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建筑结构抗震设计四篇

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(一)

一、基于功能的建筑结构抗震设计理论概述

1.地震设防水准

地震设防水准指的是将来可能作用在建筑结构上的地震强度的大小。因为地震设防水准对建筑结构的抗震性能有着直接的影响,所以在基于功能利用的建筑结构抗震模式设计理论中,地震设防水准的选定十分重要。因此,在建筑结构抗震模式设计过程中必须将地震设防水准精细化,以确保不同等级的抗震设防水准能够在不同的地震强度作用下有效地控制建筑结构的损坏状态。

2.建筑结构的抗震性能水准

建筑结构的抗震性能水准指的是在不同的设防地震等级作用下的建筑物可能的最大损坏程度,其包括建筑结构的完整性、适应性以及安全性等。根据研究实际的地震灾害可知,按照传统设计理念设计出来的建筑物虽然能够避免因为坍塌所造成的人员伤亡,却无法有效减少因为建筑物结构破坏所造成的基本设备、构件功能缺失带来的巨大经济损失。基于功能利用的建筑结构抗震模式的设计要求,要考虑非结构构件、结构构件、建筑内部设备与装修等多项影响因子。还要据此设定详细、准确地建筑结构的抗震性能水准,以便扩大选择范围。

3.建筑结构的抗震性能目标

建筑结构的抗震性能目标指的是根据某一设防的地震等级所预期达到的建筑结构抗震能力。确立建筑结构的抗震性能目标必须综合考虑各项影响因素,比如工地特征、工程投入和效益、建筑的潜在价值等。其中,按建筑物的重要程度将结构抗震性能目标划分为基本设防目标、重要设防目标、特别设防目标。

二、基于功能的建筑结构抗震设计方法简介

国内外工程界学者对基于功能利用的建筑结构抗震模式设计方法的研究给予了高度的重视,在抗震设计的目标与理念上大致形成了统一的观点。一般情况下,基于功能利用的建筑结构抗震设计方法跟归纳为承载力设计法、位移设计法、能量设计法三种。

1.承载力设计法

当前,在世界各地的建筑结构抗震设计规范中往往采用承载力设计法。因此本文不做具体介绍,主要介绍一下两种设计方法。

2.位移设计法

位移设计法即先采用代替结构法把结构表示位移等效单自由度振子,用最大位移时的割线刚度和适合于非弹性反应时吸收的滞变能量的等效粘滞阻尼来表征结构,然后用预先确定的设计位移反应谱和由预期的延性求得估计的阻尼,由设计位移可求出最大位移时等效周期。因此,根据单自由度振子周期方程便可以求出最大位移时的有效刚度。

3.能量设计法

建筑物结构在强地震作用下,由于发生非弹性形变而造成能量损失。能力设计法指的是通过控制设施构件或者内部结构的能量消耗能力来实现建筑物结构抗震能力的有效控制。然而由于受结构复杂性的影响,导致其滞回耗能的计算过程错综复杂,存在较大的误差。

三、结语

虽然目前基于功能利用的建筑结构抗震模式设计方法及设计理论仍存在着很多缺陷,实践起来也颇有难度,但是基于功能利用的建筑结构抗震设计是抗震工程设计的必然趋势。随着经济全球化、一体化的高速发展,建筑行业体现出了一定的开放性。因此,在我国新世纪的建筑结构抗震设计也必将朝着基于功能利用的建筑结构抗震设计的方向前进。当前,我国基于功能利用的建筑结构抗震设计方法的研究尚处于入门阶段,与国外的发展水平还存在着很大的差距。因此,我国基于功能利用的建筑结构抗震设计的研究仍需付出更大的努力。

作者:伏俊杰 单位:新疆建筑设计研究院

(二)

