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建筑抗震设计论文样例十一篇

时间:2023-03-20 16:22:46

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建筑抗震设计论文

篇1

1.2建筑的纵向布局设计建筑的纵向布局主要是建筑物岩的高度、建筑结构的质量以及建筑物的刚度分布。不管是在工业建筑还是民用建筑,不论建筑的层数是多还是少,都会存在这样的问题。在进行建筑设计的时候,尽可能的将建筑物沿与建筑的刚度设计成相近的系数,剪力墙的布局不仅要布局均匀,还要使其能沿着建筑纵向一直贯穿到建筑的底部,不要中途中断或者是不到达建筑的底部。在设计过程中,一定要避免楼层之间刚度不均匀的现象,同时还要避免在地震中,建筑出现扭转的现象。

1.3建筑的整体布局设计建筑的整体布局设计,主要是指建筑的平面和立体空间上的设计。在建筑的整体布局中,要使建筑平面和建筑空间在形状上,既规则又简洁。建筑的平面形状可以是圆形、矩形、方形等,这样的形状能够提高建筑抗震的水平。在建筑的整体布局设计中,要避免凹凸行的设计,这样的设计对建筑抗震起到了一定的制约作用。严重是还会出现扭转效应。要设计出具有立体美和具有艺术性的建筑,就一定要将建筑艺术和建筑所具备的功能,与建筑抗震设计结构结合到一起。例如:南昌绿地紫峰大厦,该建筑的高位268m,其框架是核心筒结构,对该建筑的抗震设计,在建筑三分之二出,东西里面内凹,其内凹部分的荷载通过结构柱支撑在41层与43层之间的跨悬臂转换墙上。其整体结构设计融入了新年功能化设计的思想,并对建筑结构进行小震下的反谱计算,以及中震弹性复核。

2建筑设计过程中应重视的抗震设计问题

2.1建筑物屋顶抗震设计屋顶太高或太重,是目前建筑设计最主要的问题。屋顶过高或者过重,会加重地震的作用,导致建筑变形,对建筑物自身的抗震能力有所制约。建筑屋顶的重心和建筑底部的重心不在一条线上,那么就会导致建筑抗侧力不能连续,从而加剧建筑的扭转效应,制约建筑的抗震水平。所以,设计师在进行设计的时候,一定要避免屋顶超高超重的现象,使得整个建筑的结构与刚度均匀的分布下来,让屋顶与建筑的重心保持在同一条线上。如果建筑物的屋顶设计的过高,那么就一定要保证建筑具有良好的抗震稳固性,降低建筑扭转效应。3

2.2设计限值控制相关文件规定,在建筑设计过程中,要考虑抗震要求的限值控制。房屋的建筑高度和楼层的数量。在实际设计当中,有的建筑高度超标,有的建筑层数超标,有的建筑高度没有超标,但是其宽度超标。这些超标,都将会给建筑抗震带来一定的安全隐患,特别是一些高度和宽度超标的建筑,因此,在建筑设计中,只要完全融合建筑抗震设计,就能够有效的进行限值控制。例如:防裂度为8的时候,粘土砖等对称建筑的总高度要低于18m,建筑的层数一不能超过6层;底层框架为砖房的建筑高度应该保持在16m,层数保持在5层以内;建筑材料为钢筋混泥土框架房屋的时候,其高度要保持在45m以下,而框架的抗震墙高度应该保持在100m以内。除了在设计过程中要考虑抗震要求的限值控制之外,还要考虑房屋抗震横墙之间的间距以及局部墙体尺寸的限值控制。抗震墙限值控制,就是避免横墙的间距超过了原有的额定值,从而导致建筑平面的刚度下降,遇到水平地震力时,影响了建筑水平地震力的传递,因此,导致了建筑纵墙发生形变,制约了建筑抗震的承载力度,致使建筑倒塌。对局部墙体尺寸的限值控制,是因为这些局部墙体能够增强建筑抗震强度,如果局部墙体尺寸的限值小于规定的值,那么就不能够满足建筑抗震设计的要求,就会出现墙面裂开或者是倒塌的现象。因此,在设计过程中要注意建筑设计限值控制。

篇2

1基本情况

广州琶洲香格里拉酒店项目位于广州市海珠区,广州国际会议展览中心东侧,在建的黄洲大桥西侧,北临珠江,南靠新港东路,长约240米,宽约200米。整个项目包括一座37层的酒店(塔楼高32层,裙楼5层)和宴会大厅,以及2层地下车库。

2抗震设防标准

(1)抗震设防烈度:7度。

(2)本工程属丙类建筑,按本地区设防烈度采取抗震措施。

3基本数据

(1)场地类别:Ⅱ类。

(2)土层等效剪切波速为168.4m/s-173.8m/s,场地覆盖层厚度约13.5m-17.4m,砂土液化等级综合评定为严重,属于抗震不利地段。

(3)持力层名称:微风化岩层,埋深约10.90m-23.70m,地基承载力特征值fak=4500KPa,岩石天然湿度下单轴抗压强度的标准值fr=13.5Mpa。

(4)桩型为冲孔/钻孔灌注桩,桩端埋深约15-20m。

4建筑结构布置和选型

(1)主楼高度(±0.00以上)140.7m,地面以上结构层为38层,其中出屋面一层,高度为4.7m。

(2)裙房高度(±0.00以上)29.0m,地面以上结构层为4层。

(3)塔楼主体部分、裙楼和宴会厅之间设两道110mm宽抗震缝分开。建筑物总高度为136.0m,总平面尺寸为195m×122m。其中塔楼部分(转换层以上)平面尺寸为72米×18米,长宽比L/B=4<[6],高宽比H/B=6.0<[7];裙楼部分平面尺寸110m×45m,长宽比L/B=2.4,高宽比H/B=0.5;宴会大厅平面尺寸65m×53m,长宽比L/B=1.2,高宽比H/B=0.3。

(4)塔楼质心有微小的向上偏心(以底端为原点)。

(5)结构形式简单、平面形状规则、布置均匀;结构层第5层为转换层,竖向构件布置不连续。

(6)本工程为现浇钢筋混凝土结构,楼盖整体性好。

(7)结构类型:框架—剪力墙结构,属于复杂类型。

(8)抗震等级:本工程塔楼的框架和核心筒为一级抗震。由于地下室顶板作为上部结构的嵌固部位,地下一层的抗震等级与上部结构相同。其余部分裙楼及其地下一层与主楼相连,一级抗震。

(9)结构概况:

整个大楼的设计采用框架—剪力墙结构形式,分为两级结构,转换层以下布置了21根巨型框支柱,剪力墙及承重柱均落地直至基础,由剪力墙、的框架柱和框架梁形成第一级结构,承受水平力和竖向荷载,而楼面及次梁作为第二级结构,只承受竖向荷载并传递到第一级结构上。5结构分析主要结果

(1)计算软件:PKPM系列结构分析软件SATWE模块(2002规范版本)中国建筑科学研究院PKPMCAD工程部编制。

(2)楼层自由度为3(刚性楼板)。

(3)周期调整系数:0.8。

(4)主楼结构总重:2291152.81KN(SATWE)。

(5)基底地震总剪力:32581KN(X向)36421KN(Y向)(SATWE)。

(6)扭转位移比:1.3。

(7)转换层的上下刚度比:0.6027。

(8)最大轴压比:n=0.85。

(9)最大层位移角为1/941,在17层(SATWE)。

(10)时程分析采用人工模拟的加速度时程曲线,选用了两组实测波和一组场地人工波进行弹性动力时程分析。弹性阶段的时程分析,构件内力,侧向位移小于采用振型分解反应谱法的构件内力和侧向位移。

6计算结果小结(与规范要求对比):

(1)在风荷载及地震作用下各构件的强度和变形均满足有关规范的要求。

(2)墙、柱的轴压比均符合《建筑抗震设计规范》和《高规》的要求,转换层以上柱子轴压比小于[0.85],框支柱轴压比小于[0.6]。

(3)按弹性方法计算的楼层层间最大位移与层高之比Δμ/h=1/941满足《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2002)第4.6.3条要求的1/800。

