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【摘要】 建筑结构设计中的抗震设计在提高房屋的抗震性能,减轻地震灾害,减轻经济损失,挽救生命中发挥了重要作用。在近几年地震频发的情况下,建筑的抗震设计受到越来越多的关注。建筑的抗震设计贯穿于建筑工程的始终,要求功臣人员在建筑的结构设计中要充分运用抗震设计中的各种方法来确保建筑物的抗震能力。抗震设计包括三方面的内容:概念设计,抗震计算和构造措施。
【关键词】 地震;结构设计;抗震设计
中图分类号:S611 文献标识码:A 文章编号:
引言
汶川、海地、智利、日本,这些地方和国家都因耸人听闻的大地震而“名扬世界”。地震已经给世界各地的人们带来巨大的损失和伤害。建筑界流传着这样一种说法:地震本身不会杀人,而建筑会杀人。的确,最可怕的或许不是地震,而是一震就垮的建筑,多少鲜活的生命被埋葬在这样的建筑下。地震的不确定性和复杂性使地震的预测工作非常困难,但地震却是可以防范的。这就要求我们提高在地震多发带的建筑的抗震能力。智利正是因为重视房子的抗震能力,才能在大地震下挽救了许多的生命,而海地,正是因为其糟糕的建筑才会造成如此重大的损失。由此可见建筑结构设计中的抗震设计的重要性。
一、抗震设计的内容
抗震设计主要包括三个方面的内容:概念设计、抗震计算和构造措施。概念设计是在宏观整体上把握抗震设计的方向和基本原则,抗震计算则为建筑的抗震设计提供必要的数据,而构造措施就在概念设计的基础上,运用抗震计算的结果在一些具体环节等方面上进行抗震构造,提高建筑的抗震性能。
二、概念设计
2.1概念设计的定义
概念设计是指不经计算,特别是在一些无法做出精确理性分析的情况下或在规范中难以确定的问题中,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、地震灾害和工程经验所获得的设计思想和设计原则,进行建筑总体布置并确定细部构造的过程。
2.2概念设计的重要性
地震所具有的复杂性、不确定性、随机性使得要准确预测地震给建筑物所带来损害参数非常困难,目前国际上最先进的技术也无法做到这一点。而建筑物本身的系统复杂庞大及其结构分析的不确定性,也让专家们很难分析其在地震后的破坏机理和破坏结构。因此,结构地震设计理论就不能完全反映出地震时建筑物的结构反应和破坏的复杂过程。
而概念设计,则着眼于结构的总体地震反应,在工程设计一开始,就把握好能最输入、房屋体形、结构体系、剐度分布、构件延性等几个主要方面,按照结构的破坏过程,灵活运用抗震设计准则 ,全面合理地解决结构设计中的基本问题,再辅以必要的计算和构造措施,从根本上消除建筑中的抗震薄弱环节,从而提高建筑物的抗震能力。
2.3抗震概念设计的基本原则
2.3.1建筑场地选择的基本原则
场地条件是造成建筑物震害的重要原因,因此在选择建筑物场地时,工程师应该注意掌握场地的工程地质、地震活动和地震地质等会影响工程的因素,并结合工程的实际需要,对抗震有利、不利和危险地段做出综合评价。选择对建筑抗震有利的地段, 例如平坦、开阔的坚硬场地土;避开对建筑抗震不利的地段,当无法避开时,要采取有效的抗震措施。
2.3.2建筑体型的确定原则
建筑物体型应力求简单、规则、对称,质量和刚度变化均匀,以减少地震作用产生的变形、应力集中及扭转反应。
2.3.3选择合理的抗震结构体系
结构布置应具备多道抗震防线,多道设置抗震防线是为了防止由于地震的连续性对建筑物带来的多次冲击,以提高建筑物的防震能力。
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,避免地震对抗震结构体系的破坏,同时结构的刚度和强度需分配合理,避免薄弱环节出现。而一旦薄弱环节的出现,就要采取有效的加强措施。
2.3.4非结构构件的处理
