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摘要:如何从我国的地震环境和社会发展的实际情况出发,不断提高建筑结构抗震设计的水平,使之更安全可靠、更经济合理,是结构设计工作者的重要任务。本文阐述了我国建筑结构抗震性设计的基本要求,探讨了建筑结构抗震设计问题。
关键词:建筑结构抗震设计基本要求问题
中图分类号:TU3文献标识码: A 文章编号:
我国是一个地震多发的国家,县级及县级以上的城镇约2900个,其中抗震设防的城镇约2500 个。 中国的地震占全球的1/3,地震死亡人数占全球的1/2,地震给人类社会带来的灾难有目共睹。据对世界上130余次伤亡较大地震灾害进行的分类统计表明,其中95%以上的伤亡是由于建筑物、构筑物破坏、倒塌造成的。因此,对各种建筑物、构筑物依法进行相应的抗震设防,使其在破坏性地震中不损坏、不倒塌,是在现有技术和经济条件下减轻地震灾害的重要对策之一,也是避免人员伤亡的关键。土建工程技术人员为防止、减少地震给建筑造成的危害,就需要认真分析研究建筑抗震问题,不断总结工作经验,妥善处理这一工程问题。
一、我国建筑结构抗震性设计的基本要求
我国对建设工程的抗震设防作了明确规定:新建、扩建、改建建设工程,必须进行抗震设防,达到抗震设防要求。抗震设防烈度的设计选择要根据规范规定的本地设防烈度和所设计的建筑的抗震等级来确定。设防烈度要求的是结构能够抵抗地震时的破坏作用的能力,抗震等级规定的是建筑物必须要达到或者超过本地设防烈度要求的规定。根据国家标淮《建筑抗震设防分类标淮》G B 5 0 2 2 3 的规定,我国建筑抗震设防分类和设防标准如下:建筑根据其使用功能的重要性分为甲类、乙类、丙类、丁类四个抗震设防类别。甲类建筑应属于重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害的建筑,乙类建筑应属于地震时使用功能不能中断或需尽快恢复的建筑,丙类建筑应属于除甲、乙、丁类以外的一般建筑,丁类建筑应属于抗震次要建筑。各抗震设防类别建筑的抗震设防标准,应符合下列具体要求。
1、甲类建筑,地震作用应高于本地区抗震设防烈度的要求,其值应按批准的地震安全性评价结果确定;抗震措施,当抗震设防烈度为6~8 度时,应符合本地区抗震设防烈度提高一度的要求,当为9 度时,应符合比9 度抗震设防更高的要求。
2、乙类建筑,地震作用应符台本地区抗震设防烈度的要求;抗震措施,一般情况下,当抗震设防烈度为6 ~8 度时,应符合本地区抗震设防烈度提高一度的要求,当为9 度时,应符合比9 度抗震设防更高的要求;地基基础的抗震措施,应符合有关规定。对较小的乙类建筑,当其结构改用抗震性能较好的结构类型时,应允许仍按本地区抗震设防烈度的要求采取抗震措施。
3、丙类建筑,地震作用和抗震措施均应符合本地区抗震设防烈度的要求。
4、丁类建筑,一般情况下,地震作用仍应符合本地区抗震设防烈度的要求;抗震措施应允许比本地区抗震设防烈度的要求适当降低,但抗震设防烈度为6 度时不应降低。
二、建筑结构抗震设计问题研究
1、建筑场地对建筑抗震结构的影响问题
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,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、结构设计局部部位的加强导致关键抗震设防原则失效
框架结构的房屋基本抗侧力构件为梁、柱, 强柱弱梁, 强剪弱弯, 强节点是我们框架结构设计的主要原则。现在的结构设计电算化解放了结构设计者繁复的手算过程,可以使设计者通过程序计算结果知道框架梁的实际变形及裂缝大小,但是有很多的设计者对电算的原理并未做深入了解。例如框架结构计算是否考虑刚域, 裂缝的位置是计算简图的节点处还是支座边缘处等等。许多设计人员看到电算的结果超限就盲目加大杆件的配筋, 不管是否为双筋梁还是T 形梁,结果导致柱的设计弱于梁的设计,违反了强柱弱梁, 强节点设计原则。在对此类结构作平面二维静力弹塑性分析时可以明显的看到塑性绞位于柱端而非梁端, 简单的加大杆件配筋會使设防原则失效。
