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摘要:在房屋建设的过程中,要加强对抗震技术的设计,对于地震所带来的危害要有预防措施,有效的减少地震给建筑带来的危害,保证人们的生命财产安全。本文探讨了建筑结构设计中的抗震设计措施。
关键词:建筑;结构设计;抗震设计;措施
中图分类号:S611 文献标识码:A 文章编号:
地震给全世界,尤其是中国带来了严重的灾难,给全球经济以及社会发展都带来了很大的损失。所以在房屋建设的过程中,要加强对抗震技术的设计,对于地震所带来的危害要有预防措施,有效的减少地震给建筑带来的危害,保证人们的生命财产安全。
一、地震中破坏比较严重的建筑特点
1、钢筋混凝土结构未能实现“强柱弱梁”机制。
震害总体情况表明, 框架-剪力墙结构大部分基本完好或轻微破坏, 未发现严重破坏。但有少数框架结构严重破坏或倒塌。框架结构的破坏形态大部分为柱上下端破坏, 或框架梁、柱节点核心区剪切破坏或压酥。破坏形式为柱端屈服破坏, 属“强梁弱柱”形式。
2、框架结构中楼梯间震害较普遍。地震中, 框架结构中板式楼梯破坏严重。在有些倒塌破坏的房屋中, 楼梯间本应成为重要的逃生通道, 但却是倒塌破坏最严重的区域。
3、沿竖向不规则建筑, 破坏情况严重。不规则建筑物, 尤其是沿竖向不规则的房屋建筑, 破坏较严重。典型的有两类: 一是结构底层为空旷结构, 下部为薄弱层; 结构底层为空旷结构的房屋大多底层为大开间框架结构, 方便使用。房屋震害主要表现为底层倒塌、倾斜, 原因是底层形成薄弱层, 刚度和强度均不足。二是突出屋面的小塔楼结构。突出屋面小塔楼由于沿竖向质量和刚度的突变, 易产生鞭梢效应。在地震中绝大部分受到损坏。
4、框架结构填充墙破坏。填充墙破坏是框架结构最为常见的震害, 汶川地震中也尤为突出。
5、装配式楼盖破坏较严重。关于预制板结构破坏, 在1976 年唐山大地震中已有较多震害。地震区大量的砌体结构房屋中, 普遍采用预制空心楼板, 由于未按规范要求设计成装配整体式楼盖, 地震中当墙体破坏或外闪, 导致楼板塌落, 因而达不到装配整体式楼盖的作用。
二、建筑结构设计中的抗震设计措施
1、选择有利的抗震场地
选择对建筑抗震有利的场地,宜避开对建筑抗震不利的地段,不应在危险地段建造甲、乙、丙类建筑。地震造成建筑物的破坏,除地震直接引起的结构破坏外,场地条件也是一个重要的原因。地震引起的地表错动与地裂,地基土的小均匀沉陷,滑坡和粉、砂土液化等。因此,应选择对建筑抗震有利的地段,应避开对抗震不利地段,如软弱场地土、易液化土、状态明显不均匀等地段;当无法避开时,应采取适当的抗震加强措施,应根据抗震设防类别、地基液化等级,分别采取加强地基和上部结构整体性和刚度、部分消除或全部消除地基液化沉陷的措施;当地基主要受力层范围内存在软弱粘性土层、新近填土和严重不均匀土层时, 应估计地震时地基不均匀沉降或其他不利影响,采用桩基、地基加固和加强基础和上部结构的处理措施;对于地震时可能导致滑移或地裂的场地,应采取相应的地基稳定措施。
2、建筑结构抗震体系的合理选择
建筑结构抗震体系的合理选择是建筑结构抗震结构设计中应考虑的一个重要问题,建筑结构抗震方案的选取是否合理,决定了建筑结构的安全性和经济性。具体而言,应注重以下三方面的设计:
第一,建筑结构体系应当避免因部分结构或构件的破坏而导致整个建筑结构丧失抗震能力或对重力荷载的承载能力。建筑结构抗震设计的一个重要原则就是结构应当具有必要的赘余度、良好的变形能力和内力重分配的功能,地震中,即使一部分构件退出工作,其余部分构
件仍能承担起竖向荷载,避免整体建筑结构失稳。
第二,建筑結构体系应当具有清晰明确的计算简图和恰当合理的地震作用传递路径。在这过程中,竖向建筑构件的布置,应尽量使竖向建筑构件在垂直重力荷载作用下的压应力水平接近均匀;楼屋盖梁体系的布置,应尽量使垂直重力荷载以最短的路径传递到竖向构件墙、柱
上去;转换结构体系的布置,应尽量做到使上部结构竖向构件传递来的垂直重力荷载通过转换层一次至多二次转换。另外,建筑的整体抗侧力结构体系也必须明确,抗侧力结构一般由框架、简体、剪力墙、支撑等组成,它们宜尽量连续贯通。
第三,建筑结构体系应当具有合理适度的强度和刚度。宜具有合理恰当的强度和刚度分布,防止和避免因局部削弱或突变形成薄弱部位,产生过大的塑性变形集中或应力集中;建筑的框架结构设计应使节点基本不被破坏,底层柱底的塑性铰宜形成晚,应当使柱、梁端的塑性铰出现得尽可能地分散;对于可能出现的薄弱部位,应采取适当措施提高抗震能力。
3、防震缝的合理位置
布置防震缝时,应将建筑物分割成独立,规则的结构单元,防震缝两侧的上部结构应该完全分开,防震缝与伸缩缝、沉降缝要综合考虑,谐调布置,伸缩缝、沉降缝应符合防震缝的需求。凡是需做伸缩缝、沉降缝的地方都应该做防震缝,防震缝应沿房屋全高设置,两侧应该布置墙,一般防震缝的基础可以不断开,只是兼做沉降缝时才断开;防震缝宽度随着房屋高度变化而变化,高于15 米时,高度在5 米、4米、3 米、2 米应该加宽20mm,不超过15m 时,可加宽70m。伸缩缝的设置是为了减少裂缝出现或减小裂缝宽度设立的,在砌体结构抗震设计中是比较重要的设置,砌体房屋由于墙体干缩和温差引起的墙体竖向裂缝能够在正常情况下减少,把伸缩缝设置能出现在砌体墙体中最可能产生裂缝的地方,如房屋中间部位及错层处房屋体型变化处房屋平面转折处。
4、使刚度增强与增强砂浆强度
(1) 房屋是纵横向承重构件和楼盖组成的一个具有空间刚度的结构体系,其结构的整体稳定性和空间刚度决定了抗震性能的强弱现浇钢筋混凝土楼板屋盖具有整体性好水平刚度大的优点,是较为理想的抗震构件,可以有效地增加房屋的整体性和楼板的刚度较大的屋盖及楼板水平刚度有利于荷载传递,当上下墙体不对齐时,现浇钢筋混凝土楼板及屋盖能起到一定的传递水平力的作用因此,采用现浇钢筋混凝土楼屋盖是一个较好的结构选择。
(2)力与墙体面积大小及砂浆强度等级高低成正比,提高墙体面积、砂浆强度等级能有效地提高房屋的抗震能力砌体的抗剪强度与砂浆的强度和竖向压应力有关,砌体的抗剪强度随着砂浆强度的提高而提高,砌体块体强度影响较小因此适当提高砂浆强度可以提高房屋的抗震能力设计时,特殊要求尽量采用混合砂浆,因为水泥砂浆抗剪强度要折减。在结构体系内部外部赘余度,有意识的建立一系列的屈服区,是结构能吸收和消耗大量的地震能量,易于修复;多道抗震防线对结构是必要的,当第一道防线的抗力构件遭到破坏后,第二道第三道抗侧力构件接替可以抵挡后续的震动冲击,可将安全隐患降到最低,免于倒塌。
5、横纵墙的布局
