关键字:抗震;要求;原则
一、结构抗震概念设计的重要性
我国目前通常采用的概率极限状态理论这一结构计算理论是经理了容许应力法、极限状态计算法、破损阶段计算法、经验估算等多个阶段发展而形成的结构计算理论,目前使用的《建筑结构可靠度设计统一标准》是采用了概率论作为基础的结构极限状态的准则来设计的。这样可以让将主结构的设计更加趋向于经济合理、技术先进、安全适用的原则。概率极限状态设计法相对而言更加合理、科学,不过由于这种方法在运算过程中具有一定的相似度,所以只能当做近似的概率法,同时仅靠极限状态设计不大容易估算出建筑物真实的承载力。建筑物作为空间结构,它的各部分构件相当复杂且相互工作,并不是一种脱离整体的单独构件。
由于地震的不确定性、随机性及复杂性,现阶段想要准确的预测出建筑物可能遭遇地震的参数和特征性非常困难。作为一个庞大复杂的系统,建筑物在遭受地震时的破坏机理和破坏过程相当复杂。而且由于不能充分在结构分析时考虑到非弹性性质、空间作用、材料时效等因素,因而存在着不确定性。所以,抗震问题不能过分依托于“计算设计”,应该建立在抗震基本理论和长期抗震的丰富经验总结出的基本概念之上,从概念设计方面看待结构的整体地震反应,以结构破坏过程为本,灵活运用相关的抗震设计准则,合理的、全面的解决结构中的基本问题,在考虑到关键部位的细节构造的同时也注意了总体布置的原则,可以有效的提升结构的抗震能力。
二、抗震概念设计要求及基本原则
2.1场地的选择
场地条件是导致建筑物在地震过程中受到损害的主要原因其中之一。因为场地原因造成的震害通常特别严重,且困难之处在于一些情况仅仅依靠工程措施来弥补。所以,在选择工程场地时,应该详细的勘察,弄清楚相关的地形、地质状况,尽可能的避开对建筑物抗震有影响的场址而挑选有利于建筑抗震的场址,有一项原则是坚决不可在抗震危险的地段上建造可能造成严重经济损失及人口伤亡的建筑物。
通常我们将位于平坦、开阔地带的均匀密实中硬场地土或者坚硬场地土称之为对建筑物抗震有利的地段。通常在这种场地上建立的建筑物因为地基失效而产生震害的可能性极小,基本可以将地震对建筑物的影响降到最低。从地形的角度上来说,一般将独立的山包或山梁顶部、呈条状的突起山嘴、非岩质的陡坡、高差很大的台地边缘、河岸或者边坡的边缘称之为对建筑物抗震所不利的地段;从场地的土质方面来说,容易被液化的土、软弱土、半填半挖的地基或者古河道称之为对建筑物抗震所不利的地段。
2.2建筑平立面使用合理
建筑的布局以及结构的布置决定了建筑物的动力性能。建筑的布局合理简单,结构的布置不违背抗震原则,就可以基本保证建筑物具有很好的抗震性。
多年抗震经验表明,建筑物的设计规则、简单、对称,在发生地震时的抗震性强,而相比之下,建筑物如果设计成不规则形态,复杂凹凸的平面,高低落差较大不对称则容易在地震时遭受破坏。另一方面,规则、简单、对称的结构可以很容易的计算出建筑物在发生地震时对地震的反应,确保地震的作用力可以直接传递,这样采取抗震的结构措施及局部处理就变得十分容易。
2.3合理的结构形式
抗震设计中应当着重考虑抗震的机构体系。以结构材料的方式进行分类,主要采用的结构体系有钢结构、砌体结构、钢筋混凝土结构、钢-混凝土结构等,以结构形式的方式进行分类,剪力墙结构、框架结构、简体结构、框架剪力墙结构等是目前主要的极大结构形式。由于受到建筑高度、抗震设防烈度、场地条件还有经济条件、施工条件、建筑材料等多种因素的影响,结构体系的确定是一个综合的技术经济问题,需要通过缜密的考虑方能确定。