(4)塔楼满足(JGJ3-2002)关于复杂高层建筑结构扭转为主的第一自振周期与平动为主的第一自振周期之比最大值为0.729,不大于0.85的规定。

(5)塔楼满足(GB50011-2001)第3.4.2条关于复杂高层建筑各楼层的最大层间位移不应大于该楼层两端层间位移平均值的1.4倍的规定。

(6)除转换层外,塔楼各层均满足(GB50011-2001)第3.4.2条关于各楼层的侧向刚度不小于相邻上一层的70%,并不小于其上相邻三层侧向刚度平均值的80%的规定。

(7)塔楼满足(JGJ3-2002)第E.0.2条关于转换层上部结构与下部结构的等效侧向刚度不应大于1.3的规定。

(8)除转换层外,塔楼各层均满足(JGJ3-2002)第4.4.3条关于楼层层间受剪承载力不宜小于相邻上一层的80%的规定。

(9)塔楼满足(JGJ3-2002)第5.4.4条关于结构稳定性的规定。

(10)塔楼满足(JGJ3-2002)第3.3.13条关于各楼层对应于地震作用标准值的楼层水平地震剪力系数不小于表3.3.13的规定。

(11)塔楼满足(JGJ3-2002)第3.3.5条关于按时程曲线计算所得的结构底部剪力不宜小于CQC法求得的底部剪力的65%的规定。

(12)结构薄弱层弹塑性层间位移符合《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)第5.5.5条关于弹塑性层间位移角(1/164)小于1/100的规定。

7其它需要说明的问题

本工程在三种超限条件(高度、高宽比、体型规则性)中,高度超限13.3%,高宽比满足规范及规程的有关要求,结构平面形状规则,竖向不规则。

主要超限抗震措施包括:

(1)为避免大楼整体结构之间形状的不规则,引起不利于抗震的情况,在主楼和裙楼之间设置110mm宽抗震缝两道,缝的两侧设置双柱,地下室、基础不用设缝。

(2)转换层位于第5层,框架柱和剪力墙的抗震等级根据《高规》表4.8.2和表4.8.3规定提高一级,为特一级。

(3)首层、设备夹层、避难层、屋面层楼板加强,板厚为180mm,中央核心筒板厚加强为150mm,配筋相应加强,设双向双层钢筋网。

篇3

2.建筑结构抗震设计方法

2.1结构地震分析法

结构抗震设计的首要任务就是对结构最大地震反应的分析,需要确定内力组合及截面设计的地震作用值。常用的地震分析法有底部剪力法、弹性时程分析方法、振型分解反应谱法、非线弹性静力分析法以及非线弹性时程分析法。其中最为简单的属底部剪力法,其在质量、刚度沿高度分布较均匀的结构中较为适用。假设结构的地震反应以线性倒三角形的第一振型为主。并通过第一振型周期的估计来确定地震影响系数。对于较为复杂的结构体系,采用振型分解反应谱法来计算,它的思路就是根据振型叠加原理,将各种振型对应的地震作用、作用效应以一定方式叠加起来得到结构总的地震作用、作用效应。而弹性时程分析适用于特别不规则和特别重要的结构中,将建筑物看作弹性或弹塑性振动系统,直接输入地面振动加速度记录,对运动方程积分,从而得到各质点的位移、速度、加速度和剪力时程变化曲线。非线弹性时程分析法可以准确完整的反映结构在地震作用下反应的全过程。按非线弹性时程分析法进行抗震设计,能改善结构抗震能力和提高抗震水平。非线弹性静力分析法考虑了结构弹塑性特性,在结构分析模型上施加某种特定倾向力模拟地震水平侧向力,并逐级单调增大,构件一旦屈服,修改其刚度直到结构达到预定的状态。

2.2建筑结构抗震设计方法

为了确保建筑结构的抗震能力最佳,所设计的结构在强度、刚度、延性及耗能能力等方面都达到最佳,质量分布均匀,平面对称、规则抗侧向力较好的体系及刚度与承载能力变化连续的结构体系是优先考虑的设计方案,从而经济地实现“小震不坏,中震可修,大震不倒”的目的。

(1)根据我国的抗震设计规范,建筑持力层的选择非常重要,它关系着整个建筑物的安全性能,同时规范还指出,建筑的形体要适当,要求建筑的形状及抗侧力构件的平面布置宜规则,并有整体性,不宜用轴压比很大的钢筋混凝土框架柱作为第一道防线。

(2)抗震结构体系布置是建筑结构抗震设计的关键问题,如房屋建造中框架结构体系和砌体结构的选择问题。地震后会有余震,抗震结构体系应具有多道抗震防线。如框架结构设计中为了避免部分构件破坏而导致整个体系丧失抗震能力,将不承受重力荷载的构件用作传递途径。

(3)传统的结构抗震是通过增强结构本身的抗震性能(强度、刚度、延性)来抵御地震作用的,即由结构本身储存和消耗地震能量。消能减震设计指在结构中设置消能器来消耗地震输入的能量,减轻结构的地震反应,减小结构发生破坏和避免结构物直接倒塌以达到预期防震减震要求。隔震设计指在建筑物基础与上部结构之间设置隔离层,即安装隔震装置,通过隔震装置延长结构的基本周期,避免地震能量集中使结构发生屈服和破坏。这是一种以柔克刚积极主动的抗震对策,是一种新方法、新对策、新途径。

(4)尽可能多设置几道抗震防线,一个较好的抗震建筑结构由若干个延性较好的分体系组成,并由延性较好的结构构件连接协同工作。强烈地震之后往往伴随多次余震,如果只有一道防线,则在第一次破坏后再遭余震,将会因损伤积累导致倒塌。如像教学楼这种相对大开间、单跨、大窗口、悬臂走廊的纯框架结构,其纵、横方向的刚度不均匀,很容易发生扭转破坏,而整个结构只有框架一道防线,一旦柱子发生破坏,没有其他约束措施,整个框架因丧失全部承载能力而倒塌。防止脆性和失稳破坏,增加延展性。设计不良的细部结构常常发生脆性和失稳破坏,应该防止。刚度的选择有助于控制变形,在不增加结构的重量的基础上,改变结构刚度,提高结构的整体刚度和延展性是有效的抗震途径。

(5)场地条件就是导致建筑震害过于严重的关键因素,所以选择最为有利的地形最大限度的防止建筑物出现在不利于抗震功能发挥的区域。选择在抗震过于危险的区域来建造房屋,有可能对人们的生命财产安全带来危害。在汶川地震时,北川县城西的房屋建造在有滑坡隐患的山体之下,在地震的作用下,山体崩塌、滑坡,将大量的房屋掩埋,死亡1600人,损失惨重。

篇4

2抗震设计与建筑设计方案

抗震设计与建筑方案虽然在多方面表现是矛盾的,但不是不可协调的。设计师们广开思路,运用现代科技手段,是可以设计出优秀的建筑作品的。

1)对于建筑外部整体平面布局的设计要求

可将复杂的建筑平面进行分割设计,采用设置变形缝的方法,将其分成若干个规整单元,既能满足抗震规范要求,也不会破坏平面使用功能和整体造型。对于有些观点提出的变形缝不好看,影响立面效果,设计师可以通过将该部位两侧主体错位设计方法,即利用视觉差,弱化人们对变形缝的直观感觉;对于要彻底消除变形缝影响,则需借助外装饰构件,可采取外装饰幕墙等轻质构件对外立面的变形缝进行装饰处理。抗震设计要求结构主体设置变形缝,并规定相应变形缝宽度,是防止在地震时建筑物间晃动、碰撞造成结构主体的破坏,由于轻质外装饰构件会在地震时变形破坏,不会对建筑物主体结构产生约束作用。所以,通过轻质外装饰材料的设置,可以解决由于设置变形缝引来的美观问题,并且不会影响到结构主体抗震性能。

