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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:
【关键词】房屋,建筑结构,抗震设计,要求
中图分类号:TU318 文献标识码:A 文章编号:
一.前言
由于经济发展速度加快,社会需求不断增多,使得建筑的高度不断加高,形态愈加复杂,建筑结构中抗震设计也趋于多样化。我国作为一个多震国家,结构设计中应注重抗震设计,良好的抗震设计和抗震措施至关重要。抗震设计中,要进行地基基础的抗震设计。抗震构造措施是结构设计的重要内容。针对房屋建筑结构中的抗震设计要求,进行结构抗震设计和抗震措施,在结构设计与建筑施工中,应熟悉各种结构设计的抗震构造措施。
二.建筑结构抗震设计的基本要求
地震作用越大,房屋抗震要求越高。不同设防烈度和场地上,结构的实际抗震能力会有差别,结构可能进入弹塑性状态的程度不同。震害表明,未经抗震设计的钢筋混凝土结构,在7度区只有个别构件破坏,8度、9度破坏增多,因此,对不同设防烈度和场地可以有明显差别。结构的抗震能力主要取决于主要抗侧力构件的性能,主、次要抗侧力构件的要求可以有区别。如框架结构中的框架与框架――抗震墙结构中的框架应有所不同。房屋越高,地震反应越大,其抗震要求越高。综合考虑地震作用,结构类型和房屋高度等因素划分抗震等级进行抗震设计,可以对同一设防烈度的不同高度的房屋采用不同抗震等级设计;对同一建筑物中结构部分采用不同抗震等级。
三.影响建筑抗震的因素分析
1.建筑抗震取决于所选取建筑结构形式
为实现“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震目标,新版《建筑抗震设计规范》中取消了砖混内框架结构,提高了砖混结构建筑的设计要求。目前普遍使用的框架-剪力墙结构、剪力墙结构、框架结构三种结构形式中,框架-剪力墙结构的抗震性能最为突出,剪力墙次之。单纯的框架结构造价虽然抗震性能不如前两种,但其造价较低,施工技术成熟,是目前最为常见的结构形式。根据建筑当地的实际情况,结合建筑的使用功能,选取合适的结构形式,对于建筑抗震意义重大。
2.建筑抗震取决于适宜的抗震措施
在场地类型不同的情况下,抗震措施主要由建筑的不同等级决定。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措施设计中,即可改善建筑抗震设计,提高建筑抗震效果。
3.影响房屋建筑抗震性能的因素
房屋建筑抗震性能取决于场地选择、施工质量等其他因素。建筑工程场地选择不当等造成施工质量下降,这些因素都可能对建筑结构的抗震性能造成重要影响。选择建好的工程场地、加强施工质量监督,对于提高建筑抗震性能是十分必要的。
四.建筑抗震设计具体分析
抗震设计的重要基本要求就是要确保房屋基础构造的延性设计要求得以保证,能够在建筑结构延性问题上设立多道防线,以此才能避免建筑结构脆性过大造成的构造强度失衡、失控的现象发生,从而影响其抗震性能及成果。因此,这就需要做好以下几点把握。
1.周全考虑房屋建筑选址问题在房屋工程项目立项之初,就要周全考虑好能够发挥抗震成果的选址问题,如健全周到考虑好土体结构、地质、地貌等问题,并要预测分析地震活动发生时建筑构造的承受能力,且要记录相关技术资料档案中,待实地考证时能够综合评价。此外,还要避开影响建筑构造抗震效果发挥的不利区域、地段等,当避无可避时应当立足实际采取合理控制措施
2.加强建筑构造规划研究
由于地震发生时建筑结构本身会发生应力过于集中、突破塑性变形弹性极限等的可能,进而形成结构抗震薄弱部分。因此,建筑构造设计应能保证建筑结构延性、安全度、以及选取合适的建筑平面、剖面进行设计,既要保证建筑结构强度稳定,又能避免建筑脆性过大而延性过小的负面现象发生。