建筑结构体系中的抗震规范主要包含如下几点要求:1.建筑结构体系中应该包括明确的计算简图及合理的地震作用传递途径;2.建筑结构中体系中最好能有多道抗震防线,因部分结构或者构件遭到破坏而造成整个体系中的抗震能力或对重力荷载的承载能力失效的现象应当避免;3.建筑结构体系中要有必须的抗震承载力,较好的耗能和变形能力;4.建筑结构体系中最好有合理的承载力及刚度分布,以防因为局部抗震能力的消弱,导致较大的塑性变形或应力集中现象发生,在有可能出现的薄弱部分,应当提高抗震能力;5.建筑结构在两个主轴的方向上产生的动力特性最好可以相似,结构布置时,避免立面布置不均,平面设计不对称的现象发生,一级刚心及质心的不重合导致的扭转振动和产生薄弱层。
2.4结构延性的提高
建筑结构在承载力没有显著降低的前提下,产生非弹性变形的能力称之为结构的延性。防止地震时建筑物倒塌的关键要素之一就是建筑结构延性的好坏。
建筑结构拥有姣好的延性可以最大限度上降低地震作用,耗散和吸收地震时产生的能量,防止建筑物坍塌。构件的破坏形态、塑化的过程决定了建筑结构的耗能大小及结构延性好坏,剪切构件在延性上往往不如弯曲构件,构件剪切破坏所消耗的能量也远不如弯曲构件破坏时消耗的能量。所以,建筑结构的设计最好尽可能的避免构件发生剪切破坏,保证有更多的破坏是弯曲破坏。要遵循“强柱弱梁,强剪弱弯、强节点、弱锚固”的原则。构件被破坏直到无法工作,让结构从一种体系过度到另一种体系,导致结构的周期随之产生变化,从而避免地震周期的持续作用引起共振的效应。
2.5结构的整体性
一个整体是由很多构件链接而成的,通过每个构件协调工作从而达到抵抗地震作用的效果。一旦结构在地震作用时失去了整体性,那么结构各构件无法充分地发挥抗震能力,致使结构变成机动体然后坍塌。
综上所述,为确保各构件可以充分发挥各自的抗震能力使结构的整体性得到保证,在设计时应注意:首先,保证结构的连续性。地震时能够保证结构整体性的主要方式就是结构具有较好的连续性;其次,构件与构件之间能够有效连接,可以确保每个构件能够充分发挥各自的承载力作用,从而提升建筑的抗震性。最后,增加建筑在竖向上的强度,使其具有较强的整体性,避免地震时发生地基不均匀沉降和地标裂缝贯穿建筑时产生的危害现象发生。
三、结语
协同工作的原则也是整体工作的原则。在概念设计越来越重要的当今社会,结构工程师应当不断积累自己的基本理论知识,同时可以虚心接受他人意见,吸取他人超前的设计理念。而对待自己的设计、作品时,应经常进行深刻的反思、探究与总结,对自己严格要求的同时对待作品也应该做到精益求精。
参考文献
[1]赖武.建筑结构设计中的概念设计与结构措施[J].中国建筑金属结构.2013(108).
【关键词】抗震理念;高层建筑;结构设计;应用
引言
一、抗震理念设计的理论概述
(一)抗震理念设计的概念
抗震理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,进行建筑结构总体布置,并确定细部构造的过程,概念设计指的是在不经过计算的基础上,由工程师基于设计理论基础和施工经验进行设计,并对当前的设计方案和设计概念进行评估,从而评估出符合抗震需求的设计方案。它包括分析、综合和评价三个步骤。
(二)抗震理念设计在高层建筑结构设计中的作用
高层建筑结构设计是一个复杂的过程,人们对地震时的结构认识存在局限,再加上材料性能和施工安装的变易性、模拟地震波的模糊性等因素的影响,进一步增加了高层建筑结构的不稳定性,因此,高层建筑结构设计应该重视抗震概念设计。在依据数值计算的基础上增加实践经验元素,有时甚至比分析计算更重要,抗震设计理念的应用,可以很好地满足能居民对建筑物安全性能的实际需要。高层建筑结构设计中抗震概念设计的利用必须引起高层建筑结构工程设计师的广泛重视,使其严格遵守抗震概念设计中的相关规定,摆脱传统的结构设计中只重视计算结果的误区,按照结构设计计算原则,再结合地区的抗震规范,最终保证高层建筑结构的抗震性能,保障居民的人身财产安全。
(三)抗震理念设计的基本原则
1、结构的整体性