2)对于住宅类型建筑

由于其使用功能单一,房间分隔墙较多,结构沿竖向布局比较均匀,一般只是平面形状变化较大,只要结构设计师按照建筑平面方案合理布置结构抗震构件,采用框架、框架-剪力墙结构、剪力墙结构等一般常规结构形式都可以满足本地区抗震设计要求。对于高层住宅底部要求设置商业用途的建筑,应该优先选用转换结构体系。有些结构设计人员不愿意做转换结构,认为转换了,结构受力复杂了,造价增加了,往往在设计中过度减小剪力墙长度、剪力墙开较大洞口的方法,来满足建筑对底部大空间的使用要求。但即使是这样做也不会完全适应建筑功能的要求,同时由于剪力墙不适当减少及剪力墙的不合理布置,也影响到建筑整体的抗震性能,造成结构配筋不合理。合理的采用转换结构体系,既不会给建筑物抗震带来不利影响,也不会过多的增加工程整体造价。建筑功能上可以最大限度地满足建筑设计方案的初衷,结构的抗震性能达到优化,使建筑物整体含钢量达到最低。

3)对于公建类型建筑

由于其平面使用功能的不确定性,各个楼层间使用功能不统一的特点,故不宜过多采用剪力墙,剪力墙设置应在电梯间、楼梯间等较为固定使用空间的部位。要求建筑设计师在平面布局中加以考虑,在考虑建筑功能需要的同时,也兼顾结构抗震设计的合理性布置。由于对空间的需求,框架体系元素更多地运用在公建类型的建筑中。由于建筑高度较高,各层使用荷载较大,使得钢筋混凝土框架柱截面一般较大,即使是采用高标号混凝土的钢筋混凝土柱截面也会很大;适当在抗震性能要求较高的部位,采用型钢混凝土及钢管混凝土的结构体系更加合理,既有混凝土结构的刚度,又有钢结构的良好延展性,可以让该混合结构在抵抗地震灾害时发挥最大的作用。对于大跨度的框架梁,也可以多采用型钢结构及型钢混凝土结构,既可以提高建筑的水平抗震性能,也有效的降低框架梁的高度。对于预应力梁的运用,不建议大量使用,虽然预应力梁的采用可以降低框架梁的高度,但其性质类同于普通钢筋混凝土梁,且对梁端约束要求较大,协调变形能力一般。

4)随着现代科学技术的发展

高层建筑的高度已经不是制约建筑设计的主要问题了,通过计算机软件的抗震模拟计算,使更多的高层建筑的设计方案得以优化。高层建筑设计方案中存在的主要问题是结构体系的选择,随着建筑高度的增加,结构柱截面会增大,剪力墙数量也会增多,对建筑内部平面功能影响较大。一般结构设计师会根据常规经验先选择框架结构,然后框架-剪力墙结构、剪力墙结构,最后选择框筒结构以及钢和混凝土混合结构。认为这样可以节省造价。实际上这是一个误区,只有根据建筑使用功能特点,合理选用结构形式才是降低成本的最好途径。隔震设施及减震设施已在许多工程得到了应用,通过实验室内地震模拟实验及国内外一些实际工程中应用的经验,会逐步在更多的现代建筑设计中得到应用及发展,也会给建筑设计方案的创作带来最大的自由度。

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2高层混凝土建筑抗震结构设计对策

2.1场地和地基的选择

关于高层建筑的抗震效果,地基的情况和场地状况较会产生直接的作用,也称为建筑抗震设计的基础。如何选择地基和场地,一定要详细清楚当地的地震活动状况,仔细勘查地质情况,并获取全方位的数据资料,从而可以有效的进行综合评价和研究,正确的评判当地的抗震设计等级。采用一切办法去规避不利于抗震设计的地方,如果不能规避的场地,我们要做针对性的处理。在选择高层建筑地基时,首选的是较高密实度的基土和岩石,将有利于提升建筑地基的抗震能力,切勿采用哪些不适合抗震的软性地基土。务必要采用合理的措施对达不到地震需求的地基进行改善和加固,从而让它满足抗震要求。

2.2建筑结构的规则性

为了实现可靠性的建筑,达到合理分布承载的力量需要,在设计建筑结构时,务必要达到建筑结构的规则性需要,尽量让抗侧力结构可以简单明了。对于建筑结构平面布置图,多选用比较规整的图形,主要是由于规则的图形能够确保建筑遇到何种情况时都能实现均匀分布的承载力。应该尽量规避一些复杂多变的建筑结构平面,那是由于不规则的图形便于引起建筑结构的钢心和质心间的错乱不堪。如果遭遇地震,钢心距离就会变大,刚性达不到要求,从而使得建筑物出现倒塌的结果。

2.3建筑结构材料的选取

高层建筑在遭遇地震时安全性能很大程度上都由于建筑结构材料来决定。现实中,高层建筑抗震结构设计的本质问题就是整合相应构件的延性,同时要做调和工作,最终目标是确保遭遇地震时建筑能够稳定安全。而对于钢筋来说,应该选择那些具备较好韧性的材料。关于垂直方向受力的钢筋,以HRB335级、HRB400级的热轧钢筋为准,箍筋则是采用热轧钢筋,型号为HPB235、HRB335、HRB40级。在选用建筑结构材料时,务必要充分了解材料抗震的要求。同时,还要考虑其中的造价和成本控制问题。所以说,选用建筑结构材料应该寻求抗震新性能和建筑成本平衡点,只有两者的协调统一,才能确保用最少的材料实现最好的抗震能力。

2.4隔震和消能减震设计

某些高层建筑需要非常严格的抗震要求,要满足一般的抗震效果,还必须实现消能、隔振的效果。所以,要达到上述目标,第一,正确选择地基和场地,首选那些较高密实度的地基,这样可以避免发生轻地震时其能量对建筑产生的损害,减少共振发生几率。建筑物不同,其隔振系数也是不一样的。所以说,在设计建筑结构的过程中,务必要根据实际情况来详细研究,选取适宜的隔震支座,还要综合分析风力产生的负荷作用。那些具有消能、隔振要求的建筑构件,延性好的材料是比较适合的,强度能够满足要求,能够确保建筑物受地震时减弱破坏。

2.5抗侧力体形的优化

在一般性构造的高楼中,刚超过柔,那些刚性结构方案的高楼,主体结构遭遇的损害少,如果发生地震时其结构变形也不大,围护墙、隔墙等非结构部件也会破坏较少,受到较好的保护。结构的超静定次数也会增强,遭遇地震时的塑性铰变大,耗费较多的地震能量。结构也会在强地震情况下更加具有承受力,而不至于倾倒。改观结构屈服机制,并确保结构出现损害时依据整体屈服机制工作,并不依靠楼层屈服机制。设计结构的原则是强压弱拉、强剪弱弯、强柱弱梁和强节弱杆。设计结构理应选择轴力小的水平杆件,成为关键的耗能杆件,尽量的产生弯曲耗能,确保实现构件的较强的耗能能力和不小的延性。

2.6常用的加固设计

要想能够较好的提升建筑结构的抗震能力,加固措施务必要结合建筑结构现实状况进行,选用加固方法务必要综合如下因素全面分析:如果结构设计出现误差和缺陷,就要结合现实问题来加固和增加构件,也可以采用较高抗震能力的构件作为替代品。如要提高整体刚度和承载力,可通过设置套箍、增大原截面和增加构件的方法来实现。多数建筑结构整体性连接不满足抗震的规范要求,应该有目的地调整结构,可以降低损害,分散地震力。为避免发生地震时引起破坏,应该对于那些同建筑结构无关紧要的构件进行加固处理。

篇6

一、抗震设计的重要性

从我们现在的经济发展状况来讲,城市人口越来越密集,房屋建筑也越来越多,若突然发生大的地震灾难就会造成难以估量的损失。房屋建筑根本性质就是为了给人们提供一个安全舒适的住宿,为人们的一个防护所,避免人们经受风吹日晒以及其他极端天气。地震则是我们目前所知的自然灾害中最严重的一个灾害,它所给人们造成极大的影响,地震不仅是简单的震动,也会引起一系列海啸、泥石流等自然灾害,其破坏性不可小觑。由此可见,当一个破坏性极大的灾难发生在人们最需要安全的避难所时,我们就不得不重视对于这一灾难的防护。再加上我们目前生活水平的提高,我们目前对于房屋建筑的要求应该是更为舒适,使用寿命更强,这就进一步要求我们对于房屋建筑的整体抗震性有更加完善的技术从而更好地保证我们生活的舒适性。

