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論文摘要:本文從抗震的角度探討建筑的體型,建筑平面布置和豎向布置、規(guī)范中設(shè)計(jì)限值的控制、屋頂建筑等設(shè)計(jì)問題。
建筑設(shè)計(jì)是否考慮抗震要求,從總體上起著直接的控制主導(dǎo)作用。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)很難對(duì)建筑設(shè)計(jì)有較大的修改,建筑設(shè)計(jì)定了,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則上只能是服從于建筑設(shè)計(jì)的要求。如果建筑師能在建筑方案、初步設(shè)計(jì)階段中較好地考慮抗震的要求,則結(jié)構(gòu)工程師就可以對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件系統(tǒng)進(jìn)行合理的布置,建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和剛度分布以及相應(yīng)產(chǎn)生的地震作用和結(jié)構(gòu)受力與變形比較均勻協(xié)調(diào),使建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能和抗震承載力得到較大的改善和提高;如果建筑師提供的建筑設(shè)計(jì)沒有很好地考慮抗震要求,那就會(huì)給結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)帶來(lái)較多困難,使結(jié)構(gòu)的抗震布置和設(shè)計(jì)受到建筑布置的限制,甚至造成設(shè)計(jì)的不合理。有時(shí)為了提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗震承載力,不得不增大構(gòu)件的截面或配筋用量,造成不必要的投資浪費(fèi)。由此可見,建筑設(shè)計(jì)是否考慮抗震要求,對(duì)整個(gè)建筑起著很重要的作用。因此,我們?cè)?a href="http://mug-factory.cn/haowen/105669.html" target="_blank">建筑抗震設(shè)計(jì)過(guò)程別要注重以下幾個(gè)問題。
一、建筑體型設(shè)計(jì)問題
建筑體型包括建筑的平面形狀和主體的空間形狀的設(shè)計(jì)。震害表明,許多平面形狀復(fù)雜,如平面上的外凸和凹進(jìn)、側(cè)翼的過(guò)多伸懸、不對(duì)稱的側(cè)翼布置等在地震中都遭到了不同程度的破壞。唐山地震就有不少這樣的震例。平面形狀簡(jiǎn)單規(guī)則的建筑在地震中未出現(xiàn)較重的破壞,有的甚至保持完好無(wú)損。沿高度立體空間形狀上的復(fù)雜和不規(guī)則在地震時(shí)都會(huì)造成震害。特別是在建筑結(jié)構(gòu)剛度發(fā)生突變的部位更易產(chǎn)生破壞。因此在建筑體型的設(shè)計(jì)中,應(yīng)盡可能地使平面和空間的形狀簡(jiǎn)潔、規(guī)則;在平面形狀上,矩形、圓形、扇形、方形等對(duì)抗震來(lái)說(shuō)都是較好的體型。盡可能少做外凸和內(nèi)凹的體型,盡可能少做不對(duì)稱的側(cè)翼和過(guò)長(zhǎng)的伸翼。在體型布置上盡可能使建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和剛度比較均勻地分布,避免產(chǎn)生因體型不對(duì)稱導(dǎo)致質(zhì)量與剛度不對(duì)稱的扭轉(zhuǎn)反應(yīng)。
二、建筑平面布置設(shè)計(jì)問題
建筑物的平面布置在建筑設(shè)計(jì)中是十分重要的部分,它直接反映建筑的使用功能和要求。柱子的距離、內(nèi)墻的布置、空間活動(dòng)面積的大小、通道和樓梯的位置、電梯井的布置、房間的數(shù)量和布置等,都要在建筑的平面布置圖上明確下來(lái)。而且,由于建筑使用功能不同,每個(gè)樓層的布置有可能差異很大,建筑平面上的墻體,包括填充墻、內(nèi)隔墻、有相應(yīng)強(qiáng)度和剛度的非承重內(nèi)隔墻等等布置不對(duì)稱,墻體與柱子分布的不對(duì)稱、不協(xié)調(diào),使建筑物在地震時(shí)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)地震作用,對(duì)抗震很不利。有的建筑物,其剛度很大的電梯井筒被布置在建筑平面的角部或是平面的一側(cè),結(jié)果在地震中造成靠電梯一側(cè)建筑物的嚴(yán)重破壞。這是因?yàn)殡娞菥簿哂袠O大的抗側(cè)力剛度,吸引了地震作用的主要部分[3]。有的建筑物,在平面布置上一側(cè)的墻體很多,而另一側(cè)的墻體稀少,這就造成平面上剛度分布的很不對(duì)稱,質(zhì)量分布也偏心,使結(jié)構(gòu)的受力和變形不協(xié)調(diào),導(dǎo)致扭轉(zhuǎn)地震作用效應(yīng),帶來(lái)局部墻面的破壞。有的建筑物,如底層為商場(chǎng)的臨街建筑,臨街一側(cè)往往不設(shè)墻體,而其另一側(cè)則有剛度很大的墻體封閉,兩側(cè)在剛度上相差很多,也將在地震時(shí)引起扭轉(zhuǎn)地震作用,對(duì)抗震不利。還有的建筑平面布置上,經(jīng)常出現(xiàn)內(nèi)隔墻不對(duì)齊或中斷,使剛度發(fā)生突變和地震力傳遞受阻,對(duì)抗震也帶來(lái)不利,客易引起結(jié)構(gòu)的局部破壞。建筑平面布置設(shè)計(jì)對(duì)建筑抗震關(guān)系很大,從概念上要解決的一個(gè)核心問題是:建筑平面布置設(shè)計(jì)上要盡可能做到使結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和剛度分布均勻,對(duì)稱協(xié)調(diào),避免突變,防止產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)效應(yīng)。在建筑平面布置的總體設(shè)計(jì)上要盡可能為結(jié)構(gòu)抗側(cè)力構(gòu)件的合理布置創(chuàng)造條件,使建筑使用功能要求與建筑結(jié)構(gòu)抗震要求融合成一體,充分發(fā)揮建筑設(shè)計(jì)在建筑抗震中的作用。
三、建筑豎向布置設(shè)計(jì)問題
建筑的豎向布置設(shè)計(jì)問題在建筑設(shè)計(jì)中主要反映在建筑沿高度(樓層)結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和剛度分布設(shè)計(jì)上。無(wú)論是單層或多層,還是高層建筑或超高建筑,這個(gè)問題是比較突出的。存在的這個(gè)主要問題是,由于建筑使用功能的不同要求,如底層或下面幾層是商場(chǎng)、購(gòu)物中心,建筑上要求是大柱距、大空間;而上面的樓層則是開間較大的寫字樓或布置多樣化的公寓樓,低層設(shè)柱、墻很少,而上面則是以墻為主,柱很少。有的建筑在布置上還設(shè)有面積很大的公用天井大廳,在不同樓層上設(shè)有大會(huì)議廳、展廳、報(bào)告廳等,建筑使用功能的不同,形成了建筑物沿高度分布的質(zhì)量和剛度的嚴(yán)重不均勻、不協(xié)調(diào)。突出的問題是沿上下相鄰樓層的質(zhì)量和剛度相差過(guò)大,形成突變[3]。在剛度最差的樓層形成對(duì)抗震極為不利的抗震承載力不足和變形很大的薄弱層。這是在建筑設(shè)計(jì)中必須高度重視的問題。在實(shí)際設(shè)計(jì)中,在建筑使用功能不同的情況下,很可能出現(xiàn)上下相鄰樓層的墻體不對(duì)齊,柱子不對(duì)齊,墻體不連續(xù),不到底;上層墻多,下層墻少;上層有柱,下層無(wú)柱等,使地震力的傳遞受阻或不通;抗震用的剪力墻設(shè)置不能直通到底層、剪力墻布置嚴(yán)重不對(duì)稱或數(shù)量太少。所有這些布置都將給建筑物帶來(lái)地震作用分布的不均勻、不對(duì)稱和對(duì)建筑物很不利的扭轉(zhuǎn)作用。多次大震害表明,建筑物豎向樓層剛度的過(guò)大變化,給建筑物造成很多破壞,甚至是整個(gè)樓層的倒塌。在1995年的日本阪神大地震中,有多棟鋼筋混凝土高層建筑發(fā)生了中間樓層的整體坐落倒塌破壞。因此,盡可能使剪力墻布置比較均勻并使其能沿豎向貫通到建筑物底部,不宜中斷或不到底。盡量避免其某樓層剛度過(guò)少,盡量避免產(chǎn)生地震時(shí)的鈕轉(zhuǎn)效應(yīng)。
四、建筑上應(yīng)滿足的設(shè)計(jì)限值控制問題
根據(jù)大量震害的經(jīng)驗(yàn)總結(jié),現(xiàn)行《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GBJll-89)對(duì)房屋建筑在建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮的一些抗震要求的限值控制提出了規(guī)定。這些規(guī)定,建筑設(shè)計(jì)應(yīng)予遵守:一是房屋的建筑總高度和層數(shù);二是對(duì)房屋抗震橫墻問題和局部墻體尺寸的限值控制。
五、屋頂建筑的抗震設(shè)計(jì)問題
在高層和超高層建筑設(shè)計(jì)中,屋頂建筑是一個(gè)重要的設(shè)計(jì)部分。從近幾年對(duì)一些高層建筑抗震設(shè)計(jì)審查結(jié)果來(lái)看,屋頂建筑存在的主要問題,一是過(guò)高,二是過(guò)重。這樣的屋頂建筑加大了變形,也加大了地震作用。對(duì)屋頂建筑自身和其下的建筑物的抗震都不利。屋頂建筑的重心與下部建筑的重心不在一條線上,且前者的抗側(cè)力墻與其下樓層的抗側(cè)力墻體上下不連續(xù)時(shí),更會(huì)帶來(lái)地震的扭轉(zhuǎn)作用,對(duì)建筑物抗震更不利。為此,在屋頂建筑設(shè)計(jì)中,宜盡量降低其高度。采用高強(qiáng)輕質(zhì)的建筑材料和剛度分布比較均勻、地震作用沿結(jié)構(gòu)的傳遞比較通暢,使屋頂重心與其下部建筑物的重心盡可能一致;當(dāng)屋頂建筑較高時(shí),要使其具有較好的抗震定性,使屋頂建筑的地震作用及其變形較小,而且不發(fā)生扭轉(zhuǎn)地震作用。超級(jí)秘書網(wǎng)
六、結(jié)束語(yǔ)
總的來(lái)說(shuō),建筑設(shè)計(jì)是建筑杭震設(shè)計(jì)的一個(gè)重要方面,建筑設(shè)計(jì)與建筑
抗震設(shè)計(jì)有著密切關(guān)系。它對(duì)建筑抗震起著重要的基礎(chǔ)作用。一個(gè)優(yōu)良的建筑抗震設(shè)計(jì),必須是在建筑設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相互配合協(xié)作共同考慮抗震的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上完成。為此,要充分重視建筑設(shè)計(jì)在建筑抗震設(shè)計(jì)中的重要性,在建筑抗震設(shè)計(jì)中更好地發(fā)揮建筑設(shè)計(jì)應(yīng)有的作用。
參考文獻(xiàn):
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1 國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀
在我國(guó),框架結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)的過(guò)程中,基本采用的純框架的設(shè)計(jì)理論。填充墻做為非結(jié)構(gòu)構(gòu)件,結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)只是在進(jìn)行荷載計(jì)算時(shí)將填充墻的自重附加在計(jì)算模型上,沒有考慮到填充墻與框架本身的拉結(jié)關(guān)系的影響。