混凝土房屋在在地震中承重的主要构件是横纵墙体,在地震中容易产生裂缝甚至会出现倾斜倒塌或是错位的现象,可能使其达到严重性的破坏。也就需要对横纵墙进行合理配置,提高其防震能力就应该采用。多层混凝土设计应该采用横墙与纵墙共同承重,要均匀的进行布置平面要对其竖向要连续,同方向的要宽度适宜。房屋的刚度由于没有承重方向的墙体较少,间隔大,房屋的刚度比较薄弱,空间刚度和与整体的稳定性差距大,抗震能力较弱,墙体的平面有可能被破坏,这需要横纵墙的布置要合理,合理的布局可以防止抗弯,抗剪以及水平地震是有利的。
6、非结构构件的处理
非结构构件是在分析中不考虑承受重力的负载的构件,内墙壁以及框架填充墙等。在发生地震时,这些构件也会在一定程度上有着防震作用的,有可能改变整个结构的变化或是承载的和处理路线,可以起到仿真的效果,也可能起着破坏的作用,这就是需要根据原来地震中发生的事情处理好非结构构件,来减轻地震灾害,提高抗震方面的可靠性。
综上所述,建筑结构的抗震设计是一个完整、系统的过程,从场址的选择到建筑物的结构设计,抗震设计贯穿了整个过程。而且建筑物的抗震设计是衡量建筑结构设计是否符合要求的重要指标。因此如何准确、合理的运用不同的抗震设计方法,是非常重要的,对于不同的建筑、不同的情况应区别对待,从而寻求最合理的结构布置。
参考文献:
[1] 方铁成. 浅谈建筑结构抗震设计和抗爆设计原则[J]. 黑龙江科技信息. 2008(24)
[2] 徐磊. 高层建筑结构抗震设计问题研究[J]. 科技致富向导. 2010(23)
[3] 郭志勇. 多层砌体结构房屋抗震概念设计要点[J]. 甘肃科技. 2009(14)
[4] 赵清威,安木旺. 高层建筑的抗震结构设计探讨[J]. 科技致富向导. 2011(26)
[5] 胡丽荣. 概念设计在建筑结构设计中的应用意义[J]. 黑龙江科技信息. 2010(27)
[6] 吕文照. 不宜过分依赖计算机做建筑结构设计[J]. 科技资讯. 2007(20)
[7] 高鹏,乔可义. 重视概念设计,提高建筑结构设计的质量[J]. 黑龙江科技信息. 2011(03)
关键词:建筑;结构设计;抗震设计;措施
中图分类号:S611 文献标识码:A 文章编号:
地震给全世界,尤其是中国带来了严重的灾难,给全球经济以及社会发展都带来了很大的损失。所以在房屋建设的过程中,要加强对抗震技术的设计,对于地震所带来的危害要有预防措施,有效的减少地震给建筑带来的危害,保证人们的生命财产安全。
一、地震中破坏比较严重的建筑特点
1、钢筋混凝土结构未能实现“强柱弱梁”机制。
震害总体情况表明, 框架-剪力墙结构大部分基本完好或轻微破坏, 未发现严重破坏。但有少数框架结构严重破坏或倒塌。框架结构的破坏形态大部分为柱上下端破坏, 或框架梁、柱节点核心区剪切破坏或压酥。破坏形式为柱端屈服破坏, 属“强梁弱柱”形式。
2、框架结构中楼梯间震害较普遍。地震中, 框架结构中板式楼梯破坏严重。在有些倒塌破坏的房屋中, 楼梯间本应成为重要的逃生通道, 但却是倒塌破坏最严重的区域。
3、沿竖向不规则建筑, 破坏情况严重。不规则建筑物, 尤其是沿竖向不规则的房屋建筑, 破坏较严重。典型的有两类: 一是结构底层为空旷结构, 下部为薄弱层; 结构底层为空旷结构的房屋大多底层为大开间框架结构, 方便使用。房屋震害主要表现为底层倒塌、倾斜, 原因是底层形成薄弱层, 刚度和强度均不足。二是突出屋面的小塔楼结构。突出屋面小塔楼由于沿竖向质量和刚度的突变, 易产生鞭梢效应。在地震中绝大部分受到损坏。
4、框架结构填充墙破坏。填充墙破坏是框架结构最为常见的震害, 汶川地震中也尤为突出。