二、房屋建筑结构抗震设计规定

在我国,房屋建筑结构抗震设计的标准一般分为特殊设防类、重点设防类、标准设防类、适度设防类等四个类别,简称甲、乙、丙、丁。在甲乙类建筑体系设计中应按高于本地区抗震设防烈度提高一度的要求加强其抗震措施,9度时应按比9度更高要求采取抗震措施。而丙类建筑应按本地区抗震设防确定其抗震措施。在丁类建筑中地震作用应按本地抗震设防烈度确定,但抗震措施(6度除外)允许比本地抗震设防烈度的要求适当降低。在多层和高层现浇钢筋混凝土房屋的结构类型中,当平面和竖向均不规则的结构或建造于Ⅳ类场地的结构出现时,适用最大高度应适当减少。在钢筋混凝土房屋抗震等级的要求中,它的抗震设计一般要满足,如果是框架部分承受的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的50%的话,那么它的框架抗震等级应按框架结构来定。另外当地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时,地下一层的抗震等级应与上部结构相同,地下一层一下抗震构造措施的抗震等级可逐层降低一级,但不应低于四级。地下室中无上部结构的部分,抗震构造措施的抗震等级可根据具体情况采用三级或者四级。对于那些筒体房屋结构抗震的设计要求来说,筒体部分与框架部分楼板一般采用梁板体系。在施工程序及连接构造上我们采取减小结构竖向温度变形及轴向压缩对加强层影响措施来解决。当低于9度采用加强层时,加强层的大梁或桁架与周边框架柱的连接宜采用铰接或半刚性连接。需要注意的是如果是9度的情况出现时就不要采用加强层了。

三、抗震设计在房屋建筑结构设计中的运用

抗震的设计在整个建筑中可以说是十分关键的一环,我们可以从一下几个方面进行理解,从而体会抗震设计时如何在房屋建筑结构设计中进行运用,进而理解抗震设计在房屋建筑中的重要性。(1)提高房屋建筑结构的抗震力。抗震设计,顾名思义,就是保障房屋建筑能够在地震时将其破坏程度保障到最小范围。所以在进行房屋建筑结构的设计师,首先就要保障有一个稳固的地基。地基是整个建筑的基础,其抗震性能也就在一定程度上决定着整个建筑的抗震能力。其次,房屋的整体结构上要建造抗震能力强的结构。比如我们知道的一些几何图形具有稳定的效能,我们就可以将其运用在房屋的结构当中。规则、对称的建筑结构也能有利于保障房屋的稳定性,从而减少地震对于房屋建筑变形的影响。在房屋建筑中的一些小细节上注意到对于抗震的作用。(2)我们完善了房屋的抗震设计之后,可以再从地震一方面来思考如何降低地震作用对房屋建筑的影响。我们目前所采取的办法就是在建筑物的基础与主体之间加一个隔震层,也有人提出在建筑物的顶端部分设立一个“反摆”。这样的设计首先能够有效避免发生地震时建筑物之间互相碰撞,并且能够有效缓解在地震来临时房屋的震动幅度,从而保障房屋内部物品的安全。这样的设想我们目前已经有所应用,在一些实际的经验中我们也发现了这一方法的可行性。(3)保证建筑的刚度,建筑结构上的防护以及外部的防护之后,还有保障房屋建筑自身的坚硬程度。首先,就需要考虑到在进行建筑时,使用钢筋混凝土材料,保障房屋的稳固。其次,就是在我们已有的建筑结构上对整个建筑进行进一步的加固。这一方面我们目前已经有相关的规定,明确告诉我们如何对于不同建筑类型进行不同的外层加固。目前,我们也仍需对于房屋建筑的使用材料进行进一步的探究,努力寻找优化建筑材料的办法,能够帮我们在建造房屋时一方面减少不必要的材料浪费,另一方面就是将优质的材料的性能充分地体现在房屋建筑整体的抗震性能上。

四、房屋建筑结构抗震设计措施

1.房屋建筑位置的选择,房屋建筑位置的选择在一定意义上来说决定着房屋质量的好坏,一般地地震可以导致房屋建筑周围地表变化,这样就会造成地基的开裂,导致房屋出现问题。因此在地理位置的选择上,设计人员要对房屋建筑进行合理化选择:如选择开阔的坚硬场地,考虑场地土的刚度大小和场地覆盖层的厚度等。2.房屋建筑材料的选择,抗震性房屋建筑材料要选择那些质量优等的材料。要综合考虑保暖、防火等多种因素的存在,比如良好的钢、铝合金结构、木质结构及轻型复合材料等建筑材料作为主体材料。3.选择合适的建筑结构体系,结构体系要满足稳定性,要与建筑结构相配套。此外要注意建筑物传力途径的明确性,以及受力计算的明确性,保障在建筑体系中不使用转换层,这样就会保障有地震发生时候避免建筑倾斜或局部受损等现象的发生。4.做好底层框架抗震墙设计,鉴于我国的地震灾害多数发生在底层,一般突出表现为“上轻下重”的这样一个现象,所以在设计时候要突出底层的墙体比框架柱重,框架柱又要比梁重。这样的设计就会在发生地震时底层破坏的程度比房屋的底层轻得多。5.钢筋混凝土框架抗震内力设计。我们尽可能做到在地震作用下的框架呈现梁铰型延性机构,为减少梁端塑性铰区发生脆性剪切破坏的可能性,对梁端的剪力适当调整,使斜截面受剪承载力高于正截面受弯承载力,做到“强剪弱弯”。在实际运用中如不采取这个措施,柱端很可能比梁端先出现塑性铰。因此适当调整柱计算内力并增大配筋,使塑性铰首先出现在梁端,抗震性能较好。

五、结语

地震是人类生活面临的重要的自然灾害,危及着人民的生命与财产安全。在我国,目前人们对于房屋建筑无论是安全性还是舒适性的要求越来越高,房屋建筑行业不断改善自己的设计和技术,不断为人们提供更好更优质的服务。在建筑结构设计的时候,必须充分考虑抗震设计,并有采取适当的抗震措施,尽最大可能确保房屋质量,才能减少地震的危害。我们要进行不断地探索,对于抗灾设计有所重视,不断改善我们的技术,建造更优质的建筑。

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2建筑抗震设计的思想与方法

2.1选择建筑场地建筑设计之前,先进行建筑结构选址时,要对将要施工的现场环境进行全面的勘测,熟悉掌握当地水文地质的具体情况,对已有材料进行分析对比,从而选择出合适的场地。选址要有利于抗震,计算好建筑的高度和负荷,尽量选择硬度大、地域宽广平坦的地区来建造高层大建筑。在选择地基时,要注意避开斜坡崎岖地段,以避免滑坡、泥石流等自然灾害。还要选择地质均匀的建筑场地作为地基,以避免地震时出现地面裂开,沉降不均匀的现象,因而导致建筑物倾斜。

.2建筑结构规则建筑物的结构规则很重要,往往一些结构简单的建筑在地震中毁坏程度最低,因为结构简单规则的建筑受力较为均匀,在震中不易发生倾斜,稳固性较好。据有关人士表示,在保证建筑的长宽为2比1时,能够产生最大的抗震效果,此外,对称结构的抗震性能更好,能够减少毁坏发生的几率。建筑的竖直结构不规则也很容易导致建筑底层的承受力倾斜,竖向规则的建筑可以在地震中保持相对平衡。

2.3增强建筑材料的延展性钢和木材是代表性的建筑材料,具备一定的延展性能。我国传统的木结构建筑有着良好的抗震性,在几次地震中,我国的文物木质建筑虽然因为年代久也有损坏,但相对浮躁的现代建筑受地震的影响就晓得多了。在钢制的钢梁结构中,延伸性能比较好,能够有很大程度的变化幅度,吸收作用力。对于建筑整体来说,增强建筑材料的延展性可以很好的提高建筑的强度,即使在地震中发生一次稍微偏移,地震中的能量被延展性材料吸收,短时间内可恢复到其原本位置,这样就可以避免建筑在地震中局部受力过大发生崩裂。

2.4减轻建筑的质量对于高层建筑,建筑质量越大,其中心离地面也越高,摆动周期也会变大,建筑顶点的位移也很大,建筑的危险性也就明显变大。因此,对于特定环境下的高层建筑,要综合各方面因素,对其进行高度限制。在进行建筑设计时应该对建筑的重心进行合理设计,保持高层的建筑质量轻,低层的质量重,能够减轻建筑的倾斜力矩的产生。所以建筑材料最好选择质量轻强度大质量好的材料。