在高层建筑结构中,楼盖的整体性对高层建筑结构的整体性作用非常重要,相当于水平隔板,具有聚集和传递惯性力至各个竖向抗侧力子结构的作用,因此,这些子结构必须具备很强的抗震能力。当竖向抗侧力子结构分布不均匀、结构布置复杂以及抗侧力子结构的水平变形特征存在差异时,整个高层建筑就依靠楼盖使抗侧力子结构进行协同工作。
2、结构的简单性
结构的简单性指的是结构在地震作用下具有明确、直接的传力途径。在高层建筑抗震设计规范中明确规定“结构体系应该有明确的计算简图与合理的地震作用传递途径”,只有结构简单,才能对结构的位移、内力以及模型进行准确分析,把握高层建筑抗震的薄弱环节,及时采取相应的措施,避免其出现。
3、结构的刚度
在地震作用下,结构的刚度和抗震能力大小是双向的,确定结构的刚度,然后合理的布置结构,能够抵抗任意方向上的地震作用。通常状况下,地结构沿着平面上两个主轴方向都应该具有足够的刚度与抗震能力,不仅仅要控制结构变形,还要尽可能降低地震作用对高层建筑结构的冲击。避免结构发生较大变形时产生重力二阶效应,导致结构失衡而被破坏,进而导致高层建筑的抗震性大打折扣。
4、结构的规则性与均匀性
高层建筑的竖向和立面的剖面布置应该规则,结构侧向刚度的变化应该均匀,以免传力途径、侧向刚度以及抗侧力结构承载力的突变,防止结构在竖向上的某一楼或少数楼层之间出现薄弱环节。
二、抗震理念在高层建筑结构设计中的应用
(一)抗震理念设计在结构体系上的应用
高层建筑抗震结构体系是抗震概念设计的关键,抗震概念设计在结构体系上的应用,应依据高层建筑物的高度以及抗震等级选择合适的抗侧力体系,通过概念近似计算,确定结构设计方案的可行性以及主要构件的基本尺寸。为了保证建筑抗震概念设计的经济性与安全性,应该注意以下三个方面:其一,选择建筑结构体系时,对部分结构或者部分构件的破坏而导致整体建筑结构体系丧失对抗震能力或者重力荷载的承载能力坚持抗震设计原则中的赘余度功能和内力重分配功能;其二,选择建筑结构体系时,不仅应该要求建筑体系的受力明确、传力合理以及传力路线,还应有合理的地震作用传递途径和明确的计算简图,符合不间断的抗震分析;其三,鉴于结构体系的变形能力取决于组成结构的构件和连接的延性水平,延性是建筑结构设计的重要指标,提高延性水平,可以通过采用竖向和水平向混凝土构件来实现,增强对砌体结构的约束,即使地震中,配筋砌体开裂也不会倒塌或散落,保证高层建筑不至于丧失的重力荷载能力。
(二)抗震理念设计在结构构件上的应用
高层建筑抗震的实现需要各个构件的支撑,因此,抗震结构体系中的各个构件都必须具有一定的刚度与强度,并且还应该具有可靠的连接性。高层建筑的结构体系是一个多层次超静定结构,因此其抗震结构也应该设置多道抗震防线,这样在地震作用下,即使一部分构件先被破坏,剩余的构件依然具备支撑的作用,形成独立的抗震结构,承受地震力与竖向荷载。因此,合理地预见高层建筑结构先屈服或者破坏的位置,适当调整构件的强弱关系,形成多道抗震防线,实现对高层建筑结构体系的合理控制,是结构抗震耗能的有效措施之一,更是建筑抗震结构概念设计的重要内容。
总结
高层建筑具有层数多、体量大、工期长等特点,因此,结构设计较为复杂,抗震理念的应用更是加大了设计的难度,作为高层建筑结构设计中的重要组成部分,高层建筑结构设计应合理科学,可以有效提高高层建筑的抗震性。因此,相关设计人员应该熟练掌握设计的相关概念和知识,灵活运用抗震概念设计,全面考虑各项因素,保证高层建筑工程的质量和安全系数,尽量为我国设计出更多的精品建筑。
参考文献:
[1]华颖.抗震概念设计在高层建筑结构设计中的应用[J].中华民居(下旬刊),2013,06:27-28.
[2]周定前.抗震概念设计在高层建筑结构设计中的应用[J].中华民居(下旬刊),2013,05:64-65.
[3]刘华新,孙志屏,孙荣书.抗震概念设计在高层建筑结构设计中的应用[J].辽宁工程技术大学学报,2007,02:222-224.
