建筑結(jié)構設計中的抗震設計_圖文

1、建筑結(jié)構設計中的抗震設計陳明霞(上海廣申建筑設計有限公司,上海200041摘要:為了提高房屋的抗震性能,在建筑結(jié)構設計的過程中,必須加強抗震設計,從而減少地震災害,避免不必要的損失。根據(jù)地震中被毀房屋特點,建筑結(jié)構抗震設計著重從概念設計,抗震計算與構造措施3個方面進行加強。關鍵詞:地震災害;結(jié)構設計;抗震概念設計;抗震計算Earthquake Resistance Design in the Structure DesignC H EN Ming2xia(Shanghai Guang Shen Architectur al Design Co,Ltd,Shanghai200041,ChinaA

2、bstract:For raising the seismic resistance function of buildings,we must reinforce aseismatic design,so as to cut down the earthquake disaster thereby,and avoid unnecessary lo ss in the process of building physical design.According to the char2 acteristic of buildings which have been destroyed by ea

3、rthquake,building structure seismic resistance design should be rein2 forced from such three aspects:conceptual design,seismic resistance caculation and consituation measur e.Key words:earthquake disaster;constructure design;seismic resistance conceptual design;seismic resistance cacu2 lation近兩年,全球地

4、震頻發(fā),給人類帶來了深重的災難。去年的汶川大地震,震級為M8.0級,震中烈度相當于1011度,近7萬人遇難,1.8萬人失蹤。今年,海地發(fā)生里氏7.3級地震,總統(tǒng)府被震塌,約30萬人死亡;智利2月27日發(fā)生里氏8.8級強震并引發(fā)海嘯,已確認身份的遇難者人數(shù)近500人。有這樣的說法,/地震本身不會殺人,而建筑會殺人0。汶川大地震中房屋建筑的震害情況,有些與唐山震害的情況有類似之處,特別是砌體結(jié)構房屋,如主體承重結(jié)構強度不足、預制板與豎向承重結(jié)構連接構造措施不當,房屋就會被震垮,圖1為震區(qū)某教學樓的震后情形。海地建筑質(zhì)量也是相當糟糕,地震中房屋幾乎全部被摧毀圖2所示的情形隨處可見。我們可以發(fā)現(xiàn)智利地

5、震中傷亡人數(shù)相對很少,相關專家認為原因有兩個:一是居民住房多為平房或低矮的住房;二是沒有/豆腐渣0工程。智利雖是個發(fā)展中國家,但智利人深知自己的國家是地震多發(fā)地,所以不想把房子造成墳墓,抗震性能普遍非常高?？上攵?在地震多發(fā)地帶,建筑抗震設計是多么的重要。文中著重介紹和總結(jié)了建筑抗震設計的基本方法和思路,有助于設計人員在實際工程中加 以應用。圖1汶川震后情形58圖2海地震后情形1地震中被毀房屋特點對地震中被毀掉的房屋進行研究,可以發(fā)現(xiàn),破壞比較嚴重的建筑以下幾種情況1:1沿豎向不規(guī)則建筑,破壞情況嚴重。不規(guī)則建筑物,尤其是沿豎向不規(guī)則的房屋建筑,破壞較嚴重。典型的有兩類:一是結(jié)構底層為空曠結(jié)

6、構,下部為薄弱層;結(jié)構底層為空曠結(jié)構的房屋大多底層為大開間框架結(jié)構,方便使用。房屋震害主要表現(xiàn)為底層倒塌、傾斜,原因是底層形成薄弱層,剛度和強度均不足。二是突出屋面的小塔樓結(jié)構。突出屋面小塔樓由于沿豎向質(zhì)量和剛度的突變,易產(chǎn)生鞭梢效應。在地震中絕大部分受到損壞。2鋼筋混凝土結(jié)構未能實現(xiàn)/強柱弱梁0機制。震害總體情況表明,框架2剪力墻結(jié)構大部分基本完好或輕微破壞,未發(fā)現(xiàn)嚴重破壞。但有少數(shù)框架結(jié)構嚴重破壞或倒塌?？蚣芙Y(jié)構的破壞形態(tài)大部分為柱上下端破壞,或框架梁、柱節(jié)點核心區(qū)剪切破壞或壓酥。破壞形式為柱端屈服破壞,屬/強梁弱柱0形式。都江堰某賓館柱節(jié)點破壞,可看出節(jié)點區(qū)未按規(guī)范要求配置箍筋,主筋搭接