3.保证地基与基础设计要求当房屋项目工程的地基土体为粘性土、软土、液化土、以及不均匀沉降土时,应当评估好地基的基础沉降是否在预控范畴之内,是否发生严重不规则沉降现象,从而才能有针对性的采取防控措施。
4.满足建筑构造体系设计要求
抗震性能价值体现是建筑构造体系设计中的重要组成部分。因此在构造设计上就要综合分析、周全考虑、能够统筹把握好各项综合因素。如考虑好抗震防御等级、抗震强度控制指标、项目建设场地、以及基础地基处理、供应材料的质量体系要求、现有技术规模等问题。
5.确保建筑构造的构件要求
(一)房屋建筑工程的结构基础构件设计应当满足相关规程标准、要求,如混凝土的圈梁、构造柱、芯柱、或者配筋砌体等的质量建设体系要求就必须能够保证。
(二)要保证混凝土结构合理设计,在建筑的具体结构构件应能具备尺寸合理、纵向承重钢筋及箍筋的强度达到设计标准,目的是控制剪切破坏先于弯曲破坏发生的可能,以及防止钢筋屈服而引起的构件塑性变形遭受破坏发生。
(三)钢结构建筑施工时能够保证其构件尺寸、规格、数量合理,进而才能避免整体构造抗震成果发挥不利、结构失稳的现象发生。最后,还要周全考虑好建筑构造构件之间的链接、衔接性的体现,控制好构件节点的稳定性,保证其在地震发生时的塑性破坏能够晚于其他结构构件,进而才能增强建筑结构的整体稳定性与安全度。
五.建筑结构设计抗震关键措施和设计方法
1.建筑结构抗震措施要点
(一)房屋建筑结构设计要从建筑的全局出发,全面考虑各种建筑部位的功能,在此基础上,科学设计每个部分的构件,保证每个部件之间的契合,促使每个部件或者是若干部件组合起来可以完成某一特定的设计要求,满足一定的现实需求,同时,通过抗震设计,使得每个构件都可以具有相应的承载力,当地震来袭,每个构件都可以有着一定的次序先后破会,整体组合构件将会有着更强大的承载力和柔性,从而延缓地震破坏的速度,消耗爆发的能量。增强建筑的整体抗震能力。
(二)要严格选择地基选址,地基选址是进行建筑结构设计的基础,因此,在建筑结构抗震设计中,要科学避开山嘴,山包,陡坡,河流等不利因素,要本着坚硬,牢固,平坦,开阔的选址原则。亲身实地,利用先进技术设备,进行地质勘探,山石水土监测,并取样论证,科学严谨分析。力求使得整个地基牢固可靠,地质稳定无渗漏,无坍塌,无暗河,无熔岩,无火山……从而保证整个地基不会因为承载而发生小范围的坍塌。影响到整体承载能力和抗震能力设计。
(三)采用合理的建筑平立面。建筑物的动力性能基本上取决于其建筑布局和结构布置。建筑布局简单合理,结构布置符合抗震原则,通过无数次的实验表明,简单、规则、对称的建筑结构抗震能力强,对延缓地震烈度范围延伸,消耗地震的能量,减少地震对整体结构的破坏,而且,对称结构容易准确计算其地震反应。
(四)选择合理的结构形式。抗震结构体系是抗震设计应考虑的关键问题。建筑结构抗震设计中,不同结构的抗震结构体系的承载力受到抗震设防烈度、建筑高度、场地条件以及建筑材料、施工条件、经济条件等多种条件的影响,因此房建结构抗震设计要综合考虑,做到科学选择,严谨设计。
(五)结构良好的延性有助于减小地震作用,吸收与耗散地震能量,避免结构倒塌。因此,结构设计应力求避免构件的剪切破坏,争取更多的构件实现弯曲破坏。
六.结束语
因为涉及到人类生命财产安全的重要问题,建筑物的抗震问题是目前建筑结构设计界讨论比较多的话题之一。因此,我们在对建筑物进行结构设计的时候,必须把房屋建筑结构中的抗震设计要求放到非常重要的位置,并采取适当的措施,尽量避免地震对建筑物的损坏,为保障人民的生命及财产作出应有贡献。
参考文献:
[1]戴国莹.建筑结构基于性能要求的抗震措施初探[J].建筑结构,2011,(08)
[2]吴智,李贵男,段壮志.民房建筑结构抗震能力分析与抗震措施探讨[J].山西建筑,2012(10).