2.5选好建筑材料建筑过程中应该注意建筑材料的选择,对建筑部位的承载能力进行分析,对材料参数的误差进行合理的分析。抗震计算时应考虑各种材料的刚度、质量、延展性、承载力等,另外还要选择不同振动频率的材料,避免在地震中建筑材料共振,破坏力加倍。

2.6采用现浇板工艺现浇板是指在施工现场就搭好模板,然后安装好钢筋,再浇筑混凝土,最后拆除模板。现浇楼板不仅在增强房屋的整体性和抗震性能上占有优势,而且具有很大的承载力,刚度和强度都相对较高。同时在隔声,隔热,保温以及防水等方面与普通的预制空心板相比,也有相当好的效果。

2.7加强建筑薄弱部分可以对建筑薄弱部分加双重保护,使建筑重要部位第一层材料毁坏时还有第二层材料替补,延缓地震对建筑的破坏,使高层建筑中的居民有更多时间逃生,加强建筑的安全性。对建筑中受力较大,承载力薄弱的底层结构等部位来进行加固处理,采取有效措施增强建筑的强度和刚度。提高短柱的延展性和承载力,采用“强柱弱梁”的框架,在地震中可以利用梁的形变吸能来消耗地震的能量,这样可以有效避免框架坍塌。

2.8抗震防线的设计为避免建筑物的局部毁坏影响整体的结构,有必要进行抗震系统的设置。比如说抗震墙能够成为框架受损后的第二框架,抗震墙能有效的减缓建筑倒塌时间,减轻地震震波对建筑的毁坏,然而只有一道防线是不够的,需要多设置几道抗震防线才能加强建筑的抗震效果。此外设计木质楼梯也能起到一个预防目的,木质材料延性大,有诸多优点,可作为重要逃生通道,给被困地震中的人增加生还的机会。在人流量大的建筑群里,还需要建筑特殊通道,便于人员疏散。

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1)建筑结构的平面布置。建筑结构的平面布置是影响结构抗震的重要因素,合理的建筑平面布置对建筑结构设计是至关重要的。大量地震灾害表明,平面布置简单、对称规则、质量和刚度分布比较均匀并且具有明确传力途径的建筑结构在地震时不容易发生破坏。规则结构能较为准确地预估结构的作用效应和地震时的反应,较容易采取有效的抗震措施及相应的结构措施来加强其抗震性能。相反,平面布置复杂、不对称且不规则的结构,其地震作用效应很难估计的。因此,高层建筑结构中规范规定,宜采用规则结构,不应采用严重不规则的结构。

2)建筑结构的体系选择。高层建筑结构设计中,就优先采用具有多道防线的结构体系。例如:框架—剪力墙结构、剪力墙结构和筒体结构。这三种结构可以作为地震区高层建筑的首选体系。当建筑物高度不高且层数不多时,可采用框架结构。但当建筑物位于地震区,且高度均较高时,应避免采用框架结构、板柱剪力墙结构。因为,地震具有强破性且持续时间很长,往复次数较多,能够对建筑物造成累积破坏。单一的结构体系在遭遇地震时,一旦发生破坏,很容易造成房屋倒塌,危及人们的生命及财产的安全。当结构体系具有多道防线时,当遭遇地震时,第一道防线遭破坏后,后续的防线仍然能抵抗地震的冲击力,可以最低限度的防止建筑物的倒塌,给人们以充分的时间进行逃生,保证人民的生命安全。因此,高层建筑结构抗震设计中的多道防线是进行抗震设计时所必须设置的。

3)结构薄弱层。当建筑结构的侧向刚度分布不均匀、竖向抗侧力构件不连续和楼层承载力突变时,容易产生薄弱层。薄弱层在地震中是最先遭受破坏的部位。因此,对有明显薄弱层的结构,应采用相应的抗震构造措施来提高其抗震能力。结构构件的实际承载能力是判断薄弱层部位的基础,有意识、有目的地控制薄弱层部位,让它有足够的变形能力,而且不使薄弱层发生转移是提高结构抗震性能的重要手段。

2高层建筑抗震设计常见问题

1)高层建筑结构的地基问题。高层建筑结构在设计阶段,应有完善的岩土工程勘察报告,为结构工程提供基本的设计依据。建筑结构场地应选择在有较稳定的基岩、开阔、平坦、土层坚硬或较密实的有利地段,不应建造在容易发生滑坡、地陷、崩塌和泥石流等不利地段及抗震的危险地段,有利地段的建造对建筑物的抗震是十分有利的。有时由于建设单位工期要求,在确定方案后设计人员就直接进入了施工图设计阶段,从而忽略了岩土工程勘察资料和场地的选择,从而给后续工作带来不必要的麻烦。

2)高层建筑结构平面布置问题。高层建筑为了追求外立面效果的美观而设计成平面不规则、不对称且有较大凹进或较大开洞的结构,这种结构对抗震十分不利。因此,在建筑方案正式确定前,结构工程师就应对建筑平面布置、体型方面的内容提出自己的见解,及时和建筑师进行沟通,尽量选用平面、竖向规则对称、质量和刚度、承载力均匀的平面布置,这对抗震十分有利。

3)高层建筑结构的高度问题。如今的高层建筑结构的高度越来越高,甚至出现了很多超高层的高层建筑,这就对结构工程师的专业知识提出了更高的要求。不同的高度对应不同的结构体系,规范上有明确规定。一旦结构超过了规范规定的限制高度,就应通过专门的审查、论证进行更严格的计算分析和研究。

4)高层建筑抗震设防等级的选取问题。抗震等级是结构抗震设计的重要依据,抗震等级选取不当将给建筑物的安全带来许多隐患,对工程造价也会带来不必要的浪费。抗震等级根据房屋的场地类别、抗震设防烈度、建筑高度、结构类型等因素综合评定。每个结构工程师应当熟练掌握结构的抗震概念设计和规范知识,做到该提高的应当提高其抗震等级,该降低则应适当降低。

5)计算软件的合理应用。高层建筑结构抗震设计时,应该应用正规的结构设计软件进行设计,软件中的各个参数指标能够正确反映建筑物的特征。结构工程师能正确分析结构软件所计算的结果,并做出正确的判断。但有时计算机设计会给结构工程师带来一种错觉,有的结构工程师往往过分依赖计算结果,而减少了结构的概念学习。一旦选择了错误的计算参数,就会导致结构设计出现问题,对结构的安全和经济方面造成影响。因此,结构工程师应加强自身的业务学习和抗震概念设计的理解,做到熟练掌握相关的结构概念设计,并且根据自身的专业知识配合计算结果选择最佳的结构设计方案。

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性能设计提出小震不坏,中震可修,大震不倒的设计宗旨。与常规抗震设计的区别在于,第一,它的设计目标主要针对小地震,中型地震还有大型地震。而且还通过对全国65个城镇的地震所发生的概率,从而再对地震的强烈程度进行衡量,确保房屋建筑不发生破坏,达到可修,不倒的目标,通过对这些要求的论述可以看出,这些大多数都是针对建筑在宏观性能方面的控制。第二,为了实际施工中的效果有有据可依,最终选用了分两个阶段的简化分析方法,第一个步骤是对结构的构建进行验算,主要是对它的承载力进行计算。对这个计算,具体是选用了在地震比较小的情况下,按照相应的弹性反映理论,通过计算得到在小震作用下的标准值,以及相应的地震作用下的内力以及形变效应。通过可靠的分析,从而得到构件承载力的具体结果。随后将概念设计有关的内力进行调整,从而放大抗震的结构构造,这种措施可以有效满足对第二水准以及第三水准在地震宏观性能方面的控制要求。第二个阶段,就是要对构件结构的弹塑性以及其中的变形进行验算,同时还要对地震在倒塌状况下的结构,或者是有特殊要求的一些建筑结构,一定要对它的薄弱部位进行加固,以此来适应在大震发生时不会倒塌,或者是发生位移的情况,。

