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浅谈建筑结构抗震

来源:UC论文网2019-04-15 11:13

摘要:

  摘要:我国是地震多发国,破坏性地震造成建筑结构、桥梁结构的损坏,人员的伤亡及经济损失都是巨大的。随着社会的不断向前发展,各门学科的交叉发展,使得隔震、消能减震等抗震技术的运用走上一个新的阶段。任何结构所受的载荷都具有不同程度的动载荷性质,有不少结构主要在振动环境下工作。通过对隔震装置的动力学分析,发现自振振动在结构的地震反应中经常占有主导地位,不能够忽略。那么找到结构反应的最大控制量,就能够进...

  摘要:我国是地震多发国,破坏性地震造成建筑结构、桥梁结构的损坏,人员的伤亡及经济损失都是巨大的。随着社会的不断向前发展,各门学科的交叉发展,使得隔震、消能减震等抗震技术的运用走上一个新的阶段。任何结构所受的载荷都具有不同程度的动载荷性质,有不少结构主要在振动环境下工作。通过对隔震装置的动力学分析,发现自振振动在结构的地震反应中经常占有主导地位,不能够忽略。那么找到结构反应的最大控制量,就能够进而去寻找最合适的材料来制造隔震减震装置,这样就有希望把被动控制技术推向一个新高度。


  关键词:抗震;建筑结构;抗震目标


  地震是来自地球内部构造运动的一种自然现象,是人类社会面临的一种严重的自然灾害。据统计,地球每年平均发生500万次左右的地震。地震通常给人们带来巨大的经济和财产损失,其产生的影响是长久的。目前,科学技术还不能准确预测并控制地震的发生。我国为地震多发区,全国大部分大中城市处于地震区,由于城市人口及设施集中,地震灾害会带来严重的生命和财产损失。


  根据统计,我国450个城市中有3/4处于地震区,而其中大中城市的4/5以上均在地震区。以此,为了抗御和减轻地震灾害,有必要进行建筑结构的抗震分析与设计。我国《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)中明确规定:抗震设防烈度为6度及以上地区的建筑,必须进行抗震设计。


  地震时由于地面运动使原来处于静止状态的结构受到动力作用,产生强迫震动。我们将地震时地面加速度振动在结构上产生的惯性力称为结构的地震作用。结构的地震反应是一种动力反应,其大小不仅与地面运动有关,还与结构自身动力特性如:自振周期、振型和阻尼等有关。结构动力学着重研究结构对于动荷载的响应(如速度、位移、加速度、内力等时间的历程),以便确定结构的承载能力和动力学特性,或为改善结构的性能提供依据。因此,在房屋抗震减震方面,结构动力学既是抗震设计的基础,又是减震隔振的理论依据。


  一、结构抗震验算


  各类建筑结构的抗震计算应遵循以下原则:


  1.一般情况下,可在建筑结构的两个主轴方向分别考虑水平地震作用并进行抗震验算,各个方向的水平地震作用应由该方向的抗侧力构件承担;


  2.有斜交抗侧力构件的结构,当相交角度大于15°时,应分别计算各抗侧力构件方向的水平地震作用;


  3.质量和刚度分布明显不对称的结构,应考虑双向水平地震作用下的扭转影响,其他情况,可采用调整地震作用效应的方法考虑扭转影响;


  4.8度和9度时的大跨度和长悬臂结构及9度时的高层建筑,应计算竖向地震作用。


  为了贯彻实现“小震不坏,中震可修,大震不倒”的三水准设防目标,抗震规范规定进行下列内容的抗震验算:


  1.对各类钢筋混凝土结构和钢结构进行多遇地震作用下的弹性变形验算;


  2.对绝大多数结构进行多遇地震下强度验算,以防止结构构件破坏。


  3.对甲类建筑、位于高烈度区和场地条件较差的建筑、超过一定高度的高层建筑、特别不规则建筑、采用隔震消能减震设计的结构等进行罕遇地震作用下的弹塑性变形验算。


  在多遇地震作用下,满足抗震承载力要求的结构一般处于弹性工作阶段,不受损坏,但如果弹性变形过大,将会导致非结构构件的破坏。因此,规范对除砌体结构、厂房外的各类钢筋混凝土结构和钢结构要求进行多遇地政作用下的弹性变形验算,对其楼层间的最大弹性层间位移要求符合下式:


  式中


  ――多遇地震作用标准值产生的楼层内最大的弹性层间位移;计算时,除以弯曲变形为主的高层建筑外,可不扣除结构整体弯曲变形;应计入扭转变形;钢筋混凝土结构构件的截面刚度可采用弹性刚度;


  h――计算楼层层高;


  ――弹性层间位移角限值。


  除部分符合条件的单厂建筑、6度区的建筑(建造于IV类场地上较高的高层建筑除外)记忆生土房屋和木结构房屋外,其他建筑结构都要进行结构构件承载力的抗震验算。验算公式为:


  式中


  S――结构构件内力组合的设计值,包括组合的弯矩、轴向力和剪力设计值;


  R――结构构件承载力设计值;


  γRE――承载力抗震调整系数。


  在罕遇地震作用下,地面运动加速度峰值是多遇地震的4~6倍。因此,多遇地震下处于弹性阶段的结构,在罕遇地震烈度下将进入弹塑性阶段,结构构件接近或达到屈服,此时,结构已没有足够的强度储备。为抵抗地震的持续作用,要求结构有较好的延性,通过发展塑性变形来消耗地震能量。因此,对某些处于特殊条件下的结构,还需要验算其在罕遇地震作用下的弹塑性变形。


  二、多层和高层钢筋混凝土房屋的抗震


  多层和高层钢筋混凝土房屋是我国工业和民用建筑中最常用的结构形式,根据建筑功能要求不同,其常用的结构体系有框架结构、抗震墙结构、框架抗震墙结构和筒体结构等形式。与砌体结构相比,钢筋混凝土结构一般具有较好的抗震性能。


  多层和高层钢筋混凝土建筑不同的抗震结构体系具有不同的性能特点,在确定结构方案时,应根据建筑使用功能要求和抗震要求进行合理选择。一般来说,结构抗侧移刚度是选择抗震结构体系要考虑的重要因素,特别是高层建筑的设计,这一点往往起控制作用。


  框架―抗震墙结构体系的特点是克服了纯框架结构刚度小和纯抗震墙结构自重大的缺点,发挥了各自的优点长处。具有抗侧刚度较大,自重较轻,结构布置较灵活,结构的水平位移较小的优点,抗震性能较好。该结构适用于办公写字楼、宾馆、高层住宅等。抗震墙结构体系的特点是自重大,侧向刚度大,地震作用大,空间整体性好,但布置不灵活。抗震墙结构适合于住宅等建筑。


  三、多层砌体结构抗震


  砌体结构的主要承重及抗侧力构件是墙体,砌体结构的承重体系应优先选用横墙或纵横墙共同承重方案。结构承重体系中纵横墙的布置宜均匀对称,沿平面内宜对齐,沿竖向应上下连续,同一轴线上窗间墙宽度宜均匀。房屋的平、立面布置应尽量简单、规则,避免由于不规则使结构各部分的质量和刚度分布不均是质量中心与刚度中心不重合而导致震害加重。


  多层砌体建筑随着层数和高度的增加,房屋的破坏程度加重,倒塌率增加。因此对房屋的层数和总高度都有规范限制。房屋高宽比指房屋总高度与建筑平面最小总宽度之比,随着高宽比的增大,房屋易发生整体弯曲破坏。多层砌体结构房屋不作整体弯曲验算。因此,对于房屋的高宽比也应根据规范设计,还有砌体抗震横墙的间距,房屋局部尺寸以及结构材料都要符合规范。


  四、小结


  《建筑抗震设计规范》适用于抗震设防烈度为6、7、8、9度地区的建筑工程的抗震设计及隔震消能减震设计,目标为“小震不坏,中震可修,大震不倒”,而且根据建筑物使用功能的不同,建筑物的结构不同,多层和高层钢筋混凝土结构、多层砌体结构等,对建筑物的抗震设防类别及其设防标准进行了划分。但设计规范的科学依据只能是现有的经验和资料,目前对地震规律性的认识还很不足,随着科学水平的提高,地震可能不再是威胁。


  作者简介:闫亚倩(1993-),女,汉族,河南济源市人,单位:郑州大学水利与环境学院,专业:水利水电工程。

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