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摘要:建筑物的抗震性能必须把好抗震设计和施工两道关。抗震设计必须按照抗震设防要求和抗震设计规范进行。
关键字:建筑抗震设计延性
引言
根据当前的震害经验和理论认识,良好的抗震设计能够帮助国家和人民减少许多不必要的灾难。我国依据自己的国情,坚持建筑结构抗震设防的原则是:“小震不坏,中震可修,大震不倒”,即在多发的小震作用下,建筑结构应基本处于弹性阶段,不发生破坏;在罕遇的大震作用下,允许结构产生一定程度、乃至严重破坏,但应确保建筑结构物的整体安全,防止倒塌。本文结合实践工作,对建筑抗震结构设计方面进行探讨。
1 抗震建筑的设计应考虑到以下原因
1.1 场地选择
场地选择的原则是避开地震时可能发生地基失效的松软场地,选择坚硬场地
1.2 体形均匀规整
无论是在平面或立面上,结构的布置都要力求使几何尺寸、质量、刚度延性等均匀、对称、规整,避免突然变化。
1.3 提高结构和构件的强度和延性
结构物的振动破坏来自地震动引起的结构振动,因此抗震设计要力图使从地基传入结构的振动能量为最小,并使结构物具有适当的强度、刚度和延性,以防止不能容忍的破坏。在不增加重量、不改变刚度的前提下,提高总体强度和延性是两个有效的抗震途径。
1.4 多道抗震防线
使结构具有多道支撑和抗水平力的體系,则在强地震的作用下,建设工程的一道防线破坏后尚有第二道防线可以支撑结构,避免倒塌。
1.5 防止脆性与失稳破坏,增加延性
脆性与失稳破坏常常导致倒塌,故应防止。这种破坏常见于设计不良的细部构造。
2 建筑抗震设计中各种材料的不同运用方法
2.1砖结构:承重墙厚度不宜小于240mm
砖墙承重或砖柱承重的砖结构房屋,是目前乡村地区还比较普遍的一类传统民居,虽然现在我国人民的生活水平不断提高了,但是其受欢迎程度在乡村还是比较高的,所以绝对不容忽视.按其在建筑物中的位置区分有内墙和外墙;按材料和构造方式分,有实砌墙、空斗墙和复合墙。
砖结构房屋,要求墙体均匀、对称,纵横墙间距适当,并沿竖向上下连续;砖柱与砖墙要有足够的强度,所有承重墙体的厚度,应不宜小于240mm,如果是烧结普通砖和烧结多孔砖,其强度等级不低于MU10,其砌筑砂浆强度等级不低于M5.
为提高抗震性能,建房时,其楼盖屋盖宜优先采用现浇钢筋混凝土楼板.当采用混凝土预制装配楼盖屋盖时,可在板底处,沿房屋外墙、砖柱顶部设置现浇的钢筋混凝土圈梁,以增强砖房的稳定性和整体性,并采取措施保证各预制构件之间连接的整体性.此外,据了解,目前乡村地区建房时普遍存在不设构造柱的现象.这一点也值得广大乡村居民注意,应改变这种传统做法,必须在建房时在必要部位加设构造柱.
