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底部框架~抗震墻砌體房屋結構的薄弱層一般均出現在底部鋼筋混凝土結構部分或過渡層。汶川地震經驗表明,過渡層先于其他層倒塌、破壞的實例較多、程度較重,這種現象不容忽視。眾所周知,結構存在兩種不同部位的薄弱層,故在結構設計中應控制其中相對薄弱的部分,避免出現特別薄弱的部位。底部框架一抗震墻和上部砌體均具有一定的承載能力,但后者的變形和耗能能力比較差。權衡二者受力特點,規范提出結構縱橫兩個方向,上部砌體計入構造柱影響的側向剛度與底層側向剛度的比值要求均不應小于1.0,目的是使結構上下側向剛度趨于一致不發生較大突變并迫使變形下移至底部具有較好的變形能力和耗能能力的框架一抗震墻部分,從而改善抗震性能。汶川地震震害表明,上部砌體比多層砌體房屋抗震性能稍弱,是砌體結構部分的薄弱層,因此構造柱的設置要求更嚴格。在強烈地震作用下過渡層損壞嚴重,過渡層砌體的開裂將會破壞托墻梁的整體性,所以應慎重考慮托墻梁整體工作。
2側向剛度比的合理確定
上部砌體的側向剛度與底層側向剛度K的比值應滿足表1的要求。在確定上下層剛度比時應注意考慮以下因素。
2.1下部框架一剪力墻的側向剛度
底部側向剛度不能過大也不能太小'岡0度過大將吸收過多的地震作用,破壞嚴重同時會迫使薄弱層向上部砌體轉移而出現脆性破壞;剛度過小則形成軟弱層,地震時塑性變形過多集中在底部而發生較大破壞。底部框架一抗震墻砌體房屋自振周期一般在0.6—0.9左右,略大于場地土的特征周期,可以設計相對較小的側向剛度,適當增大結構自振周期,使結構從整體上減小地震作用。同時不宜設計過柔的下部結構,下部側向剛度過小導致結構在強烈地震下發生較大的塑性變形,同時為避免出現脆性剪切破壞,底部的地震剪力設計值應乘以增大系數,其值可取1.2~1.5,剛度越小,剪力增大系數越大。因此,上下層剛度比宜取接近下限值,底層宜盡量設置較多數量剪力墻,從而提供較大側向剛度并且剪力增大系數不至于取太大。
2.2次梁轉換的砌體墻段
對于有些工程在設計時出現次梁托上部砌體墻的情況,可能造成一些不利后果。圖1為L一1上有砌體墻,兩端支撐在KL一1上形成次梁轉換的情況,次梁轉換的受力如圖2所示。重力荷載和地震作用下上部墻體傳來軸力、彎矩及剪力。在彎矩作用下使支撐次梁的框架主梁產生附加集中力,由于程序未能很好的反映這部分作用,因此在設計中應盡量不采用次梁轉換。如無法避免時,應采取以下措施:1)過渡層墻體另外采取加強措施(參《建筑抗震設計規范》7.5.2),同時支撐框梁應加強;2)次梁一端盡量與框柱或剪力墻相連以便將上部傳遞下來的彎矩轉移給框柱或剪力墻;3)次梁轉換的墻體不宜太長從而降低其向下傳遞的彎矩?!獔D1次梁轉換圖圖2轉換梁傳力圖
2.3過渡層構造柱及門窗
洞邊小墻段在計算上部砌體側向剛度時應該考慮構造柱的影響,因此在模型輸入時應輸入構造柱的布置。如果未輸入構造柱可能造成下部結構側向剛度偏柔的結果,且上下層剛度比接近下限時,就容易使下部結構形成柔軟層而不利于抗震?!督ㄖ拐鹪O計規范》7.2.3條規定,剛度的計算應計及高寬比的影響,高寬比大于4時,等效側向剛度可取0.0(注:墻段的高寬比指層高與墻長之比,對門窗洞邊的小墻段指洞凈高與洞側墻寬之比)。為此,在模型輸人時應將高寬比大于4的墻段刪去以盡量接近實際受力情況。反之,則結構側向剛度偏大有可能造成下部結構設計過剛而迫使薄弱層轉移至過渡層,發生脆性破壞。
3托墻梁的設計