《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》[4](以下簡(jiǎn)稱《高規(guī)》)中4.3.17條明文規(guī)定:當(dāng)非承重墻體為砌體墻時(shí),框架結(jié)構(gòu)的計(jì)算自震周期可取0.6~0.7的折減系數(shù)。這是因?yàn)榇罅康目茖W(xué)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表明:實(shí)際工程當(dāng)中,建筑自身的自振周期小于理論計(jì)算出來(lái)的周期。特別是墻體采用實(shí)心磚填充墻的框架結(jié)構(gòu),因?yàn)閷?shí)心磚填充墻的剛度大于框架的剛度,其影響更為顯著。大量數(shù)據(jù)表明,實(shí)測(cè)周期約為計(jì)算周期的50%~60%。
在建筑的施工過(guò)程中,為了填充墻的穩(wěn)定、施工方便,通常會(huì)采取填充墻與框架柱、梁周邊拉結(jié)的做法,或者通過(guò)拉結(jié)鋼筋來(lái)加強(qiáng)框架和填充墻之間的聯(lián)系,這樣的施工方法有利于填充墻整體的穩(wěn)定和防止裂縫的生成,并且對(duì)于隔音、防水、保溫、隔熱也是有利的。這一做法也直接導(dǎo)致了框架填充墻結(jié)構(gòu)體在水平或豎向動(dòng)力作用下,作為一個(gè)整體來(lái)共同作用。
但是,就算按照目前采用的地震三水準(zhǔn)的設(shè)防目標(biāo),“小震不壞、中震可修、大震不倒“的抗震設(shè)計(jì)原則,只能做到對(duì)于建筑的結(jié)構(gòu)構(gòu)件不發(fā)生破壞或者倒塌,建筑當(dāng)中存在的大量的非結(jié)構(gòu)構(gòu)件還是存在被破壞的可能。從以往的震害當(dāng)中可以看到,非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞也是相當(dāng)嚴(yán)重的,并對(duì)人的生命安全和財(cái)產(chǎn)安全造成了極大的破壞。造成這種局面的最主要的原因是在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候?qū)Ψ墙Y(jié)構(gòu)構(gòu)件譬如填充墻等的對(duì)抗震的影響被忽略,缺乏對(duì)其受力性能的分析和細(xì)致的研究。
實(shí)驗(yàn)表明:填充墻與結(jié)構(gòu)框架的之間的相互作用明顯的改變了建筑主體結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布情況。目前設(shè)計(jì)的現(xiàn)況是將本身的填充墻框架結(jié)構(gòu)考慮成空的框架結(jié)構(gòu),并不能反映主體結(jié)構(gòu)的真實(shí)的內(nèi)力分布,同時(shí)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范中所給出的柱端彎矩增大系數(shù)雖然考慮了節(jié)點(diǎn)兩側(cè)柱端彎矩之和的放大,但不能反映填充墻的影響,柱端和梁端彎矩比很可能超過(guò)柱端彎矩增大系數(shù)及附加軸力的情況,導(dǎo)致了計(jì)算過(guò)程中對(duì)柱的實(shí)際內(nèi)力估計(jì)不足,造成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的偏差。
2 框架填充墻的抗震受力分析
根據(jù)大量震害調(diào)查結(jié)果,數(shù)據(jù)表明如果沒有考慮到結(jié)構(gòu)因?yàn)樘畛鋲Χ鸬恼w剛度變化,會(huì)造成不必要的震害。一般我們會(huì)采用以下幾種方法來(lái)計(jì)算填充墻的受力:(1)框架填充墻在進(jìn)行線彈性受力分析時(shí),一般采用的底部剪力法進(jìn)行分析。(2)由于豎向荷載對(duì)于結(jié)構(gòu)的側(cè)翼影響很小,所以一般不必考慮。(3)在水平力作用下的框架結(jié)構(gòu),其側(cè)移包括截面彎矩引起的側(cè)翼、彎曲型變形和截面剪力引起的側(cè)移、剪切行變形。
3 鋼筋混凝土框架填充墻的破壞模式
影響鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)填充墻破壞的因素有很多,譬如填充墻的寬高比、框架和填充墻的剛度比、強(qiáng)度、選用的材料等,都可能導(dǎo)致墻體破壞的結(jié)果不同。一般情況出現(xiàn)的填充墻的破壞有以下幾種模式:
(1)彎曲破壞模式。當(dāng)結(jié)構(gòu)開始受力時(shí),因?yàn)檎w結(jié)構(gòu)受到的側(cè)向荷載還比較小,填充墻及框架主體處于未分離的狀態(tài),因此彎曲單元使一個(gè)整體的形式,由于墻體本身屬于脆性材料,所以抗拉強(qiáng)度較低,因此在填充墻在受力過(guò)程中的受拉端出現(xiàn)了水平裂縫。這種破壞模式一般發(fā)生在細(xì)高框架結(jié)構(gòu)當(dāng)中。
(2)剪切破壞模式。在結(jié)構(gòu)的側(cè)向荷載作用下,因?yàn)閴w的組成材料之一砂漿抗剪強(qiáng)度較低,所以受力過(guò)程中塊體間接觸面就會(huì)出現(xiàn)粘接滑移現(xiàn)象,導(dǎo)致墻體沿灰縫形成鋸齒形的裂縫。當(dāng)填充墻高寬比較大時(shí),鋸齒形裂縫由于受到墻體高寬比的限制而不能充分發(fā)展,于是就沿著墻體的水平灰縫向另一個(gè)受壓端繼續(xù)發(fā)展。
(3)對(duì)角破壞模式。填充墻中部處于拉壓應(yīng)力狀態(tài),當(dāng)主拉應(yīng)力較大時(shí),在填充墻中部一定區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)裂縫并向受壓端發(fā)展,形成填充墻斜壓桿傳力機(jī)制,導(dǎo)致形成對(duì)角破壞。 ?。?)局壓破壞模式。填充墻受壓端處于雙向壓應(yīng)力狀態(tài),提高了填充墻的抗壓強(qiáng)度,但是高應(yīng)力值使得受壓端發(fā)生局部壓碎破壞,形成局壓破壞。
4 填充墻對(duì)框架結(jié)構(gòu)的影響
(1)大幅度的提高了框架機(jī)構(gòu)的抗側(cè)剛度,顯著減小了框架結(jié)構(gòu)的自震周期。以某選礦廠主洗車間的實(shí)心粘土磚填充墻的多層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)為例,對(duì)建筑的自振周期進(jìn)行了計(jì)算和實(shí)測(cè)。得到的結(jié)果是按照結(jié)構(gòu)為純框架的計(jì)算方法得到第一自振周期為0.671s;按現(xiàn)行的規(guī)范考慮填充墻的影響計(jì)入折減系數(shù),得到的第一自振周期為0.5s;工程建成以后,根據(jù)實(shí)際的情況對(duì)建筑進(jìn)程測(cè)量,得到的第一自振周期為0.41s。
由此可見,填充墻對(duì)鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的自振周期的影響時(shí)非常大的。
(2)當(dāng)框架結(jié)構(gòu)不考慮填充墻作用時(shí),填充墻的存在增大了結(jié)構(gòu)的抗側(cè)剛度,減少了結(jié)構(gòu)整體在動(dòng)荷載作用下的位移反應(yīng),提高了整體結(jié)構(gòu)的抗震性能。
(3)填充墻是地震作用時(shí)耗散結(jié)構(gòu)非彈性能量的主要構(gòu)件,能夠減少作用在框架主體結(jié)構(gòu)的地震作用,在抗震中充分發(fā)揮著抗震第一道防線的作用,能夠延緩主體結(jié)構(gòu)在地震中的破壞。
(4)考慮填充墻的作用能非常明顯的改變主體結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布,并增大了柱端分擔(dān)的彎矩,會(huì)導(dǎo)致柱端和梁端彎矩比超過(guò)規(guī)范的規(guī)定,出現(xiàn)了地震作用下柱破壞先于梁破壞的現(xiàn)象。并且部分填充墻承擔(dān)的側(cè)向力由柱直接向下傳遞,使柱的軸向壓力增大,進(jìn)一步加劇了柱的破壞。如圖1所示。
圖1 柱頭的剪切破壞
(5)框架結(jié)構(gòu)如果使用砌體填充墻,當(dāng)墻體的布置不當(dāng)時(shí),常能造成結(jié)構(gòu)的豎向剛度變化過(guò)大,或形成短柱,或形成較大的剛度偏心。由于填充墻的布置由建筑專業(yè)完成,結(jié)構(gòu)圖紙上不予表示,所以容易被忽略而造成震害。所以《高規(guī)》[4]6.1.3明文規(guī)定:抗震設(shè)計(jì)時(shí),框架結(jié)構(gòu)如采用砌體填充墻,其布置應(yīng)符合下列規(guī)定:①避免形成上、下剛度變化過(guò)大。②避免形成短柱。③減少因抗側(cè)剛度偏心造成的結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)。
5 填充墻在設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中應(yīng)注意的問題:
(1)在墻體施工中增加構(gòu)造柱;當(dāng)墻體高度超過(guò)一定范圍時(shí),增加圈梁或小梁;圈梁和構(gòu)造的使用在一定程度上提高了墻體的延性,增強(qiáng)了墻體本身的抗震性能,可以成為結(jié)構(gòu)的第二道抗震防線。通過(guò)對(duì)前幾次震害的調(diào)查研究,圈梁和構(gòu)造柱在地震中的有利作用非常明顯;
(2)當(dāng)墻于不同的位置時(shí),設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)按區(qū)域劃分設(shè)計(jì);如果墻只是考慮起到隔墻的作用,那么在設(shè)計(jì)中可以傾向于考慮滑移變位的材料。當(dāng)墻體作為耗能構(gòu)件時(shí),則重點(diǎn)應(yīng)考慮起在能耗機(jī)制方向的設(shè)計(jì)。當(dāng)墻體可以與結(jié)構(gòu)構(gòu)件共同起到抗側(cè)剛度的時(shí)候,應(yīng)仿照剪力墻對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)。
(3)做好墻體與周圍構(gòu)件的連接處理,盡可能使用柔性連接;剛性連接是目前工程中采用最多的連接方式,但是其不利的地方在于抗震時(shí)填充墻參與受力,對(duì)結(jié)構(gòu)的影響較大。
6 結(jié)語(yǔ)
不確定性的地面運(yùn)動(dòng)的影響。地震動(dòng)是地殼快速釋放能量過(guò)程中產(chǎn)生具有不確定性的多維振動(dòng),它是通過(guò)地震波的傳播實(shí)現(xiàn)的,它的隨機(jī)性和復(fù)雜性讓人難以預(yù)測(cè)。地震動(dòng)的各個(gè)分量對(duì)建筑都具有危害作用,即一個(gè)豎向分量、兩個(gè)水平分量和一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)分量。地震災(zāi)害具有突發(fā)性、破壞性、難以預(yù)測(cè)性,甚至是毀滅性的。結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性的影響。影響結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析的因素主要有:結(jié)構(gòu)質(zhì)量分布不均勻;基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)的協(xié)同作用;節(jié)點(diǎn)的非剛性轉(zhuǎn)動(dòng);偏心扭轉(zhuǎn)可能使位移增加;柱的軸向變形可能會(huì)使周期變長(zhǎng),加速度降低;材料的影響?;炷恋膹椥阅A侩S著時(shí)間的增長(zhǎng)或應(yīng)變的增大而降低,這意味著自振周期可能增長(zhǎng),而加速度反應(yīng)將減小。阻尼變化的影響。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)阻尼比受震松動(dòng)以后會(huì)變大,且自振周期變長(zhǎng)?;A(chǔ)不同沉降量的影響。按一般荷載設(shè)計(jì)的框架結(jié)構(gòu),當(dāng)?shù)卣鹣禂?shù)大于0,基礎(chǔ)差異沉降可能造成實(shí)際彎矩與設(shè)計(jì)彎矩出現(xiàn)較大的誤差,而這種誤差在設(shè)計(jì)中一般未予考慮。建筑結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量。施工質(zhì)量是影響結(jié)構(gòu)抗震能力的一個(gè)重要因素。施工的任一環(huán)節(jié)都可能對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能造成重要影響。這就是為什么“豆腐渣工程”的抗震性能總是和設(shè)計(jì)值相差甚遠(yuǎn)。
