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谈建筑结构抗震设计

来源:UC论文网2019-04-15 11:17

摘要:

  摘要:随着科技的进步与发展,高层建筑已逐步成为城市发展的标志,为了保证人民的生命财产安全,这就对工程师提出了更高的要求。本文对抗震设计设计进行了分析,以期为今后建筑物抗震设计提供有益的参考。  关键词:建筑结构;抗震设计  一、结构抗震设计概念  所谓抗震概念设计是根据地震灾害和工程经验等所形成的基本设计原则和设计思想,进行建筑和结构总体布置,并确定细部构造的过程,以达到合理抗震设计的目的。抗...

  摘要:随着科技的进步与发展,高层建筑已逐步成为城市发展的标志,为了保证人民的生命财产安全,这就对工程师提出了更高的要求。本文对抗震设计设计进行了分析,以期为今后建筑物抗震设计提供有益的参考。


  关键词:建筑结构;抗震设计


  一、结构抗震设计概念


  所谓抗震概念设计是根据地震灾害和工程经验等所形成的基本设计原则和设计思想,进行建筑和结构总体布置,并确定细部构造的过程,以达到合理抗震设计的目的。抗震计算本身是一种粗略的计算,想得到精准的计算很困难,所以理解并掌握抗震概念设计对提高建筑物的抗震能力减轻震害显得尤为关键重要;从另一方面讲,设计时只靠提高地震作用来提高抗震能力,结构的各构件将需全面增加材料数量和强度,增加投资,不符和我国国情;而加强抗震措施,着眼于把财力、物力用在增加结构薄弱部位的抗震能力上,是经济而有效的方法。


  二、地震中建筑结构受到的影响


  现行的建筑抗震设计规范将建筑场地划分为有利、不利和危险地段,并要求选择建筑场地时,应根据工程需要,掌握地震活动情况、工程地质和地震地质的有关资料、对抗震有利、不利和危险地段作出综合评价。对不利地段,应提出避开要求;当无法避开时应采取有效措施,断裂范围内只允许建造1-2层分散的单体建筑,尽量采用整体基础,不用采用独立柱基,要加强上部结构的完整性;不应在危险地段建造甲、乙、丙类建筑。规范对危险地段的描述是:地震时可能发生滑坡、崩塌、地陷、地裂、泥石流等发震断裂带上可能发生地表位错的部位。汶川大地震和以往历次地震的震害调查均表明,处于上述危险地段的建筑物,构筑物和其它的人工建造物,无论采用什么结构形式,在强震发生后,绝大部分会遭受毁灭性的破坏,其震害远远要重于其它地段上建筑物、构筑物的震害。


  一般情况下地震对建筑结构的作用大小几乎是与建筑结构自身的质量成正比的,在相同的条件下,质量大,刚度就大,地震作用就大,震害的程度也相当大;反之,质量小的,刚度就小,地震作用也就小,震害就小。所以在建筑的楼板,墙体,框架,隔断,维护墙以及屋面结构中一般会采用多孔砖,陶粒混凝土,加气混凝土板,空心塑料板材,瓦楞等轻质材料,将能显著提高建筑物的抗震性能。


  在汶川大地震中,多层砖混结构房屋的震害相对于框架、框剪结构和其他抗震性能好的结构是比较严重的,它的震后危害主要表现为:


  (1)震害较轻的房屋,在门窗洞口角部出现轻微裂缝;


  (2)震害较重房屋,纵横墙的窗间墙、窗下墙或整片墙体上出现剪切斜裂缝或X形裂缝;


  (3)震害严重的房屋,甚至出现破碎或倒塌,大多为局部破碎或局部倒塌,主要在建筑物端部、楼梯间和平面凹进或凸出部位;


  (4)底部框架结构房屋,混凝土柱头柱脚剪切破坏严重,甚至底部框架全部倒塌,房屋整体下挫;


  (5)内框架房屋,框架梁下墙体出现水平裂缝,砖墙体出现斜裂缝;


  (6)突出屋面的小塔楼鞭梢效应显著,出现不同程度的破坏和倒塌;


  (7)结构缝两侧建筑物相互碰撞,造成墙体局部破坏装修层剥落;


  (8)构造柱和圈梁在端部连接部位有裂缝和混凝土压碎现象,但仍能有效地起到整体约束作用。


  三、建筑结构的抗震设计


  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。


  3.1在项目可行性方案研究阶段,应对工程项目提出可行性研究勘察要求,应侧重于拟建场地的稳定性和适宜性,当有多个拟建场地时,应要求勘察单位进行比选分析,提出选址建议。看项目的可行性研究勘察报告时,应查看区域地质、地形地貌、地震、矿产、当地的工程地质、岩土工程和建筑经验等资料;对场地的地层、构造、岩性、不良地质作用和地下水等工程地质条件做到心中有数;应着重查看不良地质作用可能引起的地质灾害。不良地质作用主要有:岩溶、滑坡、危岩和崩塌、泥石流、采空区、地面沉降、场地和地基地震效应、活动断裂等。


  3.2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。


  3.3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。


  另外,在建筑结构设计过程中还应该通过抗震构造措施来加强建筑的抗震性能,在地震中保证形成塑性铰的部位具有足够的塑性变形能力和塑性耗能能力,同时保证结构的整体性。抗震设计中为了避免没有延性的剪切破坏的发生,采取了“强剪弱弯”的措施来处理构件受弯能力与受剪能力的关系问题。值得注意的是,与非抗震抗剪破坏相比,地震作用下的剪切破坏是不同的。延性对抗震来说是极其首要的一个性质,要想通过抗震措施来保证结构的延性,那么就必须清楚影响延性的因素。对于梁柱等构件,廷性的影响因素最终归纳为最根本的两点:混凝上极限压应变,破坏时的受压区高度。影响延性的其他因素实质都是这两个根本因素的延伸。在抗震设计中为保证结构的延性,常常采用以下措施:控制受拉钢筋配筋率。保证一定数量受压钢筋,通过加箍筋保证纵筋不局部压屈失稳。


  而在我国的广大农村房屋主要还是砌体结构为主,对于砖砌体结构,因其便于就地取材,耐久性、保温、隔热性能较好,施工简便的优点在世界大部分地区广泛使用。但砖砌体属脆性材料,如不采取规定的抗震措施,砖砌体结构难于满足结构抗震安全性的要求。现行建筑抗震设计规范规定的砌体结构的抗震措施,都是根据历次地震中对砌体结构震害的分析总结得出的,例如圈梁、构造柱的设置就是对1976年唐山大地震砌体结构的震害分析总结后规定的,纹川大地震砌体结构的震害表明,圈梁、构造柱的设置对改善砌体结构的延性,增强砌体结构的整体性具有重要的作用。当然,建筑结构物的抗震性能的好坏并不仅仅取决于是否采取了规范规定的抗震措施,还与建筑的平面、立面布置,荷载的分布等好多因数有关。


  结束语


  总而言之,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,从而寻求最合理的抗震设计。


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