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每栋建筑物都是一个空间结构体,在荷载作用下各构件并非是以脱离体系的单一构件独自工作,而是以相当复杂的方式共同工作,精确计算其作用和受力是相当困难的,在计算地震作用时尤其如此,由于地震作用下的结构构件受力状态的复杂性及不确定性、人们对地震时结构响应认识的局限性和模糊性、理论计算中的假定与实际情况的差异性,注定了在现阶段无论计算工具再如何发展,计算过程再如何严格,其结果也只能是一种比较粗略的估计,甚至有时还根本无法计算。显然在结构设计中,仅依靠现有理论进行抗震计算往往不能满足结构安全性、可靠性的要求,无法达到预期的设计目标。因此在不确定因素众多,受力状况复杂的结构抗震设计中,抗震概念设计的提出和应用就显得尤为重要了。
二、结构抗震概念设计的涵义
所谓抗震概念设计,一般是指不经过计算,尤其在难以做出精确理性分析或在规范中难以规定的问题中,依据整体结构体系与分结构体系之间的力学关系、结构破坏机理、震害、实验现象和工程经验中所获得的基本设计原则和设计思想,从总体的角度来进行建筑结构的总体布置和抗震细部措施的宏观控制,从而从根本上保证结构的抗震性能。
三、结构抗震概念设计的基本原则和具体要求
(一)建筑场地的选择
地震造成建筑的破坏,除地震动直接引起结构破坏以外,还有场地条件的原因,诸如:地震引起的地表错动与地裂,地基土的不均匀沉陷、滑坡和土体液化等。因此选择有利于抗震的建筑场地是减轻建筑物地震灾害的第一道重要工序。(二)建筑物的平面、立面及竖向剖面的布置建筑物平面和立面的规则性是抗震概念设计中需要考虑的一个重要因素。规则的建筑方案体现在:建筑物的平面布置基本对称;结构体型简单;抗侧力体系的刚度和承载力上下变化连续、均匀。因为,简单、对称的结构容易估算其在地震时的反应,容易有针对性的采取抗震措施并对其进行细部处理。因此,这就要求建筑专业的设计人员具有一定的抗震知识素养,应该对所设计的建筑的抗震性能有所估计,避免采用抗震性能差的严重不规则的设计方案。
(三)结构体系的确定和结构布置
结构体系的确定是结构设计中头等重要的大事。结构设计时应通过综合分析使结构体系尽量合理且经济,应优先采用抗震能力强、延性好、耗能能力强、便于施工且具有多道防线的结构体系(如框架-剪力墙结构,框架-筒体结构,设置耗能连梁的剪力墙结构等),避免采用抗震能力较低的结构体系(如板柱-剪力墙结构,单跨框架结构等),尤其应避免采用看似“合法”(符合规范)但不合理的结构体系(如当房屋高度接近规范框架结构类适用高度上限时,仍采用框架结构,震害表明,框架结构的侧向刚度较小,整体性较差,结构的抗震性能较差,此情况下应采用抗震性能较好的框架-剪力墙结构为宜)。而在结构布置时,应采用概念清晰、传力途径明确的布置方式,尽量避免造成结构扭转、平面和立面的里出外进、竖向传力杆件的间断与不连续等问题。
(四)多道抗震防线的设置
单一结构体系只有一道抗震防线,一旦破坏就会造成建筑物倒塌的严重后果。特别是当建筑物的自振周期与地震动卓越周期相近时,建筑物由此而发生的共振,更加速其倒塌进程。而如果建筑物采用的是多重抗侧力体系时,第一道防线的抗侧力构件在强烈地震作用下遭到破坏后,第二道乃至第三道防线的抗侧力构件立即接替,抵挡住后续的地震动的冲击,可保证建筑物最低限度的安全,免于倒塌。在遇到建筑物基本周期与地震动卓越周期相同或接近的情况时,多道防线就更显示出其优越性。当第一道抗侧力防线因共振而破坏,第二道防线接替工作,建筑物自振周期将出现较大幅度的变动,与地震动卓越周期错开,使建筑物的共振现象得以缓解,避免再度严重破坏。