基于性能的建筑结构抗震设计

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  【摘 要】 近年来,地震发生的频率和破坏性越来越高。较强烈的地震给国民经济和日常生活带来了巨大的破坏。因此加强建筑结构的抗震设计非常重要。本文对基于性能的建筑结构抗震设计进行了探讨,对工程设计人员具有一定的借鉴意义。
  【关键词】 建筑结构;抗震设计;性能
  一、前言
  文章对我国对抗震性设计的要求进行了介绍,对建筑结构抗震设计中的主要问题进行了阐述,通过分析,并结合自身实践经验和相关理论知识,对基于性能的建筑结构抗震设计进行了探讨。
  二、我国对抗震性设计的要求
  为了保证建筑物结构的基本抗震性能,我国从法律上对建筑结构的抗震性设计进行了详细的规定。这些具体的规定都在我国“《建筑抗震设防分类标准》GB50223”中,而具体内容大致如下。“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。”在这四类抗震类别当中,甲类建筑物的使用功能应该是比较重要的,因此,对其要求的抗震性能也比较高,“地震作用应高于本地区抗震设防烈度的要求,其值应按照批准的地震安全性评价结果确定。”具体的抗震措施应该比当地地质状况要求的抗震烈度要高,如果当地要求的抗震烈度要在6~8之间,那么,实际设计的抗震烈度就应该要比要求高出1度,而如果当地的抗震要求在9度时,实际设计的抗震烈度至少要比9度高出一点。乙类建筑物的抗震烈度与当地的地震作用相符合即可,在采取抗震措施时,如果抗震烈度要求在6~8之间,那么设计的抗震烈度与其相符合即可,如果是在9度以上,实际设计值则需要比9度要高。对于丙类来说,无论是什么情况,设计的抗震烈度值同当地的抗震要求相符合即可,而丁类建筑结构的抗震烈度可以在实际的抗震烈度要求之上适当减低。
  三、建筑结构抗震设计中的主要问题
  1.建筑结构体系的合理选择
  建筑结构设计中最主要的一方面就是结构体系的选择,它的合理选择决定着建筑物的安全性。对于建筑结构体系的合理选择应注意以下两个方面的设计:(l)体系应具有合理的地震传递途径和明确的计算简图。在这个过程当中,房屋内部结构的布置,应使得更多的受力在主梁上,并且使垂直重力以最短的路径传递到主受力部位;竖向构件的布置,要让竖向构件的压应力接近均匀(2)建筑体系应具有合理的刚度。一个良好的建筑物必须要有合理的刚度来支撑,一些建筑的薄弱部位要具备合适的刚度防止出现应力集中:在框架结构设计方面,要保证节点不受破坏,要使梁、柱端的塑性铰尽可能的分散;对于容易出现的薄弱环节,必须提高薄弱部位的抗震能力。
  2.抗震场地的选择
  抗震场地的选择直接影响建筑物的抗震设计工作,应选择有利的抗震场地,要避开对建筑抗震不利的地段。地震对于地面的危害是十分巨大的。地震造成的地裂和地表错动,直接使得房屋倒塌,结构损坏。所以,选择抗震场地不宜选择易液化土地、软弱场地、状态明显不均匀等场地。如果不能避免不合理的场地,可以采用适当的抗震措施加强整体刚度。对于地震时有可能存在的地裂或者滑坡的场地,必须采取科学合理的措施进行稳定加固。如果地基需要建立在最近填土和土层十分不均匀或者软弱粘性土层时,应采用桩基、地基加固和加强基础和上部结构的处理措施。
  3.重视建筑平面布置的规则性
  在建筑平面布置方面,应尽可能的采用抗震概念设计原则,不能使用严重不规则的设计方案。有关资料表明,对于一些楼板布局不够规范时,要采取相应的楼板计算模型;对于平面不规则、立体不规则的建筑结构,必须采用空间结构计算模型。结构的规则性具体分为三个部分:第一是建筑主体必须具备良好的抗压能力和合适的侧向变形,各层变形情况宜接近。第二是建筑主体抗侧力结构的平面布置,建筑主体抗侧力结构的布置要注重同一侧的强度要均匀。第三是建筑主体抗侧力结构的布置要与周围的结构具有相宜的刚度,并保证具有良好的抗扭刚度。
  四、基于性能的建筑结构抗震设计
