾害的负面作用,也可充分展现模型的预防性作用和优势。上述工作也是建筑结构抗震设计中的重点内容。为加强结构的稳定性和安全性,要求合理设置抗震能力,且抗震性能设置不宜过大,需保障其自身结构体系力学的平衡性效果。
2.3合理性原则
科学合理的结构布局可以有效抵御地震作用时造成的冲击力,提升建筑的抗震能力。因此,在工程结构抗震设计中,设计人员要从结构的整体特点入手,将在地震作用下可能首先发生位移或形变的建筑部位找出来,并对导致这一部位出现形变的原因进行分析,找出设计不合理之处,进而对现有的结构布局进行优化和调整。然后再次重复同一的实验,直至整个布局受力平衡且无明显变形或形变位置为止。建筑结构抗震设计中,遵循合理性原则,可对建筑结构形态、连接部位特征以及受力情况等进行综合分析与考量,合理调整结构性能参数,科学选择材料设备,提高建筑结构设计质量,降低地震灾害对建筑的影响,减少坍塌问题的产生。
3抗震设计在建筑结构设计中的应用
随着社会经济发展速度的加快,人们对生活质量的要求越来越高,建筑作为生活及工作中的重要组成部分,人们对其要求也在逐渐提升。若想切实的保障建筑工程的施工质量,则就需要切实的做好建筑结构设计工作,并在其中融入抗震设计内容,一方面避免建筑建立在危险区域的可能,另一方面对建筑结构进行优化调整,对其性能及受力状态进行重新设计,以提升建筑强度、承载性能,提高建筑整体的稳定性和安全性。
3.1科学选址
建筑抗震结构设计中,建筑选址尤为关键,虽然突发的地震灾害可能使建筑物轰然倒塌,但科学合理的地理位置也可显著提高建筑物的抗震能力。在发生地震灾害时,建筑结构可能产生明显的移位现象。不同结构和不同性质的土体上,位移的程度也会存在较大的差异。如建筑结构设置于无法满足工程建设要求的土体上,不仅不利于完善建筑结构的性能,而且也会加大建筑物坍塌的风险。为此,在建设项目选址的过程中,要以可有效控制地震作用影响的地区为首选,并全方位考量附近地形和地貌概况,将工程建设在平坦开阔的区域,注重建筑物周边土体的密实度和稳定性,进而承受不同的荷载组合。若无法避开不利地质区域,设计人员可以发挥自身的专业优势和技术优势,采取切实可行的改进措施,根据建筑的抗震能力,采取有效的地基基础设计和加大上部结构刚度的措施,最大限度地减少地震灾害对建筑结构的负面影响。
3.2设置多道抗震防线
在建筑物抗震设计的过程中,设计人员应根据实际设置多道抗震防线,采取该设计模式可控制地震对建筑物的不利影响。在建筑结构设计中,应在抗震体系中应用延性优势较为明显的构件,这也是建筑结构抗震的第一道防线。或者也可设置多种其他的建筑构件,形成第二和第三道防线。发生地震灾害时,如第一道防线受损,则可充分利用其他防线的作用和功能承受地震灾害所带来的冲击,为人们的生命财产安全提供有力保障。多到抗震防线的设置也能够消减地震作用力对建筑结构的威胁,尤其是对高层建筑的威胁,保证建筑在地震灾害中的稳定性,降低危险系数,减少对居民及周边环境的连带影响。
3.3合理布局,控制地震能量
采取减少地震作用的方法可有效减轻地震灾害对建筑结构造成的负面影响。为严格控制地震灾害产生的能量,在建设土木工程结构的过程中,还需认真分析建筑物位移动作的影响因素,且在结构设计的过程中注重因素的合理预测与定量分析,以期在结构设计的过程中减弱地震震动产生的能量。同样重要的是,发生地震时,为严格控制建筑物可能出现的破损和变形问题,需认真分析和设计建筑底部位置的塑性变形,这种方法在地质硬度较高的土木工程建设中具有十分显著的优势。在设计过程中,工作人员应将结构间的关系及力传导方向等进行思考和分析,合理利用结构间的协作关系,实现对地震能量的消减和把控,降低地震能量波集中传导对局部建筑结构带来的影响和威胁,保证建筑的质量。在力传导分析中,要做好应力均衡划分的思考,避免局部应力过大带来的威胁,保证建筑结构的质量。
