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摘要:随着我国经济的快速发展,我国的城市规模变得越来越大、人口也越来越向城市集中,从而在给房屋建筑行业提供良好的发展机遇的同时,也给城市建筑结构的抗震性等方面提出了更高的要求。本文根据笔者多年工作实践,对建筑结构抗震设计概念、原则、方法及措施进行了探讨。
关键词:房屋建筑;结构;抗震设计;方法;措施
一、引言
现阶段,建筑结构的抗震设计可以分为概念设计和理论设计两个方面,而在一般情况下,我们将建筑结构的概念设计作为抗震设计的重点。概念设计指的是在设计过程中,特别是在遇到规范中难以规定的问题或一些难以做出精确理性分析的问题时,依据建筑结构不同部分的分体系与整个建筑结构的整体体系之間的力学关系、建筑结构的破坏机理、地震灾害的特点、工程经验以及实验现象中所得到的基本设计思路与设计原则,从建筑结构的整体角度出发来设计建筑结构各部分抗震结构的设计方法。由于,这种办法具有概念清楚、定性准确、使用方法简单、经济效益高、可靠性高等优点,在现阶段的房屋建筑设计中得到了广泛的应用。为了提高城市房屋建筑的抗震性,设计人员在设计建筑结构的过程中,应该按照《房屋建筑抗震设计规范》中所制定的建筑结构的抗震设计要求,结合施工现场的实际情况制定有效的结构抗震措施,加强局部薄弱环节的抗震能力,从而全面提高建筑结构的抗震性。
二、建筑结构抗震设计中的基本原则
在进行建筑结构抗震设计的过程中需要遵循一定的原则,讲求方法,才能够确保设计方案的科学性和可行性。为此,设计的过程中需要遵循以下原则。
(一)确保结构构件具有必要的性能
在进行抗震设计的过程中,一定要保证建筑结构构件具有一定的承载能力、稳定性、刚度和延性等性能。结构构件需要遵循强柱弱梁、强剪弱弯、强底层柱、强节点弱构件的设计原则,在设计中对于可能会造成构件相对薄弱的部位,需要采取从事提高其抗震能力,对于承受竖向荷载的主要构件则最好不作为主要的耗能构件。
(二)尽量多的设置抗震防线
一个抗震结构体系需要有多个延性较好的分体系组合而成,并且由延性较好的结构构件连接协同工作。例如框剪结构就是由延性框架和剪力墙两个分体组成,双肢或者多肢剪力墙体系组成的。由于在一次地震之后将会伴随着多次余震的出现,如果在结构设计时只有一道防线,那么在房屋建筑遭到第一次破坏之后再遭余震,就会因为损伤积累导致房屋建筑物坍塌。抗震结构体系应该有最大可能数量的内部和外部冗余度,在设计中需要有意识的建立起一系列分布的屈服区,这样能够使结构吸收和消耗大量的地震能量,从而能够提高房屋建筑的抗震性能。
(三)恰当的处理建筑结构的构件强弱关系
在设计的过程中需要正确的处理好构件的强弱关系,在统一楼层内使主要耗能构件屈服之后,其他抗侧力构件则仍然处于弹性阶段,这样能够使得有效屈服保持较长的阶段,能够保证建筑结构的延性和抗倒塌的能力。需要注意的是,如果在抗震设计中一部分结构的设计超强,那么就会导致结构的其他部位出现相对薄弱的现象,所以说在设计的过程中需要恰当的处理结构的强弱关系,对于不合理的加强的作法或者是在施工中以大代小,改变抗侧力构件配筋的这些做法都需要尽量的避免。
三、建筑结构抗震设计的基本方法
上文中从三个方面分析了在房屋建筑抗震结构设计中需要遵循的原则,下面本文就从具体的设计方法方面进行分析论述。
(一)建筑结构抗震设计中的概念设计方法
房屋建筑抗震概念设计及时根据地震灾害和工程经验等因素形成的基本设计原则和设计思想,并根据这些原则和思想进行结构和房屋建筑总体设计和细部构构造设计的一个过程。由于地震的震动是一个随机的震动,目前对于这种情况的复杂性和不确定性很难把握,要准确的预测出房屋建筑物所遭到的特性和参数还有一定的难度,而在结构设计方面,也不能够充分的考虑到结构空间的作用,所以说在抗震设计过程中不能够完全的依赖于计算的结果,而是需要结合实际情况,并立足于抗震基本理论和长期的经验进行设计。