考虑到结构可能在地震中会变形,建筑幕墙等应采用可靠的连接方法,加强非结构构件件的预埋件锚固部位,承受来自建筑非结构构件带给建筑主体的震力。墙体材料方面要优先考虑轻质材料。刚性护墙沿纵向宜均匀对称布置,与主体连接可靠,才能适应结构向不同方向的位移。
2.4结构概念设计的运用
概念设计思想的广泛运用,拓宽了结构设计的思路。传统的结构计算理论的研究和结构设计只在如何提高结构抗力R上大下工夫,结果导致了混凝土的等级越用越高,配筋量越来越大,相应的造价也逐渐增高。以抗震设计为例,通常情况下结构的刚度是根据最初定下的尺寸、混凝土等级算出的,再用结构刚度算出地震力,最后算配筋。然而,结构刚度越大,地震作用于建筑物的效应越大,这样一来,配筋越多,刚度就越大,震力就越强。这样为抵御地震而配的钢筋,不仅没有使地震作用于建筑的效应降低,反而起到了反效果。所以,在这时我们应考虑的是降低地震作用效应。在目前得抗震设计中,隔震消能法就是降低地震作用效应的典范。在建筑物基础与主体之间设柔性隔震层是隔震消能的常规做法;增加消能支撑;还可以在建筑物顶部安装一个“反摆”,使得地震时建筑物顶部的位移它的位移方向相反,以此抵消一部分建筑物顶部的位移所带来的力,从而降低加速度,减少建筑物的位移,降低地震作用效应。在合理设计下可降低地震作用效应达 60 %。效果非常显著。在国内外这一研究已广泛地深入展开。在日本,实际工程中已广泛运用了该项研究成果,在国际社会中赢得广泛好评。但在我国,经济、技术和人们认识的限制让这项研究在工程界还未得到重视。
三、抗震计算
抗震计算包括地震作用计算和结构抗震验算两方面的内容。
3.1地震作用计算
以下原则是计算各类建筑结构的地震作用所应考虑的。
3.1.1 通常,计算水平地震作用应在建筑结构的两个主轴方向上进行,还应做抗震验算,该方向的抗侧力构建要承担各方向的水平地震作用。
3.1.2当相交角度大于150时,在斜交抗侧力构件的结构上,应计算各抗侧力构件方向的水平地震作用。
3.1.3刚度和质量明显不均匀的结构,应计人双向水平地震作用下的扭转影响;其他情况,计入扭转影响时要采用调整地震作用效应的方法。
3.1.4 9度时的高层建筑和8度、9度时的人跨度结构和长悬臂结构,要计算竖向地震作用。最常用的方法是底部剪力法和振型分解反应谱法,而作为补充计算的时程分析法,仅针对特别不规则和较高的高层建筑。
3.2采用抗震计算方法的要求
3.2.1 近似F单质点体系的结构和高度不超过40m,以剪切变形为主,质量和刚度沼高度分布比较均匀的结构,在进行抗震计算时使用底部剪力法等方法。
3.2.2除第l条外的建筑结构,其他建筑结构大多采用振型分解反应谱法。
3.2.3 扭转、凹凸、竖向不规则和楼板局部不连续等特别不规则的建筑、场地内限定高度范围的高层建筑及甲类建筑,在进行多遇地震下的补充计算时一般采用时程分析法,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。
四、構造措施
混凝土结构,通常要限制钢筋砼构件截面高宽比限值,最小配筋率要求和承重柱轴压比。砖混结构,一般要限定房屋总高度和层数层高,在纵、横墙中设置钢筋混凝土构造柱、圈梁,还应在房屋的高宽比、横墙间距局部尺寸进行限值控制;设置防震缝等。
五、结语
建筑结构设计中的抗震设计是一个完整、系统的过程,工程技术设计人员在建筑结构的抗震设计中必须从整体宏观角度出发,抗震设计要贯穿在场址的选择到建筑物的结构设计的整个过程中。建筑物的抗震设计是决定建筑结构设计水平的关键,因此,准确的运用不同的抗震设计方法,对结构设计是非常重要的,在结构设计中对不同的情况要采取不同的抗震设计和构造措施,以寻求最合理的抗震设计。
参考文献
【1】陈教洪.谈概念设计在建筑结构设计中的应用[J].建材与装饰(中旬刊),2008(2)
【2】王亚勇,戴国莹,建筑抗震设计规范疑问解答[M].中国建筑工业出版社,2006.
【3】李智建 , 石延明 . 浅谈建筑结构设计中的抗震设计 [J]. 科技资讯 , 2009,(12)
【关键词】 地震;结构设计;抗震设计
中图分类号:S611 文献标识码:A 文章编号:
引言
汶川、海地、智利、日本,这些地方和国家都因耸人听闻的大地震而“名扬世界”。地震已经给世界各地的人们带来巨大的损失和伤害。建筑界流传着这样一种说法:地震本身不会杀人,而建筑会杀人。的确,最可怕的或许不是地震,而是一震就垮的建筑,多少鲜活的生命被埋葬在这样的建筑下。地震的不确定性和复杂性使地震的预测工作非常困难,但地震却是可以防范的。这就要求我们提高在地震多发带的建筑的抗震能力。智利正是因为重视房子的抗震能力,才能在大地震下挽救了许多的生命,而海地,正是因为其糟糕的建筑才会造成如此重大的损失。由此可见建筑结构设计中的抗震设计的重要性。
一、抗震设计的内容
抗震设计主要包括三个方面的内容:概念设计、抗震计算和构造措施。概念设计是在宏观整体上把握抗震设计的方向和基本原则,抗震计算则为建筑的抗震设计提供必要的数据,而构造措施就在概念设计的基础上,运用抗震计算的结果在一些具体环节等方面上进行抗震构造,提高建筑的抗震性能。
二、概念设计
2.1概念设计的定义
概念设计是指不经计算,特别是在一些无法做出精确理性分析的情况下或在规范中难以确定的问题中,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、地震灾害和工程经验所获得的设计思想和设计原则,进行建筑总体布置并确定细部构造的过程。
2.2概念设计的重要性
地震所具有的复杂性、不确定性、随机性使得要准确预测地震给建筑物所带来损害参数非常困难,目前国际上最先进的技术也无法做到这一点。而建筑物本身的系统复杂庞大及其结构分析的不确定性,也让专家们很难分析其在地震后的破坏机理和破坏结构。因此,结构地震设计理论就不能完全反映出地震时建筑物的结构反应和破坏的复杂过程。
而概念设计,则着眼于结构的总体地震反应,在工程设计一开始,就把握好能最输入、房屋体形、结构体系、剐度分布、构件延性等几个主要方面,按照结构的破坏过程,灵活运用抗震设计准则 ,全面合理地解决结构设计中的基本问题,再辅以必要的计算和构造措施,从根本上消除建筑中的抗震薄弱环节,从而提高建筑物的抗震能力。
2.3抗震概念设计的基本原则
2.3.1建筑场地选择的基本原则
场地条件是造成建筑物震害的重要原因,因此在选择建筑物场地时,工程师应该注意掌握场地的工程地质、地震活动和地震地质等会影响工程的因素,并结合工程的实际需要,对抗震有利、不利和危险地段做出综合评价。选择对建筑抗震有利的地段, 例如平坦、开阔的坚硬场地土;避开对建筑抗震不利的地段,当无法避开时,要采取有效的抗震措施。
2.3.2建筑体型的确定原则
建筑物体型应力求简单、规则、对称,质量和刚度变化均匀,以减少地震作用产生的变形、应力集中及扭转反应。
2.3.3选择合理的抗震结构体系
结构布置应具备多道抗震防线,多道设置抗震防线是为了防止由于地震的连续性对建筑物带来的多次冲击,以提高建筑物的防震能力。
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,避免地震对抗震结构体系的破坏,同时结构的刚度和强度需分配合理,避免薄弱环节出现。而一旦薄弱环节的出现,就要采取有效的加强措施。
2.3.4非结构构件的处理
考虑到结构可能在地震中会变形,建筑幕墙等应采用可靠的连接方法,加强非结构构件件的预埋件锚固部位,承受来自建筑非结构构件带给建筑主体的震力。墙体材料方面要优先考虑轻质材料。刚性护墙沿纵向宜均匀对称布置,与主体连接可靠,才能适应结构向不同方向的位移。
2.4结构概念设计的运用
概念设计思想的广泛运用,拓宽了结构设计的思路。传统的结构计算理论的研究和结构设计只在如何提高结构抗力R上大下工夫,结果导致了混凝土的等级越用越高,配筋量越来越大,相应的造价也逐渐增高。以抗震设计为例,通常情况下结构的刚度是根据最初定下的尺寸、混凝土等级算出的,再用结构刚度算出地震力,最后算配筋。然而,结构刚度越大,地震作用于建筑物的效应越大,这样一来,配筋越多,刚度就越大,震力就越强。这样为抵御地震而配的钢筋,不仅没有使地震作用于建筑的效应降低,反而起到了反效果。所以,在这时我们应考虑的是降低地震作用效应。在目前得抗震设计中,隔震消能法就是降低地震作用效应的典范。在建筑物基础与主体之间设柔性隔震层是隔震消能的常规做法;增加消能支撑;还可以在建筑物顶部安装一个“反摆”,使得地震时建筑物顶部的位移它的位移方向相反,以此抵消一部分建筑物顶部的位移所带来的力,从而降低加速度,减少建筑物的位移,降低地震作用效应。在合理设计下可降低地震作用效应达 60 %。效果非常显著。在国内外这一研究已广泛地深入展开。在日本,实际工程中已广泛运用了该项研究成果,在国际社会中赢得广泛好评。但在我国,经济、技术和人们认识的限制让这项研究在工程界还未得到重视。
三、抗震计算
抗震计算包括地震作用计算和结构抗震验算两方面的内容。
3.1地震作用计算
以下原则是计算各类建筑结构的地震作用所应考虑的。
3.1.1 通常,计算水平地震作用应在建筑结构的两个主轴方向上进行,还应做抗震验算,该方向的抗侧力构建要承担各方向的水平地震作用。
3.1.2当相交角度大于150时,在斜交抗侧力构件的结构上,应计算各抗侧力构件方向的水平地震作用。
3.1.3刚度和质量明显不均匀的结构,应计人双向水平地震作用下的扭转影响;其他情况,计入扭转影响时要采用调整地震作用效应的方法。
3.1.4 9度时的高层建筑和8度、9度时的人跨度结构和长悬臂结构,要计算竖向地震作用。最常用的方法是底部剪力法和振型分解反应谱法,而作为补充计算的时程分析法,仅针对特别不规则和较高的高层建筑。
3.2采用抗震计算方法的要求
3.2.1 近似F单质点体系的结构和高度不超过40m,以剪切变形为主,质量和刚度沼高度分布比较均匀的结构,在进行抗震计算时使用底部剪力法等方法。
3.2.2除第l条外的建筑结构,其他建筑结构大多采用振型分解反应谱法。
3.2.3 扭转、凹凸、竖向不规则和楼板局部不连续等特别不规则的建筑、场地内限定高度范围的高层建筑及甲类建筑,在进行多遇地震下的补充计算时一般采用时程分析法,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。
四、構造措施
混凝土结构,通常要限制钢筋砼构件截面高宽比限值,最小配筋率要求和承重柱轴压比。砖混结构,一般要限定房屋总高度和层数层高,在纵、横墙中设置钢筋混凝土构造柱、圈梁,还应在房屋的高宽比、横墙间距局部尺寸进行限值控制;设置防震缝等。
五、结语
建筑结构设计中的抗震设计是一个完整、系统的过程,工程技术设计人员在建筑结构的抗震设计中必须从整体宏观角度出发,抗震设计要贯穿在场址的选择到建筑物的结构设计的整个过程中。建筑物的抗震设计是决定建筑结构设计水平的关键,因此,准确的运用不同的抗震设计方法,对结构设计是非常重要的,在结构设计中对不同的情况要采取不同的抗震设计和构造措施,以寻求最合理的抗震设计。
参考文献
【1】陈教洪.谈概念设计在建筑结构设计中的应用[J].建材与装饰(中旬刊),2008(2)
【2】王亚勇,戴国莹,建筑抗震设计规范疑问解答[M].中国建筑工业出版社,2006.
【3】李智建 , 石延明 . 浅谈建筑结构设计中的抗震设计 [J]. 科技资讯 , 2009,(12)