2.建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方法
2.1結(jié)構(gòu)地震分析法
結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的首要任務(wù)就是對(duì)結(jié)構(gòu)最大地震反應(yīng)的分析,需要確定內(nèi)力組合及截面設(shè)計(jì)的地震作用值。常用的地震分析法有底部剪力法、彈性時(shí)程分析方法、振型分解反應(yīng)譜法、非線彈性靜力分析法以及非線彈性時(shí)程分析法。其中最為簡(jiǎn)單的屬底部剪力法,其在質(zhì)量、剛度沿高度分布較均勻的結(jié)構(gòu)中較為適用。假設(shè)結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)以線性倒三角形的第一振型為主。并通過(guò)第一振型周期的估計(jì)來(lái)確定地震影響系數(shù)。對(duì)于較為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)體系,采用振型分解反應(yīng)譜法來(lái)計(jì)算,它的思路就是根據(jù)振型疊加原理,將各種振型對(duì)應(yīng)的地震作用、作用效應(yīng)以一定方式疊加起來(lái)得到結(jié)構(gòu)總的地震作用、作用效應(yīng)。而彈性時(shí)程分析適用于特別不規(guī)則和特別重要的結(jié)構(gòu)中,將建筑物看作彈性或彈塑性振動(dòng)系統(tǒng),直接輸入地面振動(dòng)加速度記錄,對(duì)運(yùn)動(dòng)方程積分,從而得到各質(zhì)點(diǎn)的位移、速度、加速度和剪力時(shí)程變化曲線。非線彈性時(shí)程分析法可以準(zhǔn)確完整的反映結(jié)構(gòu)在地震作用下反應(yīng)的全過(guò)程。按非線彈性時(shí)程分析法進(jìn)行抗震設(shè)計(jì),能改善結(jié)構(gòu)抗震能力和提高抗震水平。非線彈性靜力分析法考慮了結(jié)構(gòu)彈塑性特性,在結(jié)構(gòu)分析模型上施加某種特定傾向力模擬地震水平側(cè)向力,并逐級(jí)單調(diào)增大,構(gòu)件一旦屈服,修改其剛度直到結(jié)構(gòu)達(dá)到預(yù)定的狀態(tài)。
2.2建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方法
為了確保建筑結(jié)構(gòu)的抗震能力最佳,所設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)在強(qiáng)度、剛度、延性及耗能能力等方面都達(dá)到最佳,質(zhì)量分布均勻,平面對(duì)稱、規(guī)則抗側(cè)向力較好的體系及剛度與承載能力變化連續(xù)的結(jié)構(gòu)體系是優(yōu)先考慮的設(shè)計(jì)方案,從而經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)“小震不壞,中震可修,大震不倒”的目的。
(1)根據(jù)我國(guó)的抗震設(shè)計(jì)規(guī)范,建筑持力層的選擇非常重要,它關(guān)系著整個(gè)建筑物的安全性能,同時(shí)規(guī)范還指出,建筑的形體要適當(dāng),要求建筑的形狀及抗側(cè)力構(gòu)件的平面布置宜規(guī)則,并有整體性,不宜用軸壓比很大的鋼筋混凝土框架柱作為第一道防線。
(2)抗震結(jié)構(gòu)體系布置是建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題,如房屋建造中框架結(jié)構(gòu)體系和砌體結(jié)構(gòu)的選擇問題。地震后會(huì)有余震,抗震結(jié)構(gòu)體系應(yīng)具有多道抗震防線。如框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中為了避免部分構(gòu)件破壞而導(dǎo)致整個(gè)體系喪失抗震能力,將不承受重力荷載的構(gòu)件用作傳遞途徑。
(3)傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)抗震是通過(guò)增強(qiáng)結(jié)構(gòu)本身的抗震性能(強(qiáng)度、剛度、延性)來(lái)抵御地震作用的,即由結(jié)構(gòu)本身儲(chǔ)存和消耗地震能量。消能減震設(shè)計(jì)指在結(jié)構(gòu)中設(shè)置消能器來(lái)消耗地震輸入的能量,減輕結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng),減小結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞和避免結(jié)構(gòu)物直接倒塌以達(dá)到預(yù)期防震減震要求。隔震設(shè)計(jì)指在建筑物基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)之間設(shè)置隔離層,即安裝隔震裝置,通過(guò)隔震裝置延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的基本周期,避免地震能量集中使結(jié)構(gòu)發(fā)生屈服和破壞。這是一種以柔克剛積極主動(dòng)的抗震對(duì)策,是一種新方法、新對(duì)策、新途徑。
(4)盡可能多設(shè)置幾道抗震防線,一個(gè)較好的抗震建筑結(jié)構(gòu)由若干個(gè)延性較好的分體系組成,并由延性較好的結(jié)構(gòu)構(gòu)件連接協(xié)同工作。強(qiáng)烈地震之后往往伴隨多次余震,如果只有一道防線,則在第一次破壞后再遭余震,將會(huì)因損傷積累導(dǎo)致倒塌。如像教學(xué)樓這種相對(duì)大開間、單跨、大窗口、懸臂走廊的純框架結(jié)構(gòu),其縱、橫方向的剛度不均勻,很容易發(fā)生扭轉(zhuǎn)破壞,而整個(gè)結(jié)構(gòu)只有框架一道防線,一旦柱子發(fā)生破壞,沒有其他約束措施,整個(gè)框架因喪失全部承載能力而倒塌。防止脆性和失穩(wěn)破壞,增加延展性。設(shè)計(jì)不良的細(xì)部結(jié)構(gòu)常常發(fā)生脆性和失穩(wěn)破壞,應(yīng)該防止。剛度的選擇有助于控制變形,在不增加結(jié)構(gòu)的重量的基礎(chǔ)上,改變結(jié)構(gòu)剛度,提高結(jié)構(gòu)的整體剛度和延展性是有效的抗震途徑。
(5)場(chǎng)地條件就是導(dǎo)致建筑震害過(guò)于嚴(yán)重的關(guān)鍵因素,所以選擇最為有利的地形最大限度的防止建筑物出現(xiàn)在不利于抗震功能發(fā)揮的區(qū)域。選擇在抗震過(guò)于危險(xiǎn)的區(qū)域來(lái)建造房屋,有可能對(duì)人們的生命財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)危害。在汶川地震時(shí),北川縣城西的房屋建造在有滑坡隱患的山體之下,在地震的作用下,山體崩塌、滑坡,將大量的房屋掩埋,死亡1600人,損失慘重。
3結(jié)語(yǔ)
【關(guān)鍵詞】建筑結(jié)構(gòu);抗震概念;實(shí)際設(shè)計(jì);理解
地震是一種破壞力較強(qiáng)的自然災(zāi)害,主要損害建筑結(jié)構(gòu),進(jìn)而導(dǎo)致承重構(gòu)件或地基失去作用。現(xiàn)階段,人們還不能深入的認(rèn)識(shí)到地震的損壞機(jī)理,直接影響了抗震計(jì)算的精確性。概念設(shè)計(jì)是一種指導(dǎo)總體方案開展的方法,良好的概念設(shè)計(jì)不僅給日后建筑工程結(jié)構(gòu)計(jì)算及工程造價(jià)等奠定基礎(chǔ),同時(shí)還實(shí)現(xiàn)了抗震設(shè)計(jì)的目的,具有較廣的應(yīng)用意義,必須及時(shí)進(jìn)行分析。
1.建筑抗震設(shè)計(jì)
目前隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已經(jīng)呈現(xiàn)出新的發(fā)展趨勢(shì),可利用基于性能結(jié)構(gòu)抗震現(xiàn)場(chǎng)理論、材料抗震模糊可靠度等方法進(jìn)行建筑抗震設(shè)計(jì)。但是建筑地震災(zāi)害依然在反復(fù)發(fā)作,雖然很多建筑設(shè)計(jì)師已經(jīng)認(rèn)識(shí)到以上技術(shù)的局限性,但是由于建筑結(jié)構(gòu)還會(huì)受到地形、規(guī)劃、工程造價(jià)、施工技術(shù)等多方面因素影響,導(dǎo)致“概念設(shè)計(jì)”開始被人們重視起來(lái),并加大了對(duì)其的研究。概念設(shè)計(jì)不僅完善了建筑結(jié)構(gòu),同時(shí)綜合全面的分析了地震所產(chǎn)生的影響,掌握了地質(zhì)活動(dòng)破壞機(jī)制,并可以綜合全面的了解抗震設(shè)計(jì)規(guī)范與準(zhǔn)則,在長(zhǎng)期實(shí)踐中還可以不斷提升建筑結(jié)構(gòu)的抗震水平。
2.建筑結(jié)構(gòu)抗震概念設(shè)計(jì)遵循的原則
2.1建筑選址并確定地基穩(wěn)定條件
合理的規(guī)劃選址已經(jīng)成為建筑設(shè)計(jì)成功的基礎(chǔ),對(duì)建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)整體質(zhì)量具有很大影響。實(shí)際操作中要求規(guī)避地震不利地段,盡量選擇安全穩(wěn)定的建筑場(chǎng)地,如果受各方面因素影響,導(dǎo)致實(shí)際操作中無(wú)法避開不利地段,必須結(jié)合實(shí)際情況采取針對(duì)性的措施,提高地基穩(wěn)定性與安全性?,F(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范中明確指出,結(jié)構(gòu)單元中個(gè)別應(yīng)地質(zhì)因素而采用天然地基或樁基的做法不可取,尤其是不允許在地震高發(fā)段建設(shè)建筑物。地震作用力較強(qiáng),一般會(huì)引起承載力降低或出現(xiàn)基土液化,進(jìn)而影響了地基穩(wěn)定性,容易出現(xiàn)建筑開裂、傾斜和倒塌等問題。同時(shí)受地震影響所產(chǎn)生的滑坡、泥石流等情況也與建筑選址密切聯(lián)系,保證建筑基礎(chǔ)穩(wěn)定已經(jīng)成為提高抗震力的核心條件。
2.2選擇有利于建筑的立面或平面
為了避免地震發(fā)生時(shí)產(chǎn)生應(yīng)力集中、扭曲或塑性變形等問題,要求建筑平、立面必須合理設(shè)置,一般要求建筑物的平、立面布置對(duì)稱,同時(shí)質(zhì)量和剛度均勻,盡量避免樓蓋錯(cuò)層。實(shí)際操作中可從兩反面操作,一方面,不設(shè)抗震逢,對(duì)建筑物進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗震分析,了解局部應(yīng)力和變形集中及扭轉(zhuǎn)等的影響,并采取加強(qiáng)措施進(jìn)行處理。另一方面,設(shè)置抗震縫,將建筑物劃分為很多結(jié)構(gòu)單元,可結(jié)合抗震設(shè)防強(qiáng)度、材料種類、結(jié)構(gòu)型號(hào)及單位布置,并留有足夠的寬度,要求伸縮縫與沉降縫滿足防震縫要求??刂坪媒ㄖ偠扰c質(zhì)量變化,各個(gè)樓層不能錯(cuò)層,條件允許時(shí)可在每層設(shè)置防震縫,可根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)實(shí)際情況設(shè)置。一般體型結(jié)構(gòu)復(fù)雜的建筑必須給其設(shè)置計(jì)算模型,并展開抗震分析。
