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【关键词】工程场地地震安全性评价;建筑抗震设计
一.应用中存在的问题
场地设计地震动参数确定和场地震害效应评价是设计人员必须重点关注的,所以应用中出现的问题也多为涉及这两个方面的内容,主要有以下几点:(1)安评报告提供的场地设计反应谱曲线下降段的衰减指数与《建筑抗震设计规范》不一致,造成电算程序无法计算;(2)按照安评报告提供的场地设计反应谱计算的地震效应比按照《建筑抗震设计规范》反应谱计算的结果大很多,甚至超过50%以上;(3)安评报告提供的地震动时程分析结果与反应谱计算结果相差较大;(4)有些安评报告没有地震边坡效应的评估,或地震边坡效应评估不充分,缺乏对处于危险地段的边坡进行治理的可行性评价。
二.几点建议
2.1反应谱的表示形式宜规准化
《工程场地地震安全性评价》第12.1.2条规定:反应谱宜以规准化形式表示。反应谱以规准化形式表示,可以方便工程抗震设计使用,同时能在一定程度上消除随机因素所造成的谱值随周期剧烈变化的不合理性。考虑到建筑设计单位现有计算软件的条件限制,建议安评报告给出的建筑抗震设计反应谱采用《建筑抗震设计规范》中的标准反应谱的形式,反应谱的形状参数应符合该标准第5.1.5条的规定:
(1)直线上升段,周期小于0.1s的区段;(2)水平段,自0.1s至特征周期区段(水平地震影响系数最大值αmax);(3)曲线下降段,自特征周期至5倍特征周期区段,衰减指数应取0.9;(4)直线下降段,自5倍特征周期至6s区段,下降斜率调整系数应取0.02。
2.2反应谱曲线下降段衰减指数与《建筑抗震设计规范》不一致的处理
在某些特殊地质条件下,安评报告给出的反应谱曲线下降段的衰减指数与《建筑抗震设计规范》不一致时(通常为1.0或1.1),可以按规范规定的衰减指数0.9进行计算,但不能直接采用电算结果,应利用程序中的地震作用调整系数对地震作用进行调整。根据各振型自振周期下的安评报告反应谱与《建筑抗震设计规范》反应谱地震影响系数的比值调整各振型的地震作用,并按照振型分解反应谱法的振型组合原则求得振型组合后的地震作用,这个地震作用与按衰减指数0.9计算的地震作用的比值即为调整系数。显而易见,这种计算方法较为繁琐,一般情况下,对于低阶振型起主要作用的建筑,亦可直接取结构基本自振周期下的安评报告反应谱与《建筑抗震设计规范》的反应谱的地震影响系数的比值作为地震作用计算的调整系数来调整地震效应,经多个实际工程的复核验算表明误差大至在10%之内。
2.3关于反应谱的平台高度值和特征周期值
安评报告反应谱的平台高度值(地震影响系数最大值)是在考虑覆盖土层条件的影响下,依据地震危险性分析计算得到的基岩地震动参数,进行场地地震反应分析计算给出的。由于种种原因,安评报告的反应谱的平台高度值总是大于《建筑抗震设计规范》反应谱的平台高度值,这是造成安评报告反应谱计算的地震效应比按照《建筑抗震设计规范》反应谱计算的结果大很多的原因之一。
原因之二是安评报告给出的反应谱特征周期值通常大于规范反应谱特征周期值,值得注意的是2010版抗震规范反应谱特征周期值己与《中国地震动参数区划图》8306-2001特征周期值基本吻合,故安评报告给出的反应谱特征周期值与规范反应谱特征周期值不应有太大差别。
安评报告反应谱计算的地震效应比按照《建筑抗震设计规范》反应谱计算的结果大很多的问题,应该引起我们的重视。在烈度七度、设计基本加速度0.1g区,如果地震效应大50%,实际上已达到0.15g区的效应。在烈度七度、设计基本加速度0.15g区,如果地震效应大33%,则已达到烈度八度区的效应。当工程场地已处于明确的抗震设防区划内,除非是可能发生严重次生灾害的工程、核电站和其他有特殊要求的核设施建设工程,其他工程则不应出现抗震设防要求跨区划的误差。