底部框架一抗震墻砌體房屋的鋼筋混凝土托墻梁計算地震組合內力時,應采用合適的計算簡圖。若考慮上部墻體與托墻梁的組合作用,應計入地震時墻體開裂對組合作用的不利影響,可調整有關的彎矩系數、軸力系數等計算參數。托墻梁彎矩計算時,設計中可按經驗考慮墻梁上部作用的荷載折減,一般無洞口可取0.85,有洞口可取0.95,但四層以下應全部計入組合;托墻梁剪力計算時,由重力荷載產生的剪力不折減。
4底部框架一剪力墻的設計
剪力墻的布置應遵守對稱、均勻、分散、周邊的原則,且應使上部砌體的中線與抗震墻中線重合,具有良好的整體抗傾覆和抗扭轉能力。底部抗震墻應承擔地震作用下全部地震剪力設計值,且該地震剪力設計值應乘以增大系數。由于底框結構層數不高,底部抗震墻軸壓比大都不大,一般不都超過0.3,因此剪力墻均按底部加強區的構造邊緣構件設計,即根據《建筑抗震設計規范》7.1.9條確定抗震等級后按照《建筑抗震設計規范》表6.4.5-2進行邊緣構件設計。由于全部承擔地震剪力設計值,因此要根據計算結果對墻體配置足夠的水平分布筋數量,以滿足抗剪承載力要求。當建筑層數和平面尺寸確定之后,為滿足底部抗剪承載力的要求,剪力墻的數量基本就能確定;然后再根據上下層剛度比的要求確定底層框架柱的數量和截面,柱截面宜小但應滿足軸壓比和截面配筋率的要求。布置柱時尚應考慮框架梁中心與上層墻體中線對齊的原則。
5過渡層的設計
過渡層設計的目的是使上部砌體具有良好的整體性,在地震作用下避免出現過渡層先于其他層倒塌、破壞的情況。為保證過渡層在地震作用下具有一定的整體性和傳遞水平地震力的剛度,規范要求過渡層底板為現澆混凝土板且厚度不應小于120mm,配筋雙層雙向,每個方向配筋率不小于0.25%。過渡層圈梁和構造柱的設置規范也給出了相應的規定。高度不宜小于240mm,構造柱截面不應小于240mm×240mm,截面配筋6,7度時不宜少于4+16。構造柱與墻體連接處的水平拉結筋,6,7度下部1/3樓層處應沿墻通長設置。總之,過渡層設計應嚴格遵循規范要求對其采取必不可少的構造加強措施,避免成為結構的軟肋。
6基礎設計及其他
底部框架一抗震墻砌體房屋的抗震墻應設置條形基礎、筏形基礎等整體性好的基礎。當結構采用板式樓梯時,樓梯踏步板宜采用雙層雙向配筋。
7結語
【關鍵詞】房屋抗震;影響因素;措施
引言
房屋的抗震性能最大程度上取決于房屋的抗震設防標準,抗震設防標準越高,房屋的抗震性能就越強。目前,已有數百位專家在研究討論新的房屋抗震設防標準,以期修改沿用多年的房屋建造抗震標準,增強新建房屋的抗震能力。北京地區近日已率先將農房抗震要求提高到了能抵御8級地震的高標準。據測算,抗震設防標準每提高一級,建筑成本將隨之提高8%-10%。 房屋的選址是房屋抗震性能的外部主要條件,初步總結四川地震的經驗和教訓可以發現,遭遇同等強度地震的不同位置的房屋,其抗震性能有所不同。位于地質斷層附近的房屋比其他房屋更易被震塌。我國是一個地震多發國家,發生過破壞性地震的城市占全國城市總數的10%以上。因此,各地今后在房屋建筑設計與施工之前,必須充分重視房屋的選址應遠離地質斷層,防患于未然。 房屋結構設計與施工質量、房屋裝修是決定房屋抗震性能中受人為影響最大的兩個因素。在房屋結構設計中,一般而言,剪力墻結構的抗震性能優于框架結構,框架結構優于磚混結構。在施工質量中,建筑物必須嚴格根據抗震設計規范施工。 居住者在房屋裝修時不得隨意更改房屋結構,尤其是不可隨意更改房屋承重墻等一些關鍵部位,更改結構時應得到專業人士的指導或相關許可,任何擅自改動都有可能降低房屋抗震性能,造成致命隱患。