关键词:桥梁工程抗震破坏抗震设计
0引言
桥梁工程又是交通网络中的重中之重,桥梁工程抗震研究的重要性不言而喻。本文主要探讨了桥梁工程抗震设计相关问题,为今后桥梁设计起到借鉴作用。
1桥梁结构地震破坏的主要形式
根据桥梁过去的地震破坏情况,除了如液化、断层等凼地基失效引起的破坏以外,混凝上桥梁最常见的破坏形式有以下四种[1]:
1.1弯曲破坏。结构在水平地震荷载作用下由于过大的变形导致混凝土保护层脱落、钢筋压屈和内部混凝土压碎、崩裂,结构失去承载能力。整个过程可以用以下四个阶段来描述:①当弯矩达到开裂强度时,截面出现水平弯曲裂缝;②随着裂缝的发展和荷载强度的提高,受拉侧的纵筋达到屈服强度;③随着变形量的增大,混凝土保护层脱落、塑性铰范围扩大;④钢筋压屈(或拉断)和内部混凝土压碎、崩裂。
1.2剪切破坏(弯剪破坏)。在水平地震倚戟作用下,当结构受到的剪切力超过截而剪切强度时发生剪切破坏,整个破坏过程可以用以下四个阶段来描述:①截血弯矩达到开裂强度时,截面出现水平弯曲裂缝;②随着裂缝的发展和荷载强度的提高,柱内出现斜方向的剪切裂缝;③局部剪切裂缝增大,箍筋屈服导致剪切裂缝进一步增长;④发生脆性的剪切破坏。
1.3落梁破坏。当梁体的水平位移超过梁端支撑长度时发生落梁破坏。落梁破坏是由于梁与桥墩(台)的相对位移过大,支座丧失约束能力后引起的一种破坏形式。发生在桥墩之间地震相对位移过大、梁的支撑长度不够、支座破坏、梁间地震碰撞等情况。
1.4支座损伤。上部结构的地震惯性力通过支座传到下部结构,当传递荷载超过支座设计强度时支座发生损伤、破坏。支座损伤也是引起落梁破坏的主要原因。对于下部结构而言,支座损伤可以避免上部结构的地震荷载传到桥墩,避免桥梁发生破坏。
2桥梁抗震设计原则
合理的抗震设计,要求设计出来的结构在强度、刚度和延性等指标上有最佳的组合,使结构能够经济的实现抗震设防的目标。要达到这个要求,就需要设计工程师深入了解对结构地震反应有重要影响的基本因素,并具有丰富的经验和创造力,而不仅仅是按规范的规定执行[2]。以下为抗震设计应尽可能遵循的一些基本原则,这些原则基于历次的桥梁震害教训和当前公认的理论认识。
①场地选择。除了根据地震危险性分析尽可能选择比较安全的厂址之外,还要考虑一个地区内的场地选择。选择的原则是:避免地震时可能发生地基失效的松软场地,选择坚硬场地。②体系的整体性和规则性。桥梁的整体性要好,上部结构应尽可能是连续的。较好的整体性可防止结构构件及非结构构件在地震时被震散掉落,同时它也是结构发挥空间作用的基本条件。无论是在平面还是在立面上,结构的布置都要力求使几何尺寸、质量和刚度均匀、对称、规整,避免突然变化。③提高结构和构件的强度和延性。桥梁结构的地震破坏源于地震动引起的结构振动,因此抗震设计要力图使从地基传入结构的振动能量为最小,并使结构具有适当的强度、刚度和延性,以防止不能容忍的破坏。在不增加重量、不改变刚度的前提下,提高总体强度和延性是两个有效的抗震途径。刚度的选择有助于控制结构变形;强度与延性则是决定结构抗震能力的两个重要参数。由于地震动可造成结构和构件周期反复变形,使其刚度与强度逐渐退化,因此,只重视强度而忽视延性绝对不是良好的抗震设计。④能力设计原则。能力设计思想强调强度安全度差异,即在不同构件(延性构件和能力保护构件-不适宜发生非弹性变形的构件统称为能力保护构件)和不同破坏模式(延性破坏和脆性破坏模式)之间确立不同的强度安全度。通过强度安全度差异,确保结构在大地震下以延性形式反应,不发生脆性的破坏模式。在我国以前的建筑抗震设计中,普遍采用“强柱弱梁,强剪弱弯,强节点弱构件”的设计思想。⑤多道抗震防线。应尽量使桥梁成为具有多道抵抗地震侧向力的体系,则在强地震动过程中,一道防线破坏后尚有第二道防线可以支撑结构,避免倒塌。因此,超静定结构优于同种类型的静定结构。但相对于建筑结构,桥梁在这方面可利用的余地通常并不大。
3桥梁抗震设计方法相关问题
3.1桥梁抗震概念设计抗震概念设计是指根据地震灾害和工程经验等获得的基本设计原则和设计思想,正确地解决结构总体方案、材料使用和细部构造,以达到合理抗震设计的目的。合理抗震设计,要求设计出来的结构,在强度、刚度和延性等指标上有最佳的组合,使结构能够经济地实现抗震设防的目标。