设置抗震缝也是非常重要的。对于一些多层砖混的楼房,还要特别注意形状规则些,成为整齐的长方形,正方形、圆形或其他没有凸出凹进的形状,几何形体复杂的建筑物应设置抗震缝,即在两个单元之间留下一定宽度的墙缝,将其分成形状简单的几个独立单元,以免地震时由于各个部分所受力的大小不一致,而容易在转弯拐角处造成断裂或倒塌,并导致整体破坏。
2.2石结构:楼板石架入支座的支撑长度不小于120mm
石结构房屋、建筑物是沿海很多乡村因地制宜普遍运用的传统建筑结构,历史悠久、形式多样、颇具特色。但石材既硬又脆,不具弹性,抗弯、抗拉力和冲击力显然比钢筋混凝和木质结构都差,重力荷载大,如施工不佳、布局欠妥,就容易变成地震区的危房。
石柱、石楼板、石梁、梁托要环环扣紧,相互拉结,联成较好的整体性。有些石楼房用长条板石做楼板,荷载重,更应特别注意它的稳固性,尽可能做到:楼板石架入支座的支撑长度不小于120mm,较合理地支撑长度应相当于墙体厚度;楼板夹缝加钢筋,水泥砂浆灌缝饱满、黏结紧。天然石材的建筑构、配件如雨篷、檐口、遮阳板、踏步等种类繁多。这些配件的适当构造处理,对增强房屋抗震能力同样具有重要意义。
2.3木结构:骨架尽可能采用穿斗式
木骨架承重房屋,在一些乡村民宅仍有一定比例。木结构一般由梁、柱、檩条和椽子等组成骨架,承受房屋和楼层的荷载,墙只起着围护与间隔作用。这种房屋可因地制宜,如果构造合理,就具有较强的抗震能力。
建房时,增强纵向与横向的稳定性,是木屋架承重房屋有效的抗震措施。一般采取在梁与柱之间增设斜撑和剪刀支撑来加强。同时,尽量减轻上层围护墙的重量,加强木骨架及隔墙、围护墙的拉结力。高烈度地震区的木骨架承重房屋,可采用下部做重的围护墙,上部做轻的围护墙和隔墙的方法,以增强抗震力。
木结构的房屋还有一些是由土墙或土坯墙支撑木质屋顶的。土墙的强度和耐久性,很大程度取决于土质的优劣。建房时应尽量保证墙身互相联结好,避免孤立墙,在墙身交接处或墙身过长时,须加筋或设圈梁,房屋总长度不宜超过60米,跨度不大于6米的屋架及超过1500公斤的集中荷载,若仍支承在土墙上须加垫板。
3 延性在抗震设计中的重要性及其作用
结构抗震的本质就是延性,延性是指构件和结构屈服后,在承载能力不降低或基本不降低的情况下,具有足够塑性变形能力的一种性能,一般用延性比来表示。在这过程中,构件的承载能力没有多大变化,但其变形的大小却决定了破坏的性质。是钢筋砼受弯构件的M—Δ(Φ) 曲线,Δy 是屈服变形,Δu 是极限变形。提高延性可以增加结构抗震潜力,增强结构抗倒塌能力。
延性结构通过塑性铰区域的变形,能够有效地吸收和耗散地震能量;同时,这种变形降低了结构的刚度,致使结构在地震作用下的反应减小,也就是使地震对结构的作用力减小。后者会多用材料,对于地震发生概率极少的抗震结构,延性结构是一种经济的设计对策。此外,延性可以使超静定结构的内力得以充分重分布,采用塑性内力重分布方法设计时,同样也可以节约钢筋用量,取得较好的经济效果。因此可以说结构的延性和结构的强度是同等重要的。
结构延性在抗震中之所以如此重要,是因为结构延性具有如下作用:
(1)防止脆性破坏
由于钢筋混凝土结构或构件的脆性破坏是突发性的,没有预兆,所以为了保障人们生命财产安全,除了对构件发生脆性破坏时的可靠指标有较高要求以外,还要保证结构或构件在破坏前有足够的变形能力。
(2)承受某些偶然因素的作用