1.2常规设计和性能设计方法的比较分析

对于常规的抗震设计而言,它的设计目标是小震不坏,中震可修,大震不倒,具体而言就是在小地震的情况下有相关的性能指标,而在大型地震下有一定的位移要求,剩下的就是宏观方面的指标,在建筑的使用功能上,具体的分为了甲乙丙丁四种级别,在这四种级别的建筑当中,对防倒塌的要求不尽相同,其余的基本都是一样的,而针对性能的抗震设计,它是按照使用的功能来划分的,并且在这个领域提出了很多的预期性能目标,其内容不仅涉及了建筑的结构,同时还包括非结构的,还有一些设施的具体指标。而在具体的实施方法上,常规的抗震设计是按照指令性和处方的形式进行规划和设计的,根据不同的建筑结构概念而进行设计,比如小型地震下的弹性设计,在经验方面的内力调整内容,以及对构造的放大处理等,这些都是为了达到预期的宏观设计而落实的具体措施。而针对性能方面的抗震设计,除了满足最基本的要求以外,还要提出一些满足预期具体要求的有利论证来作为依据。这方面的内容主要包括建筑结构的体系,依据比较细致的分析内容,还有对完成抗震指标的具体试验措施等。还要有对这些内容的专业评价等。通过这几个方面的对比分析不难发现,针对于建筑的抗震在性能要求方面的设计方法的提出,成为了当前的发展趋势,而且在目前来看,在对高层建筑的结构设计当中,其可行性是非常好的。如果想要在所有的建筑结构中进行推广,还需要对其进行更深一步的探讨,还有相关设计人员自己的理解与掌握。

2高层结构的抗震性能优化

在地震水准不同的情况下,对高层的建筑结构在性能水准,还有性能目标方面的要求也不同,具体而言,它的抗震结构性能可以分为下面几个标准。第一,高层结构在发生地震之后,最好是完好无损伤,同时在一般的情况下,是不需要进行修理就可以继续使用的,而且建筑还要可以进行正常的安全出入以及使用。第二,如果地震发生后,其结构发生了非常明显的损坏,而且大多数的构件都发生了中等的损坏,从而进入屈服状态,在有比较明显的裂缝下,大部分的构件都有很严重的损坏程度,但是其整体的结构并不会发生倒塌,同时也没有局部倒塌的情况,建筑中的人员会有一定程度的伤害,但是对他们的生命安全却没有太大的威胁。

3结构抗震优化计算及试验要求

3.1建筑结构的模型设计分析

对高层建筑结构,尤其是在性能设计方面的计算要特别严格,不仅要对构件的承载力,还有变形进行计算,还要考虑构件在屈服之后其性能发生的变化。对这些方面的正确计算,对分析建筑的抗震性能,还有结构的实际所受应力情况都能够直观表现出来。但是这些计算都是要在合理的力学模型上来计算,而且结果不能脱离实际,否则没有任何参考价值的,在对结构抗震性能在弹性方面的计算,还有非线性方面的计算中,一定要分析结构的整体模型状况,还有构件以及节点的各种数据参数,必须保证其正确合理。如果建筑结构中拥有水平转换的构件,同时在区分这些问题的时候,还要对楼层的层数和层高进行计算。在涉及到剪力墙的计算方面,一定要关注对非线性的计算和分析,这对计算出模型的相关参数方面至关重要。如果建筑设计中选用了滑动的支座结构,必须对支座两侧的结构,以及它们之间的相互作用关系进行考虑,否则会对整体的计算模型产生严重的影响。

3.2结构抗震试验的设计要求

在进行高层建筑结构抗震方面的设计时候,在某些方面没有设计理念,缺乏一些相关的依据时,进行相关的模型试验很有必要。比如说选用的混凝土要有很高的含钢率,用这种材料来建设梁柱和剪力墙,在对拥有型钢的异形截面构件,或者是一些新型的构件进行使用的时候,对这些构件必须要进行相关的模型试验。在使用杆件比较多的铸铁点,还有多级的转换层,以及让楼梁侧面的楼板发生开洞,使楼梁本身和梁柱的节点地方不和楼板产生直接有相连接的关系时,对这些新设计结构的部件必须进行模型试验。

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中图分类号:TU352 文章编号:1009-2374(2015)03-0044-02 DOI:10.13535/ki.11-4406/n.2015.0214

我国是一个地震灾害比较严重的国家。随着科学技术的不断发展,我国的建筑结构抗震设计的方法随着结构试验、结构分析、地震学以及动力学的发展也在不断的进步,在不断学习国外经验的基础上,我国的震害调查、强震观察的方法在不断的成熟。但是,如何从我国的社会发展和地震环境的实际情况出发来提高建筑结构抗震性能,从而保持建筑物更加合理经济、安全可靠,是结构抗震设计中的一项重要的任务。

1 建筑结构抗震设计中的问题

1.1 选择建筑抗震场地的问题

如果施工的条件相同,不同工程地质条件下的建筑物在地震时会受到明显不同的破坏程度。所以,选择一个好的建筑场地是提高建筑物抗震性能的重要基础,在场地选择的过程中,要降低地震灾害,尽可能地避开工程地质不良的抗震场地(比如河岸、边坡边缘、高耸孤立的山丘、非岩质陡坡、湿陷性黄土区域、液化土区域),选择有利的建筑场地(比如中等风化、微风化的基岩,不含水的粘土层,密实的砂土层)。如果实在无法当避开不利区域的话,应该在场地采取抗震加强措施,应根据抗震设防类别、湿陷性黄土等级、地基液化,来采取措施提高地基的刚度和整体稳定性。比如,如果建筑地基的受力层范围处在严重不均匀土层、软弱粘性土层、新近填土时,要合理估计计算地基在地震时形成的不均匀沉降,从而采取加强上部结构和基础的处理措施或者加固地基、桩基的措施来加强地基的承

载力。

1.2 选取房屋结构抗震机制的问题

1.2.1 房屋结构机制应有科学恰当的强度与刚度,能够有力地规避房屋结构由于突然变化或者个别位置减弱构成薄弱位置,引发太大的应力聚集或者塑性产生变化聚集;对于或许形成的脆弱位置,应采用提升抗震水平的手段。

1.2.2 在房屋架构机制中应设计有科学的地震功能传送通道与确定清楚的核算简图。另外,设置纵向房屋构件时,应尽量保持在垂直重力负荷作用下纵向房屋构件的压应力多少平均;设置楼层盖梁机制时,尽量保证垂直重力负载能够通过距离最小的途径传送到纵向构件墙或者柱子上;设置转换架构机制时,尽量保证从上面架构纵向构件传过来的垂直重力负载能够通过转换层完成再次转换。

1.2.3 在选取房屋架构机制时,应重视防止由于一些构件或者架构的损坏而让总体房屋架构失去对重力负载的承受性能与抗震性能。房屋架构抗震设置的基本准则是架构应该具备内力再次分摊作用、优秀的变形性能、一定的赘余度等。进而在地震出现时,一些构件即便出现问题,其他构件仍然可以承载纵向负载,提升房屋架构的总体抗震稳固性。

1.3 房屋架构平面设置的规则性与对称性问题

房屋的平面与立体的设置应遵照抗震理论基本设置准则,通常运用规则的房屋架构设置方案。依照房屋结构抗震设置规范的标准,对平面不规则或纵向不规则,或者两者均不规则的房屋架构,应运用空间架构的核算模式;对楼板部分区域连接不畅或者表面凹凸不成规律时,应运用相对应的贴合楼层强度刚度变动的模型;脆弱位置应当注重相对应的内力加大系数,而且依照规范标准来对弹塑性形状改变加以剖析,脆弱位置应采用抗震构造手段。

在房屋架构的抗震中,对称性是不容忽视的。对称性包含房屋平面的对称、品质分布的对称及房屋架构抗侧刚度的对称三个部分。保证这三个方面的对称中心为同样的位置是最优的抗震设置方案。国内的房屋结构中,架构的对称性通常指的是抗侧力主要架构的对称。对称的房屋架构有框架架构、简体框架架构等。

房屋架构的规则性体现在以下四点:

1.3.1 在平面设置房屋抗侧力的主要架构时,应当保证周围结构与中心的刚度与强度平均分布,让房屋的主要架构维持较强的强度与抗扭刚度,很大程度上防止了房屋在风力较大或者地震的扭矩影响下而产生很大的形状改变造成非架构构件与架构构件的损坏。