3.2桥梁延性抗震设计目前延性抗震验算所采用的破坏准则主要有:强度破坏准则、变形破坏准则、能量破坏准则、基于低周疲劳特征的破坏准则以及用最大变形和滞回耗能来表达的双重指标破坏准则等。Housner在对悬臂式单质点系统的非线性地震反应进行分析后,将其破坏机理总结为:在形成完全的塑性反应之前,出现某种程度的塑性应变,由此而消耗的能量自然的构成结构等效粘滞阻尼的一部分;当完全进入塑性变形后,产生塑性漂移,并在单方向发展直到倒塌发生。他认为塑性反应阶段,保证结构不破坏的条件是让其保有足够的耗能能力。
3.3地震响应分析及设计方法的改变随着人们对地震动和结构动力特性理解的加深,目前已经发展了多种抗震设计理论和地震响应的分析设计方法。
从组成结构抗震设计理论的四个方面内容(输入地震动、结构和构件的动力模型,一实用的地震反应分析方法,以及设计原则)来看,静力理论对四个方面都做了极大的简化,反应谱理论也做了较大的简化,而动力理论则有比较全面的考虑:动力理论的输入地震动要求给出符合场地情况的、具有概率含义的加速度时间函数,对于复杂结构要求给出三个分量及其空间相关性;结构和构件的动力模型更为接近实际,包括了非线性特性;地震反应分析方法考虑了结构反应的全过程,包括变形和能量损耗的积累;设计原则考虑到多种使用状态和安全的概率保证。
关键词:建筑结构;人防设计;抗震设计;分析
1建筑结构人防设计与抗震设计的内容分析
1.1人防结构形式
在正式开始施工前需要对施工场地进行勘察,并分析其具体数据,并对建筑人防结构开展全面细致的设计。只有保证设计质量才能确保后续施工质量能够达到规定标准要求。科学的建筑结构形式能够在一定程度上产生相应的人防效果,这对于人民的生命财产安全来说都是至关重要的。结合相关实践经验看来,常用的人防结构形式主要有暗挖式和开挖式两类。其中开掘式人防工程主要分为两种:单建式和附建式;暗挖式人防工程也可分为两种:坑道式和地道式。
1.2抗震结构设计内容
虽然我国相较于地震高发国家而言发生地震概率较小,由此所产生的危害与损害也相对较小。然而,出于有效保障建筑安全性与稳定性,保护群众生命安全,降低地震导致的人员伤亡与重大事故的角度出发,做好建筑工程结构抗震设计是非常必要的。尤其是部分地震频率较高的地区,抗震设计更是建筑设计的重中之重。目前我国已有的安全条文对建筑抗震结构的相关指标做出明确规定,要求建筑抗震结构可以承受建筑施工、使用过程中出现的各类荷载与变形。对于在特殊情况下发生的偶然荷载或突发事件,必须保证整体建筑结构稳定性不变。
2建筑结构中的人防设计与抗震设计应遵循原则
2.1遵循“强柱弱梁”与“强剪弱弯”的设计原则
在进行建筑结构设计时,进行人防设计和抗震设计都能够对整体建筑的结构强度起到一个很好的提升作用。一般情况下,对建筑结构进行人防设计与抗震设计均能够确保在较大地震作用力的影响下,整体建筑依旧保持完好。所以,在进行设计时应当遵循“强柱弱梁”与“强剪弱弯”的设计原则,即通过建筑结构中有关受弯构件和大偏心的受压构件变形来充分吸收内部动荷载能力,经过外部结构的缓冲后,能够将建筑结构中各构件支座的截面抗剪负担和中受力柱的抗压负担释放出来,以确保在外界巨大荷载作用下建筑结构形成塑性破坏,以确保整体建筑结构的完整性与安全性。
2.2整体协调和合作性原则
在建筑结构人防设计和抗震设计中整体协调和合作性原则地遵循也是其重要内容。根据笔者对相关工程研究发现,受多方面原因所影响,部分设计单位在开展建筑结构人防与抗震设计中并没有将整体协调和合作性原则融入,这不但直接造成建筑结构诸多参数不符合相应要求的情况产生,同时更重要的是会致使建筑质量与安全因此而无法保障。比如当在建筑结构抗震设计中,如果整体协调性达不到要求时,那么会使得建筑在遭受一定强度震动时安全性和耐久性因此而下降,如此一来便会对其今后使用埋下巨大的安全隐患。对此,为了确保建筑结构人防与抗震设计中整体协调和合作性原则得以融入,除了从制度与工作考核上要求设计人员应用该原则外,我们还严抓设计过程监督以及审核这两方面,只有这样才能最大程度地确保整体协调和合作性原则得以落实。