3.4加强结构抗震设计
3.4.1防震缝设计
以预防地震为基本原则组织抗震结构设计,对于无法满足设计要求的建筑,可以在特定位置设置防震缝,合理利用防震缝分解建筑内部结构,使建筑内部结构成为独立于其他结构的重要单元。缝隙两侧也需预留结构宽度,保证防震缝两侧建筑完全分离。如出现地震作用,则防震缝可有效减轻地震产生的波动,以规避建筑的某个部分影响建筑结构的其他部分。
3.4.2抗震墙设计
建筑结构设计中,如发生严重的地震灾害,则建筑物抗震墙所受的影响最为明显。墙体受到地震作用后,会产生不同程度的裂缝问题,如问题较为严重也会引发建筑倒塌的情况。所以,抗震墙设计也成为建筑结构设计中的关键内容。墙体设计需要高度满足建筑抗震性能的要求。在建筑结构设计中,可采取精细化设计方式。墙体横向设计期间,始终坚持均匀设计原则,确保发生地震灾害时,墙体不易产生横向位移。在墙体纵向设计阶段,为抵御严重的地震灾害,要规避墙体竖向裂缝,这里纵向设计与横向设计的有机结合可有效减轻地震灾害对建筑结构的不利影响。同时也可提高建筑结构的承载力。通常情况下,建筑刚度与墙体的数量有着十分密切的联系,如墙体的数量无法满足工程结构设计的要求,则建筑结构的刚度过小,进而造成建筑位移过大,降低建筑结构的抗震能力。所以,抗震墙设计和布置在抗震设计中占据着极为关键的位置。
3.4.3构件设计
现代房屋建筑建设中,工程质量与结构稳定性关系密切。轻质高强的工程受地震作用的影响较小,也可减少地震灾害所引发的生命财产损失。为维持建筑结构的稳定性,要求人员采取有效措施减轻结构的自重。在规范施工的前提下,减轻结构重量,采用低质高强的材料能更好的维护房屋整体结构稳定性,增强其抵御地震的能力。
结语
现阶段,我国的地震灾害发生频率显著上升,为有效减轻地震灾害对人们日常生活的负面影响,在建筑结构设计期间,务必高度重视结构抗震设计,分析和总结建筑结构设计中的过往经验,将总结的经验教训应用于工程结构设计中,且做好建筑的防震缝设计、抗震墙体设计以及构件设计,以此提升建筑结构抗震设计水平,优化房屋抗震性能,加快现代建筑行业的前进脚步。
参考文献
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[3]肖凯峰.简述抗震设计在房屋建筑结构设计中的应用[J].城市建筑.2020(05)
[4]杨国艳.分析房屋建筑结构的耐久性与安全性施工质量控制[J].建材与装饰.2020(01)
关键词:房屋建筑;抗震;结构设计;方法
1我国房屋建筑的结构形式
目前,我国房屋建筑的结构形式主要有以下几种:
(1)以砖石为主要建筑材料的砌体结构;
(2) 以钢筋和混凝土为主要建筑材料的钢筋混凝土框架结构、钢筋混凝土框架―剪力墙结构、钢筋混凝土剪力墙结构;
(3)以钢材为主要建筑材料的钢结构以及钢与钢筋混凝土的组合结构。
砌体结构和框架结构多见于多层建筑,钢筋混凝土剪力墙结构多用于高层住宅;框架结构或框架―剪力墙结构多用于公共建筑,砌体结构或钢筋混凝土剪力墙结构则多为住宅。上述各种结构形式的抗震性能(指结构在大震和小震下的表现各不相同)各有千秋,框架―剪力墙结构和钢筋混凝土剪力墙结构的抗震性能较好,而框架结构和砌体结构的抗震性能相对差一些。如何更好地增强房屋建筑结构的抗震性能,特别是在罕遇的强震作用下的防倒塌能力,应是建筑工程抗震研究的重点。
2 房屋建筑结构抗震设计
2.1 建筑结构抗震规范