2.3選擇科學(xué)合理的抗震結(jié)構(gòu)體系
抗震結(jié)構(gòu)體系要求從建筑重要程度、房屋高度、地基基礎(chǔ)、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)及使用等多方面進(jìn)行判斷。通常選擇建筑結(jié)構(gòu)體系時(shí),必須滿足以下條件:(1)具有詳細(xì)的計(jì)算簡(jiǎn)圖,并有恰當(dāng)?shù)膫鬟f地震途徑;(2)具有較強(qiáng)的強(qiáng)度、耗能及變形能力;(3)設(shè)置多道地震防線,避免部分結(jié)構(gòu)或構(gòu)件對(duì)整體構(gòu)件造成影響;(4)控制好強(qiáng)度與剛度,避免局部形成薄弱部位或者應(yīng)力或塑性變形集中;(5)控制好結(jié)構(gòu)在兩主軸之間的動(dòng)力特性。設(shè)計(jì)構(gòu)件連接時(shí),要求滿足以下條件:(1)構(gòu)件節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度不能低于連接構(gòu)件強(qiáng)度;(2)裝配結(jié)構(gòu)連接整體性必須得到保證;(3)預(yù)埋件錨固強(qiáng)度不能低于連接構(gòu)件強(qiáng)度。選擇抗震結(jié)構(gòu)構(gòu)件時(shí),要求滿足以下要求:(1)砌體結(jié)構(gòu)必須結(jié)合施工要求,合理設(shè)置混凝土圈梁與構(gòu)造柱,提高結(jié)構(gòu)抗震水平;(2)設(shè)置鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件時(shí),要求控制好其尺寸,避免出現(xiàn)局部或整體構(gòu)件失穩(wěn);(3)混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件必須合理選擇尺寸,配置好箍筋與縱向鋼筋,避免剪切在彎曲前破壞,同時(shí)要求混凝土壓潰先于鋼筋屈服、鋼筋錨固粘接在構(gòu)件破壞前損壞。
2.4計(jì)算校核的必要性
目前計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應(yīng)用到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,而且應(yīng)用范圍較廣,實(shí)際分析中,可應(yīng)用計(jì)算機(jī)相關(guān)軟件完成設(shè)計(jì)與校核。軟件是輔佐校核的工具,實(shí)際操作中為了提高校核效果,必須由具有豐富經(jīng)驗(yàn)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)人員分析,同時(shí)掌握軟件的適用范圍、條件、計(jì)算模型等,深入理解設(shè)計(jì)規(guī)范,而且要端正自己對(duì)待工作的態(tài)度,只有如此,才能反復(fù)進(jìn)行驗(yàn)證,進(jìn)而將精確校核的計(jì)算結(jié)果成功應(yīng)用到工程項(xiàng)目建設(shè)中。
3.正確處理主體結(jié)構(gòu)與非承重結(jié)構(gòu)的關(guān)系
主體結(jié)構(gòu)與非承重結(jié)構(gòu)關(guān)系的處理已經(jīng)成為抗震設(shè)計(jì)的基礎(chǔ),具有減少地震損失及避免附加震害的作用。附屬結(jié)果構(gòu)件要求必須與主體結(jié)構(gòu)或錨固穩(wěn)定連接,避免實(shí)際操作中出現(xiàn)設(shè)備損害或砸到人員等問題出現(xiàn)。設(shè)置圍護(hù)墻與隔墻時(shí),必須綜合考核結(jié)構(gòu)抗震所產(chǎn)生的不利影響,避免設(shè)置不恰當(dāng)損害主體結(jié)構(gòu)。例如,廠房柱間或框架填充不完整時(shí),就會(huì)損壞柱子。此外,吊掛件、裝飾貼面與幕墻均要與主體合理連接,避免地震時(shí)造成人員傷害。
4.控制好材料與施工質(zhì)量
材料選擇與施工質(zhì)量控制對(duì)抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有很大作用,不僅提高了施工質(zhì)量,還保證了其他工序的順利開展。目前抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中已經(jīng)對(duì)材料與施工質(zhì)量提出了要求,必須在設(shè)計(jì)文件中明確,具體操作如下:(1)黏土磚等級(jí)要求不低于MU10,同時(shí)控制好砌筑砂漿強(qiáng)度與等級(jí),不呢低于M5;(2)混凝土抗震與強(qiáng)度等級(jí)均使用一級(jí)框架梁、柱與節(jié)點(diǎn),要求不能低于C30,芯柱、基礎(chǔ)與圈梁不應(yīng)低于C30,其他構(gòu)件不能低于C20;(3)混凝土小型砌塊強(qiáng)度控制在MU7.5,要求砌筑砂漿強(qiáng)度在M7.5以上;(4)控制好鋼筋強(qiáng)度,要求縱向鋼筋使用Ⅱ、Ⅲ級(jí)變形鋼筋,箍筋為Ⅰ、Ⅱ熱軋鋼筋,構(gòu)造柱與芯柱使用Ⅰ、Ⅱ級(jí)鋼筋。進(jìn)行鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)施工時(shí),由于實(shí)際設(shè)計(jì)中缺少規(guī)定的鋼筋型號(hào),使用其他規(guī)格型號(hào)的替代時(shí),不能使用屈服強(qiáng)度較高的鋼筋替代原始鋼筋。實(shí)際替換中可結(jié)合截面實(shí)際屈服強(qiáng)度合理?yè)Q算,并要求替代后構(gòu)建曲面屈服強(qiáng)度不能超過(guò)原截面屈服強(qiáng)度。此種操作的主要目的是減少了薄弱部位轉(zhuǎn)移,避免了混凝土脆性損壞,如剪切破壞或混凝土壓碎等問題。
5.結(jié)語(yǔ)
建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)時(shí)一項(xiàng)較系統(tǒng)的工程,改變以計(jì)算為中心的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)、評(píng)估與校核,實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)者多年經(jīng)驗(yàn)與設(shè)計(jì)規(guī)范的結(jié)合,避免了盲目開展計(jì)算工作,對(duì)抗震設(shè)計(jì)創(chuàng)造了獨(dú)特的發(fā)展空間,并真實(shí)展現(xiàn)了結(jié)構(gòu)的實(shí)時(shí)情況,進(jìn)而科學(xué)合理的進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。
作者:柴梅卿 單位:國(guó)家林業(yè)局西北林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)院
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【關(guān)鍵詞】輪臺(tái)地區(qū);多層磚房;砌體工程;震縫
中圖分類號(hào):TU352.1+1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A 文章編號(hào):
輪臺(tái)地區(qū)是一個(gè)七度抗震區(qū),今年一年,發(fā)生了兩次四級(jí)以上地震,給人民的生活帶來(lái)很大的影響,房屋的抗震能力,是關(guān)系到千家萬(wàn)戶切身利益的大事,抗震好壞直接體現(xiàn)在建筑工程的質(zhì)量上。抗震設(shè)計(jì)圖紙是通過(guò)建筑施工來(lái)完成的,設(shè)計(jì)人員的抗震意圖是通過(guò)建筑施工來(lái)實(shí)現(xiàn)的,特別是多層磚房的一些抗震構(gòu)造措施,更是靠施工人員的高質(zhì)量施工才能充分發(fā)揮其作用。砂漿強(qiáng)度、砌體質(zhì)量、縱橫墻體間的連接,樓(屋)蓋與墻體之間的連接,甚至非結(jié)構(gòu)件與主體結(jié)構(gòu)的錨固等,均需要高質(zhì)量的施工才能奏效。
那么要做好多層砌體結(jié)構(gòu)房屋的抗震首先要了解這種房屋的震害規(guī)律。多層砌體房屋震害規(guī)律主要有:1)不同烈度區(qū)震害差異較大,特別在高烈度區(qū)以嚴(yán)重破壞或倒塌為主。2)結(jié)構(gòu)整體性差、抗連續(xù)倒塌能力低。3)未進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)的老舊房屋破壞嚴(yán)重。4)砌體與鋼筋混凝土混合體系中磚砌體破壞嚴(yán)重。5)不同結(jié)構(gòu)體系抗震性能不同, 房屋復(fù)雜體形比簡(jiǎn)單體型破壞重;房屋震害橫墻承重最輕,縱橫墻承重次之,縱墻承重最重;空曠底層破壞重,端頭大房間的震害加重;大空間頂層破壞重。特別村鎮(zhèn)建筑震害嚴(yán)重,是最薄弱的環(huán)節(jié)。
1 房屋抗震構(gòu)造應(yīng)注意的問題
1.1 平面布置。多層磚房屋墻體的布置應(yīng)當(dāng)均勻,上下層墻體對(duì)齊,墻上門窗洞口大小盡量一致,窗間墻應(yīng)等寬均勻分布。在房屋的一個(gè)獨(dú)立單元內(nèi)宜采用相同的結(jié)構(gòu)和墻體材料。平面上盡量避免凹進(jìn)凸出的墻體,若為L(zhǎng) 形或II 形平面時(shí),應(yīng)使轉(zhuǎn)角或交叉部分的墻體拉通,如側(cè)翼伸出較長(zhǎng)(超過(guò)房屋寬度),則應(yīng)以防震縫分割成獨(dú)立的單元。
1.2 立面布置。立面體型復(fù)雜、屋頂局部突出物比平面不規(guī)則對(duì)地震更敏感,所以應(yīng)不做或少做地震時(shí)易倒、易脫落的門臉、裝飾物、女兒墻、挑檐等。如必須設(shè)置時(shí),應(yīng)采取措施在變截面處加強(qiáng)連接;建筑物的立面、體型應(yīng)力求簡(jiǎn)單,注意減輕建筑物自重,降低重心位置。
1.3 建筑場(chǎng)地的選擇。一般地說(shuō),建筑場(chǎng)地的選擇應(yīng)避免以下幾種情況:1)活動(dòng)斷裂地帶中容易發(fā)生地震的部位及附近地區(qū);2)地下水位較淺的地方和松軟的土地;3)地下有溶洞的地方,在石灰?guī)r地區(qū),如有較大的溶洞塌陷,因此,在其上部不應(yīng)建筑高大或沉重建筑物;4)地勢(shì)較陡的山坡、斜坡及河坎旁邊,建在這些地方的建筑物不但容易例塌。而且還會(huì)由于山崩、滑坡而被淹沒,或者由于重力關(guān)系而下滑。當(dāng)建筑的各項(xiàng)條件相同時(shí),建筑在比較牢固的地基上和建筑在松軟地基上的建筑物,一個(gè)可能完整無(wú)損,一個(gè)可能破壞倒塌。因此,建筑時(shí),必須注意地基的地質(zhì)條件和地形地貌。
1.4 精心施工,注意質(zhì)量。歷史的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)證明:地震對(duì)人類最大的破環(huán)大多是以建筑物的倒塌造成的??梢哉f(shuō)建筑物質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到人類的生命及財(cái)產(chǎn)的安全,為了把地震災(zāi)害損失減少到最小程度,國(guó)務(wù)院于1994 年確定了防震減災(zāi)十年目標(biāo),即在各級(jí)政府和全社會(huì)的共同努力下,爭(zhēng)取用10 年左右的時(shí)間使我國(guó)大中城市和人口稠密、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)具有抗御6 級(jí)左右的地震的能力。1998 年國(guó)務(wù)院頒布了《中華人民共和國(guó)防震減災(zāi)法》,2001 年11 月國(guó)務(wù)院義頒布了《地震安全性評(píng)價(jià)管理?xiàng)l例》,這些法規(guī)都明確規(guī)定:重大建筑工程必須進(jìn)行地震安全性評(píng)價(jià)。