[3]高利学.浅谈高层建筑的抗震设计与抗震结构[J].中国新技术新产品,2012,(03)
[4]黄星敏.房屋震害影响因素分析及应对措施[J].中国高新技术企业,2010,(2)
【关键词】抗震;结构;设计方法
1、前言
如何能够让建筑在地震中保持安全,不受严重的损害,是当前建筑施工设计必须要考量的一个大问题,特别是近年来地震频繁,人们的生命财产受到严重威胁,建筑安全则成了社会安全的一个重要影响因素,为保证建筑的抗震能力,设计人员必须要根据相关标准,设计出具有相当抗震能力的房屋。
2、抗震设防的目标
我们所说的抗震设防,指的是对建筑物进行抗震设计,同时有针对性的采取一定的抗震构造的措施,最终实现结构抗震的效果和目的。一般来说,抗震设防主要依据的是抗震设防烈度。而抗震设防烈度的依据,是以国家规定权限审批或颁发的文件执行的,其是一个地区作为抗震设防标准。通常情况下,是采用国家地震局颁发的地震烈度区划图中规定的基本烈度的。从当前内外抗震设防目标的发展总趋势来看,其基本要求建筑物在使用期间,可以应对对不同频率和强度的地震,即“小震不坏,中震可修,大震不倒”。这是我国抗震设计规范所采用的抗震设防目标。
建筑工程在施工中的设防的目标如下:
⑴如果所遭受的是低于本地区设防烈度多遇的常规地震,建筑物不受损坏,不需修理仍可继续使用;
⑵如果遭受到本地区规定的设防烈度的地震,建筑物,包括结构和非结构部分,可能损坏,但不会对人民生命和生产设备的安全造成威胁,经修理仍可使用;
⑶如果遭受高于本地区设防烈度的罕遇地震,尽量保证建筑物不倒塌。
也就是说,在建筑结构的防震设计上,设计方可以按照多遇烈度、基本烈度和罕遇烈度这三个层次进行考虑。从概率上看,多遇地震烈度是发生机会较大的地震级别。按照现行规范设计的建筑,在设计上要达到这样的防震效果:当遭遇多遇烈度作用时,建筑物处于弹性阶段,通常不会损坏;当遭遇相应基本烈度的地震时,建筑物将进入弹塑性状态,但一般不会发生严重破坏;当遭遇罕遇烈度作用时,建筑物可能会有严重破坏,但不至于倒塌。
3、建筑结构抗震设计方法要点
抗震设计包括三个层次的内容:概念设计、抗震计算与结构布置。概念设计在总体上把握抗震设计的基本原则,抗震计算为建筑抗震设计提供定量手段; 结构布置可以在保证结构整体性、加强局部薄弱环节等方面上保证抗震计算结果的有效性。
3.1抗震概念设计
建筑抗震概念设计是根据地震灾害和工程经验等形成的基本设计原则和设计思路进行建筑总体布置并确定细部构造的过程。建筑抗震概念设计之所以重要主要体现在以下几个方面。
(1)地震及地面运动的不确定性。
(2)地震时地面运动的复杂性及对结构的复杂影响尚未被掌握。
(3)结构地震计算理论目前尚未能充分反映地震时结构反应及破坏的复杂过程。
概念设计强调,在工程设计一开始,就应把握好能量输入、房屋体形、结构体系、刚度分布、构件延性等几个主要方面,从根本上消除建筑中的抗震薄弱环节,再辅以必要的计算和构造措施,就有可能使设计出的房屋建筑具有良好的抗震性能和足够的抗震可靠度。
抗震概念设计在总体上要求把握的基本原则可以概括为以下几个方面。
(1)建筑场地选择的基本原则:选择建筑场地时,应根据工程需要,掌握地震活动情况、工程地质和地震地质的有关资料,对抗震有利、不利和危险地段做出综合评价。对不利地段,应提出避开要求;当无法避开时应采取有效措施。 危险地段,严禁建造甲、乙类的建筑,不应建造丙类的建筑。
(2)建筑体型的确定:①建筑及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;②建筑物的立面布局宜采用矩形、梯形和三角形等变化均匀的几何形状,尽量不要采用带突然变化的阶梯形立面、大底盘建筑,甚至倒梯形立面;③建筑物应尽量减小高度,尤其是限制高宽比。