7、不符合規(guī)范要求,梁柱節(jié)點核心區(qū)未按規(guī)范要求配置箍筋,節(jié)點區(qū)發(fā)生破壞。3框架結(jié)構中樓梯間震害較普遍。地震中,框架結(jié)構中板式樓梯破壞嚴重。在有些倒塌破壞的房屋中,樓梯間本應成為重要的逃生通道,但卻是倒塌破壞最嚴重的區(qū)域。4框架結(jié)構填充墻破壞。填充墻破壞是框架結(jié)構最為常見的震害,汶川地震中也尤為突出。5裝配式樓蓋破壞較嚴重。關于預制板結(jié)構破壞,在1976年唐山大地震中已有較多震害。地震區(qū)大量的砌體結(jié)構房屋中,普遍采用預制空心樓板,由于未按規(guī)范要求設計成裝配整體式樓蓋,地震中當墻體破壞或外閃,導致樓板塌落,因而達不到裝配整體式樓蓋的作用。2抗震設計為了提高房屋的抗震性能,我們在建筑結(jié)構設計的過程中,必

8、須加強抗震設計。根據(jù)地震中被毀房屋特點,建筑結(jié)構抗震著重從概念設計,抗震計算與構造措施3個方面進行加強。概念設計在總體上把握抗震設計的基本原則,抗震計算為建筑抗震設計提供定量手段,構造措施可以在保證結(jié)構整體性、加強局部薄弱環(huán)節(jié)等方面上保證抗震計算結(jié)果的有效性225。2.1概念設計抗震概念設計,應從以下幾個方面考慮:1房屋平面布置要規(guī)則2結(jié)構力求對稱。房屋外形不規(guī)則、不對稱、凹凸變化尺度大,形心質(zhì)心偏心大,同一結(jié)構單元內(nèi),結(jié)構平面形狀和剛度不均勻、不對稱,平面長度過長等,均不利于抗震。2強度和剛度勻稱。多層建筑應該使其各層之間強度和剛度勻稱,如存在薄弱樓層,則該處就會成為地震力作用下的變形集中部

9、位,從而使建筑物首先從該部位發(fā)生嚴重破壞,甚至整個建筑的破壞。例如:比較常見的底商住宅設計,底層為框架,上部為磚混住宅。底層框架抗側(cè)移剛度比上層住宅抗側(cè)移剛度小的多,底層是抗震的薄弱環(huán)節(jié)。為加強底部側(cè)移剛度,在縱橫方向都應按規(guī)范要求設置剪力墻,所以底層框架住宅正確的設計應該是底層框架剪力墻結(jié)構。3結(jié)構超靜定次數(shù)多。靜定結(jié)構的桿件受力系統(tǒng)和傳力路線單一,一根桿件的破壞,就使整個結(jié)構體系因此而失效。超靜定結(jié)構在超過其荷載能力時,先使多余桿件發(fā)生塑性變形,消耗吸收一部分能量,而保證整個結(jié)構的穩(wěn)定性,減少地震破壞。超靜定結(jié)構次數(shù)多,則消耗地震能量也就愈多,建筑抗震能量越強。4提倡采用/強柱弱梁0框架。