结构在使用过程中可能会承受设计中未考虑到的偶然因素的作用,比如说,偶然的超载、基础的不均匀沉降、温度变化和收缩作用引起的体积变化等。这些偶然因素会在结构中产生内力和变形,而延性结构的变形能力,则可作为发生意外情况时内力和变形的安全储备。
(3)实现塑性内力重分布
延性结构容许构件的某些临界截面有一定的转动能力,形成塑性铰区域,产生内力重分布,从而使钢筋混凝土超静定结构能够按塑性方法进行设计,得到有利的弯矩分布,使配筋合理,节约材料,而且便于施工。
4 结束语
由于地震具有随机性、复杂性、藕联性,每次地震所产生的波形各异,因而其对建筑物的作用各不相同,所产生的破坏程度也千差万别。作为结构工程师来说,必须使这一理念贯穿于结构设计的整个过程当中,既要严格把握好设计的大原则,又要全面考虑诸多因素,最终才能保证设计的科学性和严谨性,为社会创造更多精品工程。
关键字:建筑抗震设计延性
引言
根据当前的震害经验和理论认识,良好的抗震设计能够帮助国家和人民减少许多不必要的灾难。我国依据自己的国情,坚持建筑结构抗震设防的原则是:“小震不坏,中震可修,大震不倒”,即在多发的小震作用下,建筑结构应基本处于弹性阶段,不发生破坏;在罕遇的大震作用下,允许结构产生一定程度、乃至严重破坏,但应确保建筑结构物的整体安全,防止倒塌。本文结合实践工作,对建筑抗震结构设计方面进行探讨。
1 抗震建筑的设计应考虑到以下原因
1.1 场地选择
场地选择的原则是避开地震时可能发生地基失效的松软场地,选择坚硬场地
1.2 体形均匀规整
无论是在平面或立面上,结构的布置都要力求使几何尺寸、质量、刚度延性等均匀、对称、规整,避免突然变化。
1.3 提高结构和构件的强度和延性
结构物的振动破坏来自地震动引起的结构振动,因此抗震设计要力图使从地基传入结构的振动能量为最小,并使结构物具有适当的强度、刚度和延性,以防止不能容忍的破坏。在不增加重量、不改变刚度的前提下,提高总体强度和延性是两个有效的抗震途径。
1.4 多道抗震防线
使结构具有多道支撑和抗水平力的體系,则在强地震的作用下,建设工程的一道防线破坏后尚有第二道防线可以支撑结构,避免倒塌。
1.5 防止脆性与失稳破坏,增加延性
脆性与失稳破坏常常导致倒塌,故应防止。这种破坏常见于设计不良的细部构造。
2 建筑抗震设计中各种材料的不同运用方法
2.1砖结构:承重墙厚度不宜小于240mm
砖墙承重或砖柱承重的砖结构房屋,是目前乡村地区还比较普遍的一类传统民居,虽然现在我国人民的生活水平不断提高了,但是其受欢迎程度在乡村还是比较高的,所以绝对不容忽视.按其在建筑物中的位置区分有内墙和外墙;按材料和构造方式分,有实砌墙、空斗墙和复合墙。
砖结构房屋,要求墙体均匀、对称,纵横墙间距适当,并沿竖向上下连续;砖柱与砖墙要有足够的强度,所有承重墙体的厚度,应不宜小于240mm,如果是烧结普通砖和烧结多孔砖,其强度等级不低于MU10,其砌筑砂浆强度等级不低于M5.
为提高抗震性能,建房时,其楼盖屋盖宜优先采用现浇钢筋混凝土楼板.当采用混凝土预制装配楼盖屋盖时,可在板底处,沿房屋外墙、砖柱顶部设置现浇的钢筋混凝土圈梁,以增强砖房的稳定性和整体性,并采取措施保证各预制构件之间连接的整体性.此外,据了解,目前乡村地区建房时普遍存在不设构造柱的现象.这一点也值得广大乡村居民注意,应改变这种传统做法,必须在建房时在必要部位加设构造柱.