利用该设计方法进行设计,首选需要确定房屋建筑的选址,在选址的过程中需要避免抗震的危险地段,需要选择对抗震有利的场地和地基,并需要根据工程的需要掌握好地震活动的情况和工程地质的相关资料,设计者要综合考虑作出相关的评价,并在选择时选择坚硬图后者是开阔密实均匀的中硬土等有力的地段。需要注意的是,一定要避开软弱土、液化土以及河岸或者是边坡的边缘,平面分布上成因、延性以及状态不均匀的土层也需要避开。
其次要合理的进行平面的布置。一般情况下,房屋建筑物的动力性能取决于它的房屋建筑布局和整体结构设计,房屋建筑布局简单合理,在结构设计中符合抗震原则,就能够保证房屋建筑物具有良好的抗震性。房屋建筑物的平面和里面的布置需要具有对称性,质量和刚度的变化要均匀,防止出现楼层错层的现象。在实际的设计中需要根据相关的规定进行,例如《高层房屋建筑混凝土结构技术规程》中对地震区高层房屋建筑平面的形状做了相关的规定,并且提出了对平面的凹角处需要采取加强措施。因此说在实际的结构抗震设计中,对于地形较为复杂的房屋建筑物要合理的设置变形缝,在结构设计时要进行水平地震作用的计算和内力调整,对于较为薄弱的部位需要采取加强措施。
在结构选型和布置的过程中,需要根据房屋建筑物的重要性、设防烈度、地基、基础以及场地等因素进行考虑,制定经济合理的设计方案。从抗震的角度来分析,一种好的结构形式需要保证延性系数较高,匀质性较好,构件的连接需要具有整体性和连续性,并且能够充分的发挥材料的强度。结构布置过程中要确保平面布置的对称性,使构件的分配力较为均匀,防止出现薄弱层,并且要尽量的降低房屋的重心。
(二)抗震构造措施
抗震构造措施在结构设计中是一个重要的环节,构造设置是否合理直接影响到建筑结构的抗震性能。房屋建筑上部主体的结构类型不同,期构造的措施也就不一样。对于砖混结构的房屋建筑,需要设置沿楼板标高的水平圈梁,加强内外墙的连接,以增强房屋的整体性。圈梁能够有效的约束预制板的散落,降低了砖墙出平面倒塌的可能性。除此之外,圈梁作为边缘构件,还能够提升楼和屋盖的水平刚度,这样在地震的作用下,就能够很好的避免墙体的倾斜和开裂度的眼神,减轻了不均匀沉降对于房屋建筑的影响。
(三)结构消能减震和隔震设计方法
一般情况下,建筑结构的抗震是通过增强结构本身的抗震性能来抵抗地震的强度的,从现实意义上来讲这是一种较为被动的抗震方法,在实际的抗震设计中,需要寻求主动的抗震对策,效能减震和隔震设计就是有效的抗震设计方法。该方法是在结构体系中设置一个隔震层,以此来阻隔地震带来的能量,或者是在抗侧力结构中设置一个消能器,以此来达到削减地震能量的作用。该方法的主要应用原理就是在房屋的底部设置橡胶隔震支座以及阻尼器等设备,以此来延长构件的自震周期,并且增大阻尼,通过局部变形来提供附加阻尼,以削减地震的能量,达到保护房屋建筑上部结构的目的。
四、结语
我国是地震多发区,房屋建筑抗震设防对我国人们来说更为重要,随着社会生产的发展和科学技术的进步而不断发展,房屋建筑在高度上大大增加的同时,在材料和结构体系上也逐渐多样化,作为工程抗震设计的依据,房屋建筑抗震结构设计是非常重要的。房屋建筑设计人员必须在房屋建筑工程设计方面下功夫,改变过去着眼局部的方法,从整体出发进行建筑结构的整体设计,注意房屋建筑物的选址、选择合理的立面和平面布置、保障结构的延性以及对建筑结构进行参数分析等方法提高建筑结构的抗震能力,从而能够在地震发生时,保证人民的生命财产安全。
参考文献:
[1]杨学林,益德清.多塔楼高层建筑结构振动特性与抗震设计[J].工程力学出版社,2001.18(2).
[2]倪国葳,赵亚敏,苏幼坡.框架隔震房屋建筑设计方法及应用[J].世界地震工程,2005,21(4):113-118.