在双重结构体系中一般应优先选择不负担或少负担重力荷载的竖向支撑或填充墙,或轴压比值较小的抗震墙、实墙筒体等构件作为第一道防线的抗侧力构件,如框架-剪力墙结构中的剪力墙,框架-填充墙结构中的填充墙,单层厂房纵向体系中的柱间支撑,均可作为各自体系中的第一道抗震防线。如因条件限制,只能采用单一的框架体系,则框架就成为整个体系中唯一的抗侧力构件,此时应采用“强柱弱梁”型的延性框架。在地震作用下,框架梁成为第一道抗震防线,框架柱为第二道抗震防线,用框架梁的变形去消耗地震能量,使框架梁的屈服先于框架柱的屈服,从而保护了框架柱的相对完整,最终达到“大震不倒”的要求。
(五)结构抗震设计关键点的把握
在结构抗震概念设计中,还应注重对结构体系中的关键部位(如薄弱层,加强层等)、关键部位中的关键构件(如加强层的重要竖向构件、转换层的水平转换构件等)、关键构件中的关键节点(如梁柱节点,柱根部位等)几个关键点的把握,从而实现“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点强锚固、强柱根弱杆件”的设计理念。
【关键词】建筑结构;抗震概念;实际设计;理解
地震是一种破坏力较强的自然灾害,主要损害建筑结构,进而导致承重构件或地基失去作用。现阶段,人们还不能深入的认识到地震的损坏机理,直接影响了抗震计算的精确性。概念设计是一种指导总体方案开展的方法,良好的概念设计不仅给日后建筑工程结构计算及工程造价等奠定基础,同时还实现了抗震设计的目的,具有较广的应用意义,必须及时进行分析。
1.建筑抗震设计
目前随着经济的发展,抗震结构设计已经呈现出新的发展趋势,可利用基于性能结构抗震现场理论、材料抗震模糊可靠度等方法进行建筑抗震设计。但是建筑地震灾害依然在反复发作,虽然很多建筑设计师已经认识到以上技术的局限性,但是由于建筑结构还会受到地形、规划、工程造价、施工技术等多方面因素影响,导致“概念设计”开始被人们重视起来,并加大了对其的研究。概念设计不仅完善了建筑结构,同时综合全面的分析了地震所产生的影响,掌握了地质活动破坏机制,并可以综合全面的了解抗震设计规范与准则,在长期实践中还可以不断提升建筑结构的抗震水平。
2.建筑结构抗震概念设计遵循的原则
2.1建筑选址并确定地基稳定条件
合理的规划选址已经成为建筑设计成功的基础,对建筑结构抗震设计整体质量具有很大影响。实际操作中要求规避地震不利地段,尽量选择安全稳定的建筑场地,如果受各方面因素影响,导致实际操作中无法避开不利地段,必须结合实际情况采取针对性的措施,提高地基稳定性与安全性。现有基础设计规范中明确指出,结构单元中个别应地质因素而采用天然地基或桩基的做法不可取,尤其是不允许在地震高发段建设建筑物。地震作用力较强,一般会引起承载力降低或出现基土液化,进而影响了地基稳定性,容易出现建筑开裂、倾斜和倒塌等问题。同时受地震影响所产生的滑坡、泥石流等情况也与建筑选址密切联系,保证建筑基础稳定已经成为提高抗震力的核心条件。
2.2选择有利于建筑的立面或平面
为了避免地震发生时产生应力集中、扭曲或塑性变形等问题,要求建筑平、立面必须合理设置,一般要求建筑物的平、立面布置对称,同时质量和刚度均匀,尽量避免楼盖错层。实际操作中可从两反面操作,一方面,不设抗震逢,对建筑物进行结构抗震分析,了解局部应力和变形集中及扭转等的影响,并采取加强措施进行处理。另一方面,设置抗震缝,将建筑物划分为很多结构单元,可结合抗震设防强度、材料种类、结构型号及单位布置,并留有足够的宽度,要求伸缩缝与沉降缝满足防震缝要求。控制好建筑刚度与质量变化,各个楼层不能错层,条件允许时可在每层设置防震缝,可根据建筑结构实际情况设置。一般体型结构复杂的建筑必须给其设置计算模型,并展开抗震分析。