1 建筑物的重要性決定了其不同程度上的抗震性能
不同結構型式是不同建筑物功能需求和性價比所決定的,不能單單片面的說地震來臨時,哪種結構型式就一定好哪種結構型式就一定不好;因為按目前的抗震設防標準,它們有一個共同的設防目標:小震不壞 、中震可修 、大震不倒。
國家按建筑物發生災害時對人民生命財產可能造成損失的程度,按建筑物分為甲乙丙丁四類。主要的、重要的水電站、醫院、電力、通訊等生命救援保障和人員密集建筑被定為甲類或乙類,一般的住宅、辦公等均定義為乙類,設防的目標也不同:丙類建筑在設計時按設防目標進行;甲乙類建筑設計時至少要提高1度,請注意,這里均指是烈度而不是震級,這也很好理解,好的地基要比差的地基抗震性能好,處在地震活動帶的建筑自然發生地震的幾率大,抗震性能也很難保證。
2 建筑物得抗震性能首先取決于建筑物的抗震設防標準
國家根據地震發生的可能性和震害的嚴重性確定各地區基本設防烈度,這是各地區抗震設計的基本參數,主要代表地面加速度的大小。設防烈度一般分6~9度,上海地區設防烈度主要為7度,崇明、金山為6度。對具體建筑物,需要結合建筑使用功能的重要性確定建筑的抗震設防標準,即確定設計烈度和抗震等級。對一般建筑,設計烈度就是本地區設防烈度。設計烈度愈高,抗震能力愈強,但建筑物造價也愈高。
2.1 房屋結構的抗震性能與合理的抗震設計密切相關。
抗震設計就是要選擇合適的結構形式,確定合理的抗震措施,保證結構的抗震性能,確保建筑物滿足“小震不壞、中震可修、大震不倒”的抗震目標。所謂中震,指設防烈度,小震比中震小約1.55度,而大震則比中震增加約1度。合理的抗震設計主要基于先進的抗震理念、系統的分析計算和恰當的抗震措施。既要注意控制抗震指標如軸壓比、相對變形等,又要采取合適的抗震構造措施。
目前高層住宅主要采用現澆剪力墻結構、框架-核心筒或框架-剪力墻結構,具有較好的強度和變形能力,抗震性能相對較好。因此,無論板式住宅還是點式住宅,只要設計合理,都可滿足抗震要求。多層住宅大部分采用磚混結構,目前多采用現澆樓板,并采取設構造柱和圈梁等抗震措施,或者采用框架結構,大大增強了抗震能力。部分建筑外形怪異,平立面不規則,傳力體系復雜甚至需要多次結構轉換,這既增加了建筑物造價,也影響了建筑物的抗震性能。
2.2 房屋抗震性能還與施工質量等其他因素有關。因此加強施工質量監督,規范既有建筑的使用管理是十分必要的。
3 建筑物抵抗地震的能力不確定性
為了搞好抗震結構的施工,首先要了解地震力對建筑物可能引起的破壞作用。因為地震時不確定性和復雜性,我們很難用“數值設計”來有效控制結構的抗震性能,因此不能完全依賴于計算。根據目前對地震規律的認識,抗震設計的指導思想是:房屋在使用期間,對不同強度的地震應具有不同的抵抗能力,一般小震發生的可能性較大,因此,要求做到結構不損壞,這在技術上,經濟上是可以做到的。近幾年臺灣發生三次地震,福建沿海受其余震波影響,沒有造成建筑物嚴重損壞。如果要求結構遭受大震時不損壞,這在經濟上是不合理的,因此可以允許結構破壞。但是在任何情況下,不應導致建筑物倒塌,概括起來說,抗震設防的一般目標就是要做到“小震不壞,大震不倒”。從另一方面看,一個地區的基本地震烈度也是難以準確估計的,要根據當地的地址,地形和歷史地震情況等確定,因此房屋抗震能力很難確定。那就要在結構強度上和構造上下功夫,才能做到建筑物裂而不倒。這種危中脫險的工作主要依賴于良好的結構設計和施工質量。
4 施工質量和房屋抗震性能的關系
