建筑结构抗震设计研究

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  [摘 要]建筑结构的抗震设计是一个完整、系统的概念,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。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。本文就抗震设计的具体方法做简单的分析,希望对实际的施工有所帮助。
  [关键词]抗震设计;要点分析;具体方法
  中图分类号:TU352.11 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2014)37-0131-01
  一、抗震设计目标
  我国抗震设计为“三水准”目标, 即“小震不坏、中震可修、大震不倒”,具体含义为: 当遭受低于本地区抗震设防烈度的多遇地震时,建筑物不受损坏或不需修理的情况下还可以正常使用。从结构抗震分析角度,可以视为弹性体系,采用弹性反应谱进行分析:当遭受相当于本地区抗震设防烈度的地震影响时,建筑物可能损坏,经一般修理或不需修理仍可继续使用。结构在地震影响时进入非弹性工作阶段,但非弹性变形或结构体系损坏控制在可修复的范围。当遭受高于本地区抗震设防烈度的罕遇地震时,建筑物不致倒塌或发生危及生命安全的严重破坏,此阶段结构有较大的非弹性变形,但人员可以逃离。
  二、抗震设计的基本原则
  1、场地的选择
  在建筑工程施工中,建筑抗震设计有着十分重要的意义,它是保障整个建筑物稳定性和可靠性的重要手段之一,于是,我们在对其施工场地进行选择的过程中,就要对其施工地段进行全方位的分析,对整个工程的地质情况进行全面的了解,以确保工程的施工质量。
  2、建筑平立面的合理使用
  在对建筑平面结构进行设计的过程中,设计师们必须要对整个建筑平面进行合理的设计,并且将相应的抗震设计理念融入到其中,只有这样才能使得建筑物的稳定性得到进一步保障。
  3、抗震結构的合理选择
  在建筑抗震设计的过程中,技术人员为了避免其整个建筑结构出现相关的破坏问题,我们就要对建筑结构体系中设置相应的抗震防线,从而使得建筑结构形式的稳定性和刚度得到进一步的保障。而且随着时代的不断进步,人们也将许多先进的施工技术和管理理念应用到其中,这就使得建筑结构形式的各方面性能得到进一步的提升。
  三、建筑结构抗震设计要点分析
  我国提出的建筑结构抗震设计的要点可以总结为:设计方案与抗震设计相符合。设计方案必须要符合抗震设计原则,同时根据与基本烈度相对应的众值烈度(相当于小震)的地震动参数,通过采用弹性反应谱法求得结构在弹性状态下的地震作用标准值和相应的地震作用效应,接着与其他荷载效应按一定的组合系数进行组合,同时对结构构件截面,进行具有针对性的承载力验算。如果建筑物较高,还必须要进行变形验算,以保证其侧向变形不要过大。当然,最后还必须通过概念设计和构造措施来满足第三水准的设防要求。对于非地震高发区的大多数建筑结构而言,只进行第一阶段的设计已经足够了,但根据建筑的特点和地区的特征,少部分结构诸如有特殊要求的建筑和地震时易倒塌的结构,还必须要进行第二阶段的设计,也就是按与基本烈度相对应的罕遇烈度(相当于大震)验算结构的弹塑性层间变形是否满足规范要求(不发生倒塌)。如果发现有变形过大的薄弱层,那应该积极修改设计,或者可以采取相应的构造措施,争取做到大震不倒。
  四、抗震设计的具体方法
  1、建筑场地的选择
  要避开抗震危险地段。建筑抗震危险的地段,一般是指地震时可能发生崩塌、滑坡、地陷、地裂、泥石流等地段,以及震中烈度为8度以上的发震短裂带在地震时可能发生地表错位的地段。发震断层:在过去3.5万年以内曾活动过一次,或在5万年内活动过两次的地质构造上的断层。非发震断层:与当地的地震活动性没有成因上联系的一般断层,在地震时一般不会发生新的错动。
  2、建筑的平立面布置
  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。建筑的平立面布置宜规则、对称,质量和刚度变化均匀,避免楼层错层。对称的结构容易估计其地震时的反应,容易采取构造措施和进行细部处理。“规则”包含了对建筑的平、立面外形尺寸,抗侧力构件布置、质量分布,直至强度分布等诸多因素的综合要求。地震区的高层建筑,平面以方形、矩形、圆形为好;正六边形、正八边形、椭圆形、扇形也可以。不宜采用有较长翼缘的L形、T形、U形、H形、Y形等平面形状。地震区高层建筑的立面应采用矩形、梯形、三角形等均匀变化的几何形状,尽量避免带有突然变化的阶梯形立面。建筑结构的规则性对抗震能力的重要影响的认识始自若干现代建筑在地震中的表现。一般房屋愈高,所受到的地震力和倾覆力矩愈大,破坏的可能性也愈大,但不是绝对的,与经济有关。建筑物的高宽比值愈大,建筑物就愈瘦高,地震作用下的侧移就愈大,地震引起的倾覆作用就愈大。
  3、设置多道抗震防线
  多道防线是指一抗震结构体系,应有若干个延性较好的分体系组成,并由延性较好的结构构件连接起来协同工作。当共振时,多道设防的优越性更为明显,当第一道防线破坏,第二道防线接替后,建筑物的自振周期变化较大,共振现象缓解。
  4、各元素的合理搭配
  钢筋混凝土剪力墙体系的抗侧移刚度大,自振周期较短,地震作用大。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,所以二者应相互匹配。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极限变形值,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。结构不同部位的延性要求:延性是指结构承载能力无明显降低的前提下,结构发生非弹性变形的能力。对结构中重要构件的延性要求,高于对结构总体的延性要求;对构件中关键杆件或部位的延性要求,又高于对整个构件的延性要求。改善构件延性的途径:控制构件的破坏形态、减小杆件轴压比、高强混凝土的应用、钢纤维混凝土的应用和型钢混凝土的应用。
  5、非结构部件处理
  所谓非结构部件,一般是指在结构分析中不考虑承受重力荷载以及风、地震等侧力荷载的部件,如内隔墙、楼梯踏步板、框架填充墙、建筑外围墙板等。考虑填充墙的影响:填充墙对框架结构的影响:使结构抗侧移刚度增大,自振周期减短,从而使作用于整个建筑上的水平地震力增大。改变了结构的地震剪力分布。限制了框架的变形,减少了整个结构的地震侧移幅值。填充墙充当了第一道抗震防线的主力构件,使框架退居为第二道防线。
  结语:随着经济的发展,我国建筑行业也有了很大发展,对抗震设计也提出了较高的要求。抗震设计是最有效最直接的抗震措施,世界各国也在抗震结构设计方面做出了很大努力,我们要在现有成就的基础上,结合实际生活对建筑物的要求,树立先进的理念,使用科学的研究方法,使抗震结构设计获得更快速的发展。
  参考文献
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