3建筑结构中的人防设计与抗震设计方法
3.1人防设计
3.1.1主体设计
通常情况下建筑地下室划分为普通地下室与人防地下室两类。在设计地下室时需依照平战结合的方式进行。第一,结构体系应当根据人防建设面积、抗力级别、功能要求以及防化要求来进行确定,且做好防护区、清洁区、染毒区的划分工作。第二,应当将钢筋混凝土防护密闭墙设置在相邻防护单元间。第三,应当采用整体浇筑的密闭隔墙来隔离染毒区与清洁区,且用水泥砂浆抹光染毒区一侧墙面。
3.1.2出入口设计
人防出入口设计中根据防护单元面积大小分为两类:第一,小于1000m2。主要采取战时出入口与连通口各一个设计,它们作用分别是直通室外以及连接隔壁防护单元。其次,为指挥工程设计宽和高超过2m、2.6m的出入口两个以上。另外,为了保障战时出入口安全性,我们还需对其进行防倒塌堵塞设计。第二,超过1000m2。除连通与垂直口外,出入口设计数量在2个以上,并要求相邻距离超15m以及各有不同方向。
3.1.3平战功能转换
通常情况下平战功能转换可分为早期转换、临战转换以及紧急转换三个阶段,在对这几个阶段设计过程中,必须要确保能够在特定时间内完成器材、物质的筹措、安装各类管线设备、封堵出入口以及调试单元连接口等工作,并且根据上述要求来完成平战工功能转换的设计。
4抗震设计
4.1合理选择场地与地基
地基与场地的选择在很大程度上影响着整体建筑抗震能力。因此,在选择场地与地基时,首先应当对建设区域地震活动情况进行详细了解,并实地勘察其地质情况,并对场地开展综合的评价与分析,确定其抗震设计等级。其次,在选择地基时应当尽量选取岩石或是密实度高的基土,以提升地基抗震能力。如若地基无法达到抗震要求的,则必须采取必要的改造与加固措施让其达到相应的要求。
4.2隔震与消能减震设计
部分建筑不但要具备一定的抗震能力,而且还需要确保消能与隔震方面的需求。因此,首先,应当选择密实度高的地基,以将地震所带来的作用力给建筑造成的损坏降到最低,避免出现共振的情况。其次,应当选用具有良好延性的材料,从而减小地震给建筑造成的破坏。再者,应当结合实际情况来选取合适的隔震支座,并且对风力所找出的负荷进行充分考虑。
4.3确保建筑结构的规则性
在设计建筑结构时,应当尽可能保证建筑结构的规则性,以均匀分布建筑所承受的荷载力。首先,应尽可能选用规整的图形作为建筑结构不免布置图。其次,应当尽可能避免使用不规则建筑平面,避免导致建筑结构钢心与质心发生交错。否则在发展地震时,极易由于建筑钢心距离过大而导致下刚性下降,从而产生倒塌的风险。
作者:宫昆鹏钟铖单位:海军北海工程设计院
参考文献:
[1]王慧吉.关于人防结构设计与抗震结构设计的比较[J].科技创业家,2013(2):78~78.
一、指导思想
以邓小平理论和三个代表”重要思想为指导,全面贯彻落实科学发展观,按照预防为主、防御与救助相结合的方针,坚持工程性预防措施和非工程性预防措施相结合的原则,全面落实地震重点监视防御县新建、扩建、改建建设工程达到抗震设防要求,确保建设工程抗震设防质量。
二、基本原则
1、所有建设工程应当避开地震活动断层的原则;
2、所有建设工程必须达到六度以上抗震设防要求的原则;
3、学校、医院、办公楼、商品住宅楼、人员密集场所和长距离生命线工程等重要建设工程及可能发生严重次生灾害的建设工程必须进行地震安全性评价的原则;
4、建设等行业主管部门按照各自职责互相配合的原则。
三、操作程序
1、建设单位在项目可行性研究阶段和办理建设工程选址、规划许可手续前,必须先向县地震局提出确定抗震设防要求书面申请,由地震局提出抗震设防意见和要求,并抄告发改委、建设局等有关部门。没有地震局抗震设防要求确定意见,发改委不得立项审批,建设局不得批准规划设计和报建。
2、需进行地震安全性评价的建设工程项目,县地震局应当书面告知建设单位进行地震安全性评价,建设单位委托具有资质的单位进行地震安全性评价工作,并与地震安全性评价单位订立书面合同,明确双方的权利和义务。
3、县地震局根据建设单位提供的地震安全性评价报告实施抗震设防要求确定许可,出具《县建设工程抗震设防要求确定审批表》,书面告知建设单位和建设等相关行业行政主管部门。