10、為避免框架倒塌,提倡采用/強柱弱梁0框架結(jié)構而避免/強梁弱柱0。例如單一的框架結(jié)構,框架就成為唯一的抗側(cè)力構件,那么采用/強柱弱梁0型延性框架,在水平地震力的作用下,梁的屈服先于柱的屈服,就可以做到利用梁的變形消耗地震能量,使框架柱退居到第二道防線的位置。5選擇耗能構件。力求水平構件吸收較多的地震力,先于豎向構件破壞,從而滿足建筑物震后壞而不倒的要求。6強構件的相互連接。多個構件有可靠的連接才能保證各個構件的強度充分發(fā)揮,才能更好地傳59 遞地震力,使各個構件都能充分地吸收地震力,提高整個構件的延性。構件連接不破壞,整個結(jié)構才能保證其整體性,各構件之間的連接必須可靠。7避免出現(xiàn)薄弱樓層。多層結(jié)

11、構中如出現(xiàn)薄弱樓層,地震時該樓層就會出現(xiàn)較大的塑性變形集中,而樓層剛度分布均勻的多層結(jié)構,相對基礎而言底層成為整個結(jié)構的薄弱樓層。在確定結(jié)構方案時,要避免出現(xiàn)薄弱層,如有薄弱層時應該在結(jié)構上給以加強。8形體突變部位加強。當建筑形體有突變部位時,應采取加強措施。9填充墻的利用。磚砌圍護墻和隔墻,嵌砌于框架之間,地震力作用時可減輕主體結(jié)構的破壞。但混凝土填充墻可能會造成框架比較顯著的局部破壞,所以說砌體填充墻對主體結(jié)構抗震有有利和不利2種影響,應該在結(jié)構抗震時加以具體分析,同時要使隔墻和圍墻在平面上要對稱均勻分布,以及沿豎向連續(xù)均勻分布?？拐鹨?guī)范規(guī)定:框架結(jié)構先澆框架后砌填充墻,底層框剪結(jié)構先砌墻

12、后澆框架。10應用輕質(zhì)材料。材料質(zhì)量越小,地震力作用越小,所以在房屋的墻體、樓板框架隔墻、維護墻及房屋構件中應盡力選擇輕質(zhì)材料以減輕地震力的作用,提高房屋的抗震能力。11設置多層防線。由于地震力作用具有一定的持續(xù)性、不確定性、復雜性,將在短時間內(nèi)對建筑物進行多次沖擊。所以建筑物只有一道抗震防線是不夠的,該防線一旦破壞,對于接著而來的下次沖擊,將造成建筑物的破壞。多設置抗震防線作為后備,就可以抵抗多次地震力作用,使人員能有較多時間離開建筑物,保證建筑物的最低限度的安全。12改進加強樓梯間的設計,進一步提高樓梯間構件的安全度。如前所述,樓梯間本應是重要的逃生通道,但此次震害中,樓梯間倒塌破壞情況較

13、多,需要引起我們進一步的重視。一方面,應加強樓梯間的構造措施要求;另一方面,在進行設計計算分析時,要對樓梯間構件進行更加詳細的分析。13進一步推廣隔震技術,提高結(jié)構抗震性能國內(nèi)外多次地震以及本次地震都證明,隔震技術能極大地提高結(jié)構抗震性能,是一項比較成熟的技術,而且所增加費用有限。工程應用表明,在我國基礎隔震建筑與傳統(tǒng)的建筑相比,房屋建筑的工程造價增加5%10%左右,而結(jié)構的功能卻可以得到明顯提高。因結(jié)構只能保證結(jié)構在大震下不倒塌,但不能保證結(jié)構不發(fā)生破壞及各種使用功能的正常進行。在地震中,有大量的房屋建筑雖然沒有發(fā)生嚴重的結(jié)構破壞,但因裝修或室內(nèi)設施的破壞,帶來了不小的經(jīng)濟損失。因此,從結(jié)構