(3)结构抗震体系的选取:①结构体系应具有明确计算简图和合理地震作用传递途径;②结构布置应具备多道抗震防线,尽量避免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;③结构应具备必要的抗震承载力,良好的变形能力和耗能能力;④对结构薄弱部位应采取有效的措施予以加强,防止出现过大的应力集中和变形集中;⑤结构平面两个主轴方向的动力特性宜相近,并尽可能与场地的卓越周期错开。
3.2抗震计算
地震的危害巨大,建筑物的抗震性能显得尤为重要。在抗震研究中对结构抗震性能进行分析是一项重要内容,非线性时程分析法和非线性静力分析法是目前常用抗震分析方法。
针对结构非线性反应的非线性时程分析法(非线性动力反应分析),经历了从建立在层模型或单列梁柱模型上的方法到建立在截面多弹簧模型上的方法,再到建立在截面纤维滞回本构规律的纤维模型法,这使得模拟的准确程度不断提高。其基本思路是通过一系列数值方法来建立和求解动力方程,从而得到结构各个时刻的反应量。但对地震特点和结构特性的假设,使其结果存在不确定性,其主要价值是用来考察地震作用下普遍的而非特定的反应规律,以及对抗震设计后的结构进行校核分析,评估其抗震性能:非线性静力分析法(push-over)是近年来得到广泛应用的一种结构抗震能力评估的新方法。这种方法从本质上说是一种静力非线性计算方法,但它将反应谱引入了计算过程。其根本特征是用静力荷载描述地震作用,在地震作用下考虑结构的弹塑性性质。它的基本思路是先以某种方法得到结构在地震作用下所对应的目标位移,然后对结构施加竖向荷载,并将表征地震作用的一组水平静力荷载以单调递增的形式作用到结构上,在达到目标位移时停止荷载递增,最后在荷载中止状态对结构进行抗震性能评估,判断是否可以保证结构在该地震作用下满足功能需求。
3.3结构布置
结构布置的一般原则:
⑴平面布置力求对称
通常情况下,对称结构在地面平动作用下只会发生平移振动,各构件的侧移量相等,这样就使得水平地震作用按构件刚度分配,所以各构件受力比较均匀,不会导致力的分布失衡。如果是非对称结构,刚心会偏在一边,质心与刚心不重合,即便只是发生地面平动也可能出现扭转振动。最终会导致远离刚心的构件,侧移量大,承担过度的水平地震剪力。这就很容易发生严重破坏,甚至可能会导致整个结构因一侧构件失效而倒塌。
⑵ 竖向布置力求均匀
结构竖向布置均匀,可以最大限度的使其竖向刚度、强度变化均匀,这样可以有效的避免出现薄弱层。从建筑结构的特点看,临街的建筑物,往往会因为商业的需要,底部几层有大空间的设置。非临街的建筑物,底部也可能门厅、餐厅或停车场,而出现大空间。在这种结构中,上部的钢筋混凝土抗震墙或竖向支撑或砌体墙体到此被中止,而下部须采取框架体系。也就是说,上部各层为全墙体系或框架一抗震墙体系,而底层或底部两三层则为框架体系,整个结构属“框托墙”体系。地震经验指出,这种体系很不利于抗震。因此,在实际的抗震结构设计中,应该要保持结构竖向布置的均匀。
4、结束语
高层建筑结构的抗震设计方法和技术是不断变化和进步的,我们需要在具体的实践中对高层建筑所处的地质和环境进行详细的分析和研究,选用适合的抗震结构,注重建筑结构材料的选择,减小地震的作用力,增强地震的抵抗力,从而达到高层建筑抗震的目的。
参考文献:
1.1合理的选址在建筑结构抗震水平设计中,合理的选址是最基本的先决条件。为了保证选址的正确、合理性,我国政府部门已经出台了《中华人民共和国减灾抗震法》等法律条文,其中明确规定“对于有可能发生的重大建设性工程以及次生灾害进行严格的地震安全指标评价,按照地震安全评价结果,明确相关建筑物的抗震设防要求,并对其进行分别设防”。建筑结构的设防标准根据其实际质量可分为四个标准,其中:甲类:地震时间或大型建筑工程可能发生的次生建筑类灾害;乙类:地震中不能中断使用功能,且必须要逐步恢复的建筑类型;丙类:除甲、乙两类建筑外的其他普通建筑类型;丁类:抗震级别相对较低的建筑。根据对相关法规的分析,在进行建筑物结构设计时,必须要选择对建筑有利的场地,避免在不利地段建设大型民用建筑,以防止地震破坏隐患的出现。对于一些软基地段,也必须要进行充分的处理,才能够进行合适的建筑设计。另外对于地震可能引起的次生灾害问题,也必须要予以正确的处理,进一步保证选址的正确性。
1.2科学的设计当地震发生时,不同的建筑结构所受到的地震影响是不同的,为了最大限度降低地震灾害的影响,建筑设计人员在抗震设计环节中,要根据当地地段的实际情况来进行建筑结构的选择。目前,我国常用的鹅建筑结构可以分为“钢筋混凝土结构”、“砌体结构”、“钢混结构”和“钢结构”四种类型。通过对四种结构的比较分析得出,钢筋混凝土结构的抗震能力相对较强,因为其自身具有较好的柔韧性,所以当建筑物因地震灾害而出现应力变形时,钢筋混凝土结构能够依靠自身良好的承载力对其进行一定程度的控制,这是其它三种结构所不具备的优势。近年来,高层建筑建设的增多,大大增大了其在地震灾害影响下的水平位移和抗侧移刚度,这在无形之中就加大了地震灾害的影响,为了避免地震灾害影响程度的增大,在设计和审核高层建筑抗震设计时,必须要考虑结构的侧移度。
1.3坚实的质量地震作为破坏性超强的自然灾害,想要最大限度降低其对建筑的破坏,保证建筑设计坚实的质量是最基本的防护措施。相比较而言,我国建筑设计水平发展较为缓慢,在地震设计方面也存在不够合理的情况,这使得很多建筑结构都出现了地震安全隐患,过大的自身重量也加大了地震危害。为了保证建筑结构抗震水平,必须要在建筑抗震设计环节中科学的运用抗震理论,根据相关设计原则,利用有效措施来提高建筑结构的可靠性与安全性。
2实现建筑结构抗震水平设计的措施
2.1基础性防震措施应用基础性防震措施根据建筑的结构的不同位置有着不同的措施:(1)地基隔震。地基隔震是在建筑地基与土层之间设置缓冲层,以便在地震发生时减小建筑与土层之间的震动碰撞,实现对震能的有效吸收和反射作用,减小地震对建筑物的破坏。目前,我国最常使用的地基隔层为沥青原料隔震层。(2)基础隔震。基础隔震是整个建筑结构抗震设计中的关键,想要降低地震对建筑物的破坏,就必须要做好基础隔震措施。在对建筑基础采取抗震措施时,为了减小地震对上部结构的破坏,需要在建筑物的上部结构和基础位置接触处设置隔震层,防止地震力由地基处向上部结构传播,降低地震对建筑上部结构的破坏。基础抗震装置一般采用混合隔震装置、基底滑移隔震装置和夹层橡胶隔震装置等。(3)间层隔震。间层隔震是为了吸收地震的冲击余力而设置的,间层隔震的有效设置能够对震力进行再次削减,以达到降低地震对建筑的破坏作用。间层隔震一般都安装在原始结构层上,其实我国最早使用的的抗震措施,具有施工操作简单的优势。(4)悬挂隔震。悬挂隔震是通过悬挂的方式,将建筑物全部或部分结构脱离地面,从而在地震出现时,降低地面震动与建筑物之间的震力作用。目前,此种抗震措施多用于大型钢结构建筑当中,收到了较为不错的抗震效果。
2.2机敏减震支撑体系机敏减震支撑体系是集成现代科技技术的防震系统,其利用活塞运动的原理,对建筑结构进行设计。在地震灾害发生时,保证建筑结构中的内、外钢能够通过不断的滑动来消减地震的破坏力,减轻震力破坏和消耗地震作用力的传导。目前,这项技术还在不断的研究和完善当中,相信其很快就能够实现有效的应用,为建筑抗震设计水平的提升做出贡献。