2.3选择科学合理的抗震结构体系
抗震结构体系要求从建筑重要程度、房屋高度、地基基础、技术、经济及使用等多方面进行判断。通常选择建筑结构体系时,必须满足以下条件:(1)具有详细的计算简图,并有恰当的传递地震途径;(2)具有较强的强度、耗能及变形能力;(3)设置多道地震防线,避免部分结构或构件对整体构件造成影响;(4)控制好强度与刚度,避免局部形成薄弱部位或者应力或塑性变形集中;(5)控制好结构在两主轴之间的动力特性。设计构件连接时,要求满足以下条件:(1)构件节点强度不能低于连接构件强度;(2)装配结构连接整体性必须得到保证;(3)预埋件锚固强度不能低于连接构件强度。选择抗震结构构件时,要求满足以下要求:(1)砌体结构必须结合施工要求,合理设置混凝土圈梁与构造柱,提高结构抗震水平;(2)设置钢结构构件时,要求控制好其尺寸,避免出现局部或整体构件失稳;(3)混凝土结构构件必须合理选择尺寸,配置好箍筋与纵向钢筋,避免剪切在弯曲前破坏,同时要求混凝土压溃先于钢筋屈服、钢筋锚固粘接在构件破坏前损坏。
2.4计算校核的必要性
目前计算机辅助设计系统已经广泛应用到结构设计中,而且应用范围较广,实际分析中,可应用计算机相关软件完成设计与校核。软件是辅佐校核的工具,实际操作中为了提高校核效果,必须由具有丰富经验的结构设计技术人员分析,同时掌握软件的适用范围、条件、计算模型等,深入理解设计规范,而且要端正自己对待工作的态度,只有如此,才能反复进行验证,进而将精确校核的计算结果成功应用到工程项目建设中。
3.正确处理主体结构与非承重结构的关系
主体结构与非承重结构关系的处理已经成为抗震设计的基础,具有减少地震损失及避免附加震害的作用。附属结果构件要求必须与主体结构或锚固稳定连接,避免实际操作中出现设备损害或砸到人员等问题出现。设置围护墙与隔墙时,必须综合考核结构抗震所产生的不利影响,避免设置不恰当损害主体结构。例如,厂房柱间或框架填充不完整时,就会损坏柱子。此外,吊挂件、装饰贴面与幕墙均要与主体合理连接,避免地震时造成人员伤害。
4.控制好材料与施工质量
材料选择与施工质量控制对抗震结构设计具有很大作用,不仅提高了施工质量,还保证了其他工序的顺利开展。目前抗震结构设计中已经对材料与施工质量提出了要求,必须在设计文件中明确,具体操作如下:(1)黏土砖等级要求不低于MU10,同时控制好砌筑砂浆强度与等级,不呢低于M5;(2)混凝土抗震与强度等级均使用一级框架梁、柱与节点,要求不能低于C30,芯柱、基础与圈梁不应低于C30,其他构件不能低于C20;(3)混凝土小型砌块强度控制在MU7.5,要求砌筑砂浆强度在M7.5以上;(4)控制好钢筋强度,要求纵向钢筋使用Ⅱ、Ⅲ级变形钢筋,箍筋为Ⅰ、Ⅱ热轧钢筋,构造柱与芯柱使用Ⅰ、Ⅱ级钢筋。进行钢筋混凝土结构施工时,由于实际设计中缺少规定的钢筋型号,使用其他规格型号的替代时,不能使用屈服强度较高的钢筋替代原始钢筋。实际替换中可结合截面实际屈服强度合理换算,并要求替代后构建曲面屈服强度不能超过原截面屈服强度。此种操作的主要目的是减少了薄弱部位转移,避免了混凝土脆性损坏,如剪切破坏或混凝土压碎等问题。
5.结语
建筑结构抗震设计时一项较系统的工程,改变以计算为中心的传统设计、评估与校核,实现了设计者多年经验与设计规范的结合,避免了盲目开展计算工作,对抗震设计创造了独特的发展空间,并真实展现了结构的实时情况,进而科学合理的进行抗震设计。
作者:柴梅卿 单位:国家林业局西北林业调查规划设计院
参考文献
[1]张松林.浅谈建筑结构抗震概念设计的进展[J].江苏建筑,2015,(04).
[2]黄传刚.浅谈房屋建筑中结构抗震概念设计的运用分析[J].科技创业家,2014,(07).