  在建筑设计中,消防、人防、抗震是三项灾害预防设计内容。从这三种灾害的后果看,地震灾害远远大于前两项,但在相应的规范中,抗震设计的安全概率是最低的。在现行抗震规范中,采用的是两阶段、三水准设计理论,即所谓的小震不坏、中震可修、大震不倒。而这个三水准又是基于一个假设的地震烈度、地震模型下的概率设计,因此单纯的结构抗震设计与真实的地震反应是有很大出入的。并不能完全保证建筑物的安全性,至多也只能是降低损失,这也是现行的结构抗震设计无法克服的一个缺陷。而抗震规范对建筑场地有利、不利和危险地段的划分是从大的原则性方面给了一个规定,结构工程师有必要根据设计阶段的不同对项目的工程地质勘察提出不同的设计要求,及早发现拟建场地存在的不良利地质作用和地质灾害,以便采取有针对性的措施。
  1.加强对建筑结构抗震设计的战略规划。
  建筑结构抗震设计是一个系统工程,涉及到众多方面的内容,如建筑场地、地基与基础;结构地震反应分析和抗震验算;多层砌体结构抗震设计;钢筋混凝土结构的抗震设计;多、高层钢结构房屋的抗震设计;单层钢筋混凝土厂房的抗震设计;结构隔震与消能减震控制等等。因此,要从战略层面加以重视和规划,我国发布有《建筑工程抗震设防分类标准》、《城市抗震防灾规划管理规定》等国家标准,对建筑物抗震设防分类、责任划归、防灾规划均有具体划分。应该加强在实际工作中的执行力度。
  2.在项目初步设计阶段,应对工程项目提出初步勘察要求,应侧重于拟建场地的稳定性。看项目的初步勘察报告时,应查看拟建场地的地质构造、地层结构、岩土工程特性、地下水埋藏条件;应着重查看不良地质作用的成因、分布、规模、发展趋势,对场地的稳定性评价的结论是否明确;了解建筑结构物可能采取的地基基础类型、水和土对建筑材料的腐蚀性、基坑开挖与支护、工程降水方案进行初步分析评价。
  3.优化建筑结构抗震设计的技术方法。建筑结构抗震设计的基本方法与不做包括,首先计算结构的地震作用—地震荷载;其次计算结构、构件的地震作用效应—M、Q、N及位移;再次,地震作用效应与其他荷載效应进行组合、验算结构和构件的抗震承载力及变形。
  4.在施工图设计阶段,应对工程项目提出详细勘察要求,应侧重于对建筑地基的岩土工程评价,主要包括岩土性质及其均匀性、地基类型、基础形式、地基处理、基坑支护、工程降水和不良地质作用的防治等。看项目的详细勘察报告时,应着重查看不良地质作用的类型、成因、分布范围、发展趋势和危害程度及整治方案建议,还有地基的稳定性、均匀性和承载力;对勘察报告中提供的地基处理和基础方案建议如有疑问时应及时沟通。
  5.加强结构抗震设计的二次优化。
  在当前的地震多发情况下,尤其是烈度较大的情况下,抗震结构设计的二次优化至关重要。在多遇地震作用下结构的弹性变形验算,属于第一阶段的抗震设计内容;在罕遇地震作用下结构的弹塑性变形验算,属于第二阶段的抗震设计内容。经过第一阶段抗震设计的结构,构件已经具备了必要的延性,多数构件可以满足在罕遇地震下不倒塌的要求;对某些处于特殊条件的结构,尚须计算其在罕遇地震作用下的变形,即进行第二阶段抗震设计,以考察安全性。在此基础上,确定建筑物的相关结构内容,从建筑方来讲,总想把外立面做得很美观,显得特别复杂;但从抗震角度讲,外观越复杂的,恰恰就越不抗震,因此,更应该充分重视建筑结构设计,选择合理的建筑结构,不能因噎废食。
  五、结束语
  提高建筑结构的抗震性能,必须要在结构材料和结构合理设计上努力。随着工程技术的发展,在抗震材料和抗震理念上也会持续的发展,工程设计人员应该对工程领域的先进技术和措施保持高度关注,让它们更好的为建筑抗震设计服务。
  参考文献:
  [1]张涛.建筑结构抗震设计方法[J].工程技术,2011(23).
  [2]程峰.建筑结构抗震设计理论及方法[J].城市建筑,2010(39).
  [3]张廖.建筑结构抗震性能的探讨[J].山西建筑,2011(28).
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