[3]徐培福,肖从真,王翠坤.架空连廊的震害及设计建议[J].建筑结构,2004(1),第3卷第1期:51~52.
关键词:房屋建筑;结构;抗震设计;方法;措施
一、引言
现阶段,建筑结构的抗震设计可以分为概念设计和理论设计两个方面,而在一般情况下,我们将建筑结构的概念设计作为抗震设计的重点。概念设计指的是在设计过程中,特别是在遇到规范中难以规定的问题或一些难以做出精确理性分析的问题时,依据建筑结构不同部分的分体系与整个建筑结构的整体体系之間的力学关系、建筑结构的破坏机理、地震灾害的特点、工程经验以及实验现象中所得到的基本设计思路与设计原则,从建筑结构的整体角度出发来设计建筑结构各部分抗震结构的设计方法。由于,这种办法具有概念清楚、定性准确、使用方法简单、经济效益高、可靠性高等优点,在现阶段的房屋建筑设计中得到了广泛的应用。为了提高城市房屋建筑的抗震性,设计人员在设计建筑结构的过程中,应该按照《房屋建筑抗震设计规范》中所制定的建筑结构的抗震设计要求,结合施工现场的实际情况制定有效的结构抗震措施,加强局部薄弱环节的抗震能力,从而全面提高建筑结构的抗震性。
二、建筑结构抗震设计中的基本原则
在进行建筑结构抗震设计的过程中需要遵循一定的原则,讲求方法,才能够确保设计方案的科学性和可行性。为此,设计的过程中需要遵循以下原则。
(一)确保结构构件具有必要的性能
在进行抗震设计的过程中,一定要保证建筑结构构件具有一定的承载能力、稳定性、刚度和延性等性能。结构构件需要遵循强柱弱梁、强剪弱弯、强底层柱、强节点弱构件的设计原则,在设计中对于可能会造成构件相对薄弱的部位,需要采取从事提高其抗震能力,对于承受竖向荷载的主要构件则最好不作为主要的耗能构件。
(二)尽量多的设置抗震防线
一个抗震结构体系需要有多个延性较好的分体系组合而成,并且由延性较好的结构构件连接协同工作。例如框剪结构就是由延性框架和剪力墙两个分体组成,双肢或者多肢剪力墙体系组成的。由于在一次地震之后将会伴随着多次余震的出现,如果在结构设计时只有一道防线,那么在房屋建筑遭到第一次破坏之后再遭余震,就会因为损伤积累导致房屋建筑物坍塌。抗震结构体系应该有最大可能数量的内部和外部冗余度,在设计中需要有意识的建立起一系列分布的屈服区,这样能够使结构吸收和消耗大量的地震能量,从而能够提高房屋建筑的抗震性能。
(三)恰当的处理建筑结构的构件强弱关系
在设计的过程中需要正确的处理好构件的强弱关系,在统一楼层内使主要耗能构件屈服之后,其他抗侧力构件则仍然处于弹性阶段,这样能够使得有效屈服保持较长的阶段,能够保证建筑结构的延性和抗倒塌的能力。需要注意的是,如果在抗震设计中一部分结构的设计超强,那么就会导致结构的其他部位出现相对薄弱的现象,所以说在设计的过程中需要恰当的处理结构的强弱关系,对于不合理的加强的作法或者是在施工中以大代小,改变抗侧力构件配筋的这些做法都需要尽量的避免。
三、建筑结构抗震设计的基本方法
上文中从三个方面分析了在房屋建筑抗震结构设计中需要遵循的原则,下面本文就从具体的设计方法方面进行分析论述。
(一)建筑结构抗震设计中的概念设计方法
房屋建筑抗震概念设计及时根据地震灾害和工程经验等因素形成的基本设计原则和设计思想,并根据这些原则和思想进行结构和房屋建筑总体设计和细部构构造设计的一个过程。由于地震的震动是一个随机的震动,目前对于这种情况的复杂性和不确定性很难把握,要准确的预测出房屋建筑物所遭到的特性和参数还有一定的难度,而在结构设计方面,也不能够充分的考虑到结构空间的作用,所以说在抗震设计过程中不能够完全的依赖于计算的结果,而是需要结合实际情况,并立足于抗震基本理论和长期的经验进行设计。