2 多層砌體房屋的抗震構(gòu)造措施
2.1砌體工程
砌筑砂漿強(qiáng)度等級(jí)不夠,有的施工隊(duì)對(duì)砌筑砂漿的配合比重視不夠,水泥供應(yīng)緊張時(shí),同時(shí)用幾個(gè)水泥生產(chǎn)廠家的水泥,有時(shí)一幢建筑上用的砂子取自不同的產(chǎn)地,而砌筑砂漿的配合比卻往往一成不變。這就造成磚墻砂漿強(qiáng)度等級(jí)有時(shí)偏低,達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。
1)有時(shí)工地潤(rùn)磚不徹底,輪臺(tái)縣,巴州地區(qū),氣候干燥、磚塊較干,砂漿在砌體內(nèi)還未達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí),砂漿水分已被磚吸走和散失,使其強(qiáng)度等級(jí)降低。
2)砌體砂漿不飽滿,水平及垂直灰縫的砂漿飽滿度低,造成磚與砂漿粘結(jié)力降低,影響磚墻體的抗震強(qiáng)度。
3)縱橫墻體交接處留馬牙槎。要保證多層磚房的抗震能力,首先要確保房屋結(jié)構(gòu)的整體性。為此保證磚墻體之間,特別是縱橫墻體交接處的咬槎砌筑則是首要措施。國(guó)家地震局工程力學(xué)研究所楊玉成同志把多層磚房縱橫墻體咬槎砌筑的連接強(qiáng)度用連接強(qiáng)度系數(shù)來(lái)表示,把其樓層墻體平均抗震抗倒能力用層間平均墻體抗震強(qiáng)度系數(shù)表示,所以縱橫墻體同時(shí)咬槎砌筑的剛性多層磚房,一般不會(huì)發(fā)生傾覆破壞。因此,縱橫墻體交接處應(yīng)咬槎砌筑、杜絕留直槎(馬牙槎),是各有關(guān)設(shè)計(jì)、施工規(guī)范(規(guī)格)所一再?gòu)?qiáng)調(diào)的。
2.2鋼筋混凝土圈梁、構(gòu)造柱
設(shè)置鋼筋混凝土圈梁和構(gòu)造柱,可增強(qiáng)磚墻的連接,有效地加強(qiáng)房屋的整體性,限制外墻的平面外的變形,防止房屋體傾覆破壞,顯著提高多層磚房的抗倒能力。但在圈梁和構(gòu)造柱的施工,較為普遍地存在著下述問題。
1)構(gòu)造柱爛根。由于構(gòu)造柱根部基礎(chǔ)圈梁(或混凝土座)處不鑿毛、不清掃,留有落地灰、碎磚塊,碎木屑等;或由于構(gòu)造柱的混凝土采用整層高澆筑,又不能確保澆筑質(zhì)量,使構(gòu)造柱下部的混凝土離散,骨料堆積柱底;或由于振搗密實(shí)等原因,造成構(gòu)造柱根部出現(xiàn)嚴(yán)重露筋及縫隙夾渣層等。
2)構(gòu)造柱插筋移位。從基礎(chǔ)內(nèi)或基礎(chǔ)圈梁內(nèi)伸出的構(gòu)造柱插筋移位,有的工地插筋移位達(dá)100mm之多,為了使其能和上部構(gòu)造柱豎筋搭接(或焊接),強(qiáng)行將插筋扳到構(gòu)造柱豎筋的位置,這樣做大大削弱了構(gòu)造柱的抗震作用。
3)構(gòu)造柱箍筋應(yīng)加密的部位不加密,或加密不符合設(shè)計(jì)要求。
4)構(gòu)造柱與墻體的馬牙槎連接施工不到位。有的施工單位片面認(rèn)為馬牙槎僅是為了澆灌混凝土后形成一個(gè)個(gè)伸入磚墻內(nèi)的剛性鍵,將磚墻與構(gòu)造柱(通過(guò)構(gòu)造柱將磚墻和磚墻)有機(jī)地連接在一起。由于上述偏見,當(dāng)遇到有外露混凝土面的構(gòu)造柱時(shí),就可能忽略設(shè)計(jì)大馬牙槎。有的雖然做了,但不規(guī)范,時(shí)有時(shí)無(wú),影響柱與墻體的連接。
5)構(gòu)造柱與墻體的水平拉結(jié)鋼筋施工不規(guī)范。拉結(jié)鋼筋施工不規(guī)范主要表現(xiàn)在:拉結(jié)鋼筋伸入縱橫墻內(nèi)的長(zhǎng)度不夠(小于1m)。有的工地將有剩余的短鋼筋,不管其長(zhǎng)度是否合適,就拿來(lái)代替拉結(jié)鋼筋,造成有時(shí)伸入墻內(nèi)的長(zhǎng)度不夠。拉結(jié)鋼筋的平面擱置不符合設(shè)計(jì)要求。有的鋼筋距墻皮的距離太小,而有的將兩根鋼筋放在了磚墻中部;拉結(jié)鋼筋沿墻高度設(shè)置不均勻,或者間距過(guò)大,超過(guò)了規(guī)范規(guī)定的要求。
2.3墻體間的連接
縱橫墻體的交接處應(yīng)同時(shí)砌筑。設(shè)防烈度為7度時(shí)層高超過(guò)3.6m 或墻長(zhǎng)度大于7.2m 的大房間,及設(shè)防烈度為8度和9 度時(shí),外墻轉(zhuǎn)角及內(nèi)外墻交接處,當(dāng)末設(shè)構(gòu)造柱時(shí),應(yīng)沿墻高每隔500mm 配置2Φ6 拉結(jié)鋼筋,并每邊伸入墻內(nèi)不宜小于1m。后砌的非承重墻砌體應(yīng)沿墻高每隔500mm 配置2Φ6 鋼筋與承重墻柱拉結(jié),并每邊伸入墻內(nèi)不應(yīng)小于500mm;當(dāng)設(shè)防烈度為8 度和9 度時(shí)長(zhǎng)度大于5.1m 的后砌非承重砌體隔墻的墻頂,尚應(yīng)與樓板或梁拉結(jié)。
2.4樓(屋蓋)結(jié)構(gòu)
樓(屋蓋)結(jié)構(gòu)及其與圈梁、梁、墻的連接非常重要,在地震中,鋼筋混凝土預(yù)制構(gòu)件承受不了地震力的強(qiáng)烈震動(dòng)。主要是由于預(yù)制構(gòu)件和墻體不是整體受力,在預(yù)制構(gòu)件的端部形成集中應(yīng)力。造成截面的斷裂和破壞《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50011-2008)的強(qiáng)制性條文要求:1)現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板或屋面板伸進(jìn)縱、橫墻內(nèi)的長(zhǎng)度,均不應(yīng)小于120mm;2)裝配式鋼筋混凝土樓板或屋面板,當(dāng)圈梁未設(shè)在板的同一標(biāo)高時(shí)。板端伸進(jìn)外墻的長(zhǎng)度不應(yīng)小于120mm,伸進(jìn)內(nèi)墻的長(zhǎng)度不應(yīng)小于100mm,在梁上不應(yīng)小于80mm;3)當(dāng)板的跨度大于4.8m 并與外墻平行時(shí),靠外墻的預(yù)制板側(cè)應(yīng)與墻或圈梁拉結(jié);4)房屋端部大房間的樓蓋。8 度時(shí)房屋的屋蓋和9 度時(shí)房屋的樓、屋蓋,當(dāng)圈梁設(shè)在板底時(shí),鋼筋混凝土預(yù)制板應(yīng)相互拉結(jié),并應(yīng)與梁、墻或圈梁拉結(jié)。
3現(xiàn)澆樓板質(zhì)量不合乎要求,主要表現(xiàn)在以下方面:
1)模板立柱支撐不牢,底模有下沉現(xiàn)象,致使樓板的支座處現(xiàn)澆板厚度減少,影響樓板的抗震質(zhì)量。
2)鋼筋位移,尤其是抗剪鋼筋,不能保證位置。
3)混凝土配比不準(zhǔn),振搗不密實(shí),出現(xiàn)縱裂縫。
4抗震縫
多層磚房施工中,抗震縫內(nèi)常掉進(jìn)碎磚,混凝土渣塊等,有時(shí)數(shù)量較多,又難以清除,地震時(shí)抗震縫不能充分發(fā)揮作用。
關(guān)鍵詞:砌體結(jié)構(gòu),抗震加固,綜合抗震能力指數(shù)
2008年5月12日,在我國(guó)四川省汶川縣發(fā)生了里氏8.0級(jí)大地震,震害較為嚴(yán)重地集中在砌體結(jié)構(gòu)房屋,最典型的就是預(yù)制板結(jié)構(gòu)的多層住宅樓和學(xué)校教學(xué)樓。汶川地震中砌體結(jié)構(gòu)房屋的震害情況,為我們敲響了警鐘,同時(shí)也提供了十分重要的借鑒經(jīng)驗(yàn),對(duì)改進(jìn)建筑抗震設(shè)計(jì)和抗震加固技術(shù)具有十分重要的意義。
對(duì)砌體結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震加固的方法有很多,主要有增設(shè)抗震墻、外加圈梁-鋼筋混凝土柱加固、鋼筋網(wǎng)砂漿面層加固、鋼筋混凝土板墻加固、支撐加固、包角加固等等,本文在如何選擇抗震加固技術(shù)時(shí),本著從結(jié)構(gòu)體系——結(jié)構(gòu)材料——結(jié)構(gòu)構(gòu)件——構(gòu)件連接——非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的順序原則來(lái)進(jìn)行抗震加固。
1、建筑層數(shù)及總高度超限:歷次震害證明,砌體建筑的層數(shù)越多,高度越高,其地震破壞就越大。因?yàn)榻ㄖ訑?shù)及高度值越大就意味著側(cè)向地震作用就越大,同時(shí)也加大了建筑底部的傾覆力矩。因此在地震中,傾覆力矩過(guò)大使得底部墻體產(chǎn)生過(guò)大的壓力和剪力而被破壞?!督ㄖ拐痂b定標(biāo)準(zhǔn)》(GB50023-2009)第5.2.2節(jié)和第5.3.1節(jié)中分別對(duì)A類建筑和B類建筑做出了具體規(guī)定,《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50011-2001)(2008年版)第7.1.2節(jié)中對(duì)C類建筑也做出了具體規(guī)定。
當(dāng)砌體房屋的總高度及層數(shù)均超限時(shí),應(yīng)采用改變結(jié)構(gòu)體系的加固方案,具體有以下兩種形式:(1)雙面普遍加鋼筋混凝土板墻形成組合墻的方法;(2)增設(shè)一定數(shù)量的鋼筋混凝土單面或雙面板墻的方法,混凝土板墻厚度單面不小于140mm,雙面合計(jì)不小于140mm,且結(jié)構(gòu)全部地震作用分別由兩個(gè)方向增設(shè)的鋼筋混凝土板墻承擔(dān),并應(yīng)計(jì)入豎向壓應(yīng)力滯后的影響,墻體配筋按混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)計(jì)算確定(原砌體墻不承擔(dān)地震作用)。
2、平立面不規(guī)則、具有明顯扭轉(zhuǎn)效應(yīng):合理的建筑布置在抗震設(shè)計(jì)中是頭等重要的,提倡平、立面簡(jiǎn)單對(duì)稱。因?yàn)檎鸷Ρ砻?,?jiǎn)單、對(duì)稱的建筑在地震時(shí)較不容易破壞。而且道理也很清楚,簡(jiǎn)單、對(duì)稱的結(jié)構(gòu)容易估計(jì)其地震時(shí)的反應(yīng),容易采取抗震構(gòu)造措施和進(jìn)行細(xì)部處理。“規(guī)則”包含了對(duì)建筑的平、立面外形尺寸,抗側(cè)力構(gòu)件布置、質(zhì)量分布,直至承載力分布等諸多因素的綜合要求。碩士論文,綜合抗震能力指數(shù)。。建筑平面、立面應(yīng)盡可能簡(jiǎn)潔、規(guī)整,使結(jié)構(gòu)質(zhì)量中心與剛度中心相一致。建筑立面應(yīng)避免頭重腳輕,房屋的重心盡可能降低,避免采用錯(cuò)落凹凸的立面,突出建筑屋面部分的高度不應(yīng)過(guò)高,以免地震時(shí)發(fā)生鞭梢效應(yīng),同時(shí)應(yīng)控制好結(jié)構(gòu)豎向強(qiáng)度和剛度的均勻性。
當(dāng)建筑的平立面、質(zhì)量、剛度分布和墻體等抗側(cè)力構(gòu)件的布置在平面內(nèi)明顯不對(duì)稱時(shí),應(yīng)進(jìn)行地震扭轉(zhuǎn)效應(yīng)不利影響的分析,盡量在適當(dāng)部位設(shè)置抗震縫,將體型復(fù)雜、平面不規(guī)則的建筑分割成幾個(gè)相對(duì)規(guī)整的獨(dú)立單元;當(dāng)結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件上下不連續(xù)或剛度沿高度分布突變時(shí),應(yīng)在缺失部位補(bǔ)砌筑新墻體,使主要受力墻體沿豎向上下連續(xù),并選擇合適部位用鋼筋網(wǎng)砂漿面層加固墻體,使加固后的樓層綜合抗震能力指數(shù)大于1.0,且不宜超過(guò)下一樓層綜合抗震能力指數(shù)的20%。