一、建筑结构抗地震倒塌能力设计中存在的问题

1.设计规范中对抗震关系的认识不足

就目前我国建筑结构抗地震倒塌能力设计水平来看,我国建筑企业对抗震关系的认识还存在明显不足,建筑大小、类型等有所不同,则所受到的地震侵害也是不同的,在抗地震倒塌能力设计中应根据建筑物的实际情况来具体分析,然而部分建筑的施工人员在设计中并没有过多地考虑这些问题,从而使建筑结构抗地震倒塌能力设计无法实现发挥其应有的功能性。

2.部分建筑高度过高

在建筑结构抗地震倒塌能力设计中,对建筑物的高度有一定的要求,其设计方式受建筑物高度的束缚,但是一些施工设计人员并未意识到,一味地进行高层建筑,只为了缩小土地的使用,降低建筑成本,然而却不知,这一行为会大大降低建筑物的抗地震能力,当地震等自然灾害发生时,给建筑物造成一定的威胁。

3.设计中没有对抗震倒塌的承载力计算

计算建筑结构抗震倒塌的承载力能够更好地对建筑结构抗地震倒塌能力进行设计,使其更加坚固,提高建筑结构抗地震倒塌的能力,但是在实际建筑抗地震倒塌设计中,大多数施工设计人员并没有对其抗震承载力进行计算,这样一来地震自然灾害发生之时就无法估测建筑的受损程度,从而无法采取行之有效的防御措施。

二、提高建筑结构抗地震倒塌能力设计的对策

地震是一种危害性较强的自然灾害,若不在建筑结构中采取抗地震倒塌能力设计,一旦发生地震自然灾害,会给建筑带来极大的破坏,威胁人们的生命安全,因此,建筑结构抗地震倒塌能力设计十分必要,以下就是笔者针对建筑结构抗地震倒塌能力设计所提出的有效对策。

1.完善抗震倒塌能力设计规范

针对不同的建筑结构其应采用的抗震倒塌措施也是不一样的,所以在抗地震倒塌设计前要全面了解建筑的结构特点,清楚建筑所属等级,根据建筑工程所在的位置、高度等因素进行合理的抗震倒塌施工设计,一切行为按照抗震倒塌能力设计的规范以及建筑物的实际情况进行设计,只有这样才能确保建筑结构抗震倒塌能力设计的规范性及有效性。

2.严格控制建筑的高度

我国制定的规范中对建筑的高度有一定的约束,原因在于过高的建筑会影响整个建筑的抗震倒塌性能,无法确保建筑及人们的安全。在抗震倒塌设计中要严格把控建筑的高度,设计前应对建筑的周边环境等因素进行分析,从而确定建筑的高度。科学合理的建筑结构抗震倒塌设计,能够提高建筑的抗震性能,确保建筑的稳定性,给人们一个安全的居住环境。

3.布局地震外力能力吸收途径

地震自然灾害侵袭后会释放很多的能量从而进一步地破坏建筑物,若要使建筑物的破坏降到最低点,就要极力分散地震后所散发的强大能量,也就是要对地震外力能力吸收进行合理布局,形成坚固的建筑构件双向抗侧力结构体系,如此一来就能够大大降低地震灾害的破坏性,使建筑物拥有一定的自卫功能,提高其结构抗震倒塌能力。

4.设置多条抗震倒塌防线

建筑结构抗震倒塌设计中单一的抗震防线是不可行的,因为地震自然灾害发生时其威力较为强大,单一的抗震防线很容易被击破,从而对建筑物实施进一步的破坏,针对这一状况,设计人员应设置多条抗震倒塌防线,对地震进行层层设防,这样在一定程度上能够减小地震对建筑物的破坏,从而为建筑的安全起到保驾护航的作用。

5.抗震倒塌设计要依据抗震等级要求

在建筑结构抗震倒塌设计中,对其抗震等级有一定的要求,要使其符合建筑地理位置其特点,在设计中应对建筑中的墙体、梁柱进行强有力的抗震构造设计,因为它们支撑建筑的支点,是建筑结构的重要组成部分,另外根据抗震等级要求,选择适合建筑抗震倒塌设计的配筋,它具有较强的承载力,对抵御地震有一定的作用力。四、结语建筑结构的抗地震倒塌能力设计中要考虑诸多的因素,比如建筑地点、建筑高低、材料使用等等,还要遵循我国制定的相关规范,只有这样才能确保建筑结构抗地震倒塌设计的规范性合理性,从而提高建筑结构的安全性能,减小地震等自然灾害对建筑物的破坏力度,为人们提供一个良好安全的生活环境。