3、结构设计仅按小震设计未考虑在中震与大震作用下的安全度
按新的《中国地震动参数区划图》, 设防烈度对应的基本地震加速度( g)可以计算出不同设计使用年限的抗震设防烈度所对应的基本地震加速度。以7度设防烈度为例,小震的反应谱地震影响系数为0.08, 对应加速度最大值为0.15g,而中震系数为0.23, 加速度最大值为0.2g,大震系数为0.5, 加速度最大值为0.4g。多遇地震对应的设计为小震、设防烈度地震对应的设计为中震、罕遇地震对应的设计为大震。设计人员往往只涉及小震的设计而未分析中震和大震的安全度。笔者认为应在小震设计的基础上加强对中震弹性, 大震不屈服的控制, 这样才能满足中震可修、大震不倒, 尤其是针对转换结构的重要构件。
4、结构空间刚度对建筑抗震的影响
建筑是由纵、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, 其抗震能力的高低取决于结构的空间整体刚度和整体稳定性。刚性楼盖体系是保证所有竖向抗侧力构件共同受力的先决条件, 建议采用现浇楼屋盖, 对于砖混结构体系采用现浇楼屋盖不仅可消除滑移、散落问题, 提高建筑的整体性, 增大楼板的刚度, 而且对平面上墙体对齐的要求也可以予以适当的放宽, 因为作为以剪切变形为主的砖混结构, 层间变形是可控制性的, 较强的楼、屋盖水平刚度使荷载传递具有良好的条件, 平面上当上下墙体不对齐时, 现浇楼、屋盖能起到一定的传递水平力的作用, 同时楼、屋盖现浇增加了楼板对墙体的约束。砖混结构建筑采用纵墙或横墙承重, 由于其另一方向的约束墙体少、间距大, 因而建筑的另一方向刚度较弱, 空间刚度和整体性都较差, 抗震能力低, 在中强地震作用下, 墙体由于平面外的失稳而先行破坏, 进而引起整个建筑的倒塌。而在两个方向布置适当的纵横墙混合承重建筑, 由于其限制了纵墙的侧向变形, 增强了空间刚度和整体性, 对承受纵横两个方向的水平地震作用, 以及抗弯、抗剪都非常有利, 抗震性能较纵墙或横墙承重好得多。另外, 墙体布置时尽量采用纵墙贯通的平面布置,当纵墙不能贯通布置时, 建议在纵横墙交接处采取加强措施。可在纵横墙交接处增设钢筋混凝土构造柱, 并适当加强构造配筋, 与构造柱相连的三面墙应该同时砌筑, 放坡留搓, 必要时还可以每隔一定高度放置水平钢筋, 以加强整体性, 防止纵横墙交接处拉开。
5、设计过程中对建筑物层数计算方法有误
设计过程中经常会遇到房屋的层数计算方法不对的问题, 例如: 当突出屋面的屋顶房间面积小于楼层面积的30%时, 可按突出屋面的屋顶间计算而不算做一层。实际工程中有的屋面机房层为机房间和局部居住房间、风机房等构成,这样屋顶房间面积大于楼层面积的30%, 建筑物的计算层数应包括此层。还有一种情况就是地下室突出地面的问题, 这种半地下室如果突出地面高度大于地下室高度的1 /3, 此半地下室应计做一层。多层住宅此项更应注意, 往往会因此而产生结构设计违反强制性条文的情况。此类情形在现有结构设计中屡有发现, 应严加防范。
总之,要确保建筑结构中的抗震设计能高效完成,应在遵循相关建筑抗震规范要求的原则上,进行科学地合理地设计,确保建筑物具有稳定的、可靠的抗震性能,达到“小震不坏、中震可修、大震不倒”的标准。相信,随着广大技术人员抗震设计水平的不断提高,我国的建筑工程结构抗震设计也将会迈上更高更远的台阶。
参考文献:
[1] 李秀萍.建筑结构抗震设计浅析[J]. 价值工程. 2010(13)
[2] 蔡金兰.浅谈建筑中抗震设计理念的发展[J]. 价值工程. 2010(23)