3、房屋的整體性不滿足要求:在地震中多層砌體結(jié)構(gòu)的縱、橫向地震作用主要由相應(yīng)墻體承擔(dān)。因此,縱、橫墻的合理布置且控制橫墻的間距,可控制縱、橫墻的側(cè)向變形,增強(qiáng)了空間剛度和整體性,對(duì)承受縱、橫兩個(gè)方向的水平地震作用及抗彎、抗剪都非常有利。碩士論文,綜合抗震能力指數(shù)。。墻體布置時(shí),應(yīng)盡量采用縱墻貫通的平面布置,而當(dāng)縱墻不能貫通布置時(shí),則應(yīng)在墻體交接處采取加強(qiáng)措施。
當(dāng)縱橫墻連接教差時(shí),可采用鋼拉桿、外加柱及圈梁的方法來(lái)加固;當(dāng)墻體布置在平面內(nèi)不閉合時(shí),應(yīng)增設(shè)墻段形成閉合,在開口處增設(shè)現(xiàn)澆鋼筋混凝土框;當(dāng)構(gòu)造柱和圈梁的布置不滿足構(gòu)造要求時(shí),可采用外加柱及圈梁內(nèi)加拉桿的方法,或者采用鋼筋網(wǎng)砂漿面層或鋼筋混凝土板墻加固,在面層及板墻內(nèi)設(shè)置配筋加強(qiáng)帶來(lái)代替構(gòu)造柱及圈梁的作用,從而全面提高房屋的整體性及剛度。
4、砌塊及砂漿強(qiáng)度不滿足:采用鋼筋網(wǎng)水泥砂漿面層。水泥砂漿面層的厚度宜為20mm,鋼筋網(wǎng)砂漿面層的厚度宜為35ram,再厚則己不 經(jīng)濟(jì) 。鋼筋外保護(hù)層厚度不應(yīng)小于10mm鋼筋網(wǎng)與墻面的空隙不宜小于5mm;這是因?yàn)殇摻畹耐獗Wo(hù)層要確保鋼筋避免銹蝕,而試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)表明,鋼筋網(wǎng)豎筋緊靠墻面將會(huì)導(dǎo)致鋼筋與墻體無(wú)粘結(jié),加固效果不好,而采用5mm的間隙有較強(qiáng)的粘結(jié)能力,使得鋼筋網(wǎng)砂漿與原墻體共同作用。鋼筋網(wǎng)的試驗(yàn)結(jié)果表明,鋼筋間距不宜太小或太大,網(wǎng)格尺寸實(shí)心墻宜300mm×300mm,空斗墻宜為200mm×200mm,這樣鋼筋的作用才能發(fā)揮出來(lái)。單面加面層的鋼筋網(wǎng)應(yīng)采用L形錨筋,用水泥砂漿固定在墻體上;雙面加面層的鋼筋網(wǎng)應(yīng)采用S形穿墻筋連接,L形錨筋的間距宜為600mm,S形穿墻筋的間距宜900mm,呈梅花狀布置。鋼筋網(wǎng)四周應(yīng)與樓板或大梁、柱或墻體連接,可采用錨筋、插入短筋、拉結(jié)筋等連接方法進(jìn)行連接。碩士論文,綜合抗震能力指數(shù)。。
5、預(yù)制板抗震能力差:屋面和樓層處開間大于11m的房間需對(duì)預(yù)制板進(jìn)行加固,具體做法有兩種:底部加角鋼來(lái)或上部增設(shè)鋼筋混凝土整澆層。底部加角鋼,角鋼型號(hào)可以取L100×6,在墻體和花籃梁上都可使用,采用螺栓和加勁勒可以有效的把預(yù)制板和下部墻或梁連成整體,施工比較麻煩,會(huì)破壞吊頂和弄臟整個(gè)房間,并且在施工期間得停止使用;在屋面增設(shè)鋼筋混凝土整澆層也是相當(dāng)麻煩的,要把屋面的保溫層和防水層都破壞掉,成本比較高,優(yōu)點(diǎn)是不影響到房屋的正常使用,在住宅中建議使用增設(shè)鋼筋混凝土整澆層,特別是結(jié)合“平改坡”工程一起做就更好了。
結(jié)束語(yǔ):在對(duì)砌體結(jié)構(gòu)房屋進(jìn)行抗震加固時(shí),應(yīng)優(yōu)先從改善結(jié)構(gòu)體系方面入手,使整個(gè)結(jié)構(gòu)的抗震能力得到加強(qiáng)才是最重要的,也是加固砌體結(jié)構(gòu)最根本的導(dǎo)向。
論文摘要:《混凝土異型柱技術(shù)規(guī)程}(JGJ149—2006)的頒布為我國(guó)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員提供了一本可以參照的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),同時(shí)為廣大結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員指明了異型柱結(jié)構(gòu)與普通混凝土結(jié)構(gòu)的區(qū)別,現(xiàn)將其與《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 500l1-2001)的區(qū)別與廣大設(shè)計(jì)人員共同探討。
引言
新的《混凝土異型柱技術(shù)規(guī)程》(JGJl49—2006)(簡(jiǎn)稱異型柱規(guī)程)于2006年8月頒布,改變了異型柱設(shè)計(jì)只有地方性規(guī)定而沒有國(guó)標(biāo)的歷。隨之而來(lái)就是我們對(duì)規(guī)范的理解可能沒有比較深入的研究,另外《異型柱規(guī)程》有些規(guī)定比《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50011-2~1)(簡(jiǎn)稱抗震規(guī)范)嚴(yán)格。現(xiàn)就規(guī)范的幾點(diǎn)規(guī)定,談?wù)剛€(gè)人的一點(diǎn)看法:
(1)異型柱結(jié)構(gòu)最大適應(yīng)高度
由于異型柱是一種新型的結(jié)構(gòu)形式,只經(jīng)過(guò)十余年的實(shí)踐。綜合考慮現(xiàn)有的理論研究、實(shí)驗(yàn)研究成果及設(shè)計(jì)施工經(jīng)驗(yàn),其房屋適用的最大高度較一般的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)有所降低?,F(xiàn)就《異型柱規(guī)程》與《抗震規(guī)范》對(duì)比見下表:
沈陽(yáng)市抗震設(shè)防烈度為7度,設(shè)計(jì)基本加速度值為0.10g,超過(guò)40米的結(jié)構(gòu),建議采用短肢剪力墻結(jié)構(gòu)。
(2)異型柱的抗震等級(jí)
由于異型柱結(jié)構(gòu)的抗震性能相對(duì)于普通混凝土房屋較弱,異型柱結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí)相對(duì)于普通混凝土房屋也應(yīng)較嚴(yán)格。由于異型柱結(jié)構(gòu)的適用范圍較普通混凝土結(jié)構(gòu)小,相應(yīng)《異型柱規(guī)程》的抗震等級(jí)分類較《抗震規(guī)范》詳細(xì)。對(duì)于丙類建筑抗震設(shè)計(jì)的房屋,《異型柱規(guī)程》給出了抗震等級(jí)的確定方法,現(xiàn)就《異型柱規(guī)程》與《抗震規(guī)范》的異《抗震規(guī)范》現(xiàn)澆鋼筋混凝土房屋的抗震等級(jí)
《異型柱規(guī)程》中表3.3—1注3,當(dāng)為7度(0.15g)時(shí),建于Ⅲ、Ⅳ類聲地的異形柱框架結(jié)構(gòu)和框架一剪力墻結(jié)構(gòu)情形時(shí),也按8度(O.20g)采取抗震構(gòu)造措施,但于括號(hào)內(nèi)所示的抗震等級(jí)形式來(lái)具體表達(dá),需注意的是《異型柱規(guī)程》采取了“應(yīng)”按表中括號(hào)所示的抗震等級(jí)采取抗震構(gòu)造措施,比《抗震規(guī)范》的上述對(duì)應(yīng)部分規(guī)定(“宜”按……)有所加嚴(yán)
(3)不規(guī)則異型柱結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)應(yīng)符合下列要求
1.當(dāng)異型柱結(jié)構(gòu)樓層豎向構(gòu)件的最大水
平位移(或?qū)娱g位移)與該樓層層兩端彈性水平位移(或?qū)娱g位移)平均值之比大于1.20時(shí),根據(jù)《抗震規(guī)范》有關(guān)規(guī)性,可界定為平面不規(guī)則的“扭轉(zhuǎn)不規(guī)則類型”,但《異型柱規(guī)程》規(guī)性此時(shí)控制該比值不應(yīng)大于1.45(第3.2.5條第1款),較《抗震規(guī)范》相應(yīng)規(guī)定“不大于1.5”有所加嚴(yán),目的是為了為嚴(yán)格控制異型柱結(jié)構(gòu)平面的不規(guī)則性,避免過(guò)大的扭轉(zhuǎn)
效應(yīng)而導(dǎo)致嚴(yán)重的震害。
2.當(dāng)異型柱結(jié)構(gòu)的層間受剪承載力小于上一樓層的80%時(shí),根據(jù)《抗震規(guī)范》有關(guān)規(guī)性,可界定為豎向不規(guī)則中的“樓層承載力突變類型”,并規(guī)定其薄弱層的受剪承載力不應(yīng)小于上一層的65%,但《異型柱規(guī)程》規(guī)性此時(shí)乘以1.20的增大系數(shù)(第3.2.5條第2款),較《抗震規(guī)范》相應(yīng)規(guī)定乘以增大系數(shù)1.15有所加嚴(yán)。
(4)異型柱的抗震作用計(jì)算規(guī)則
1.《抗震規(guī)范》第3.1.4條規(guī)定:“抗震設(shè)防為6度時(shí),除本規(guī)范規(guī)定外,對(duì)乙、丙、丁類建筑可不進(jìn)行地震作用計(jì)算”及第5.1.6條規(guī)定:“6度時(shí)的建筑(建造于Ⅳ類場(chǎng)地上較高的高層建筑除外),以及生土房屋及木結(jié)構(gòu)房屋,應(yīng)允許不進(jìn)行截面抗震驗(yàn)算?!钡懂愋椭?guī)程》第4.2.3條則以強(qiáng)制性條文方式規(guī)定:“抗震設(shè)防為6度、7度(0.1Og、0.15g)及8度(0.20g)的異型柱結(jié)構(gòu)應(yīng)進(jìn)行地震作用計(jì)算及結(jié)構(gòu)抗震驗(yàn)算?!北緱l是基于異型柱結(jié)構(gòu)的抗震性能特點(diǎn)而制定的,6度設(shè)防時(shí)設(shè)計(jì)者應(yīng)注意此條。
2.異型柱的雙向偏壓正截面承載力隨荷載(作用)方向不同而有較大的差異,在L形、T形和十字形三種異型柱中,以L形柱的差異最為顯著(設(shè)計(jì)者應(yīng)著重加強(qiáng)L形柱的構(gòu)造)。如根據(jù)《抗震規(guī)范》5.1.1條第一款(一般情況下(所有烈度),應(yīng)允許在建筑結(jié)構(gòu)的兩個(gè)主軸方向分別計(jì)算地震作用并進(jìn)行抗震驗(yàn)算,各方向的水平地震作用應(yīng)由該方向抗側(cè)力構(gòu)件承擔(dān)),則可能在某些情況下造成結(jié)構(gòu)的不安全性,所以《異型柱規(guī)程》4.2.4條第一款規(guī)定, 7度(0.15g)及8度(0.20g)時(shí)尚應(yīng)對(duì)與主軸成45°方向進(jìn)行補(bǔ)充計(jì)算。
(5)異型柱的抗震變形驗(yàn)算
由于異型柱結(jié)構(gòu)的特殊性,《異型柱規(guī)程》對(duì)異型柱結(jié)構(gòu)的彈性層間位移角限值也較《抗震規(guī)范》嚴(yán)格,現(xiàn)比較如下:
考慮到異型柱結(jié)構(gòu)的特殊性,本人建議進(jìn)行異型柱設(shè)計(jì)時(shí)彈性層間位移角應(yīng)從嚴(yán)控制:框架結(jié)構(gòu)【】應(yīng)小于l,800,框架一剪力墻結(jié)構(gòu)【]應(yīng)小于1/I100。
(6)異型柱框架梁柱節(jié)點(diǎn)核心區(qū)受剪承載力驗(yàn)算。
關(guān)鍵詞:高層結(jié)構(gòu)抗震,抗震規(guī)范,高層抗震注意問題,纖維增強(qiáng)混凝土
1引言