4、设计部门按照县地震局出具的《县建设工程抗震设防要求确定审批表》和抗震设防规范进行设计。
5、施工单位按照抗震设防规范和经审核的设计图纸进行施工,工程监理单位按照抗震设计要求进行监理。
6、建设等行业主管部门应会县地震局对建设工程设计、施工等抗震设防工作进行监督检查并对建设工程项目进行抗震质量验收。
四、工作要求
1、未取得县地震局《县建设工程抗震设防要求确定审批表》的建设工程,发改委、建设局和国土局等行政主管部门不予审查和办理相关手续。设计部门不得进行设计。
2、交通、水利、电力、通信等行业主管部门对未取得县地震局《县建设工程抗震设防要求确定审批表》的建设工程项目,不予审查通过。
3、对不按照抗震设计施工的建设工程项目,建设等行业主管部门不予验收通过。
4、已经建成的下列建筑物、构筑物,未采取抗震设防措施的,由业主单位按照县地震局确定的抗震设防要求和抗震性能鉴定意见,采取必要的抗震加固措施。
①重大建设工程;
②可能发生严重灾害的建设工程;
③具有重大历史、科学、艺术价值或者重要纪念意义的建设工程;
④学校、医院等人员密集场所的建设工程。
5、农村的建制镇、集镇规划公用建设必须根据地震动参数区划图确定的抗震设防要求和抗震设计规范进行设计、施工。各地应将抗震设防要求作为村镇建设规划的重要内容,引导相对集中的农村居民点的建设避开地震断裂带、抗震不良和地质灾害频发的场地。规划建设等行政主管部门应当加强村镇规划和农村建房管理,提高农村居民抵御地震灾害能力。
6、擅自更改新建、改建、扩建工
程项目抗震设防要求的,应做地震安全性评价而未做的或未按地震安全性评价结果确定的抗震设防要求进行抗震设防的,由县地震局依照有关法规责任令改正,并给予行政处罚。
7、对不按照抗震设计规范进行抗震设计或者不按照抗震设计施工的,建设行政主管部门或其它有关部门依法按照职责权限责令改正,并视不同情况给予行政处罚。
8、对未到县地震局进行登记或无合法资质的单位在本县开展地震安全性评价业务的,依照《地震安全性评价资质管理办法》有关规定,由县地震局依据职权责令改正,没收违法所得,并给予行政处罚。
【关键词】底部框架抗震墙砖房;抗震设计;侧移刚度比
底部框架抗震墙砖房主要用于临街底部商店上部住宅工程,这种结构具有比多层钢筋混凝土框架房屋的造价低、施工方便等优点,目前在我国城镇建设中广泛使用。
1.结构抗震设计的要求
底部框架抗震墙砖房具有上刚下柔,上重下轻的特点,房屋的震害程度与房屋的平面布置和上下墙体的相对位置,以及上下层的层间侧移刚度比等密切相关。
1.1“强柱弱梁”原则
底部框架抗震墙砖房框架设计遵循的一个基本原则就是:“强柱弱梁”、“强节点弱构件”原则。目的是使框架结构在强烈地震作用下,塑性铰先出现在梁端,后出现在柱端。如果框架的任一柱端先出现塑性铰,可能会引起同一层其它柱端相继出现塑性铰,房屋因此而倒塌。但是底层框架梁因为要承担竖向荷载引起的较大弯矩,截面较大,因而在截面抗弯强度的计算上满足“强柱弱梁”的要求很困难,所以在构造上特别是箍筋的配置上应尽量实现“强柱弱梁”的设计原则。
1.2结构平面设计讲究均匀性、整体性
建筑平面布置应简洁、规则、对称,并尽可能减少上部砖房单元形式。上部砖房纵横墙均匀对称布置,沿平面内宜对齐,同一轴线的窗间墙宽度宜均匀。楼梯间不设置在房屋的尽端和转角处,烟道、风道等不宜削弱墙体。下部框架抗震墙结构,则要求柱网对应上部砖房布设,尽可能使较多墙体落于柱网上。尽可能的将抗震墙对称分散布置,使纵横向抗震墙相连,纵向抗震墙应布置在外纵轴线,增强抗倾覆能力,避免出现低矮抗震墙(高宽比小于1),使层间刚度比使得结构的刚度中心与质量中心重合,减少地震作用下结构产生的扭转效应。
1.3结构立面的均匀性、连续性
底部框架抗震墙砖房结构的显著特点就是“上重下轻”。为尽可能降低结构重心,应严格控制房屋层数和总高,根据《建筑抗震设计规范》(GN50011-2001),底部结构层高不应超过4.5m。上部砖房各层建筑功能保持一致,墙体竖向应对称连续。对于出屋面的楼梯间,水箱间由于刚度突变,地震时容易引起鞭稍效应,所以要尽可能地降低层高。只有建筑设计做到竖向规则连续才能保证竖向强度和刚度的均匀性,避免上部砖房出现薄弱层,减少应力集中和变形集中。