2.3效能减震技术应用效能减震是实现对地震所产生动能的消耗,来减轻地震能的传导大小,从而降低其对建筑物的破坏程度。目前,在此技术方面一般采用消能器和阻尼器,两种器械都能够实现地震能量的有效消耗和吸收,减小震力对建筑主体的破坏,以达到对建筑主体结构安全、稳性定的保护。目前,效能减震技术在我国建筑防震设计中得到了有效的应用,其在新建筑的防震设计和旧建筑的抗震加固方面,都起到了良好的效果。
3总结
关键词:抗震设计;结构设计;底部框架
中图分类号:TU318 文献标识码:A 文章编号:
1 引言
随着人们生活水平的提高,对房屋的需求越来越高,城市地域的有限性致使房屋不得不建的很高很高,人们把目光转移到了安全方面。因此,底部框架的抗震墙房屋的结构设计在整个建筑设计中变得尤其的关键,因为这种结构设计比多层钢筋抗震设计的造价低、施工更为方便。所以在我国广泛采用这种建筑形式。
2 底部框架-抗震墙房屋的结构特点
由于建筑功能的不同,建筑底部需要较大开间的商业用房,上部的砌体墙体无法直接落地,因此底部就必须选择另外的结构形式,采用框架能满足承载能力的要求,但不能保证侧向刚度的要求,因此就必须设置适当的抗震墙,从而就形成了底部框架-抗震墙砌体结构的结构类型。
底部框架-抗震墙砌体房屋的结构主要特点如下:
(1)底部框架-抗震墙的材料一般为钢筋混凝土,相对于上部砌体具有较好的“延性”,而上部是由砂浆和砌块结合砌筑而成的砌体材料,虽然砌体材料具有很好的抗压性,但是受剪抗拉性差,属于“脆性”材料。
(2)底部和上部的结构形式截然不同,底部由框架和抗震墙构成,而上部由砌体的抗震墙开间相对较小。上部砌体数量多、抗震墙开间小的结构,弥补了在材料方面上部砌体比钢筋混凝土弹性模量小的不足,但可能导致竖向刚度存在突变。大量的震害表明,底部的框架-抗震墙的抗震性能直接影响到房屋的抗震性能。这种结构类型在地震时的破坏都是由底部引起的。显而易见,水平方向的地震力的作用使底部成为“变形集中层”的薄弱环节。
3 底部空间-抗震墙房屋结构设计的基本要求
《建筑抗震设计规范》对抗震房屋做出了很多要求,主要包括:
3.1 结构体系布置的合理性
上部的砌体墙体与底部的框架或抗震墙应对齐;底部应设置纵、横两个方向的框架,防止一方向为框架,另一方向为连续梁的结构。目的是抵抗两个方向的地震力。
3.2 建筑平面、立体面的布置要尽量的规则、对称
为了避免在水平地震力的作用下发生扭转破坏,要求底部框架-抗震墙砖砌房屋的建筑体型应尽可能的匀称、对称;抗震墙布置也要均匀分散并相互联系着。
3.3 严格限制建筑的高度和层数,且高宽要适当
《建筑抗震设计规范》对底部框架-抗震墙房屋的总高度、层数和高宽比均有严格的规定,对不同的地震烈度有不同的要求。
3.4 抗震墙的最大间距限制
抗震墙的间距可分为上部和底部。上部单层砖房的横墙间距和多层砖房的要求基本一致;底部要求其具有一定的变形和耗能能力。为了避免上下部分的抗震能力相差过大,规范规定底部框架-抗震墙的最大间距:Ⅵ度小于21m,Ⅶ度小于18m,Ⅷ度小于15m。
3.5 上下刚度比要求
底部框架-抗震墙和上部砌体的侧向刚度应接近,上下侧向刚度比:Ⅵ、Ⅶ度时不应大于2.0,Ⅷ度时不应大于1.5,且均不应小于1.0。
4 抗震结构的设计
抗震结构的设计很多,这里主要介绍底部抗震墙和框架的设计。
4.1 底部抗震墙的设计