14、的整個生命周期看,盡管基礎隔震建筑增加了5%10%的工程造價,但它帶來的效益遠遠大于所增加的投資。因此,在高烈度區(qū)應大力推廣隔震建筑,提高結(jié)構的抗震性能。2.2抗震計算與構造措施2.2.1抗震計算各類建筑結(jié)構的地震作用,應按下列原則考慮:1一般情況下,應允許在建筑結(jié)構的2個主軸方向分別計算水平地震作用并進行抗震驗算,各方向的水平地震作用應由該方向抗側(cè)力構件承擔。2有斜交抗側(cè)力構件的結(jié)構,當相交角度大于15b時,應分別計算各抗側(cè)力構件方向的水平地震作用。3質(zhì)量和剛度分布明顯不對稱的結(jié)構,應計人雙向水平地震作用下的扭轉(zhuǎn)影響;其他情況,應允許采用調(diào)整地震作用效應的方法計入扭轉(zhuǎn)影響。48度、9度時的人

15、跨度結(jié)構和長懸臂結(jié)構及9度時的高層建筑,應計算豎向地震作用。底部剪力法和振型分解反應譜法是結(jié)構抗震計算的基本方法,而時程分析法作為補充計算方法,僅對特別不規(guī)則、特別重要的和較高的高層建筑才要求采用。抗震計算方法的采用應符合:1高度不超過40m,以剪切變形為主且質(zhì)量和剛度沼高度分布比較均勻的結(jié)構,以及近似于單質(zhì)點體系的結(jié)構,可采用底部剪力法等簡化方法。2除第l條外的建筑結(jié)構,宜采用振型分解反應譜法。3特別不規(guī)則的建筑(凹凸、扭轉(zhuǎn)、樓板局部不連續(xù)及豎向不規(guī)則等、甲類建筑和烈度、場地內(nèi)限定高度范圍的高層建筑,應采用時程分析法進行多遇地震下的補充計算?？扇《鄺l時程曲線計算結(jié)果的平均值與振型分解反應譜法

16、計算結(jié)果的較大值。2.2.2構造措施混凝土結(jié)構,一般是通過鋼筋砼構件截面高寬比限值,最小配筋率要求,承重柱軸壓比來控制。磚混結(jié)構,常見構造措施有限定房屋總高度和層數(shù)層高;在縱、橫墻中設置鋼筋混凝土構造柱、圈梁;房屋的高寬比、橫墻間距局部尺寸進行限值控制;設置防震縫等。修訂后的抗震設計規(guī)范中增加了強制性條文,突出屋頂?shù)臉恰㈦娞蓍g,構造柱應伸到頂部,并與頂部圈梁連接,內(nèi)外墻交接處應沿墻高每隔500 mm設26通長拉結(jié)鋼筋。拉結(jié)填充墻參與整體結(jié)60構受力,且對結(jié)構剛度有較大影響,在設計中應充分考慮。3結(jié)語綜上所述,建筑結(jié)構的抗震設計是一個完整、系統(tǒng)的過程,從場址的選擇到建筑物的結(jié)構設計,抗震設計貫穿

17、,整個過程。而且建筑物的抗震設計是衡量建筑結(jié)構設計是否符合要求的重要指標。因此如何準確、合理的運用不同的抗震設計方法,是非常重要的,對于不同的建筑,不同的情況應區(qū)別對待,從而尋求最合理設計方法。參考文獻1王翠坤,楊沈.汶川地震對建筑結(jié)構設計的啟示J.震災防御技術,2008,3(3.2王亞勇,戴國瑩,建筑抗震設計規(guī)范疑問解答M.北京:中國建筑工業(yè)出版社,2006.3寇秀梅.結(jié)構設計中的抗震設計問題J.中國西部科技,2008,6(7.4李智建,石延明.淺談建筑結(jié)構設計中的抗震設計J.工業(yè)技術,2009(12.5GB500ll2001.建筑抗震設計規(guī)范S.收稿日期:2010204207.作者簡介:陳明霞(19782,結(jié)構工程師(中級.E2mail:runmiao(上接第48頁4結(jié)語A