地震是一種突發(fā)性和毀滅性的自然災(zāi)害,它對(duì)人類社會(huì)的危害首先是引起建筑物的破壞或倒塌,導(dǎo)致嚴(yán)重的人身傷亡和財(cái)產(chǎn)損失;其次是引起火災(zāi)、水災(zāi)等次生災(zāi)害,破壞人類社會(huì)賴以生存的自然環(huán)境,造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失,產(chǎn)生巨大的社會(huì)影響。近十年來(lái),地殼運(yùn)動(dòng)進(jìn)入活躍期,世界各地都爆發(fā)了不同程度的地震,而我國(guó)更是世界上大陸地震最多的國(guó)家之一,20世紀(jì)以來(lái),全球發(fā)生7級(jí)以上地震1200余次,其中十分之一在我國(guó)。例如,1976年7月28日的唐山7.8級(jí)地震,2008年5月12日的汶川8.0級(jí)地震,2010年4月14日的玉樹地震,都給人們的生命財(cái)產(chǎn)安全帶來(lái)巨大的損失。同時(shí),由于地震破壞的后果嚴(yán)重,我國(guó)抗震規(guī)范在2008年與2010年都進(jìn)行了不同程度的修正,目的是加強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)的安全性。因此,為保障地震作用下人們的生命財(cái)產(chǎn)損失降至最低,有必要對(duì)建筑物的抗震設(shè)計(jì)進(jìn)行研究,本文就高層結(jié)構(gòu)的一些常用抗震設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了討論。
2結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方法的發(fā)展
結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方法的發(fā)展歷史是人們對(duì)地震作用和結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)能力認(rèn)識(shí)不斷深化的過(guò)程,對(duì)結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方法發(fā)展歷史進(jìn)行回顧,有助于對(duì)結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)原理的認(rèn)識(shí),
結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方法經(jīng)歷了靜力法、反應(yīng)譜法、延性設(shè)計(jì)法、能力設(shè)計(jì)法、給予能量平衡的極限設(shè)計(jì)方法、基于損傷設(shè)計(jì)方法和近年來(lái)正在發(fā)疹的基于性能/位移設(shè)計(jì)法幾個(gè)階段[1]。這些抗震設(shè)計(jì)方法在發(fā)展階段相互交錯(cuò)與滲透,對(duì)齊進(jìn)行系統(tǒng)化整理,結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方法可以分為以下幾類[2]:
基于承載力設(shè)計(jì)方法
基于承載力和構(gòu)造保證延性設(shè)計(jì)方法
基于損傷和能量設(shè)計(jì)方法
能力設(shè)計(jì)法
基于性能/位移設(shè)計(jì)方法
根據(jù)清華大學(xué)葉列平教授的研究,第(5)種方法在結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中較前幾種方法優(yōu)點(diǎn)更為突出,并且在各國(guó)規(guī)范中應(yīng)用最廣泛。
3高層抗震設(shè)計(jì)的設(shè)防目標(biāo)
長(zhǎng)期的地震觀測(cè)表明,在同一地區(qū)不同強(qiáng)度地震的重現(xiàn)期是不同的。強(qiáng)度小的地震重現(xiàn)期,一般10~50年左右發(fā)生一次,即所謂頻遇地震或“小震”;強(qiáng)度較大的地震,重現(xiàn)期較長(zhǎng),一般100~500年發(fā)生一次,即所謂偶遇地震或“中震”;而強(qiáng)度特別大的強(qiáng)烈地震,重現(xiàn)期一般為數(shù)千年,即所謂罕遇地震或“大震”。
高層建筑的使用壽命一般為50~100年,高層住宅的壽命更短,因此要求結(jié)構(gòu)在“大震”作用下不破壞顯然四不合適和不經(jīng)濟(jì)的。這就提出了對(duì)于不同強(qiáng)度地震的重現(xiàn)期,結(jié)構(gòu)應(yīng)具有不同的抗震性能,即所謂抗震設(shè)防目標(biāo)。目前國(guó)際上公認(rèn)的較為合理的抗震設(shè)防目標(biāo)是:
(1)在頻遇地震作用下,結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)應(yīng)處于彈性階段,結(jié)構(gòu)無(wú)損壞或輕微破壞,且結(jié)構(gòu)變形很小,不會(huì)導(dǎo)致非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞,震后可無(wú)條件繼續(xù)使用;
(2)在偶遇地震作用下,結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)構(gòu)件損傷在一定限度內(nèi),震后經(jīng)修復(fù)可繼續(xù)使用;
(3)在罕遇地震作用下,結(jié)構(gòu)不產(chǎn)生倒塌,非結(jié)構(gòu)構(gòu)件無(wú)脫落或落下,保證人身安全,
上述抗震設(shè)防目標(biāo)與我國(guó)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范中的“三水準(zhǔn)”即“小震不壞,中震可修,大震不倒”是一個(gè)含義?,F(xiàn)在的問題是這種單一的抗震設(shè)防目標(biāo)已不能適應(yīng)現(xiàn)代工程結(jié)構(gòu)對(duì)抗震性能的需求。許多重要建筑對(duì)大震作用下的性能要求也不再是不倒塌,而是應(yīng)滿足一定性能指標(biāo)要求,以保證其仍具有一定的建筑功能和使用功能,這即是基于性能抗震設(shè)計(jì)方法研究的目的。
高層抗震設(shè)計(jì)方法的幾點(diǎn)討論
4.1遵循建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范
建筑結(jié)構(gòu)抗震規(guī)范實(shí)際上是各國(guó)建筑抗震經(jīng)驗(yàn)帶有權(quán)威性的總結(jié),是指導(dǎo)建筑抗震設(shè)計(jì)(包括結(jié)構(gòu)動(dòng)力計(jì)算,結(jié)構(gòu)抗震措施以及地基抗震分析等主要內(nèi)容)的法定性文件。它既反映了各個(gè)國(guó)家經(jīng)濟(jì)與建設(shè)的時(shí)代水平,又反映了各個(gè)國(guó)家的具體抗震實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。它雖然收抗震有關(guān)科學(xué)理論的引導(dǎo),向技術(shù)經(jīng)驗(yàn)合理性的方向發(fā)展,但它更是具有堅(jiān)定的工程實(shí)踐基礎(chǔ),把建筑工程的安全性放在首位。正是基于這種認(rèn)識(shí),現(xiàn)代規(guī)范的條文有的被列為強(qiáng)制性條文,有的條文中應(yīng)用了“嚴(yán)禁、不得、不許、不宜”等體現(xiàn)不同程度限制性和“必須、應(yīng)該、宜于、可以”等體現(xiàn)不同程度靈活性的用詞。任何結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)都必須以抗震規(guī)范為基礎(chǔ),按其規(guī)定條文執(zhí)行。
4.2高層建筑抗震設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問題
高層建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)房屋高度和高寬比、抗震設(shè)防類型、抗震設(shè)防烈度、場(chǎng)地類別、結(jié)構(gòu)材料和施工技術(shù)條件等因素考慮其適宜的結(jié)構(gòu)體系,高層建筑的高寬比是對(duì)結(jié)構(gòu)剛度、整體穩(wěn)定、承載能力和經(jīng)濟(jì)合理性的宏觀控制,在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)注意以下幾點(diǎn):
應(yīng)當(dāng)注意抗震縫的設(shè)計(jì),必須留有足夠的防震縫寬度;
平面形狀和剛度不對(duì)稱,會(huì)是建筑物產(chǎn)生顯著的扭轉(zhuǎn)、震害嚴(yán)重,設(shè)計(jì)中應(yīng)避免這種情況,不能避免時(shí)應(yīng)對(duì)抗震薄弱處進(jìn)行加強(qiáng);
凸出屋面的塔樓受高振型的影響,產(chǎn)生顯著的鞭梢效應(yīng),破壞嚴(yán)重,設(shè)計(jì)中加以注意;
高層部分和底層部分之間的連接構(gòu)造是否合理;
框架柱截面太小、箍筋不足、柱子的延性和抗震能力不夠等容易導(dǎo)致剪切破壞或柱頭壓碎;
沿豎向樓層質(zhì)量與剛度變化太大容易導(dǎo)致樓層變形過(guò)分集中而產(chǎn)生破壞;
地基的穩(wěn)定性尤為重要;
伸縮縫和沉降縫寬度過(guò)?。╓昂王與防震縫一切三縫合一)使得碰撞破壞很多;
不應(yīng)在建筑物端部設(shè)置樓梯間,樓板有大洞口會(huì)因剛度不均勻而產(chǎn)生扭轉(zhuǎn);
中間部分樓層柱子截面和材料改變或取消部分剪力墻,都會(huì)產(chǎn)生剛度或承載力的突變,形成結(jié)構(gòu)薄弱層。
4.3采用纖維增強(qiáng)混凝土
對(duì)于高層建筑,混凝土材料由于其自身缺陷,地震作用下易于發(fā)生脆性破壞,引起結(jié)構(gòu)損傷,因此從建筑材料角度分析,可以在某些關(guān)鍵部位采用韌性材料代替混凝土提高整體結(jié)構(gòu)的吸收能量能力與抗震能力。抗震建筑材料必須具備輕質(zhì)、高強(qiáng)、高韌性特征,例如,木材、輕鋼、型鋼、鋼筋混凝土、復(fù)合材料等都可以從某些方面達(dá)到抗震目的。而在我國(guó),森林覆蓋面積少,人居木材占有量少,而鋼材成本較高,這些材料的使用都有相當(dāng)?shù)木窒扌?。而在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部位采用一些韌性較高、延性較好、抗性強(qiáng)度高的纖維增強(qiáng)混凝土對(duì)提高結(jié)構(gòu)的抗震性能具有非常明顯的作用[3]。目前,我國(guó)的纖維增強(qiáng)混凝土種類繁多,例如,鋼纖維混凝土、聚丙烯增強(qiáng)混凝土、聚合物增強(qiáng)砂漿、超高韌性水泥基復(fù)合材料等,這些材料的研究與發(fā)展對(duì)高層結(jié)構(gòu)的抗震也起著重要作用。
結(jié)束語(yǔ)
本文在回顧結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方法發(fā)展歷史的基礎(chǔ)上,探究了高層結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn),并討論文高層抗震設(shè)計(jì)中應(yīng)該注意的問題。高層抗震是個(gè)很復(fù)雜的課題,涉及的考慮因素眾多,由于筆者參加工作時(shí)間較短,相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)較少,本文僅提供一般性的參考,如有不到之處,敬請(qǐng)指正。
參考文獻(xiàn)
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Parra-Montesinos G.. High Performance Fiber Reinforced Cement Composites: an Alternative for Seismic Design of Structures. ACI Structural Journal, 2005, 102(5):668-675.