1.3.2 在平面设置房屋抗侧力的主要架构时,还应当重视保证同一主轴方向的所有抗侧力架构刚度与强度位于平均形态。

1.3.3 建筑结构的抗侧力主体结构沿着构成变化和竖向断面也要保持均匀,避免出现突变。

1.3.4 建筑结构的抗侧力主体结构的两个主轴方向也要有比较接近的强度和刚度,还要有比较相近的变形特性。

总体来说,在建筑结构抗震设计中,一定要对建筑平、立面布置的规则性加以重视,在实际的工程中还应该对建筑结构抗震设计的规范规定给予高度的重视。

2 提高建筑结构抗震能力的改良方案

(1)对地震外力能量的吸收传递途径进行恰当合理的布局,保证支墙、梁、柱的轴线处于同一平面,形成一个构件双向抗侧力结构体系。在地震作用下构件呈现出弯剪性破坏,有效地使建筑结构的整体抗震能力得到提高。

(2)要按照抗震等级来对梁、柱、墙的节点采取抗震构造措施,保证在地震作用下建筑物结构可以达到三个水准的设防标准。按照“强节点弱构件”、“强剪弱弯”、“强柱弱梁”的原则,来合理选择柱截面的尺寸,注意构造配筋要求,控制柱的轴压比,确保结构在地震作用下具有足够的延性和承载力。

(3)进行多道抗震防线的设置。在一个抗震结构体系中,在地震作用下一部分延性好的构件可以担负起第一道抗震防线的作用,而在第一道抗震防线屈服后其他构件才逐次形成第二、第三或更多道抗震防线,有效提高建筑结构的抗震安全性。各地区要根据所处区域的地质特征,提高抗震设防标准。

(4)在可能发生破坏性比较强的地震区域,建设、地震、科技等部门要对建筑技术规范进行严格的规定,从施工保障、材料选用、规划设计、建房选址等方面来加强监督检查和技术指导,保证建筑设施能够符合抗震设防的基本要求。

(5)根据地震地区本身建筑物的特点来积极引用抗震减灾新材料、新工艺、新技术,并且借鉴发达国家的技术和经验,将其推广应用到建筑抗震设计中。

(6)建筑结构抗震设计的管理者以及实施者也对建筑的抗震能力起到很大的作用。所以,必须提高抗震设计工作人员的整体素质,提升整个建筑的抗震工程

质量。

3 结语

经过多年来对建筑结构中抗震设计的研究,我国的抗震设计方法已经逐渐趋于成熟,但是还有许多需要完善的地方。我们要在严格按照建筑抗震规范要求的基础上上,科学地合理地进行建筑抗震设计,保证建筑物的稳定性和可靠性,促进我国建筑结构抗震设计向着高水平方向发展。

参考文献

[1] 方小丹,魏琏.关于建筑结构抗震设计若干问题的讨论[J].建筑结构学报,2011,(12).

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一、不规则建筑方案判定

什么叫“不规则的建筑方案”?根据《抗规》3.4.2条,可以概括为以下三类:

1)建筑的平面布置不规则,如平面复杂、不对称、细腰形或角部重叠形、凹凸尺寸过大等。

2)建筑的竖向布置不规则,如尺寸突变、缩进或外挑过大、多塔、连体等。

3)结构抗侧力构件不规则,如结构平面布置不规则、楼板不连续、不对称,平面整体刚度差,竖向构件的截面尺寸和材料强度突变等。

《抗规》第3.4.1条,对建筑方案的不规则程度分为了三个层次:即一般不规则、特别不规则和严重不规则。

怎样判别不规则建筑的不规则程度呢?

2006年,国家建设部以[2006]220号文件颁布了关于印发《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》的通知,在《技术要点》的附录一“超限高层建筑工程主要范围的参照简表”中对建筑不规则性进行了明确的归纳和分类,如表1和表2。

在《建筑工程抗震设防分类和抗震设计2008年修订统一培训教材》中引用了表1、表2的不规则项,对不规则程度进行了划分:

1)一般不规则的建筑:建筑结构(包括某个楼层)布置上出现表1中一项不规则,即为一般不规则建筑。

2)特别不规则的建筑:主要有三类,其一、同时具有表1所列九个方面的基本不规则项的三个或三个以上:其二、具有表2所列的一个不规则项:其三、具有表1所列两个基本不规则项且其中有一项接近表2的不规则指标。

3)严重不规则:指体型复杂,多项实质性的突变指标或界限超过抗震规范3.4.3条规定的上限值或某一项大大超过规定,具有严重的抗震薄弱环节,可能导致地震破坏的严重后果者,意味着该建筑方案在现有经济技术条件下,存在明显的地震安全隐患。

对于多层砌体房屋建筑的不规则性,应参照上述要求和《抗规》有关规定进行判断。

二、判断不规则建筑的几个计算参数

从表1、表2中可以看出,判断建筑的不规则性,除了外观体型要求的相关参数(如平面凹凸尺寸不大于相应边长30%,楼板有效宽度不小于50%,开洞面积不大于30%,竖向尺寸缩进不大于25%,外挑大于10%和4m)外,还有五个参数指标用来判断建筑的不规则性(即扭转位移比、扭转周期比、层刚度比、受剪承载力比、塔楼偏置比)。它们是描述抗侧力构件不规则性的定量指标。这些参数指标的基本概念和作用可简单归纳如下:

1.扭转位移比

扭转位移比是楼层平面不规则性的一个判断指标,目的是限制平面布置的不规则性,避免产生过大的偏心而导致结构产生较大的扭转效应。它的表达形式:U=Umax/u,其中Umax为楼层竖向构件的最大水平位移,u为单向地震作用下,在楼层角点处竖向构件的水平位移或层间位移的最大值和平均值。

参照表1和表2,扭转位移比大于1,2为一般不规则,扭转位移比大于1.4为特别不规则。《混凝土高规》4.3.5条,在考虑偶然偏心影响的地震作用下,楼层竖向构件的最大水平位移和层间位移,A级高度高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍,不应大于该楼层平均值的1.5倍:B级高度高层建筑、混合结构高层建筑及本规范第10章所指复杂高层建筑不宜大于该楼层平均值的1.2倍,不应大于该楼层平均值的1.4倍。楼层扭转位移比计算,不同的计算假定和计算原则会得出不同的计算结果,因此设计人员必须把握下列基本假定和计算原则:a)采用刚性楼板假定,而不应采用弹性楼板假定:《抗规》第3.4.2条的条文说明中明确规定,楼层的扭转位移取结构的端部位移,目的是考虑结构受到整体扭转的效应,因此采用pkpm软件计算时应采用刚性楼板假定。弹性楼板的假定只用于结构或构件的内力设计计算。b)对一般结构可只考虑结构的偶然偏心;c)对复杂高层建筑及超限建筑工程,应考虑双向地震作用下的扭转影响和偶然偏心下的扭转影响,并取偶然偏心和双向地震作用的不利值判别结构规则性:关于双向地震作用,《抗规》和《混凝土高规》明确规定,质量和刚度明显不规则的结构,应计入双向水平地震作用的扭转影响。但对上述规定又未作出量化标准或指导性建议。中国建筑科学研究院朱炳寅在建筑结构杂志文章中认为,在计算中存在两个问题:“一是对双向地震作用的把握问题,双向地震的作用是仅考虑内力还是考虑全部效应。我国规范未明确说明双向地震作用是否只用于承载能力计算,因此可以理解为适用于全部效应计算中,双向地震作用于内力计算和扭转位移计算。二是对质量和刚度明显不规则的把握,该问题比较复杂。对复杂高层及超限结构,当不考虑偶然偏心时楼层扭转位移比u≥1.2时,可判定为结构的质量和刚度分布已处于明显不对称状态,此时应计入双向地震作用的影响,在对结构的规则性进行判定时,可取偶然偏心和双向地震的不利值。而对于一般结构的规则性进行判定时,只考虑偶然偏心而无需考虑双向地震作用”。

2.扭转周期比(Tt/Tl)

扭转周期比,是指结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期Tl之比,简称周期比,是衡量结构扭转刚度的一个指标。