2.4关于地震动时程分析
《建筑抗震设计规范》规定振型分解反应谱法是基本方法,时程分析法作为补充计算方法,对于规范特别规定的建筑才要求采用弹性时程分析法进行多遇地震下的补充计算。
时程分析一般是针对建筑的规则性,进行较为准确的计算和捡查是否存在薄弱层、刚度突变等。正常情况下,弹性时程分析计算所得的结构底部剪力的平均值接近或小于振型分解反应谱法求得的底部剪力(但不应小于80%),所以建议安评给出的地震动时程应允许设计单位进行试算,必要时可进行调整,使之与振型分解反应谱法的计算结果(底部剪力)较为吻合。
三.重视地震边坡效应的评价
汶川地震灾害表明,由于地震引发地质灾害造成的建筑物破坏、人员伤亡在这次震害中占有很大的比例。震后修订的《建筑抗震设计规范》(2008年版)新增3.3.5条,要求山区建筑的地基基础,应注意设置符合抗震要求的边坡工程,并避开土质和强风花岩石边坡的边缘;并将第4.1.8条改为强制性条文,要求在陡坡和边坡边缘等不利地段建造丙类及丙类以上建筑时,应注意稳定性和地震放大作用。规范的修订是为了进一步增强山区建筑的抗震能力,也说明重视地震边坡影响的重要性。
当边坡在地震时可能发生滑坡、崩塌,边坡塌滑区或边坡塌方影响区则属于危险地段,规范规定严禁建造甲、乙类建筑且不应建造丙类建筑。但由于社会经济的发展,在边坡塌滑区或边坡塌方影响区内建造建筑物的情况已不可避免,如何对属于危险地段的边坡进行综合治理,其抗震设防标准如何确定,国内现行规范还没有统一、明确的规定。考虑到“大震不倒”的设计原则,这种情况下的边坡工程在大震时,支护结构不能发生失效性破坏、边坡不能发生滑坡、崩塌是最基本的要求。要满足这个要求,安评报告对建筑边坡地震效应进行完整、全面的评价是十分重要的。
【关键词】汶川地震;JICA(日本国际协力机构)抗震;隔震;减震
2010年6月-8月,我有幸赴日本参加了为期两个月的中日抗震技术人员的培训学习。该项目是2008年5.12汶川特大地震以后,中日两国首脑确认的“总体合作框架”中就“城市建设”领域开展的灾后恢复重建合作项目,由中国科技部及住建部和日本国际协力机构(JICA)签约实施。该项目的主要目的是通过对中国建筑抗震技术和管理人员进行培训,借鉴日本建筑工程抗震领域的先进经验,以提高中国建筑抗震防灾能力,并推动中日两国在建筑抗震技术领域的深入全面合作。项目于2009-06-01启动,2013-05-31结束,为期四年。
通过两个月的研修,了解了日本的防灾减灾系统,日本抗震 设计法的发展历程,并对中日两国抗震设计有了细致的比较,学习了日本在隔震,减震方面的先进技术以及抗震加固的先进理念和方法。
首先简要介绍日本的防灾减灾系统:注重防灾减灾意识的培养和加强; 防灾知识普及常抓不懈,从我作起; 政府对既有建筑尤其是生命线工程和民生工程(学校,医院,聚居的住宅等)的抗震性现状调查常态化,掌握第一手资料;对抗震化鉴定和加固制定计划和目标,不因为大地震再现周期长而导致对抗震加固犹豫不决的态度,和侥幸的心理;提高地震应急判断和评估水平,避免次生灾害的发生,使灾区能尽快恢复正常的生产和生活。
日本的抗震设计法的发展历程:1916年 佐野利器博士提出震度法概念(考察1906年美国旧金山大地震后经过研究发表《建筑物抗震结构理论》中提出用震度乘以房屋重量来计算水平地震惯性力); 1923年 关东大地震,砖石结构破坏严重,(80%以上)从此该类结构从日本新建建筑舞台消失;同时因混凝土结构倒塌和发生严重破坏的较少,其抗震性能被认可;1924年 震度法被正式采用,K=0.1,地震作用取为建筑物重量的10%(容许应力度=材料强度的1/2);要求超过50尺(大约15m)的建筑须采用钢筋混凝土结构或者钢结构 ;1924~1950年间日本结构抗震领域展开“刚柔相争”(以刚度抵抗,或韧性顺应) 1950年颁布《建筑基本法》调整水平地震作用,K=0.2(容许应力度=材料强度);1971年修订《建筑基本法》,规定柱箍筋间距≤100mm。