利用该设计方法进行设计,首选需要确定房屋建筑的选址,在选址的过程中需要避免抗震的危险地段,需要选择对抗震有利的场地和地基,并需要根据工程的需要掌握好地震活动的情况和工程地质的相关资料,设计者要综合考虑作出相关的评价,并在选择时选择坚硬图后者是开阔密实均匀的中硬土等有力的地段。需要注意的是,一定要避开软弱土、液化土以及河岸或者是边坡的边缘,平面分布上成因、延性以及状态不均匀的土层也需要避开。
其次要合理的进行平面的布置。一般情况下,房屋建筑物的动力性能取决于它的房屋建筑布局和整体结构设计,房屋建筑布局简单合理,在结构设计中符合抗震原则,就能够保证房屋建筑物具有良好的抗震性。房屋建筑物的平面和里面的布置需要具有对称性,质量和刚度的变化要均匀,防止出现楼层错层的现象。在实际的设计中需要根据相关的规定进行,例如《高层房屋建筑混凝土结构技术规程》中对地震区高层房屋建筑平面的形状做了相关的规定,并且提出了对平面的凹角处需要采取加强措施。因此说在实际的结构抗震设计中,对于地形较为复杂的房屋建筑物要合理的设置变形缝,在结构设计时要进行水平地震作用的计算和内力调整,对于较为薄弱的部位需要采取加强措施。
在结构选型和布置的过程中,需要根据房屋建筑物的重要性、设防烈度、地基、基础以及场地等因素进行考虑,制定经济合理的设计方案。从抗震的角度来分析,一种好的结构形式需要保证延性系数较高,匀质性较好,构件的连接需要具有整体性和连续性,并且能够充分的发挥材料的强度。结构布置过程中要确保平面布置的对称性,使构件的分配力较为均匀,防止出现薄弱层,并且要尽量的降低房屋的重心。
(二)抗震构造措施
抗震构造措施在结构设计中是一个重要的环节,构造设置是否合理直接影响到建筑结构的抗震性能。房屋建筑上部主体的结构类型不同,期构造的措施也就不一样。对于砖混结构的房屋建筑,需要设置沿楼板标高的水平圈梁,加强内外墙的连接,以增强房屋的整体性。圈梁能够有效的约束预制板的散落,降低了砖墙出平面倒塌的可能性。除此之外,圈梁作为边缘构件,还能够提升楼和屋盖的水平刚度,这样在地震的作用下,就能够很好的避免墙体的倾斜和开裂度的眼神,减轻了不均匀沉降对于房屋建筑的影响。
(三)结构消能减震和隔震设计方法
一般情况下,建筑结构的抗震是通过增强结构本身的抗震性能来抵抗地震的强度的,从现实意义上来讲这是一种较为被动的抗震方法,在实际的抗震设计中,需要寻求主动的抗震对策,效能减震和隔震设计就是有效的抗震设计方法。该方法是在结构体系中设置一个隔震层,以此来阻隔地震带来的能量,或者是在抗侧力结构中设置一个消能器,以此来达到削减地震能量的作用。该方法的主要应用原理就是在房屋的底部设置橡胶隔震支座以及阻尼器等设备,以此来延长构件的自震周期,并且增大阻尼,通过局部变形来提供附加阻尼,以削减地震的能量,达到保护房屋建筑上部结构的目的。
四、结语
我国是地震多发区,房屋建筑抗震设防对我国人们来说更为重要,随着社会生产的发展和科学技术的进步而不断发展,房屋建筑在高度上大大增加的同时,在材料和结构体系上也逐渐多样化,作为工程抗震设计的依据,房屋建筑抗震结构设计是非常重要的。房屋建筑设计人员必须在房屋建筑工程设计方面下功夫,改变过去着眼局部的方法,从整体出发进行建筑结构的整体设计,注意房屋建筑物的选址、选择合理的立面和平面布置、保障结构的延性以及对建筑结构进行参数分析等方法提高建筑结构的抗震能力,从而能够在地震发生时,保证人民的生命财产安全。
参考文献:
[1]杨学林,益德清.多塔楼高层建筑结构振动特性与抗震设计[J].工程力学出版社,2001.18(2).
[2]倪国葳,赵亚敏,苏幼坡.框架隔震房屋建筑设计方法及应用[J].世界地震工程,2005,21(4):113-118.
[3]徐培福,肖从真,王翠坤.架空连廊的震害及设计建议[J].建筑结构,2004(1),第3卷第1期:51~52.