抗震技术在房屋结构设计中的应用

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  【摘 要】对于房屋建筑工程整个施工过程来说,抗震设计是一个科学、复杂的过程,从地理位置的选择到建筑的施工,抗震设计贯穿了整个过程。 本文中笔者对抗震技术在房屋结构设计中的应用进行了分析,并介绍了抗震技术在房屋结构设计中的应用情况。
  【关键词】抗震技术;房屋结构设计;技术应用
  一、抗震对于房屋建筑的重要性
  地震在自然灾害中属于危害最大的灾害之一,同时它对于大部分的工程结构而言也是一个大问题。在人类史上,时常发生一些给人类带来巨大财产和生命损失的地震。例如1976年我国发生的唐山大地震,2008年的汶川地震等。随着全球城市化速度的加快,有部分国家、地区的城市数量呈直线的趋势不断激增,人口的大量迁移致使城市人口高度密集,与此同时财富也集中在一个地区。因此,一旦发生自然灾害,其造成的财产损失是足以令世人震惊的。地震灾害是一种自然现象,按照人类现在的科技手段,还不能够完全正确预估灾害的发生以及找到有效的防止对策。因此而对地震这种不确定的灾害,全球各地区的地震工程界均进行了反思―如何改变现在所掌握的抗震思想和技术方法以有效减少灾害带来的损失。直到目前为止,面对地震的不确定性唯一有效的科学对策是在建筑建设过程中以“抗震的基本原则”作为建筑思想。然而,虽然这种设计原则的主要目的是保护人们的生命安全,但它在中小震发生时导致建筑的部分使用功能丧失的可能性极大。尤其是在当下经济高速运转的模式下,建筑物内的装修、技术装备等等费用已然超过建筑物本身的建筑费用。这种经济损失是无法预估的。因此,抗震技术的应用对于房屋建筑的重要性不言而喻。
  二、抗震技术在房屋结构设计中的应用
  (1)合理确定建筑结构类型。首先要合理选择建筑的机构类型。在高层建筑中,建筑垂直方向的负荷主要是使建筑产生轴向力,而水平方向的负荷抓哟是保证建筑结构产生弯矩。建筑的高度增加,垂直方向负荷保持不便,而水平方向的负荷的承载作用力就会大大提升,这时地震引起的建筑侧移就比较小,然后再水平方向的侧移参数就相对较大,与建筑的整体高度呈几何变化。所以,高层建筑的结构选择,要重点对于水平方向负荷进行把控,并在设计中,不降低建筑的主要功能。由此可见,切实可行的建筑结构,不仅呈现最优的结构性能,还能保证自身的抗震效果。
  (2)选用合理的传力途径。当前的大多数高层建筑的抗震概念设计都是以计算机程序运算为基础的,为了使计算结果更加可靠,结构设计师应当要对结构设计的简化计算方法非常熟练。在计算机运算的基础上得出结构件在受力状态下的计算简图,再利用力学模型和数学模型对地震反应进行详细的分析,从而得到需要的结果。其中结构的传力途径要尽量简单、直接。
  (3)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。
  (4)竖向布置力求均匀。结构竖向布置均匀,可以最大限度的使其竖向刚度、强度变化均匀,这样可以有效的避免出现薄弱层。从建筑结构的特点看,临街的建筑物,往往会因为商业的需要,底部几层有大空间的设置。非临街的建筑物,底部也可能门厅、餐厅或停车场,而出现大空间。在这种结构中,上部的钢筋混凝土抗震墙或竖向支撑或砌体墙体到此被中止,而下部须采取框架体系。地震经验指出,这种体系很不利于抗震。因此,在实际的抗震结构设计中,应该要保持结构竖向布置的均匀。也就是说,同一楼层的框架柱,必须要具有大致相同的刚度、强度和延性,以此避免地震时,因受力大小悬殊而被各个击破的危险。
  (5)减少非结构部分的设计。建筑的填充墙、外围墙、楼梯踏步板、以及其他装饰建筑的设计部分都会或多或少地影响到建筑的抗震能力。地震的变化性很强,杀伤力也很大,对建筑不会有选择性的破坏,这些非结构部分也会是损害的对象,但往往正是因为这些非结构部分的设计加重了建筑的损害程度。非结构部分会对建筑结构的其他部分造成影响,破坏结构本身的稳定性和整体性,出现意外状况。建筑结构设计时,减少非结构部件的设计,一定程度上减轻了地震灾害,保证建筑结构的稳定性,还提高了建筑的抗震性。
  (6)刚度、承载力和延性的匹配。钢筋混凝土剪力墙体系的特点为抗侧移刚度大,自振周期较短,地震作用较大。若增加墙厚和数量、减小横墙间距,则刚度增加,但地震反应加大。剪力墙可能会因承载力不足而破坏。建筑并不是愈刚愈好,二者应相互匹配。框架-剪力墙体系的自振周期的大小决定于抗震墙的数量。数量少而薄,刚度低,周期就长,地震剪力就小,但抗侧移能力也低。框架体系的特点为抗侧移刚度小,水平侧移大,结构周期较长,地震反应也小。由于水平侧移大,效应增大并随高度增加而累积,会造成承载力不足而破坏。刚度与延性对于有框架和抗震墙或由框架和支撑组成的双重体系中;框架刚度小,承担的地震剪力小,而弹性极限变形大;墙体或竖向支承刚度大,承担的地震剪力大,而弹性极限变形小;在往复地震动的作用下,墙体和支承由于弹性变形能力差而出现裂缝、杆件屈曲,水平抗力降低,而此时的结构层间位移角远小于框架的弹性極限变形值,框架的水平抗力未得到发挥;由于体系中各抗侧力构件的刚度与延性的不匹配,造成各构件不能同步协调地发挥水平抗力,出现先后破坏的各个击破情况。
  (7)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。
  (8)加强房屋建筑构造柱的抗震性。构造柱是建筑整体的支撑,于抗震技术来说,构造柱和圈梁是重中之重,一定要十分重视。通过合理的设计,来确保构造柱和圈梁的抗震性,进而达到建筑整体的抗震效果。在设计中一定要注意到各个构件之间的链接,确保连接部位的稳固,这是确保构造柱和圈梁能否起到有效链接纵横砖墙作用的重要工作。
  结束语:地震作为最严重的自然灾害之一,一旦发生,就会给社会带来巨大的人员伤亡和经济损失。近几年来,国内外地震灾害频发,无情地剥夺了上百万人的生命。而这些伤害基本上都是由于建筑物的倒塌引起的,尤其是房屋建筑。若在房屋建筑结构的设计当中能加强抗震技术的运用,将会从一定程度上减小损失,而且建筑的抗震设计是衡量整个建筑质量是否符合标准的重要参数。
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