2.抗震墙砖房的抗震设计
2.1底层框架抗震墙的设计
目前,底层框架抗震墙砖房的底层设计归纳起来存在以下三方面的问题:
底层为大商场等有大空间使用要求时,底层抗震墙(一般为砖墙)设置得很少,其底层的侧移刚度比纵横墙较多的第二层小得多。这种结构由于其地震倾覆力矩主要由钢筋砼框架柱承担,使得底层钢筋砼框架柱的承载能力大为降低,底层成为较薄弱的楼层;在强烈地震作用下底层成为弹塑性变形和破坏集中的楼层,危及整个房屋的安全。要解决以上问题,首先,建筑平面布置时,应考虑在适当部位布置一些墙体。其次,采用钢筋砼抗震墙来代替砖抗震墙,一片相同厚度、高度和长度砼墙的抗侧刚度是砖墙的好几倍,既可减少墙面数又能保证底层的侧移刚度。
建筑一面临街,且纵向临街面一般不布置抗震墙,使得抗震墙数量过少,底层平面布置不对称,导致在地震时产生扭转效应而加重房屋的破坏。解决这个问题,应在沿街侧外纵墙上布置一定数量的钢筋砼抗震墙,另一侧外纵墙上布置刚度相当的砖抗震墙,使底层的刚度中心与形心基本重合。
底层沿纵向分成几个较大空间,一些设计方案把分隔横墙设计成为带构造柱、圈梁的砖墙,使得底层的横向与纵向均不能形成完整的框架抗震墙体系。在地震作用下这些分隔墙因侧移刚度大而先开裂,又因其承载能力和变形能力较钢筋永框架差而破坏严重,并且过早的退出工作,产生弹塑性内力重分布,导致底层框架抗震墙部分破坏严重。因此,结构布置时必须将底层布置成纵横向框架抗震墙体系,避免以上问题的产生。
2.2过渡层的设计
抗震墙砖房的二层称为过渡层。此层担负着传递上部的地震剪力和上部各层地震力对底层楼盖的倾覆力矩引起楼层转角对第二层层间位移的增大,因而此层受力复杂,也显得非常重要。对于底部框架抗震墙砖房,当底层按抗震规范要求设置一定数量的抗震墙后,房屋底部的侧向刚度和水平承载力有较大提高;此时如果忽略过渡层墙体的侧向刚度和水平承载力的降低,可能使房屋的过渡层成为薄弱层;由于过渡层砖砌体的变形能力较底层相对较差,因而将降低这种房屋的抗震性能。为避免上述情况发生,应加强过渡层墙体的抗震构造措施。
3.底部框架结构抗震设计中应注意的问题
3.1注重概念设计
选择对抗震有利的建筑场地,简化建筑体型,讲究规则对称,质量和刚度变化均匀,抗震结构体系合理、明确等是确保抗震设计合理的基本设计内容。同时抗震设计应满足“小震”不坏“,中震”可修和“大震”不倒的设防目标。《建筑抗震设计规范》(GBJ50011-2001)的第7.1.8条规定,底部应沿纵横两方向均匀对称布置框架-抗震墙体系,并重点强调底部抗震墙应是双向、对称布置并纵横抗震墙相连。由于底部框架墙结构中的剪力墙属低矮墙,其抗剪刚度相对较大,如果布置的墙肢较长、平面形式复杂,很容易出现局部刚度过大,受力过于集中的现象,甚至经常出现只布置极少的剪力墙就满足上下层抗侧刚度比限值的情况。如果不作处理,则会造成建筑的刚度中心对质量中心的偏心距较大,地震力作用下会对结构产生扭转效应。
底部框墙结构的柱网不宜过大,一般控制在7.5m左右,并且框架梁上悬墙数目不应超过一道。首先从使用功能上,底框结构大多为商住楼,该跨度对应上部可分割为两开间,无论上部为住宅楼,还是办公楼,开间尺寸都必须以满足砌体结构所能实现的功能。
3.2严格控制侧移刚度比
现行抗震规范对底层框架砖房第二层与底层的侧移刚度比不仅会影响地震作用下的层间弹性位移,而且对层间极限剪力系数分布、薄弱楼层的位置和薄弱楼层的弹塑性变形集中都有很大影响。因此应严格的限制侧移刚度比,设计中并对此作控制性验算。这是因为该比值分析结果表明,当>2时,在强烈地震作用下会造成薄弱的底层弹塑性变形集中,弹性位移增大,会加速底层的破坏;但当
3.3结构体系要合理
底部框架砖房的底层或底部两层均应设置纵横向的双向框架体系,因为底部的地震剪力按各抗侧力构件的刚度分配,在这些结构混用的体系中,砖墙较框架的抗侧力刚度大得多,在地震作用下,砖墙先开裂破坏,而砖墙的变形能力较框架要差得多,这样会形成砖墙构件先退出工作,导致加重半框架或部分框架的破坏。