作者:张文杰 单位:江苏中建工程设计研究院有限公司

(三)

1建筑结构地下室的设计要点

(1)在当前的国内建筑的设计当中,一般都是直接的采用电脑计算程序算出各种荷载效应的组合,同时得到同一个地基或者是桩基的承载能力特征,我们知道,对于风的荷载能力和它的减震作用也主要是影响建筑物的安全性能的主要方面,在电算程序中也会对这两方面的数据进行分析,同时还可以将它的短期作用和永久作用一起来处理和对待,这样就可以加大边角的竖向结构基础,其相应的重力荷载能力也会随之提高。同时,我们还建议在将重力荷载能力与风荷载能力进行组合计算的时侯,它们的承载力的特征值要适当的提高一些,而当重力荷载能力与减震作用进行组合的时侯,承载力的特征值也可进行相应的提高。所以,在进行建筑物的基础设计时,就应该以减小长期的荷载作用以及地基变形为主要目标,在计算地基的形变时,对于传送到基础地面的荷载效应则应该采用极限状态下的荷载效应能力与永久的荷载效应的组合,而且也不可以把它计入到风荷载能力以及减震的作用当中。并且,我们在按地基的承载能力来确定其基础底面积以及埋深或者按照单桩的承载能力来确定其桩数时,传送到基础地面或者是承台底面的荷载力也应该采用这样的组合。

(2)另外,筏板的基础平面尺寸的计算就需要根据其地基土的承载能力、该地下室构造的上部建筑物的结构布置以及这个建筑物的荷载力的分布情况等主要因素所确定,这样也可以取消偏心距的计算。

(3)而且,平板式的筏基板的厚度也可以根据其受冲切时候的承载能力的计算结果而确定,同时还要考虑到有可能的不平衡的弯矩作用会在冲切面上施加一定的附加剪应力,所以一般情况下,我们所选择的平板的厚度也不应该小于40厘米。

(4)同时我们还要考虑到,如果地基的质地是比较均匀的、而且它的上部结构的刚化程度又达到我们的要求的时候,一般其上部结构的柱间距和柱的荷载能力变化的范围在不超过20%时,这个时候,建筑物的筏板基础才可以仅仅的考虑其局部的弯曲作用。

(5)在以上的工作都做好的情况下,桩的布置也应该符合下面的几项要求:①等直径的桩之间的中心距离不可以小于桩的横截面积的变成或者直径的三倍,同时,扩底桩的中心距离也不得小于其直径的1.5倍,而且还要将两个扩大头之间的距离置于1米以上;②除此之外,我们在进行布桩时,还要尽量使各桩台的承载力的合力点与其竖向的永久荷载的合力作用点相互的重合;③在处理平板式的桩筏基础的时候,应该将其布置在柱子的下面或者是墙的下面,在必要的时侯,也可以进行满堂的布置,同时,在它的核心筒之下也可进行适当的加密布桩;

2建筑结构地下室的抗震分析

我们国家通过《建筑抗震的设计规范》中明确的规定,在各类建筑物,尤其是高层的建筑中,必须要根据当地建筑物的抗震设防要求,进行抗震墙的有效布置,尤其要在抗震墙的底部设置加强的区域。而这样做的目的则主要是为了加强建筑物的抗震作用,有效的避免建筑物出现不必要的脆性剪切破坏,而对整个建筑物带来危害,因此,在改善建筑结构的整体的抗震性能方面,必须做好。

(1)做为建筑物的重要的支撑结构的抗震墙,上面的框的支层以及其之上的两层的抗震墙整体的高度尽量取两者之间的最大值。

(2)另外,在对具有相对来说比较大的底盘或者是其主楼与辅助楼相连接的建筑物,尤其是高层建筑物进行地下室的设计时:最好是取用其顶板之上的抗震墙总体高度的八分之一左右,在此基础之上,还应该向下延伸到地下1层,而对于高出裙房的顶板,则至少要建一层。我们也知道,在国家的相关建筑物的抗震规范之中,对于一些框支结构的抗震墙体的设计或者大底盘抗震墙的底部加强区域的高度,也都提出了要尽量的小于十五米的规定。但是,如果建筑物底部具有较大的空间而且层数也比较多的时候,或者是建筑物的大底盘高度过高的时侯,就常常会使得它与其它的相关条件产生一定的矛盾,而这样的矛盾就显然不符合《高层建筑的混凝土施工技术规范》中的相关规定了。所以我们建议:在以后建筑地下室结构的设计中,应该取消大底盘或者框支结构的抗震墙底部位置的高度小于15米的要求。同时,在相关的抗震规范当中,没有对抗震墙的具体高度做出过明确的要求的,但是我们都知道建筑物的底部加强区域的高度如何,又直接影响到了抗震墙的高度设置,从而会造成在施工的过程中出现难以操作的情况。所以,我们在进行设计和施工的时候,一定要考虑到抗震墙的高度取值问题,要使得它的取值能够合理,并考虑对于施工回填土会不会制约地下室的整体结构的问题,两者结合来确定其底部加强部位的具体高度,这样做不仅可以保证地下室建造过程中的安全因素,同时还会便于我们的施工操作。

3结束语

伴随着我国当前建筑行业的快速发展,越来越多的建筑工程也投入建设之中,那么人们在关注建筑的质量的同时,也越来越关注各类建筑的结构设计。而地下室的结构则作为建筑的整体结构重要设计和构成部分,也必须要更加的予以重视。

作者:王雪旺

(四)

1合理选址以提高建筑物的抗震能力

地震发生时,如果建筑物本身抗震能力弱,结构不坚固或者建筑刚性强而韧性不足,很容易遭到严重的破坏神之倒塌。如果建筑物选址不合理,地基建在地质不稳固的地方,地震会引起地表的地裂和错动以及地面沉降,这种破坏在地基不稳固的地方更加明显,因此合理选址以提高建筑物的抗震能力非常重要。在建筑物选址时,易选择地层稳固地带,应尽量避开地质不稳固的地方,如断层带、地下采空区、地下水空洞区、易液化土等地方。如果没有条件避开上述不适合建造建筑物的地区时,应采取相应的抗震应对措施。依据国家对建筑物抗震的类别等级,采取人工加固地基、注意建筑结构的整体性、建筑物的外形匀称、建筑物的结构简单减轻建筑物自重等,都可以消除地基液化沉陷。还有一种特殊的地质构造,那就是在地基的主要受力层内还存在土质较软的粘性土层或者不均匀的土层面时,这种地质构造若发生地震,地基会发生不均匀沉降。在此种地质构造地带施工时,应采用桩基和加强基础的措施来加固地基。

2选择合理的平面和立面布置

建筑物的立体结构与平面设计非常重要,需要关注以下几个方面的问题:

(1)在地震水平作用力下,建筑的结构刚度和其抗震能力是双向的。建筑物在结构布置上应该能够承受住任何方向的地震。一般而言,应该使结构从平面的主轴方向上具有足够的刚度以提高其抗震能力。建筑构造的抗震能力体现在结构的刚度和韧性。结构的刚度越高,就越能削减地震的破坏力。而结构的韧性,就是要使建筑有一定的变形度。但是如果变形度过大,其自身重力效应也会破坏其自身结构。总而言之,建筑结构应该刚柔并重。

(2)结构简单。如果建筑物自身结构过于复杂,设计师很难预测和控制建筑物在遭受地震冲击力时的受力。而简单的结构,建筑设计师可以通过计算模型或者计算软性模拟出建筑物受地震影响时建筑结构自身的受力情况,对其位移内力进行分析,从而找出结构的薄弱部位并加固。因此相对于复杂结构,对简单结构的抗震性能预测是比较可靠的。

(3)建筑的整体性结构。楼盖的设计在高层建筑的整体结构中起着非常重要的作用。在高层建筑的整体结构中,楼盖相当于一个水平的隔板,其不仅是一个把惯性力传递到每个竖向的抗侧力子结构,而且再地震发生时它还可以协同这些子结构承受地震的冲击力。但是如果竖向的抗侧力子布置不均匀,则会发生变形,此时就需要楼盖协同抗侧力子结构发挥作用。

3保障结构的延性

在完成建筑结构的设计后,还要采取措施使该结构具有适当的延性,以此保证此建筑结构可以达到预定的抗震目标。提高建筑结构的延性措施包括:

(1)对于建筑结构当中柱、梁等构件,应该按照强柱弱梁的原则,增加柱子的抗弯能力。钢筋混凝土的框架在强震发生时,当地震威力致使建筑结构达到最大的非线性位移时,梁端的塑性铰的塑性转动会比较大。当柱端的塑性铰出现比较晚,那么建筑结构达到最大的非线性位移时它的塑性转动会比较小。这样就保证了框架有了比较稳定的塑性耗能构件。

(2)要提高结构的延性,还要采取强剪弱弯的措施。因为剪切对于破坏根本没有延性,如果某个部位一旦发生剪切破坏时,这个部位在整个抗震结构中的作用就会丧失,柱端发生剪切破坏,建筑结构的局部就会发生坍塌,局部坍塌有可能导致整个建筑物的坍塌。因此,要采取措施来增大梁柱和柱端的组合剪力值,保证任何构件在强震发生时都不会损坏其剪力。

4建筑结构参数计算分析

参数设计的目的是为了更好的计算地震作用力以及房屋的各构件对地震作用的响应力。这种计算主要是对每个墙柱梁板的承载力以及变形参数的计算。计算开始前,要建立与高层结构相适应的计算模型,然后依据模型和设计概念做出细致的计算。在应用计算机软件协助计算时,必须符合国家有关规定和行业规范标准。同时必须坚持具体问题具体分析,注意具体工程的特殊处理。对于比较复杂的建筑结构,要针对不同类型的地震做相应的变形分析,要采用两个及以上的力学模型,当前有剪磨理论和主拉应力理论两种,这两种不同的计算理论都有其适合的应用范围,砌块结构一般应用剪磨理论,而砖砌体一般用主拉应力理论。根据计算机软件计算出的结果,然后才能确定建筑结构是否能运用到工程设计当中。计算结果分析的主要内容有结构的位移、扭转系数、层间的刚度、剪重比系数以及自振周期等参数。此外,对于地下室的水平位移嵌固来说,要将有层刚度作为判断依据。在高层建筑的复杂抗震计算时,要考虑平扭耦联的计算。振型数不得小于15,振型的参与质量不能小于总重量的90%。因此高层的建筑结构计算是不能一次完成的。要做不同的模型,采用不同的计算理论,对其进行多次计算分析,并根据计算结果进行多次调整,这样才能提高建筑物的抗震能力,保证建筑物在规定抗震等级的地震发生的安全。

5结束语

总之,就现阶段而言,地震是一种在全世界范围内都无法预测的自然灾害,但是并不是要听天由命,为了减轻其危害,建筑设计人员必须在建筑工程设计方面下功夫,改变过去着眼局部的方法,从整体出发进行建筑结构的整体设计,注意建筑物的选址、选择合理的立面和平面布置、保障结构的延性以及对建筑结构进行参数分析等方法提高建筑结构的抗震能力,从而能够在地震发生时,保证人民的生命财产安全。

作者:刘珺琦 单位:陕西省安康市建筑设计研究院

建筑结构抗震设计四篇责任编辑:陈老师    阅读:人次