建筑结构抗震规范实际上是各国建筑抗震经验带有权威性的总结,是指导建筑抗震设计(包括结构动力计算,结构抗震措施以及地基抗震分析等主要内容)的法定性文件它既反映了各个国家经济与建设的时代水平,又反映了各个国家的具体抗震实践经验。它虽然受抗震有关科学理论的引导,向技术经济合理性的方向发展,但它更要有坚定的工程实践基础,把建筑工程的安全性放在首位,容不得半点冒险和不实。正是基于这种认识,现代规范中的条文有的被列为强制性条文,有的条文中用了“严禁,不得,不许,不宜”等体现不同程度限制性和“必须,应该,宜于,可以”等体现不同程度灵活性的用词。
2.2 抗震措施
在对结构的抗震设计中,除要考虑概念设计、结构抗震验算外,历次地震后人们在限制建筑高度,提高结构延性(限制结构类型和结构材料使用)等方面总结的抗震经验一直是各国规范重视的问题。当前,在抗震设计中,从概念设计,抗震验算及构造措施等三方面入手,在将抗震与消震(结构延性)结合的基础上,建立设计地震力与结构延性要求相互影响的双重设计指标和方法,直至进一步通过一些结构措施(隔震措施,消能减震措施)来减震,即减小结构上的地震作用使得建筑在地震中有良好而经济的抗震性能是当代抗震设计规范发展的方向。而且,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。
2.3 房屋建筑的抗震设计理念
我国《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)对建筑的抗震设防提出“三水准、两阶段”的要求,“三水准”即“小震不坏,中震可修,大震不倒”。当遭遇第一设防烈度地震即低于本地区抗震设防烈度的多遇地震时,结构处于弹性变形阶段,建筑物处于正常使用状态。建筑物一般不受损坏或不需修理仍可继续使用。因此,要求建筑结构满足多遇地震作用下的承载力极限状态验算,要求建筑的弹性变形不超过规定的弹性变形限值。当遭遇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,建筑物可能出现一定程度的破坏。但经一般修理或不需修理仍可继续使用。因此,要求结构具有相当的延性能力(变形能力)不发生不可修复的脆性破坏。当遭遇第三设防烈度地震即高于本地区抗震设防烈度的罕遇地震时,结构虽然破坏较重,但结构的非弹性变形离结构的倒塌尚有一段距离。不致倒塌或者发生危及生命的严重破坏,从而保障了人员的安全。因此,要求建筑具有足够的变形能力,其弹塑性变形不超过规定的弹塑性变形限值。
三个水准烈度的地震作用水平,按三个不同超越概率(或重现期)来区分的: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。
对建筑抗震的三个水准设防要求,是通过“两阶段”设计来实现的,其方法步骤如下:第一阶段:第一步采用与第一水准烈度相应的地震动参数,先计算出结构在弹性状态下的地震作用效应,与风、重力荷载效应组合,并引入承载力抗震调整系数,进行构件截面设计,从而满足第一水准的强度要求;第二步是采用同一地震动参数计算出结构的层间位移角,使其不超过抗震规范所规定的限值;同时采用相应的抗震构造措施,保证结构具有足够的延性、变形能力和塑性耗能,从而自动满足第二水准的变形要求。第二阶段:采用与第三水准相对应的地震动参数,计算出结构(特别是柔弱楼层和抗震薄弱环节)的弹塑性层间位移角,使之小于抗震规范的限值。并采用必要的抗震构造措施,从而满足第三水准的防倒塌要求。
2.4 房屋建筑结构的抗震设计方法