[3] 黄浙青,朱小德.浅谈结构设计中的抗震设计[J]. 科技创新导报. 2008(28)
[4] GB 500011- 2010 建筑抗震设计规范,中国建筑工业出版社
关键词:建筑结构抗震设计基本要求问题
中图分类号:TU3文献标识码: A 文章编号:
我国是一个地震多发的国家,县级及县级以上的城镇约2900个,其中抗震设防的城镇约2500 个。 中国的地震占全球的1/3,地震死亡人数占全球的1/2,地震给人类社会带来的灾难有目共睹。据对世界上130余次伤亡较大地震灾害进行的分类统计表明,其中95%以上的伤亡是由于建筑物、构筑物破坏、倒塌造成的。因此,对各种建筑物、构筑物依法进行相应的抗震设防,使其在破坏性地震中不损坏、不倒塌,是在现有技术和经济条件下减轻地震灾害的重要对策之一,也是避免人员伤亡的关键。土建工程技术人员为防止、减少地震给建筑造成的危害,就需要认真分析研究建筑抗震问题,不断总结工作经验,妥善处理这一工程问题。
一、我国建筑结构抗震性设计的基本要求
我国对建设工程的抗震设防作了明确规定:新建、扩建、改建建设工程,必须进行抗震设防,达到抗震设防要求。抗震设防烈度的设计选择要根据规范规定的本地设防烈度和所设计的建筑的抗震等级来确定。设防烈度要求的是结构能够抵抗地震时的破坏作用的能力,抗震等级规定的是建筑物必须要达到或者超过本地设防烈度要求的规定。根据国家标淮《建筑抗震设防分类标淮》G B 5 0 2 2 3 的规定,我国建筑抗震设防分类和设防标准如下:建筑根据其使用功能的重要性分为甲类、乙类、丙类、丁类四个抗震设防类别。甲类建筑应属于重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害的建筑,乙类建筑应属于地震时使用功能不能中断或需尽快恢复的建筑,丙类建筑应属于除甲、乙、丁类以外的一般建筑,丁类建筑应属于抗震次要建筑。各抗震设防类别建筑的抗震设防标准,应符合下列具体要求。
1、甲类建筑,地震作用应高于本地区抗震设防烈度的要求,其值应按批准的地震安全性评价结果确定;抗震措施,当抗震设防烈度为6~8 度时,应符合本地区抗震设防烈度提高一度的要求,当为9 度时,应符合比9 度抗震设防更高的要求。
2、乙类建筑,地震作用应符台本地区抗震设防烈度的要求;抗震措施,一般情况下,当抗震设防烈度为6 ~8 度时,应符合本地区抗震设防烈度提高一度的要求,当为9 度时,应符合比9 度抗震设防更高的要求;地基基础的抗震措施,应符合有关规定。对较小的乙类建筑,当其结构改用抗震性能较好的结构类型时,应允许仍按本地区抗震设防烈度的要求采取抗震措施。
3、丙类建筑,地震作用和抗震措施均应符合本地区抗震设防烈度的要求。
4、丁类建筑,一般情况下,地震作用仍应符合本地区抗震设防烈度的要求;抗震措施应允许比本地区抗震设防烈度的要求适当降低,但抗震设防烈度为6 度时不应降低。
二、建筑结构抗震设计问题研究
1、建筑场地对建筑抗震结构的影响问题
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,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、结构设计局部部位的加强导致关键抗震设防原则失效
框架结构的房屋基本抗侧力构件为梁、柱, 强柱弱梁, 强剪弱弯, 强节点是我们框架结构设计的主要原则。现在的结构设计电算化解放了结构设计者繁复的手算过程,可以使设计者通过程序计算结果知道框架梁的实际变形及裂缝大小,但是有很多的设计者对电算的原理并未做深入了解。例如框架结构计算是否考虑刚域, 裂缝的位置是计算简图的节点处还是支座边缘处等等。许多设计人员看到电算的结果超限就盲目加大杆件的配筋, 不管是否为双筋梁还是T 形梁,结果导致柱的设计弱于梁的设计,违反了强柱弱梁, 强节点设计原则。在对此类结构作平面二维静力弹塑性分析时可以明显的看到塑性绞位于柱端而非梁端, 简单的加大杆件配筋會使设防原则失效。