[3]武玉梅.浅谈建筑结构抗震概念设计的重要性[J].中外建筑,2014,(05).
【关键词】高层建筑,混凝土,抗震设计
中图分类号:TU973+.31文献标识码: A 文章编号:
一、前言
建筑行业是我国重要的经济增长行业之一,关系到居民的切身利益。我国是多地震国家,但我国目前对地震的预防能力较弱,地震给我国带来了及其巨大的灾害,因此,加强建筑设计中的抗震设计,是进一步保障我国居民生命财产安全的重要措施之一。目前我国高层混凝土建筑应用的范围越来越广泛,其综合性和高集成性都使得高层建筑的抗震设计需要更为明确的重视,加强对高层混凝土建筑抗震设计,已经十分的迫切。
二、高层混凝土建筑结构中抗震设计的现状和存在的问题
高层混凝土建筑是经济发展的产物,高层建筑结构的设计尤其是在抗震结构设计上,我国虽然引进了一些西方欧美抗震设计理念,但缺乏符合本国实际的理论技术创新。很大方面存在着缺陷,主要表现在以下几个方面。
1.高层混凝土建筑在结构防震设计中缺乏科学规范的理论指导,缺乏实际经验的积累;而且我国对地质地震的认识尚不够完善,对地震的成因,预测,防治研究不够深入。因此,在进行高层建筑结构抗震设计时候,缺乏一定的科学依据,或依据的是不完善的理论。因此,难以在高层建筑结构设计中完美融合防震设计理念。
2.高层混凝土建筑结构设计中,设计立足于固定参数,而忽视了实际情况,设计完全依据“计算设计”完成。而且将一定的地震或力学参数做出固定的规范,比如,在我国地震设计研究中,把地震的降级系数统一规定为2.81,将小震赋予固定统计意义。而小震多用于结构设计中,结构截面承载能力设计和变形的检验计算,需要依据一定的实际情况而行。双向板内力计算时,查用《建筑结构静力计算手册》的内力系数时,其泊松比取值为0。 而钢筋混凝土材料的泊松比取值为1/6, 这在设计板时往往容易被忽略,在计算跨中弯矩时,未考虑引入泊松比后的计算公式,导致内力计算结果错误。
3,没有能够深入研究地震对建筑结构破坏的层次和顺序,难以做到重视主体的设计且兼顾细节问题。没有能根据实际情况灵活变通的运用抗震设计准则。
三、高层混凝土建筑结构抗震设计的方案
1. 高层混凝土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,当地震来袭时,每个构件都可以有着一定的先后破坏次序,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。
2.地基设计是进行建筑结构设计的基础,因此,在房间结构抗震设计中,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,无火山等,从而保证整个地基不会因为承载力不均,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。
3. 高层混凝土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。
4.抗震结构体系是抗震设计应考虑的关键问题。如果按结构材料分类,目前主要应用的结构体系有砌体结构、钢结构、钢筋混凝土结构、钢-混凝土结构;若是按结构形式分类,目前常见的有框架结构、剪力墙结构、框架剪力墙结构、筒体结构。高层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,因此高层建筑结构抗震设计要综合考虑,做到科学选择,严谨设计。
5.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。始终遵循“强柱弱梁,强剪弱弯、强节点、弱锚固”原则。构件的破坏和退出工作,使整个结构从一种稳定体系过渡到另外一种稳定体系,致使结构的周期发生变化,以避免地震卓越周期长时间持续作用引起的共振效应。
6.在高层建筑结构抗震设计中,一般而言,要尤其注意其是由诸多构件共同组合在一起,因此,要进行整体化的对待。要充分调动各个构件的作用来完成整体建筑的抗震效果。当高层建筑的一些基本构件都失去了原有功能的时候,那么,在地震来临后,很容易让整体的建筑结构丧失对地震的抵抗能力。在这种情况下,很容易让整个高层建筑坍塌,因此,要保证所有构件的功能协调,并确保所有的构件都能够在地震作用下保证良好的性能,如此,可以增强建筑结构的整体抗震能力。