设置抗震缝也是非常重要的。对于一些多层砖混的楼房,还要特别注意形状规则些,成为整齐的长方形,正方形、圆形或其他没有凸出凹进的形状,几何形体复杂的建筑物应设置抗震缝,即在两个单元之间留下一定宽度的墙缝,将其分成形状简单的几个独立单元,以免地震时由于各个部分所受力的大小不一致,而容易在转弯拐角处造成断裂或倒塌,并导致整体破坏。
2.2石结构:楼板石架入支座的支撑长度不小于120mm
石结构房屋、建筑物是沿海很多乡村因地制宜普遍运用的传统建筑结构,历史悠久、形式多样、颇具特色。但石材既硬又脆,不具弹性,抗弯、抗拉力和冲击力显然比钢筋混凝和木质结构都差,重力荷载大,如施工不佳、布局欠妥,就容易变成地震区的危房。
石柱、石楼板、石梁、梁托要环环扣紧,相互拉结,联成较好的整体性。有些石楼房用长条板石做楼板,荷载重,更应特别注意它的稳固性,尽可能做到:楼板石架入支座的支撑长度不小于120mm,较合理地支撑长度应相当于墙体厚度;楼板夹缝加钢筋,水泥砂浆灌缝饱满、黏结紧。天然石材的建筑构、配件如雨篷、檐口、遮阳板、踏步等种类繁多。这些配件的适当构造处理,对增强房屋抗震能力同样具有重要意义。
2.3木结构:骨架尽可能采用穿斗式
木骨架承重房屋,在一些乡村民宅仍有一定比例。木结构一般由梁、柱、檩条和椽子等组成骨架,承受房屋和楼层的荷载,墙只起着围护与间隔作用。这种房屋可因地制宜,如果构造合理,就具有较强的抗震能力。
建房时,增强纵向与横向的稳定性,是木屋架承重房屋有效的抗震措施。一般采取在梁与柱之间增设斜撑和剪刀支撑来加强。同时,尽量减轻上层围护墙的重量,加强木骨架及隔墙、围护墙的拉结力。高烈度地震区的木骨架承重房屋,可采用下部做重的围护墙,上部做轻的围护墙和隔墙的方法,以增强抗震力。
木结构的房屋还有一些是由土墙或土坯墙支撑木质屋顶的。土墙的强度和耐久性,很大程度取决于土质的优劣。建房时应尽量保证墙身互相联结好,避免孤立墙,在墙身交接处或墙身过长时,须加筋或设圈梁,房屋总长度不宜超过60米,跨度不大于6米的屋架及超过1500公斤的集中荷载,若仍支承在土墙上须加垫板。
3 延性在抗震设计中的重要性及其作用
结构抗震的本质就是延性,延性是指构件和结构屈服后,在承载能力不降低或基本不降低的情况下,具有足够塑性变形能力的一种性能,一般用延性比来表示。在这过程中,构件的承载能力没有多大变化,但其变形的大小却决定了破坏的性质。是钢筋砼受弯构件的M—Δ(Φ) 曲线,Δy 是屈服变形,Δu 是极限变形。提高延性可以增加结构抗震潜力,增强结构抗倒塌能力。
延性结构通过塑性铰区域的变形,能够有效地吸收和耗散地震能量;同时,这种变形降低了结构的刚度,致使结构在地震作用下的反应减小,也就是使地震对结构的作用力减小。后者会多用材料,对于地震发生概率极少的抗震结构,延性结构是一种经济的设计对策。此外,延性可以使超静定结构的内力得以充分重分布,采用塑性内力重分布方法设计时,同样也可以节约钢筋用量,取得较好的经济效果。因此可以说结构的延性和结构的强度是同等重要的。
结构延性在抗震中之所以如此重要,是因为结构延性具有如下作用:
(1)防止脆性破坏
由于钢筋混凝土结构或构件的脆性破坏是突发性的,没有预兆,所以为了保障人们生命财产安全,除了对构件发生脆性破坏时的可靠指标有较高要求以外,还要保证结构或构件在破坏前有足够的变形能力。
(2)承受某些偶然因素的作用
结构在使用过程中可能会承受设计中未考虑到的偶然因素的作用,比如说,偶然的超载、基础的不均匀沉降、温度变化和收缩作用引起的体积变化等。这些偶然因素会在结构中产生内力和变形,而延性结构的变形能力,则可作为发生意外情况时内力和变形的安全储备。
(3)实现塑性内力重分布
延性结构容许构件的某些临界截面有一定的转动能力,形成塑性铰区域,产生内力重分布,从而使钢筋混凝土超静定结构能够按塑性方法进行设计,得到有利的弯矩分布,使配筋合理,节约材料,而且便于施工。
4 结束语
由于地震具有随机性、复杂性、藕联性,每次地震所产生的波形各异,因而其对建筑物的作用各不相同,所产生的破坏程度也千差万别。作为结构工程师来说,必须使这一理念贯穿于结构设计的整个过程当中,既要严格把握好设计的大原则,又要全面考虑诸多因素,最终才能保证设计的科学性和严谨性,为社会创造更多精品工程。