我国的《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)对各类建筑结构的抗震计算应采用的方法作了以下规定:高度不超过40m,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。
2.5 我国抗震设计思路中的部分不足
与国外规范相比,我国抗震规范在对关系的认识上还存在一定的差距。欧洲和新西兰规范按地震作用降低系数(“中震”的地面运动加速度与“小震”的地面运动加速度之比)来划分延性等级,“小震”取值越高,延性要求越低,“小震”取值越低,延性要求越高。美国UBC规范按同样原则来划分延性等级,但在高烈度区推荐使用高延性等级,在低烈度区推荐使用低延性等级。而目前我国将地震作用降低系数统一取为2.81,而且还把用于结构截面承载能力设计和变形验算的小震赋予一个固定的统计意义。对延性要求则并未按R-μ关系来取对应的,而是按抗震等级来划分,抗震等级实质又主要是由烈度分区来决定的。这就导致同一个R对应了不同的μ,从而制定了不同的抗震措施,这与R-μ关系是不一致的。这种思路造成低烈度区的结构延性要求可能偏低的结果。
3.建筑抗震设防新标准
目前,我国建筑物的抗震设防标准一般设在6度到9度,目前全国绝大部分地区是7度。汶川地震后,我国对《建筑工程抗震设防分类标准》和《建筑抗震设计规范局部修订》进行了修正,新《标准》按照“对学校、医院、体育场馆、博物馆、文化馆、图书馆、影剧院、商场、交通枢纽等人员密集的公共服务设施,应当按照高于当地房屋建筑的抗震设防要求进行设计,增强抗震设防能力”的要求,提高了这些建筑的抗震设防类别。对部分地区的设防烈度进行了变更,如将都江堰原来的抗震设防烈度7度提高到了8度,青白江和龙泉驿从以前抗震设防烈度6度提高到7度。笔者建议有关部门基于全国范围的地质勘察资料的基础上,对全国各地区的抗震设防标准进行修正,并逐步提高,而不单仅对汶川、玉树等近期发生地震的地区。
4合理的建筑施工和加固措施
4.1合理设计
设计单位应当按照抗震设防要求和工程建设强制性标准进行抗震设计,并对抗震设计的质量以及出具的施工图设计文件的准确性负责。首先,房建场地的选择应避开地震时可能发生地基失效的松软场地,应选择坚硬场地。其次,综合运用抗震原则,以刚度、承载力和延性为主导目标,多道防线刚柔结合,使结构具有多道支撑和抗水平力的体系,同时保证结构体型简单,结构传力和受力途径直接,整体结构和结构构件共同作用。第三,设计中要力图使从地基传入结构的振动能量为最小,使结构具备足够大的、适当的承载能力、延性和耗能能力,以及以减少地震作用下的位移和扭转的刚度。第四,结构布置要力求使刚度、质量、延性、几何尺寸等规整、对称、均匀,避免突然变化。另外,地震是一场灾难,为最大限度地保护人民以及整个社会的利益,确保我国国民经济持续稳定增长,建筑行业在考虑增强房屋建筑抗震能力的同时,也应高度重视由地震引发的次生灾害(最主要的就是火灾)及地质灾害。因此,房屋设计中有必要增加结构抗火设计,同时基础和地基的设计也应充分考虑到地基变形对房屋安全的影响。
4.2正确施工
合理的抗震设计必须通过高质量的施工才能起到抗御地震的作用,只有把好抗震设计和施工两道关才能有效地提高建设工程的抗震性能。施工图审查单位应当将房屋建筑抗震设防作为专项审查内容,对施工图抗震设防质量负责。建设单位、施工单位应当选用符合施工图设计文件和国家有关标准规定的材料、构配件和设备。施工单位应当按照施工图设计文件和工程建设强制性标准进行施工,并对施工质量负责。工程监理单位应当按照施工图设计文件和工程建设强制性标准实施监理,并对施工质量承担监理责任。