7.设计高层混凝土建筑和超高层建筑时,屋顶建筑抗震设计也是整个设计的一个重要环节。近几十年来,从多数高层建筑抗震设计评定结果看,屋顶建筑设计还存在一些问题,例如:屋顶设计较高或者设计过重。屋顶设计较高或者设计过重,无形当中加大了屋顶建筑变形,而且也加大地震作用,尤其对自身和屋顶之下的建筑物的抗震作用都不利。有时屋顶建筑的重心和屋顶之下的中心不在同一直线上,如果屋顶的抗侧力墙和屋顶之下的抗侧力墙出现间断,在地震发生时,带来的地震扭转作用也会更严重,对抗震更不利。所以,在进行屋顶建筑设计过程中时,应该最大限度的降低屋顶建筑的高度。选用强度较高、轻质、刚度均匀的材料,使得地震作用传递不受阻碍;屋顶重心和屋顶之下的建筑中心在同一直线上;如果屋顶建筑非常高,屋顶建筑就必须具有较强的抗震性,让屋顶建筑地震作用和突变降低到最小,尽量避免发生扭转效应。
四、结束语
随着我国经济的发展和人民生活水平的提高,在目前的发展趋势中,高层建筑结构设计的主流趋势有低碳,环保,安全,节能,生态。其中指标之一,就是建筑的安全性,而我国目前破坏力最大的安全威胁便是地震,因此,加强对高层建筑结构的抗震设计,必将会被提升到建筑设计新的战略高度。要科学合理的设计好房间结构,增强抗震能力,设计人员不仅要大力提升自己的力学,建筑学,设计学等各方面的专业知识和制图技能,更要培养严谨缜密的态度,深刻理解设计规范,深刻了解建筑结构中的每个构件,做好每个构件,从整体构思,不断提高设计水平和设计质量,提升建筑结构的质量,为完美实现建筑的实用价值和美学价值的融合做出贡献。
参考文献:
[1]宫彩红,才永杰 试析高层混凝土建筑抗震结构设计[期刊论文] 《城市建设理论研究(电子版)》 -2012年9期-
[2]卢伟 高层建筑抗震结构设计之探讨[期刊论文] 《价值工程》 ISTIC -2011年5期
关健词:概念设计 建筑结构设计 重要性 应用
Abstract: the concept design structure from the general scheme design of the start, people use to structural seismic has some correct knowledge to deal with the problems in structural design, such as: building shape, structure, the stiffness distribution, component ductility and so on. In this paper the author peacetime work practice, to the conceptual design in the structural design of importance and application to brief discussion and explained.
Key words: concept design structure design application importance
中图分类号:TU318文献标识码:A文章编号:
一、概念设计的涵义
所谓的概念设计一般指不经数值计算,尤其在一些难以作出精确理性分析或在规范中难以规定的问题中,依据整体结构体系与分体系之间的力学关系、结构破坏机理、震害、试验现象和工程经验所获得的基本设计原则和设计思想,从整体的角度来确定建筑结构的总体布置和抗震细部措施的宏观控制。运用概念性近似估算方法,可以在建筑设计的方案阶段迅速、有效地对结构体系进行构思、比较与选择,易于手算。所得方案往往概念清晰、定性正确,避免后期设计阶段一些不必要的繁琐运算,具有较好的的经济可靠性能。同时,也是判断计算机内力分析输出数据可靠与否的主要依据。
对建筑物抗震来说,从宏观原则上进行评价、鉴别、选择等处理,再辅以必要的计算和构造措施。从而消除建筑物抗震的薄弱环节,以达到合理抗震设计的目的。也就是说概念设计是工程师运用思维和判断力,根据从大量震害经验得出的结构抗震原则,从宏观上确定结构设计中的基本问题。因此,工程师必须从主体上了解结构抗震特点,振动中结构的受力特征,抓住要点,突出主要矛盾,用正确的概念来指导概念设计,才会获得成功。由于概念设计包括的范围极广,因此不仅仅要分析总体方案确定的原则,还要顾及非材料的正确使用和关键部位的细部构造。但是首先和最重要的还是结构总体概念设计、材料选型和细部构造等问题,这些设计原则和结构概念中,较为重要的是结构总体设计。