周期比侧重控制的是侧向刚度与扭转刚度之间的一种相对关系,而非其绝对大小,周期比控制不是在要求竖向抗侧力构件足够结实,而是在要求抗侧力构件布局的合理性,其目的是限制结构的扭转刚度不能太弱。若结构的扭转周期比不满足要求,说明结构的扭转刚度相对于侧移刚度较小,一般只能通过调整平面布置来改善。《混凝土高规》4.3.5条规定:结构扭转为主的第一自振周期Tt与平动为主的第一自振周期Tl之比,对于A级高度高层建筑不应大于0.9,对于B级高度高层建筑、混合结构高层建筑及本规程第10章所指的复杂高层建筑不应大于0.85,在超限高层审查中将这一规定划为特别不规则平面。

3.层刚度比

层刚度比是控制高层结构的竖向规则性的重要指标,主要为了控制高层结构的竖向规则性,以免竖向刚度突变,形成薄弱层,因此层刚度比是判定结构薄弱层的指标之一。《抗规》3.4.2条楼层的侧向刚度小于相邻上一层的70%或小于上相邻三层平均值的80%,为侧向刚度不规则,表2中楼层侧向刚度小于相邻上层的50%,为特别不规则。一般情况

采用地震剪力与地震层间位移的比值(Ki=Qi/ui),来衡量结构的薄弱层。在《抗规》与《混凝土高规》中,计算层刚度的方法有三种,即剪切刚度、剪弯刚度、地震剪力与地震层间位移的比值。a)“剪切刚度”(Ki=GiAi,hi)带转换层高层底部大空间为一层及砖混结构:b)“剪弯刚度”(Ki:Vi/i),适用于带转换层高层底部大空间为多层。c)“地震剪力与地震层间位移的比值”

(Ki=Qi/ui),适用于一般情况。一般情况下,在采用pkpm软件进行结构分析计算时,考虑地震作用,多采用地震剪力与地震层间位移的比值:若不计算地雕作用,对于多层结构可以选择剪切层刚度算法,高层结构和有斜支撑的钢结构可以选择剪弯层刚度算法。

我国现有规范中对刚度比除了以上要求外,对于结构特殊部位还应满足下列要求:

a)《抗规》附录E2.1规定,简体结构转换层上下层的侧向刚度比不宜大于2:b)《混凝土高规》第5.3.7条规定,高层建筑结构计算中,当地下室的顶板作为上部结构嵌固端时,地下室结构的楼层侧向刚度不应小于相邻上部结构楼层侧向刚度的2倍;c)《混凝土高规》第10.2.3条第2款对带转换层高层建筑结构,转换层上部结构与下部结构的侧向刚度比有明确的规定,必须按照《混凝土高规》中的附录E进行验算,并应满足其上下刚度比的要求。

底部大空间为一层的部分框支剪力墙结构,附录E.01规定采用剪切刚度比,即转换层上、下层结构等效刚度比Y,非抗震设计时Y不应大于

3.抗震设计时不应大干2。

底部大空间层数大于一层时,附录E.02规定采用剪弯刚度比,即等效侧向刚度比ye,一般情况宜接近1,非抗震设计时不应大于2,抗震设计时不应大于1.3。

4.受剪承载力比

受剪承载力比与层刚度比一样,都是对结构薄弱层判断的依据,只要受剪承载力比或层刚度比两者之一不满足,即可判定该楼层为薄弱层。它用来控制竖向不规则性,以免竖向楼层受剪承载力突变。

《抗规》3.4.3-2-2条的规定:楼层承载力突变时,薄弱层抗侧力结构的受剪承载力不应小于相邻上一楼层的65%。

《高规》4.4.3条:A级高度高层建筑的楼层层间抗侧力结构的受剪承载力不宜小于其上一层受剪承载力的80%,不应小于其上一层受剪承载力的65%:B级高度高层建筑的楼层层闻抗侧力结构的受剪承载力不应小于其上一层受剪承载力的75%。

当一般不规则或超出限值不大时,在设计计算中应引起关注。一般在SATWE“调整信息”的“指定薄弱层个数”中填入该楼层层号,将该楼层强制定义为薄弱层,软件计算时会按高规5.1.14将该楼层地震剪力放大1.15倍。

5.塔楼偏置比

在《混凝土高规》的复杂高层建筑结构设计篇,第10.1.6条:

“多塔楼建筑结构各塔楼的层数、平面和刚度宜接近;塔楼对底盘宜对称布置。塔楼结构与底盘结构质心的距离不宜大于底盘相应边长的20%”。而在超限高层审查限值中,增加了单塔楼,将“单塔或多塔(含双塔)与大底盘的质心偏心距大于底盘相应边长20%”均判定为特别不规则建筑。

在设计中值得关注是:当采用结构计算软件时,应正确填写裙房层数,程序可以较准确地计算塔楼结构质心与底盘(裙房)结构质心的距离,然后利用计算结果判断该质心距离是否大于底盘相应边长的20%。当单塔或多塔与大底盘的质心偏心距大于底盘相应边长的20%,首先应该采取相应措施进行调整,例如:调整建筑设计方案、调整结构单元的分布或调整抗侧力构件的布置等,若无法对建筑方案进行调整时,应进行超限高层建筑抗震设防专项审查。

三、不规则建筑的处理方法

1.处理方法

抗震规范把不规则的建筑方案分为三个级别区别对待:

一般不规则――按规范、规程的相关规定采取加强措施;

特别不规则――经过专门研究和论证后采取高于规范、规程规定的加强措施,对于高层建筑还应严格按照建设部令第111号进行抗震设防专项审查;

严重不规则――应要求建筑师予以修改、调整。

2.对一般不规则建筑的处理方法

对一般不规则的建筑结构进行水平地震作用计算和内力调整,并应对薄弱部位采取有效的抗震构造措施的规定。主要体现在三个方面:计算分析方法、计算模型和薄弱部分的抗震构造加强措施。

1.)计算分析方法和计算模型

不规则的建筑应采用振型分解反应谱法。

平面不规则而竖向规则的建筑结构,采用空间结构计算模型,当凹凸不规则或楼板局部不连续时,采用符合楼板平面内实际刚度变化的计算模型。当平面不对称应计及扭转影响。

平面规则而竖向不规则的建筑结构,采用空间结构计算模型,其薄弱层的地震剪力应乘以1.15的增大系数,并按规范有关规定进行弹塑性变形分析,当竖向抗侧力构件不连续时,该构件传递给水平转换构件的地震内力应乘以1.25~1.5的增大系数。

平面不规则且竖向不规则的建筑结构,应同时按上述要求选择合理的计算模型、考虑扭转影响、乘以相应的增大系数。

2.)抗震构造加强措施

a)艹字形、井字形等外伸长度较大的建筑,当中央部分楼、电梯间使楼板有较大削弱时,应加强楼板以及连接部位墙体的构造措施,必要时还可在外伸段凹槽处设置连接梁或连接板。(《高规》4.3.7)

b)楼板开大洞削弱后,宜采取以下构造措施予以加强(《高规》4.3.8):1加厚洞口附近楼板,提高楼板的配筋率:采用双层双向配筋,或加配斜向钢筋:2洞口边缘设置边梁、暗梁;3在楼板洞口角部集中配置斜向钢筋。

c)抗震设计时,高层建筑宜调整平面形状和结构布置,避免结构不规则,不设防震缝。当建筑物平面形状复杂而又无法调整其平面形状和结构布置使之成为较规则的结构时,宜设置防震缝将其划分为较简单的几个结构单元。(《高规》4.3.9)

3.对于特别不规则建筑

特别不规则建筑应进行专项审查,设计单位应按照住建部《关于超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》的规定进行分析论证,提出论证报告进入程序性审查,论证报告重点要做好建筑结构抗震概念设计,7合理设定结构抗震性能目标,提结构计算分析模型和计算结果,提出结构抗震加强的相关措施,专项审查的内容主要包括下面七个方面

1) 建筑抗震设防依据;

2) 场地勘察成果:

3) 场地和基础的设计方案:

4) 建筑结构的抗震概念设计和性能目标:

5) 总体计算和关键部位计算的工程判断:

6) 薄弱部位的抗震措施: