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摘要:建筑结构的抗震设计基本途径以及设计概念是建立在钢筋混凝土结构的抗震设计基础之上的。它是结合地震的具体形式以及建筑的抗震设计等的相关工作经验而形成基本的设计理念。
关键词:钢筋混凝土;框架结构;抗震设计;方式
引言:
当前,我国施行的是最新的《建筑抗震设计规范》(GB50011—2010),它在对建筑的混凝土结构抗震设计进行规定时,要求:在对规范进行使用时,首先要确定规范所应用的有效范围和條件,之后要进行必要的结构计算与构造措施,对建筑的结构与构件进行设计,最终使之满足计算与构造的基本要求。钢筋混凝土框架结构具有较好的整体性和较大的延伸性,是抗震性能良好的一种结构型式。国内外历次地震震害情况表明,这类结构在地震中遭受的破坏比较轻。
一、钢筋混凝土框架结构的震害特点
(一)框架梁柱节点和柱身的破坏
框架柱的破坏多数发生在柱的上下端,由于地震时产生的剪力、弯曲和压力引起裂缝,混凝土破碎,严重的混凝土被压酥剥落,柱主钢筋压曲外鼓。一般情况柱下端的破坏比上端为轻,角柱的破坏比中柱和边柱严重。这些破坏现象在7 度至10 度区基本相似,仅程度上有所不同。遭受破坏的框架柱,大部分未按抗震设计,柱子上端箍筋未加密,在梁高范围内往往没有设置箍筋。
角柱破坏严重是由于设计时未考虑在地震力作用下双向偏心受压的受力情况,以及与角柱相连的填充墙在地震时对角柱所产生的剪力和附加轴向力。震害中还有少数高宽比小的短粗柱子,柱身发生剪切破坏,出现交叉裂缝,尤其是高宽比小于3 的短柱破坏特别严重;也有不少柱震害表现在接头施工缝错动或酥裂;还有些这类结构房屋的填充墙用实心砖砌,而窗洞口较宽,框架柱旁砖垛很小或没有,在地震力作用下由于窗口墙使框架柱形成短柱,发生剪切破坏,出现斜向或交叉裂缝。
(二)框架梁的破坏
框架梁的震害主要表现在柱边发生竖向裂缝和斜向裂缝,这是由于设计中未考虑梁在地震时附加的弯矩和剪力所引起。也有的梁因设计时未考虑变号弯矩作用,在柱边梁底下钢筋锚固长度不足而被拔出。加腋梁在变截面处发生竖向或斜裂缝。
(三)框架一抗震墙结构的破坏
无抗震墙的框架结构房屋,当底层空旷整体刚度较差时,有的在首层柱的上下两端转动厉害.破坏较重,底层产生永久性倾斜。当首层有较多砖填充墙的开间较小的房屋,一般破坏较轻。有抗震墙的框架结构房屋,主体结构一般损坏轻微,仅在抗震墙上的洞间墙有细微竖向裂缝,门窗洞口有对角线方向的细裂缝。震害中,有的房屋由于抗震墙平面布置不对称,而导致扭转,使有的柱子遭到破坏。
(四)填充墙的破坏
地震时不同烈度地区的多层钢筋混凝土框架房屋的填充墙,大多数发生破裂,有的局部倒塌,尤其是陶土空心砖填充墙更为突出。设有抗震墙的框架结构房屋。填充墙的破坏较无抗震墙的房屋为轻。多层钢筋混凝土框架房屋的填充墙承担了一部分地震力,这对整个房屋结构来说可减小框架的内力,对防止倒塌起到一定作用,但对某些梁柱将由于填充墙起抗震墙作用而产生附加剪力和轴向力,发生裂缝或破坏。
(五)防震缝的破坏
我国地震区的多层钢筋混凝土框架房屋,早期建造的多数未按抗震设计,伸缩缝宽度较窄,地震时两边房屋相互碰撞,建筑物饰面和缝旁装修被碰坏;有的主体部分把毗邻的附属房屋撞坏,也有少数房屋缝边的柱子被碰坏。有的低层附属房屋的梁支搭在多层框架柱的牛腿上,由于高低房屋地震时摆动不一致,造成牛腿和梁端严重破坏。
二、钢筋混凝土框架结构房屋的抗震设计
(一)平面布置结构、对称、质量和刚度变化均匀
一幢房屋的动力性能基本上取决于它的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,就能从根本上保证房屋具有良好的耐震性能。因此,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。
(二)保证结构的延性抗震能力
合理选择了建筑结构后,就需要通过抗震措施来保证结构确实具有所需的延性抗震能力,从而保证结构在中震、大震下实现抗震设防目标。系统的抗震措施包括以下几个方面内容。强柱弱梁:人为地增大柱相对于梁的抗弯能力,使钢筋混凝土框架在大震下,梁端塑性铰出现较早,在达到最大非线性位移时,塑性转动较大;而柱端塑性铰出现较晚,在达到最大非线性位移时,塑性转动较小,甚至根本不出现塑性铰,从而保证框架具有一个较为稳定的塑性耗能机构和较大的塑性耗能能力。强剪弱弯:剪切破坏基本上没有延性,一旦某部位发生剪切破坏,该部位就将彻底退出结构抗震能力。对于柱端的剪切破坏还可能导致结构的局部或整体倒塌。因此,可以人为增大柱端、梁端、节点的组合剪力值,使结构能在大震下的交替非弹性变形中,其任何构件都不会先发生剪切破坏。
(三)设置多道设防的抗震结构体系
抗震建筑结构体系应根据建筑物的重要性、设防烈度、房屋高度、场地、地基、基础、材料和施工等因素,经过技术、经济条件比较综合确定。首先,宜有多道抗震防线,应避免因部分结构或构件破坏而导致整个结构体系丧失抗震能力或对重力荷载的承载能力。所谓多道抗震防线,是指在一个抗震结构体系中,一部分延性好的构件在地震作用下,首先达到屈服。充分发挥其吸收和耗散地震能量的作用,即担负起第一道抗震防线的作用,其他构件则在第一道抗震防线屈服后才依次屈服,从而形成第二、第三或更多道抗震防线。这样的结构体系,对保证结构的抗震安全性是非常有效的。
(四)利用赘余构件增多抗震防线
在超静定结构构件中,赘余构件是第一道防线,由于主体已是静定或超静定结构,赘余构件破坏不会影响整个结构的稳定。超静定结构在超过其荷载能力时,先使多余杆件发生塑性变形,消耗吸收一部分能量,而保证整个结构的稳定性,减少地震破坏。超静定结构次数多,则消耗地震能量也就愈多,建筑抗震性能越强。
(五)增强构件的相互连接
多个构件有可靠的连接才能保证各个构件的强度充分发挥,才能更好地传递地震力,使各个构件都能充分地吸收地震力,提高整个构件的延性。构件连接不破坏,整个结构才能保证其整体性,各构件之间的连接必须可靠。
(六)填充墙的利用
砖砌围护墙和隔墙,嵌砌于框架之间,地震力作用时可减轻主体结构的破坏,但混凝土填充墙可能会造成框架比较显著的局部破坏。所以说,砌体填充墙对主体结构抗震有有利和不利两种影响,应该在结构抗震时加以具体分析,同时要使隔墙和围墙在平面上对称均匀分布,以及沿竖向连续均匀分布。
结语
钢筋混凝土框架结构的房屋在我国应用较为广泛,而且其具有显著的优越性,对于居民的日常生活以及经济发展的基本需求可以极大程度的满足,因此在接下来的工程建设中,要致力于我国钢筋混凝土框架结构房屋抗震能力的提高,进而有效保障在地震发生时,保证居民的生命权利。
参考文献:
[1]常业军,刘学应,汤德义,谢家明,汪恭怀.多层钢筋混凝土框架结构房屋震害预测及体会[J].四川建筑科学研究,2002,04:61-63.
[2]卜良桃,陈军,黎红兵.钢筋混凝土框架结构房屋震害特征、加固及抗震措施[J].四川建筑科学研究,2011,02:95-98.
[3]许凯明.钢筋混凝土框架结构房屋震害分析及抗震措施研究[J].科技视界,2012,17:191-193.
关键词:钢筋混凝土;框架结构;抗震设计;方式
引言:
当前,我国施行的是最新的《建筑抗震设计规范》(GB50011—2010),它在对建筑的混凝土结构抗震设计进行规定时,要求:在对规范进行使用时,首先要确定规范所应用的有效范围和條件,之后要进行必要的结构计算与构造措施,对建筑的结构与构件进行设计,最终使之满足计算与构造的基本要求。钢筋混凝土框架结构具有较好的整体性和较大的延伸性,是抗震性能良好的一种结构型式。国内外历次地震震害情况表明,这类结构在地震中遭受的破坏比较轻。
一、钢筋混凝土框架结构的震害特点
(一)框架梁柱节点和柱身的破坏
框架柱的破坏多数发生在柱的上下端,由于地震时产生的剪力、弯曲和压力引起裂缝,混凝土破碎,严重的混凝土被压酥剥落,柱主钢筋压曲外鼓。一般情况柱下端的破坏比上端为轻,角柱的破坏比中柱和边柱严重。这些破坏现象在7 度至10 度区基本相似,仅程度上有所不同。遭受破坏的框架柱,大部分未按抗震设计,柱子上端箍筋未加密,在梁高范围内往往没有设置箍筋。
角柱破坏严重是由于设计时未考虑在地震力作用下双向偏心受压的受力情况,以及与角柱相连的填充墙在地震时对角柱所产生的剪力和附加轴向力。震害中还有少数高宽比小的短粗柱子,柱身发生剪切破坏,出现交叉裂缝,尤其是高宽比小于3 的短柱破坏特别严重;也有不少柱震害表现在接头施工缝错动或酥裂;还有些这类结构房屋的填充墙用实心砖砌,而窗洞口较宽,框架柱旁砖垛很小或没有,在地震力作用下由于窗口墙使框架柱形成短柱,发生剪切破坏,出现斜向或交叉裂缝。
(二)框架梁的破坏
框架梁的震害主要表现在柱边发生竖向裂缝和斜向裂缝,这是由于设计中未考虑梁在地震时附加的弯矩和剪力所引起。也有的梁因设计时未考虑变号弯矩作用,在柱边梁底下钢筋锚固长度不足而被拔出。加腋梁在变截面处发生竖向或斜裂缝。
(三)框架一抗震墙结构的破坏
无抗震墙的框架结构房屋,当底层空旷整体刚度较差时,有的在首层柱的上下两端转动厉害.破坏较重,底层产生永久性倾斜。当首层有较多砖填充墙的开间较小的房屋,一般破坏较轻。有抗震墙的框架结构房屋,主体结构一般损坏轻微,仅在抗震墙上的洞间墙有细微竖向裂缝,门窗洞口有对角线方向的细裂缝。震害中,有的房屋由于抗震墙平面布置不对称,而导致扭转,使有的柱子遭到破坏。
(四)填充墙的破坏
地震时不同烈度地区的多层钢筋混凝土框架房屋的填充墙,大多数发生破裂,有的局部倒塌,尤其是陶土空心砖填充墙更为突出。设有抗震墙的框架结构房屋。填充墙的破坏较无抗震墙的房屋为轻。多层钢筋混凝土框架房屋的填充墙承担了一部分地震力,这对整个房屋结构来说可减小框架的内力,对防止倒塌起到一定作用,但对某些梁柱将由于填充墙起抗震墙作用而产生附加剪力和轴向力,发生裂缝或破坏。
(五)防震缝的破坏
我国地震区的多层钢筋混凝土框架房屋,早期建造的多数未按抗震设计,伸缩缝宽度较窄,地震时两边房屋相互碰撞,建筑物饰面和缝旁装修被碰坏;有的主体部分把毗邻的附属房屋撞坏,也有少数房屋缝边的柱子被碰坏。有的低层附属房屋的梁支搭在多层框架柱的牛腿上,由于高低房屋地震时摆动不一致,造成牛腿和梁端严重破坏。
二、钢筋混凝土框架结构房屋的抗震设计
(一)平面布置结构、对称、质量和刚度变化均匀
一幢房屋的动力性能基本上取决于它的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,就能从根本上保证房屋具有良好的耐震性能。因此,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。
(二)保证结构的延性抗震能力
合理选择了建筑结构后,就需要通过抗震措施来保证结构确实具有所需的延性抗震能力,从而保证结构在中震、大震下实现抗震设防目标。系统的抗震措施包括以下几个方面内容。强柱弱梁:人为地增大柱相对于梁的抗弯能力,使钢筋混凝土框架在大震下,梁端塑性铰出现较早,在达到最大非线性位移时,塑性转动较大;而柱端塑性铰出现较晚,在达到最大非线性位移时,塑性转动较小,甚至根本不出现塑性铰,从而保证框架具有一个较为稳定的塑性耗能机构和较大的塑性耗能能力。强剪弱弯:剪切破坏基本上没有延性,一旦某部位发生剪切破坏,该部位就将彻底退出结构抗震能力。对于柱端的剪切破坏还可能导致结构的局部或整体倒塌。因此,可以人为增大柱端、梁端、节点的组合剪力值,使结构能在大震下的交替非弹性变形中,其任何构件都不会先发生剪切破坏。
(三)设置多道设防的抗震结构体系
抗震建筑结构体系应根据建筑物的重要性、设防烈度、房屋高度、场地、地基、基础、材料和施工等因素,经过技术、经济条件比较综合确定。首先,宜有多道抗震防线,应避免因部分结构或构件破坏而导致整个结构体系丧失抗震能力或对重力荷载的承载能力。所谓多道抗震防线,是指在一个抗震结构体系中,一部分延性好的构件在地震作用下,首先达到屈服。充分发挥其吸收和耗散地震能量的作用,即担负起第一道抗震防线的作用,其他构件则在第一道抗震防线屈服后才依次屈服,从而形成第二、第三或更多道抗震防线。这样的结构体系,对保证结构的抗震安全性是非常有效的。
(四)利用赘余构件增多抗震防线
在超静定结构构件中,赘余构件是第一道防线,由于主体已是静定或超静定结构,赘余构件破坏不会影响整个结构的稳定。超静定结构在超过其荷载能力时,先使多余杆件发生塑性变形,消耗吸收一部分能量,而保证整个结构的稳定性,减少地震破坏。超静定结构次数多,则消耗地震能量也就愈多,建筑抗震性能越强。
(五)增强构件的相互连接
多个构件有可靠的连接才能保证各个构件的强度充分发挥,才能更好地传递地震力,使各个构件都能充分地吸收地震力,提高整个构件的延性。构件连接不破坏,整个结构才能保证其整体性,各构件之间的连接必须可靠。
(六)填充墙的利用
砖砌围护墙和隔墙,嵌砌于框架之间,地震力作用时可减轻主体结构的破坏,但混凝土填充墙可能会造成框架比较显著的局部破坏。所以说,砌体填充墙对主体结构抗震有有利和不利两种影响,应该在结构抗震时加以具体分析,同时要使隔墙和围墙在平面上对称均匀分布,以及沿竖向连续均匀分布。
结语
钢筋混凝土框架结构的房屋在我国应用较为广泛,而且其具有显著的优越性,对于居民的日常生活以及经济发展的基本需求可以极大程度的满足,因此在接下来的工程建设中,要致力于我国钢筋混凝土框架结构房屋抗震能力的提高,进而有效保障在地震发生时,保证居民的生命权利。
参考文献:
[1]常业军,刘学应,汤德义,谢家明,汪恭怀.多层钢筋混凝土框架结构房屋震害预测及体会[J].四川建筑科学研究,2002,04:61-63.
[2]卜良桃,陈军,黎红兵.钢筋混凝土框架结构房屋震害特征、加固及抗震措施[J].四川建筑科学研究,2011,02:95-98.
[3]许凯明.钢筋混凝土框架结构房屋震害分析及抗震措施研究[J].科技视界,2012,17:191-193.