加强对柱混凝土的约束作用,旨在提高砼柱子的延性;1977年,制定了抗震诊断基准与修复设计指针,提出既有建筑加固办法 1981年颁布“新抗震设计法”,提出二次设计的要求(小震不坏,大震不倒),并提出保有耐力的设计计算法 ;1983年,隔震橡胶在日本应用于民用建筑,开始出现隔震建筑 ;2000年 增加“基于性能的抗震设计法”(极限承载力计算法)95年阪神地震很多建筑虽未严重破坏,但塑性变形过大使修复成本过高或丧失正常功能;2005年补充“基于能量平衡的抗震设计法”(主要用于钢结构)地震输入能量=弹性应变能We+塑性应变能Es.,建筑物必须吸收的最低能量=地震输入能量-弹性应变能We。
日本建筑物按规模和高度进行安全性与分类 :第一号建筑物:高度超过60m的建筑物,即超高层建筑物; 第二号建筑物:高度低于60m建筑物中的大规模建筑物(高度一般指31m以上); 第三号建筑物:高度低于60m建筑物中的中规模建筑物;第四号建筑物:以上一号至三号以外的小规模建筑物,无需进行结构计算。日本的抗震设计原则主要是:
60m以下的建筑物:
1)新抗震设计法,二次设计方法,满足小震不坏(地震加速度约80gal,建筑加速度反应约0.2g)、大震不倒(地震加速度约400gal,建筑加速度反应约1.0g),采用容应 力 度计算法+保有耐力计算法。从1981年沿用至今,概念清晰,方便操作。
2)基于性能的抗震设计法(极限承载力计算法),实际应用不多。
3)基于能量平衡的抗震设计法(主要用于钢结构),理论较深(能量法),实际应用很少。
60m以上的建筑物:
必须进行弹塑性时程分析验证其抗震性能,设计文件送交国土交通省大臣指定的审查单位进行审查。(类似国内的超限高层的抗震专项审查)
而我国的建筑抗震设计标准的制定则是经历了一下几个过程:1974年:《工业与民用建筑抗震设计规范》(TJ11-74) 规定建筑物遭遇到相当于设计烈度的地震影响时,建筑物允许有一定的损 坏,不加或稍加修理仍能继续使用; 1978年:《工业与民用建筑抗震设计规范》(TJ11-78)基于唐山大地震,输入的水平地震动较大,采用基底剪力法;1989年:《建筑抗震设计规范》(GBJ11-89)增加震源距的影响(近震、远震),三水准设防,两阶段设计。2001年:《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)引入设计地震分组;2008年:《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001,2008年版) 汶川地震后基于抗震概念设计的修编(震后调查,楼梯间作为逃生通道或安全岛采取构造加强措施等);2010年:《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010) 对一些有专门要求的建筑结构,允许采用抗震性能化设计。
我国抗震设计的方针是:三水准设防,两阶段设计 。所谓三水准性能目标:“小震不坏、中震可修、大震不倒”,现行《建筑抗震设计规范》GB50011-2010增加了性能化设计目标,即使用功能或其他方面有专门要求的建筑,当采用抗震性能化设计时,具有更具体或更高的抗震设防目标。以抗震设防烈度为抗震设计的基本依据,引入“设计地震分组”,体现地震震级、震中距影响,不同类型的结构需采用不同的地震作用计算方法:高度低于40m,以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布较均匀以及近似于单质点体系的结构采用底部剪力法,除此以外用阵型分解反应谱法,对于特别不规则的建筑甲类建筑或高度超过抗规表5.1.2列高度的建筑。并利用“地震作用效应调整系数”,体现抗震概念设计的要求,把抗震计算和抗震措施作为不可分割的组成部分,强调通过概念设计,协调各项抗震措施,从而实现“大震不倒”;同时采用二阶段设计实现三个水准的设防目标:第一阶段设计:是承载力验算,取第一水准的地震动参数计算结构的弹性地震作用标准值和相应的地震作用效应,进行结构构件的截面承载力验算及变形验算。既满足了在第一水准下强度要求,又满足第二水准的变形要求。第二阶段设计: 采用第三水准烈度的地震动参数,进行弹塑性变形验算,并结合采取相应的抗震构造措施,实现第三水准的设防要求。