5、装配式楼盖破坏较严重。关于预制板结构破坏, 在1976 年唐山大地震中已有较多震害。地震区大量的砌体结构房屋中, 普遍采用预制空心楼板, 由于未按规范要求设计成装配整体式楼盖, 地震中当墙体破坏或外闪, 导致楼板塌落, 因而达不到装配整体式楼盖的作用。
二、建筑结构设计中的抗震设计措施
1、选择有利的抗震场地
选择对建筑抗震有利的场地,宜避开对建筑抗震不利的地段,不应在危险地段建造甲、乙、丙类建筑。地震造成建筑物的破坏,除地震直接引起的结构破坏外,场地条件也是一个重要的原因。地震引起的地表错动与地裂,地基土的小均匀沉陷,滑坡和粉、砂土液化等。因此,应选择对建筑抗震有利的地段,应避开对抗震不利地段,如软弱场地土、易液化土、状态明显不均匀等地段;当无法避开时,应采取适当的抗震加强措施,应根据抗震设防类别、地基液化等级,分别采取加强地基和上部结构整体性和刚度、部分消除或全部消除地基液化沉陷的措施;当地基主要受力层范围内存在软弱粘性土层、新近填土和严重不均匀土层时, 应估计地震时地基不均匀沉降或其他不利影响,采用桩基、地基加固和加强基础和上部结构的处理措施;对于地震时可能导致滑移或地裂的场地,应采取相应的地基稳定措施。
2、建筑结构抗震体系的合理选择
建筑结构抗震体系的合理选择是建筑结构抗震结构设计中应考虑的一个重要问题,建筑结构抗震方案的选取是否合理,决定了建筑结构的安全性和经济性。具体而言,应注重以下三方面的设计:
第一,建筑结构体系应当避免因部分结构或构件的破坏而导致整个建筑结构丧失抗震能力或对重力荷载的承载能力。建筑结构抗震设计的一个重要原则就是结构应当具有必要的赘余度、良好的变形能力和内力重分配的功能,地震中,即使一部分构件退出工作,其余部分构
件仍能承担起竖向荷载,避免整体建筑结构失稳。
第二,建筑結构体系应当具有清晰明确的计算简图和恰当合理的地震作用传递路径。在这过程中,竖向建筑构件的布置,应尽量使竖向建筑构件在垂直重力荷载作用下的压应力水平接近均匀;楼屋盖梁体系的布置,应尽量使垂直重力荷载以最短的路径传递到竖向构件墙、柱
上去;转换结构体系的布置,应尽量做到使上部结构竖向构件传递来的垂直重力荷载通过转换层一次至多二次转换。另外,建筑的整体抗侧力结构体系也必须明确,抗侧力结构一般由框架、简体、剪力墙、支撑等组成,它们宜尽量连续贯通。
第三,建筑结构体系应当具有合理适度的强度和刚度。宜具有合理恰当的强度和刚度分布,防止和避免因局部削弱或突变形成薄弱部位,产生过大的塑性变形集中或应力集中;建筑的框架结构设计应使节点基本不被破坏,底层柱底的塑性铰宜形成晚,应当使柱、梁端的塑性铰出现得尽可能地分散;对于可能出现的薄弱部位,应采取适当措施提高抗震能力。
3、防震缝的合理位置
布置防震缝时,应将建筑物分割成独立,规则的结构单元,防震缝两侧的上部结构应该完全分开,防震缝与伸缩缝、沉降缝要综合考虑,谐调布置,伸缩缝、沉降缝应符合防震缝的需求。凡是需做伸缩缝、沉降缝的地方都应该做防震缝,防震缝应沿房屋全高设置,两侧应该布置墙,一般防震缝的基础可以不断开,只是兼做沉降缝时才断开;防震缝宽度随着房屋高度变化而变化,高于15 米时,高度在5 米、4米、3 米、2 米应该加宽20mm,不超过15m 时,可加宽70m。伸缩缝的设置是为了减少裂缝出现或减小裂缝宽度设立的,在砌体结构抗震设计中是比较重要的设置,砌体房屋由于墙体干缩和温差引起的墙体竖向裂缝能够在正常情况下减少,把伸缩缝设置能出现在砌体墙体中最可能产生裂缝的地方,如房屋中间部位及错层处房屋体型变化处房屋平面转折处。