關(guān)鍵詞:高層酒店框架―核心筒結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)
0 引言
伴隨國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,高層建筑需求愈來(lái)愈大,結(jié)構(gòu)形式也趨向多樣化發(fā)展。其中,框架一核心筒結(jié)構(gòu)體系由于整體性好、剛度大、側(cè)向變形小、抗震性能好,而得到廣泛應(yīng)用。論文結(jié)合徐州市青年路117號(hào)高層酒店的設(shè)計(jì)案例從建筑設(shè)計(jì)的角度介紹了其框架一核心筒結(jié)構(gòu)體系的抗震設(shè)計(jì),并在優(yōu)缺點(diǎn)的分析下進(jìn)行了抗震結(jié)構(gòu)加強(qiáng)措施。
1 項(xiàng)目概況與結(jié)構(gòu)選型
項(xiàng)目位于徐州市CBD和火車站、汽車站中間,是一棟集商業(yè)、酒店為一體的高層建筑。大樓總建筑面積為24000平方米,共25層,其中地下一層,層高5.0米,地上一層5.0米,二至四層層高為4.5米,標(biāo)準(zhǔn)層層高3.0米,地面以上高78.5米。建筑標(biāo)準(zhǔn)層平面呈類矩形形式,是種根據(jù)建筑造型設(shè)計(jì)而變形的四邊形。面積約為1430平方米。大廈4層以下與裙房相連組成健身場(chǎng)所、康樂設(shè)施、餐飲娛樂等靈活空間,4層以上為酒店用房。
工程抗震設(shè)防類別為乙類,建筑場(chǎng)地類別為II類,抗震設(shè)防烈度為7度,設(shè)計(jì)地震分組為第一組,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限50年。
根據(jù)建筑使用功能、內(nèi)部設(shè)施要求和建筑立面特點(diǎn),設(shè)計(jì)采用了現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架一核心筒結(jié)構(gòu)體系。體系包含了由兩種不同的抗側(cè)力結(jié)構(gòu),即框架結(jié)構(gòu)和由剪力墻組成的核心筒結(jié)構(gòu)。由于剪力墻的抗側(cè)剛度比框架的抗側(cè)剛度大很多,故整體結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力能力大為加強(qiáng)。此外,采用框架結(jié)構(gòu)能滿足建筑設(shè)計(jì)中大小空間不同的需求,可以將電梯間、樓梯間及設(shè)備用房等小空間設(shè)置于貫通建筑物通高的兩個(gè)核心筒內(nèi),框架柱則設(shè)置在周邊區(qū)域,可以靈活分割空間(圖1)。
圖1標(biāo)準(zhǔn)層、一層平面結(jié)構(gòu)示意圖
Fig. 1The standard layer and the first layer plane structure diagram
2 抗震結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)分析
2.1 高層建筑抗震設(shè)計(jì)原則
為了達(dá)到“小震不壞,中震可修,大震不倒”的目標(biāo),高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足以下基本原則:①結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)具有必要的承載力、剛度、穩(wěn)定性、延性等方面的性能,遵守“強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件、強(qiáng)底層柱(墻)”的原則。②盡可能設(shè)置多道抗震防線。③對(duì)可能出現(xiàn)的薄弱部位,采取措施提高其抗震能力。
2.2 設(shè)計(jì)方案優(yōu)缺點(diǎn)分析
在高層建筑抗震設(shè)計(jì)原則指導(dǎo)下,結(jié)合高層建筑的受力特點(diǎn),下文從建筑方案設(shè)計(jì)角度對(duì)徐州市青年路117號(hào)高層酒店的抗震設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)缺點(diǎn)分析。
2.2.1 優(yōu)點(diǎn)分析
①多道防線的設(shè)置。
地震往往伴隨多次余震,如果建筑抗震設(shè)計(jì)只有一道防線,很有可能在遭遇余震的時(shí)候形成倒塌。故高層酒店的設(shè)計(jì)選取框架一核心筒結(jié)構(gòu)作為主體結(jié)構(gòu),從而實(shí)現(xiàn)了第一道防線和第二道防線的設(shè)置:第一道防線為核心筒;第二道防線為外框架。同時(shí),設(shè)計(jì)有意識(shí)地建立一系列分布的屈服區(qū),作為第三道防線。即設(shè)計(jì)通過(guò)加強(qiáng)主要耗能構(gòu)件的延性和剛度,保證結(jié)構(gòu)能吸收和耗散大量的地震能量,從而提高結(jié)構(gòu)抗震性能,避免大震時(shí)倒塌。
②裙房與建筑主體之間抗震縫的設(shè)置。
117號(hào)高層酒店?yáng)|段24層,西段4層,東西端之間防震縫的寬度為150厘米。建筑平面通過(guò)防震縫的設(shè)置,將建筑劃分為“規(guī)則”的平面部分,降低了抗震設(shè)計(jì)的難度,并提高了抗震設(shè)計(jì)的可靠度。
2.2.2 缺點(diǎn)分析
①此酒店建筑屬于高層建筑,由此引發(fā)由高度產(chǎn)生的短柱問題。
②建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中薄弱環(huán)節(jié)的出現(xiàn)。在獨(dú)特的扭轉(zhuǎn)造型下,框架一核心筒結(jié)構(gòu)的連梁、剪力墻的底部加強(qiáng)區(qū)和結(jié)構(gòu)剛度突變區(qū)域都是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的薄弱環(huán)節(jié)。
3 結(jié)構(gòu)加強(qiáng)措施
3.1 提高短柱的抗震性能
高層建筑底層柱的柱截面隨著建筑物高度的增加而增大,便形成延性很差短柱,在地震發(fā)生很容易發(fā)生剪切破壞而造成結(jié)構(gòu)破壞甚至倒塌,故提高混凝土短柱的抗震性能十分必要。可以采取如下措施:
①提高短柱的受壓承載力來(lái)改善整個(gè)結(jié)構(gòu)的抗震性能,最直接的方法是提高混凝土的強(qiáng)度等級(jí),或者采用鋼骨和鋼管混凝土柱。
②采用鋼管混凝土柱以提高其的承載力。此類柱的柱截面可比普通鋼筋混凝土柱減小一半以上,可以在消除短柱的同時(shí)可提高柱子的抗震性能。
③采用分體柱。由于短柱的抗彎承載力比抗剪承載力要大得多,在地震作用下其抗彎強(qiáng)度往往不能完全發(fā)揮作用,因此人為地削弱短柱的抗彎強(qiáng)度,使抗彎強(qiáng)度相應(yīng)于或略低于抗剪強(qiáng)度,有利于提高柱子的抗震性能。
3.2 加強(qiáng)薄弱環(huán)節(jié),提高抗震性能
3.2.1 加強(qiáng)層的設(shè)置
因?yàn)榭蚣芤缓诵耐步Y(jié)構(gòu)抗側(cè)力剛度不能滿足設(shè)計(jì)要求,所以117號(hào)高層酒店設(shè)計(jì)選取13層作為加強(qiáng)層。在具體的建筑設(shè)計(jì)中,13層本是作為轉(zhuǎn)換層、避難層而存在的,現(xiàn)在可將該樓層的核心筒與框架之間設(shè)置剛度較大的水平伸臂構(gòu)件或沿該層的框架設(shè)置剛度較大的周邊環(huán)帶作為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的加強(qiáng)層而存在。
加強(qiáng)層的設(shè)置可使周邊框架柱有效地發(fā)揮作用,增強(qiáng)整個(gè)結(jié)構(gòu)的抗側(cè)力剛度。在風(fēng)荷載作用下,設(shè)置加強(qiáng)層是一種減少結(jié)構(gòu)水平位移的有效方法。但在地震作用下,加強(qiáng)層的位置往往轉(zhuǎn)化為薄弱層,故設(shè)計(jì)進(jìn)一步采用“有限剛度”加強(qiáng)層,“有限剛度”加強(qiáng)層彌補(bǔ)整體剛度之不足的同時(shí)可以適當(dāng)控制加強(qiáng)層的剛度,減少結(jié)構(gòu)剛度突變和內(nèi)力的劇增。
3.2.2 加強(qiáng)薄弱環(huán)節(jié)的抗震性能
以框架一核心筒結(jié)構(gòu)的底部加強(qiáng)區(qū)為例:
采取措施加強(qiáng)底部簡(jiǎn)體剪力墻的抗彎承載能力,方案設(shè)計(jì)針對(duì)薄弱部位采取比規(guī)范更嚴(yán)格的配筋構(gòu)造,從而提高剪力墻的抗彎承載能力,保證其抗剪承載能力處理好連梁和墻肢的關(guān)系,達(dá)到“強(qiáng)剪弱彎”的抗震構(gòu)造要求。
4 結(jié)論
高層建筑的造型和功能日趨多樣化。高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)尤其需要重視抗震設(shè)計(jì),本文結(jié)合徐州市青年路117號(hào)高層酒店設(shè)計(jì)探討了框架―核心筒結(jié)構(gòu)在高層建筑中的抗震設(shè)計(jì),提出了改善結(jié)構(gòu)抗震性能的加強(qiáng)措施。
參考文獻(xiàn):
⑴易永勝,劉霞. 徐州天成國(guó)貿(mào)二期工程超限高層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì). 江蘇建筑,2010,4:54-57
⑵王學(xué)文.高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì). 中華民居,2010,9:19
⑶洪婷婷.淺析框架一核心筒結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的幾個(gè)問題. 結(jié)構(gòu)工程師,2010,26(4):15-20
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