从中日两国抗震设计基准以及抗震鉴定抗震加固促进法的建立和发展的历史得到的启示:在每一次大地震的震害调查中总结经验和教训,适时对现行设计基准作出必要的修订和改进,找出差距,调整思路,从而使建筑的耐震化不断加强,建筑物的性能在地震后的维持与恢复能力也不断提高。 在这一点上我感觉中日两国的做法基本相仿,中国曾在1976年唐山大地震的震害调查中发现砌体结构如有很好的钢筋混凝土构造柱和圈梁的约束系统,由此系统提供延性,也能在大震后裂而不倒。此后结构科研人员据此进行了一系列的相关试验,对74抗规进行修编从而完善了砌体结构的抗震构造搓施,这在08年5.12汶川地震的震后表现中也得到了检验;在对汶川地震震害调查和分析后,《建筑抗震设防分类标准》把中小学校舍及医疗建筑的设防标准提高到重点设防类,01抗规的08版又对一些条文进行了修改补充,如楼梯间的相关构造等。
对日本隔震减震结构的几点认识:1.基于能量法的原理以及性能设计的要求,阪神淡路地震后日本的隔震减震结构迅速发展起来,包括新建和抗震化改修建筑都多有利用,半主动,主动减震系统,各种形式的隔震支座和耗能支撑也不断被开发;2.隔震结构因其极大的降低了地震动向隔震层上部结构的输入,使构件截面尺寸及配筋等比先前单纯抗震设计时大为减小,尤其在处理不规则结构无缝设计时起到了非常重要的作用;3.隔震支座的布置应该注意上部柱子的内力,对于周界等有可能出现弯矩而产生拉应力时不可选择纯滑动支座。(我们现地参观的东京品川御殿山工程以及三洋化成的隔震加固等项目);4.耗能减震支撑可以结合结构型式合理选择,尽可能多的减少结构自身的反应,达到其耗能的目的;5.隔减震结构在震度较大的地区应加以推广应用,在我国随着隔震层以及耗能支撑材料的不断开发,在设防烈度较高的区域应是可推行的非常优越的结构体系。
另外,日本的抗震加固方法也是非常多样化,从原理上分可以是韧性加固,也可以刚度强度加固,甚至对于一些特殊用途和要求的建筑可以采用隔震,减震等的加固方式,从降低地震动的输入着眼,即从根本上卸载不堪重负的原结构构件所需承担的水平地震力,从而使其满足要求。从形式上讲可以是改善原结构的延性,也可以加大墙柱等抗侧力构件截面,增设带框支撑,增加混凝土墙,加设减震器或增加耗能支撑等等措施。隔震加固因为施工难度大,间接成本过高,除重点文物等保护性建筑以及因其他因素而使加大截面或增设构件满足不了抗震要求的,一般不建议采用隔震加固。
从日本现阶段抗震设计的理念和方法以及日本国内建筑材料及施工技术的发展我有几点感想:1.结构设计不但要保证构建筑物的安全,同时应满足性能要求,并且在震后能尽快恢复,修复的成本也需考虑。即安全+安心。(性能设计);2.结构方案的选取可多样化,不必拘泥于结构型式和体系的限制,只要能满足两阶段设计的各项指标,限高通过批准,地震动输入适合,时程分析计算满足要求即可。可以刚柔相济,以柔佐刚,也可抗震,减震,隔震协调并行,这样就给建筑的平立面设计创造了非常宽广的施展空间,也为我们的城市带来更多亮丽的风景。(这点应该是我们的抗震设计规范非常有必要借鉴的地方)3.高强混凝土的开发和高强钢筋的利用以及减震结构的实施(能量原理),使得延性框架结构在超高层建筑中的应用成为可能。我们现地参观的东京东池袋丁目的高层住宅,189m高,纯框架,在6~22层位移较大的搂层使用了低屈服钢的减震柱)4.先进的施工工法,精良的施工设备使建筑的工厂化成为可能,加快了施工速度,同时也减轻了对环境的污染;5.结构的概念在施工安装中的构造处理应用:为了减轻隔墙对框架柱可能产生的约束作用,尤其是通条窗或柱边框们的下护墙或上顶壁,隔墙都在梁上下设置卡口固定,使其与柱子脱开;预制大孔板的应用,有效的减弱了板对梁的约束,使得梁的屈曲更易实现。