4、使刚度增强与增强砂浆强度
(1) 房屋是纵横向承重构件和楼盖组成的一个具有空间刚度的结构体系,其结构的整体稳定性和空间刚度决定了抗震性能的强弱现浇钢筋混凝土楼板屋盖具有整体性好水平刚度大的优点,是较为理想的抗震构件,可以有效地增加房屋的整体性和楼板的刚度较大的屋盖及楼板水平刚度有利于荷载传递,当上下墙体不对齐时,现浇钢筋混凝土楼板及屋盖能起到一定的传递水平力的作用因此,采用现浇钢筋混凝土楼屋盖是一个较好的结构选择。
(2)力与墙体面积大小及砂浆强度等级高低成正比,提高墙体面积、砂浆强度等级能有效地提高房屋的抗震能力砌体的抗剪强度与砂浆的强度和竖向压应力有关,砌体的抗剪强度随着砂浆强度的提高而提高,砌体块体强度影响较小因此适当提高砂浆强度可以提高房屋的抗震能力设计时,特殊要求尽量采用混合砂浆,因为水泥砂浆抗剪强度要折减。在结构体系内部外部赘余度,有意识的建立一系列的屈服区,是结构能吸收和消耗大量的地震能量,易于修复;多道抗震防线对结构是必要的,当第一道防线的抗力构件遭到破坏后,第二道第三道抗侧力构件接替可以抵挡后续的震动冲击,可将安全隐患降到最低,免于倒塌。
5、横纵墙的布局
混凝土房屋在在地震中承重的主要构件是横纵墙体,在地震中容易产生裂缝甚至会出现倾斜倒塌或是错位的现象,可能使其达到严重性的破坏。也就需要对横纵墙进行合理配置,提高其防震能力就应该采用。多层混凝土设计应该采用横墙与纵墙共同承重,要均匀的进行布置平面要对其竖向要连续,同方向的要宽度适宜。房屋的刚度由于没有承重方向的墙体较少,间隔大,房屋的刚度比较薄弱,空间刚度和与整体的稳定性差距大,抗震能力较弱,墙体的平面有可能被破坏,这需要横纵墙的布置要合理,合理的布局可以防止抗弯,抗剪以及水平地震是有利的。
6、非结构构件的处理
非结构构件是在分析中不考虑承受重力的负载的构件,内墙壁以及框架填充墙等。在发生地震时,这些构件也会在一定程度上有着防震作用的,有可能改变整个结构的变化或是承载的和处理路线,可以起到仿真的效果,也可能起着破坏的作用,这就是需要根据原来地震中发生的事情处理好非结构构件,来减轻地震灾害,提高抗震方面的可靠性。
综上所述,建筑结构的抗震设计是一个完整、系统的过程,从场址的选择到建筑物的结构设计,抗震设计贯穿了整个过程。而且建筑物的抗震设计是衡量建筑结构设计是否符合要求的重要指标。因此如何准确、合理的运用不同的抗震设计方法,是非常重要的,对于不同的建筑、不同的情况应区别对待,从而寻求最合理的结构布置。
参考文献:
[1] 方铁成. 浅谈建筑结构抗震设计和抗爆设计原则[J]. 黑龙江科技信息. 2008(24)
[2] 徐磊. 高层建筑结构抗震设计问题研究[J]. 科技致富向导. 2010(23)
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[4] 赵清威,安木旺. 高层建筑的抗震结构设计探讨[J]. 科技致富向导. 2011(26)
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[7] 高鹏,乔可义. 重视概念设计,提高建筑结构设计的质量[J]. 黑龙江科技信息. 2011(03)