底部框架-抗震墙房屋结构中的抗震墙作为抗震的第一道防线,主要起着承担竖向荷载、水平地震的作用。所以,在设计抗震墙的时候,《建筑抗震设计规范》规定抗震墙必须承担底部的100%的水平地震剪力,而框架当成安全储备来使用,不考虑框架承担地震剪力。底部框架-抗震墙房屋设计首先要满足最大横墙间距的限制,也就是设防区中Ⅵ、Ⅶ度和Ⅷ度的最大横墙间距应分别设计为21m、18m 和15m。底部抗震墙不仅要符合抗震横墙最大间距的要求,而且还要满足沿房屋两个主轴方向都必须布置抗震墙。所以,要求在布置上两个主轴方向的抗震墙成直角的形状,目的是为了充分发挥其抗震的作用。抗震墙的设计与上部砌体结构要具有一定的协调性。设计抗震墙时必须做到上、下部的侧移刚度均匀变化的原则,而不允许各层间有突变。因此,不应理解为底部的抗震墙设置越多越好或越强越好,而应当使上下协调,相互匹配。
例如,某Ⅶ度区底部的二层框架的抗震墙工程,负一层是地下室,楼层高度为3.6m;第一层是商业,层高3.9m;上托5 层是砖混住宅,层高2.8m。第一次PMCAD 主菜单8 试算可以不加入剪力墙,检索图形文件ZH2,了解到本层的地震剪力标准值V2=3423.7kN(见图1)。根据抗震规范第7.2.4 条第2 款规定取增大系数为1.4,根据抗震规范第6.2.8 条规定Ⅶ度区底部二层抗震墙需乘以1.4 的增大系数,地震剪力设计值Vw=1.3×1.4×1.4×3423.7kN=8723.6kN,《混凝土结构设计规范》计算公式(11.7.3-2)中γRE=0.85,βc=1.0,C35 混凝土fc=16.7N/mm2,可得出剪力墙横断面面积bh0=2.90m2,假定横墙墙厚b=0.25m,计算得出横向剪力墙的总长度为11.6m,剪力墙的总长度至少要达到11.6m。将横向剪力墙平均分成4 小段,每段为3.1m,按照平均、均衡、周围、分散的原则布置在横向框架内,一般将底层框架抗震墙房屋的剪力墙的高度和宽度比设计在1.5~3 之间,而底部两层框架抗震墙房屋剪力墙的高度和宽度比设计在2~4 之间会比较合乎实际;同时还要满足抗震规范第7.1.5 条对剪力墙横墙最大间距要求。假定纵向墙厚b=0.2m,计算得出横向剪力墙的总长度为14.5m,纵向剪力墙的总长度至少要达到这个值。前后的外纵墙作为商业门面混凝土墙垛要短,一般将前后外纵墙为布置2 段2.1m 长的剪力墙,中轴利用楼梯间布置3 段2.4m 长剪力墙,再次进入PMCAD 主菜单8 试算。
图1二层抗震验算结果
验算结果满足规范要求。
4.2 底部框架的设计
一般用底部剪力法来计算底部框架-抗震墙房屋的抗震指数。对底部的双向地震剪力,包含底部为一层和两层的框架-抗震墙房屋设计值时,结合结构且根据侧向刚度的比值大小乘以范围为1.2~1.5 之间的增大系数。底部框架是抗震设计中的第二道防线,不仅承担竖向荷载,而且还要承担总地震剪力的20%。底部框架的设计按烈度不同来确定抗震等级。例如Ⅵ、Ⅶ和Ⅷ度区分别选择三、二和一级。确定底部框架的地震作用效应以及设计底部框架柱的地震剪力值,都按各个抗侧力构件的有效侧向刚度比例分配。抗测力构件的有效侧向刚度的数值对框架可不折减,而对混凝土墙、砌体抗震墙可分别乘以0.3 和0.2 的折减系数。计算底部框架柱的轴力,需考虑地震作用下产生的倾覆力矩引起的附加轴力。此时可将上部砌体房屋视为一个刚体,底部各轴线承受的地震倾覆力矩根据底部抗震墙和框架之间的侧向刚度比例分配来确定。底层框架砖房的底层双向地震剪力设计值由该方向的抗震墙决定,并根据各抗震墙的侧移刚度比例分配。抗倾覆验算作用于二层或三层以上楼层,其水平地震作用会对底部会引起倾覆力矩,使底部抗震墙产生附加弯矩而造成框架柱产生附加轴力。底部抗震墙和框架柱各自承担的倾覆力矩可按它们各自平面内的侧移刚度比例分配。
5 结论
本文介绍底部抗震墙和框架的结构,得出以下结论:
(1)底部框架-抗震墙房屋虽然是由两种不同材料和不同结构组成的混合房屋,如何把抗震墙设计得恰到好处,控制好刚度比,使其在一个合理的范围内,是该类房屋设计的关键。