建筑抗震是一个系统性问题,从建筑选址开始就必须慎之又慎,应注重对活断层的判别,规定活断层近前的建筑及市政设施的限制;要深入研究地基,地基与建筑物相互作用的影响,结构计算时输入的地震动参数要适合建筑的抗震设防烈度,抗震等级以及场地类别和地震分组等,抗震加固时要对建筑物抗震性能余力进行再评价,要刚柔结合,顺势而为,充分发挥被加建筑的功能再利用。
现阶段地震的发生不可预测,但做好建筑物的抗震及加固,做到有备无患则是我们结构抗震工作着必须担当的责任。
参考文献:
[1]《抗震设计标准Ⅱ2010年中国耐震建筑研修课件》神户大学,孙玉平
关键词:等效剪切波速 场地类别 计算深度
中图分类号:G353文献标识码: A
引言
津南区位于天津市东南部,海河下游南岸古为退海之地,境内两条贝壳堤是沧海桑田变迁的历史足迹属海积及河流冲积平原,现代的津南地貌是4000年以来,在古渤海湾滩涂及水下岸坡区,经黄河、海河携带泥沙与古渤海潮汐、风浪搬运海底物质共同堆积而成的。根据本地区所处的地理位置,从构造上位于冀渤断块坳陷中的沧县隆起上,表层为广泛的第三系和第四系所覆盖。近场断裂均为隐伏断裂,规模较大的断裂主要有北东向的天津北断裂―大城断裂,北北东向的白塘口西断裂,北西西向的海河断裂及北东向的沧东断裂。
我国《建筑抗震设计规范》GB50011-2010 [1]将场地等效剪切波速Vse的计算深度取土层覆盖厚度与地表以下20m二者的较小值;而部分欧美国家以及我国台湾地区将场地等效剪切波速Vse取为地表以下30m。因此,本文通过对津南区中软土场地的钻孔实测剪切波速为例,对我国《建筑抗震设计规范》GB50011-2010与欧美国家抗震设计规范中场地类别分类标准进行对比,探讨了津南地区场地等效剪切波速的计算深度由地表以下20m增加至30m的差异性,供本地区工程建设决策参考。
1 津南区剪切波速收集
随着津南地区重大工程建设的不断增多,表1汇总了津南地区下属8个镇的场地剪切波速资料来源情况,钻孔数目达61组,基岩埋深>50m,按《建筑抗震设计规范》GB50011-2010场地等效剪切波速计算方法,计算当埋深为20m和30m时各工程场地等效剪切波速Vse。
表1 场地剪切波速资料统计
序号 工程名称 所属行政区域 钻孔数 基岩埋深 钻孔深 Vse(20) Vse(30)
1 金华园 咸水沽镇 8 >50 50 156~192 178~215
2 成达石油 双港镇 7 >50 36 172~183 198~206
3 辛庄给水泵站 辛庄镇 5 >50 34 161~193 185~218
4 杰曼科二期 北闸口镇 10 >50 40 152~178 164~203
5 天佑聚沛 八里台镇 10 >50 35 163~176 193~206
6 双桥住宅 双桥河镇 6 >50 30 150~175 176~201
7 小站幸福公寓 小站镇 10 >50 38 174~188 196~205
8 葛沽休闲园 葛沽镇 5 >50 32 155~176 177~204
2不同计算深度下等效剪切波速的比较
2.1 世界各国规范计算等效剪切波速计算深度取值的比较
在岩土工程勘察、地震案例性评价和地质灾害危险性评估工作中,都要涉及场地类别的划分和判定,其对后续工程的开展具有决定性作用。我国《建筑抗震设计规范》GB50011-2010中按照土层等效剪切波速和场地覆盖层厚度来划分场地类别,计算公式如下:
(1)
式中:―土层等效剪切波速(m/s);
―计算深度(m),取覆盖层厚度和20m两者的较小值;
―剪切波在地面至计算深度之间的传播时间;
―计算深度范围内第土层的厚度;
―计算深度范围内第土层的剪切波速(m/s);
―计算深度范围内土层的分层数。
根据土层剪切波速的范围,场地土的类型分为岩石、坚硬土或软质岩石、中硬土、中软土和软弱土五类,且将坚硬土与岩石的等效剪切波速分界值定为800m/s;同时《建筑抗震设计规范》GB50011-2010规定,建筑场地覆盖层厚度的确定为:一般情况下,应按地面至剪切波速大于500m/s且其下卧各层岩土的剪切波速均不小于500m/s的土层的距离确定。
表2 各国抗震设计规范场地类别分类标准比较[2]
规范标准 场地类别
中国抗震规范GB50011―2010 I1(h
II(3≤h≤15) II(3≤h≤50)
III(15≤h≤80) III(h>50) II(h≥5) I1(h=0) I0(h=0)
IV(h>80)
软弱土 中软土 中硬土 坚硬土或软质岩土 岩石
Vse20= 150m・s-1250m・s-1 500m・s-1800m・s-1
美国抗震规范 ED C BA
Vse30=180m・s-1 360m・s-1760m・s-11500m・s-1
欧洲抗震规范 EDC BA
S1S2
Vse30=100m・s-1180m・s-1 360m・s-1800m・s-1
中国台湾抗震规范 S3 S2S1
Vse30=180m・s-1 360m・s-1
关键词:梁柱节点,抗剪承载力,梁端加腋
如果说 “强柱弱梁,强剪弱弯”是提高结构变形能力的设计精髓,那么节点核心区截面抗震受剪承载力验算就是实现“强节点弱构件”的关键,也是建筑结构抗倒塌能力的关键。节点域内抗剪设计不足,遇到地震时会造成剪切破坏,属于脆性破坏,无征兆,致使建筑物瞬间垮塌。
根据建筑功能需要布置结构时,当遇到高层办公室或公寓等开间要求高的建筑,一般无法采用纯剪力墙,而是采用框架结构以及较为灵活的框架―剪力墙结构。框架结构在高层建筑因荷载关系,轴压比限制下结构柱截面较大;框剪结构由于剪力墙无法灵活布置,第一道防线较为薄弱,则第二道防线框架的竖向构件的结构柱截面也不会很小。当抗震等级为一、二级时,如结构梁截面宽度也为了满足建筑要求设置得较小时,通常无法很好约束结构柱,导致梁柱节点区抗剪承载力计算不通过。
以广州(7度区)某处的公寓式住宅楼为例。该工程为32层总高99m的框架―剪力墙结构,框架抗震等级为二级。因超长设置了抗震缝,其中分缝右边单体标准层局部结构布置如下:
上图中,结构柱截面边长1350mm,框架梁250mmx700mm,上机电算结构显示1-A轴的结构梁柱节点核心区抗剪不足。
由《建筑抗震设计规范》GB 50011-2010的附录D 框架梁柱节点核芯区组合的剪力设计值,应符合下列要求:
Vj≤(0.3η jfcbjhj)/rRe
框架梁柱节点核芯区组合的截面抗震验算则符合以下公式要求:
由上面公式可知,影响框架梁柱节点核心区抗剪承载力的主要因素是核心区截面的有效验算宽度bj及梁的约束影响系数ηj,而bj和ηj都是跟梁柱截面的宽度有关。由于框架柱截面面积比较大,当结构梁截面宽度受限取值较小时,bj和ηj的也会相应较小,节点核心区抗剪承载力不足。
为了加大bj和ηj,我们考虑了以下措施:
1.加大框架梁的截面宽度。加大结构梁截面宽度是最有效的措施,但对建筑美观性要求有所降低,同时结构梁全截面加大造价也会相应提高;
2.梁端设置水平加腋。在框架梁的端部设置水平加腋,以加大框架梁对两柱节点约束宽度,满足规范对框架梁柱节点核心区的抗剪承载力验算要求。采用此方法结构设计及施工复杂,但只是框架的端部截面增大,对建筑的影响小,造价也不会提高很多,经济性指标好。