3、结构设计仅按小震设计未考虑在中震与大震作用下的安全度
按新的《中国地震动参数区划图》, 设防烈度对应的基本地震加速度( g)可以计算出不同设计使用年限的抗震设防烈度所对应的基本地震加速度。以7度设防烈度为例,小震的反应谱地震影响系数为0.08, 对应加速度最大值为0.15g,而中震系数为0.23, 加速度最大值为0.2g,大震系数为0.5, 加速度最大值为0.4g。多遇地震对应的设计为小震、设防烈度地震对应的设计为中震、罕遇地震对应的设计为大震。设计人员往往只涉及小震的设计而未分析中震和大震的安全度。笔者认为应在小震设计的基础上加强对中震弹性, 大震不屈服的控制, 这样才能满足中震可修、大震不倒, 尤其是针对转换结构的重要构件。
4、结构空间刚度对建筑抗震的影响
建筑是由纵、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, 其抗震能力的高低取决于结构的空间整体刚度和整体稳定性。刚性楼盖体系是保证所有竖向抗侧力构件共同受力的先决条件, 建议采用现浇楼屋盖, 对于砖混结构体系采用现浇楼屋盖不仅可消除滑移、散落问题, 提高建筑的整体性, 增大楼板的刚度, 而且对平面上墙体对齐的要求也可以予以适当的放宽, 因为作为以剪切变形为主的砖混结构, 层间变形是可控制性的, 较强的楼、屋盖水平刚度使荷载传递具有良好的条件, 平面上当上下墙体不对齐时, 现浇楼、屋盖能起到一定的传递水平力的作用, 同时楼、屋盖现浇增加了楼板对墙体的约束。砖混结构建筑采用纵墙或横墙承重, 由于其另一方向的约束墙体少、间距大, 因而建筑的另一方向刚度较弱, 空间刚度和整体性都较差, 抗震能力低, 在中强地震作用下, 墙体由于平面外的失稳而先行破坏, 进而引起整个建筑的倒塌。而在两个方向布置适当的纵横墙混合承重建筑, 由于其限制了纵墙的侧向变形, 增强了空间刚度和整体性, 对承受纵横两个方向的水平地震作用, 以及抗弯、抗剪都非常有利, 抗震性能较纵墙或横墙承重好得多。另外, 墙体布置时尽量采用纵墙贯通的平面布置,当纵墙不能贯通布置时, 建议在纵横墙交接处采取加强措施。可在纵横墙交接处增设钢筋混凝土构造柱, 并适当加强构造配筋, 与构造柱相连的三面墙应该同时砌筑, 放坡留搓, 必要时还可以每隔一定高度放置水平钢筋, 以加强整体性, 防止纵横墙交接处拉开。
5、设计过程中对建筑物层数计算方法有误
设计过程中经常会遇到房屋的层数计算方法不对的问题, 例如: 当突出屋面的屋顶房间面积小于楼层面积的30%时, 可按突出屋面的屋顶间计算而不算做一层。实际工程中有的屋面机房层为机房间和局部居住房间、风机房等构成,这样屋顶房间面积大于楼层面积的30%, 建筑物的计算层数应包括此层。还有一种情况就是地下室突出地面的问题, 这种半地下室如果突出地面高度大于地下室高度的1 /3, 此半地下室应计做一层。多层住宅此项更应注意, 往往会因此而产生结构设计违反强制性条文的情况。此类情形在现有结构设计中屡有发现, 应严加防范。
总之,要确保建筑结构中的抗震设计能高效完成,应在遵循相关建筑抗震规范要求的原则上,进行科学地合理地设计,确保建筑物具有稳定的、可靠的抗震性能,达到“小震不坏、中震可修、大震不倒”的标准。相信,随着广大技术人员抗震设计水平的不断提高,我国的建筑工程结构抗震设计也将会迈上更高更远的台阶。
参考文献:
[1] 李秀萍.建筑结构抗震设计浅析[J]. 价值工程. 2010(13)
[2] 蔡金兰.浅谈建筑中抗震设计理念的发展[J]. 价值工程. 2010(23)
[3] 黄浙青,朱小德.浅谈结构设计中的抗震设计[J]. 科技创新导报. 2008(28)
[4] GB 500011- 2010 建筑抗震设计规范,中国建筑工业出版社