二、概念设计的重要性
概念设计是展现先进设计思想的关键,一结构工程师的主要任务就是在特定的建筑空间中用整体的概念来完成结构总体方案的设计,并能有意识地处理构件与结构、结构与结构的关系。强调概念设计的重要,主要还因为现行的结构设计理论与计算理论存在许多缺陷或不可计算性,比如对混凝土结构设计,内力计算是基于弹性理论的计算方法,而截面设计却是基于塑性理论的极限状态设计方法,这一矛盾使计算结果与结构的实际受力状态差之甚远,为了弥补这类计算理论的缺陷,或者实现对实际存在的大量无法计算的结构构件的设计,都需要优秀的概念设计与结构措施来满足结构设计的目的。同时计算机结果的高精度特点,往往给结构设计人员带来对结构工作性能的误解,结构工程师只有加强结构概念的培养,才能比较客观、真实地理解结构的工作性能。概念设计之所以重要,还在于在方案设计阶段,初步设计过程是不能借助于计算机来实现的。
三、概念设计在结构设计中的应用
所谓的概念设计一般指不经数值计算,尤其在一些难以作出精确理性分析或在规范中难以规定的问题中,依据整体结构体系与分体系之间的力学关系、结构破坏机理、震害、试验现象和工程经验所获得的基本设计原则和设计思想,从整体的角度来确定建筑结构的总体布置和抗震细部措施的宏观控制。运用概念性近似估算方法,可以在建筑设计的方案阶段迅速、有效地对结构体系进行构思、比较与选择,易于手算。所得方案往往概念清晰、定性正确,避免后期设计阶段一些不必要的繁琐运算,具有较好的经济可靠性能。同时,也是判断计算机内力分析输出数据可靠与否的主要依据。
运用概念设计的思想,也使得结构设计的思路得到了拓宽。传统的结构计算理论的研究和结构设计似乎只关注如何提高结构抗力R,以至混凝土的等级越用越高,配筋量越来越大,造价越来越高。结构工程师往往只注意到不超过最大配筋率,结果肥梁、胖柱、深基础处处可见。以抗震设计为例,一般是根据初定的尺寸、砼等级算出结构的刚度,再由结构刚度算出地震力,然后算配筋。但是大家知道,结构刚度越大,地震作用效应越大,配筋越多,刚度越大,地震力就越强。这样为抵御地震而配的钢筋,增加了结构的刚度,反而使地震作用效应增强。其实,为什么不考虑降低作用效应S呢?目前在抗震设计中,隔震消能的研究就是一个很好的例子。隔震消能的一般作法是在基础与主体之间设柔性隔震层;加设消能支撑(类似于阻尼器的装置);有的在建筑物顶部装一个“反摆”,地震时它的位移方向与建筑物顶部的位移相反,从对建筑物的振动加大阻尼作用,降低加速度,减少建筑物的位移,来降低地震作用效应。合理设计可降低地震作用效应达60%,并提高屋内物品的安全性。这一研究在国内外正广泛地深入展开。在日本,研究成果已经广泛应用于实际工程中,取得良好的经济、适用效果。而我国由于经济、技术和人们认识的限制,在工程界还未被广泛地应用。
四、小结
随着社会经济的发展和人们生活水平的提高,对建筑结构设计也提出了更高的要求。发展先进计算理论,加强计算机的应用,加快新型高强、轻质、环保建材的研究与应用,使建筑结构设计更加安全、适用、可靠、经济是当务之急。其中,打破建筑结构设计中的墨守成规,充分发挥结构工程师的创新能力,是相当必要的。因为他们是结构设计革命的推动者和执行者。这则需要工程界和教育界进行共同的努力。推广概念设计思想是一种有效的办法。
著名的美国工程院院士林同炎教授在《结构概念和体系》一书中为结构工程师提供了广泛而又有独特见解的结构概念设计基础知识和设计实例。该书着重介绍用整体概念来规划结果总体方案的方法,以及结构总体系和个分体系尖的相互力学关系和简化近似设计方法。为结构工程师和建筑师在设计中创造性地相互配合,设计出令人满意的建筑奠定基础。这本书第二版的出版,为我们更好的加深概念设计的理解,提供有益的帮助。总之,概念设计必然会成为今后结构设计的主流思想,这就让我们来共同学习、发展它吧,为结构设计的发展作出应有的贡献。
参考文献:
[1]林同炎,S.D.思多台斯伯利.结构概念和体系.中国建筑工业出版社.
[2]建筑抗震设计规范.(GB5011一2010).混凝土结构设计规范.(GB5010一2010).
【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:
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