3.加强节点区域。类似无梁楼盖的柱帽做法,把节点位置包大。该做法比水平加腋更复杂些,经济性也不及水平加腋。
当然提高混凝土强度等级也是一个方法。当梁柱砼相差超过两个等级时应分开浇捣,隔网在施工时容易出现问题。
综合分析以上几点,最后选择了在结构梁的梁端部设置水平加腋,做法如下图:
计算显示梁柱节点区抗剪承载力通过。由上面分析及计算得知,梁水平加腋是提高梁柱节点区抗剪承载力而不影响建筑、不过多增加造价的较好方法。
依据《建筑抗震设计规范》,节点核心区是保证框架承载力和抗倒塌能力的关键部位,《混凝土结构设计规范》也对节点核心区做了明确规定。在结构设计中针对规范中的抗震验算规定进行验算,当验算不满足规范要求时,宜先检查η j 正交梁的约束影响系数是否正确,再针对fc、bj、 hj 进行合理调整,如提高砼强度等级标号,增加节点域面积,能够有效提高抗剪承载力,直到满足规范要求。
参考文献:
【1】《建筑抗震设计规范》GB 50011-2010
【2】《混凝土结构设计规范》 GB50010-2010
关键词:水工建筑;抗震设计规范;抗震设计措施
一些大型水工建筑尤其是高坝在设计建设过程中,非常重视抗震设计。如举世闻名的三峡大坝,在设计过程中依据抗震设计规范,采用了非常多的抗震设计,从而保证了其能够充分应对可能遭遇的强烈地震(否则一旦大坝被震塌,长江下游数亿百姓尽成鱼鳖,后果不堪设想)。因此,在各类水工建筑建设时,必须充分探究抗震设计规范,应用抗震设计方案。
1.水工建筑抗震设计规范与要求
1.1.水工建筑建设前应详细调查施工区的地层结构
根据地理学知识,在两个大陆板块的碰撞地带或者岩层的不稳定地带,是地震的多发区。如日本就处于亚欧板块和太平洋板块的交界处,就属于地震带,其每年发生的有感地震多达1500次以上。因此,在规划建设水工建筑时,务必要首先研究施工地带的岩层结构。首先,要确定该地带是否处在板块的交界处或者附近区域,若是,则应考虑另选新的建设基地;其次,要推算施工地区地壳岩层的形成年龄,一般新生的地壳岩层不稳定,容易引发地震,而岩层年龄很古老的地壳岩层则比较稳定,一般不会发生强烈地震。因此,在施工设计之前,可以利用一些探测仪器分析地层结构,掌握必要的资料数据,为水工建筑的全面抗震设计打下基础。
1.2.对施工区的地形地貌做好调查研究工作
在2008年汶川五一二特大地震中,研究发现很多水工建筑如桥梁、小型水库等并未在地震中被破坏,而是毁于地震引发的次生灾害中。例如,强烈的地震会引发山体滑坡或者泥石流,其对水工建筑的破坏性并不弱于地震。因此,在水工建筑抗震设计规范中,对施工区地形地貌的调查研究工作做出了非常明确的规定。首先,是调查水工建筑施工区山体的稳定性。山体稳定性的大小直接与发生山体滑坡的概率相关,一般情况下,山坡较陡峭、碎岩山体容易发生山体滑坡。同时,还要研究施工区的地形地貌,是否会在地震中形成堰塞湖或者泥石流。在收集这些数据的基础上,进行综合分析,设计出能够预防和抵抗这类次生灾害的十二级方案。特别注意的一点是,在大坝等水工建筑选址时,并不能仅仅根据这些数据确定施工地址(例如平原地带地壳一般比较稳定,但根本不能建设水坝),因此必须将抗震设计具体到水工建筑自身上。
1.3.水工建筑抗震设计须满足“小震不坏,大震不到”
“小震不坏,大震不到”是水工建筑抗震设计规范中非常明确的要求。所谓“小震不坏”,是说水工建筑在遭遇到小烈度的地震时,其内部结构和形态不发生或者仅仅发生很小的变化(如内部结构并不发生断裂、裂缝、松动等较严重的破坏情况,或者仅仅发生外部附属结构的小范围剥落),且这种变化并不会构成正常使用威胁。而所谓的“大震不倒”,顾名思义,是指水工建筑(特别是大型水工建筑如大坝、水库等)在遭遇大烈度的地震并被次生灾害冲击中,虽然整体结构遭到严重破坏,但却不会完全崩溃而引发大规模洪灾。这两个水工建筑抗震设计规范提出的明确要求意义是非常重大的,它的落实不仅保障了水工建筑的施工质量,还在很大程度上阻止了地震灾害进一步扩大的可能性。
2.基于水工建筑抗震设计规范的具体抗震设计措施探讨
2.1.科学地选择水工建筑的施工地址
水工建筑选址是非常重要的抗震对策。其原因就在于,由于地质结构的不同,在遭受相同烈度的地震冲击时,被破坏的程度也是不同的。例如相比较于松软的地面,坚硬地面耐受力就非常强,在这种地面上面建设水工建筑,就能实现比松软地面好得多的抗震能力。因此,选择施工地址时,应尽量避开地震时可能发生地基失效的松软场地,选择坚硬场地。基岩、坚实的碎石类地基、硬粘土地基是理想的桥址场地;饱和松散粉细砂、人工填土和极软的粘土地基或不稳定的坡地都是危险地区。同时还应应尽量避免跨越断层,特殊困难情况下应进行地震安全性评价。另外需要注意的一点是,选址是还应尽量避免距离高山、陡坡较近的区域,以免被次生灾害(山体滑坡)破坏。同时,在施工之前还要进行详细的地质勘探,以防将水工建筑选建在了地壳断层上。
2.2.地基抗震设计措施
地基是水工建筑的“脚”,若想在地震中“站得稳”,地基必须“扎得深”。在地震多发带(包括其他地区)的大型水工建筑为了提高抵抗地震的能力,一般采用深基坑施工方法,以增强建筑结构的抗扭曲能力。同时,地基一般由钢筋混凝土整体浇筑的桩基础施工而成,其中钢筋选择高强度的抗扭曲筋,以加强基础的整体性和刚度,同时采取减轻上部荷载等相应措施,以防止地震引起动态和永久的不均匀变形。而在地基基础与上层建筑的接触位置,为了防止地震中产生相对滑动或者断裂,应采用嵌入式设计。在地基施工完毕后,还要进行强度检测,特别是对混凝土强度的试验检测,必须严格,保证地基整体的浇筑质量。
2.3.水工建筑建筑外形的选择和结构布置的抗震设计措施
在地震带建设水工建筑时,科学的选择建筑构型和结构布置是非常重要的抗震策略。就以水工建筑建设中占据重要地位的桥梁来说,桥型决定了桥梁的力学结构,而桥孔作为构型的一部分,其位置布置会在很大程度上影响桥梁的抗震性能。因此,在桥型选择时要做到因地制宜,且梁应结合地形、地质条件、工程规模及震害经验,选择合理的桥型及墩台、基础型式。宜尽可能采用技术先进、经济合理、便于修复加固的结构体系。可以考虑采用减震的新结构,比如型钢混凝土结构等。而在桥孔布置时,应兼顾防震能力与通过能力,且以防震能力为主。一般来说,在地震多阀带普遍采用等跨桥孔布置法,两侧桥孔对称,中间不留孔,同时采用低矮桥墩的设计。而且,桥体整体设计在满足通过能力的基础上,尽量减轻重量,减少没有必要的附属结构,以简洁设计为主。同样,在其它水工建筑设计时,也要遵循“以稳为主,兼顾简洁”的设计原则,尽量提高水工建筑的抗震性能。
2.4.防地震次生灾害的涉及措施
在很多情况下,水工建筑不得不“依山傍水”,建设在高山峡谷地区。因此,在防止地震造成破坏的同时,预防次生灾害造成的破坏也非常重要。首先,是尽可能的增强水工建筑的结构强度,只有建筑体自身具备了“钢筋铁骨”,才不惧怕泥石流或者山体滑坡的冲击。因此,在水工建筑设计施工时,应注重钢筋混凝土的应用。同时,尽量选用整体砼建筑的施工方法,来加强整体建筑结构的强度。此外,在建筑结构之间的衔接处,如主梁和次梁的交接处,应采用加固措施,例如用钢筋网扎箍,并用水泥浇筑;其次,在水工建筑如桥梁的关键部位,应开辟出适当面积的缓冲地带,减小次生灾害的冲击力,以免超过水工建筑抵抗的极限;最后,在水工建筑的周围还应根据实际需求建立防护墙。且防护墙的高度应在两米左右,采用锥型设计方案,最大程度地吸收滑坡或者泥石流的冲击力,保护水工建筑的安全。
3.结束语
水工建筑抗震设计必须严格按照设计规范进行。而且,在设计方案的施工落实过程中,还应当加强施工管理,保证施工质量。同时,在工程验收时必须做好抗震设计的综合考核,保证工程施工品质。
参考文献:
[1] DL 5073-1997,水工建筑物抗震设计规范[S].