在強烈地震的作用下,要使建筑物裂而不倒,關鍵在施工過程的控制,以保證結構本身具有足夠的強度和各部件間有可靠的連接。對混合結構來說,一是砌體強度,也就是磚塊本身和砂漿標號。二是內外磚墻的咬槎以及構造柱,圈梁和墻體的連接構造。對鋼筋混凝土結構來說一是混凝土和鋼筋本身的強度。二是節點間的連接構造,兩者都和施工的質量密切相關,強度和構造連接的施工質量好,建筑就能抵抗地震,否則建筑物就要遭到嚴重破壞,以致倒塌,人民生命財產遭到嚴重損失。
5 目前影響建筑物抗震的施工質量問題
對于磚混結構的建筑物,在材料選用、施工質量上應當引起足夠重視。砌體強度不足,砂漿不飽滿,砂漿標號低,砌筑前磚塊不濕潤,冬季施工不澆水都會降低砂漿的粘結力和砌體的抗剪強度;加之砌體結構通常采用單塊的材料和砂漿砌筑,抗拉壓力低,且主要以手工操作,容易喪失承載能力。圈梁和構造柱的配筋不合理:圈梁和構造柱依靠其中的鋼筋將建筑上下各層,各片墻體連在一起,哪里連接不好,哪里就容易出問題。我們在施工現場經常發現鋼筋搭接長度不夠,鋼筋接頭該錯開的不錯開,該彎鉤的不彎鉤,鋼筋位置偏差大等等,都會直接影響到結構整體連接。 構造柱與墻體拉接筋放置不準確,構造柱混凝土振搗不密實,都直接影響構造柱的抗震能力,關系到磚混結構建筑物能否滿足抗震要求。
對于混凝土結構的建筑物,當前鋼筋混凝土結構的施工存在問題比較多,對結構的抗震性能極為不利。首先混凝土強度問題,混凝土水泥用量,水灰比和含砂率控制不嚴,對混凝土濕潤養護不重視,振搗不密實,柱頭施工縫遺留木屑、焊渣等造成柱的斷層,這些都是削弱結構支撐豎向荷載能力的重要因素,嚴重影響房屋抗震能力。
6 總結
前面談到影響房屋抗震的施工質量問題,這些都不是很難做到,只要我們在施工過程中認真負責,引起重視,發現問題及時整改,嚴格按照施工規程操作,控制好每一個分項、分部工程,絕不片面追求施工速度不顧工程質量,對人民的生命財產要有高度負責的態度。只有這樣,才能使建筑物的抗震安全性能得到進一步保證,人民生命財產免遭損失。
參考文獻:
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關鍵詞:高層結構抗震,抗震規范,高層抗震注意問題,纖維增強混凝土
1引言
地震是一種突發性和毀滅性的自然災害,它對人類社會的危害首先是引起建筑物的破壞或倒塌,導致嚴重的人身傷亡和財產損失;其次是引起火災、水災等次生災害,破壞人類社會賴以生存的自然環境,造成嚴重的經濟損失,產生巨大的社會影響。近十年來,地殼運動進入活躍期,世界各地都爆發了不同程度的地震,而我國更是世界上大陸地震最多的國家之一,20世紀以來,全球發生7級以上地震1200余次,其中十分之一在我國。例如,1976年7月28日的唐山7.8級地震,2008年5月12日的汶川8.0級地震,2010年4月14日的玉樹地震,都給人們的生命財產安全帶來巨大的損失。同時,由于地震破壞的后果嚴重,我國抗震規范在2008年與2010年都進行了不同程度的修正,目的是加強建筑結構的安全性。因此,為保障地震作用下人們的生命財產損失降至最低,有必要對建筑物的抗震設計進行研究,本文就高層結構的一些常用抗震設計方法進行了討論。
2結構抗震設計方法的發展
結構抗震設計方法的發展歷史是人們對地震作用和結構抗震設計能力認識不斷深化的過程,對結構抗震設計方法發展歷史進行回顧,有助于對結構抗震設計原理的認識,
結構抗震設計方法經歷了靜力法、反應譜法、延性設計法、能力設計法、給予能量平衡的極限設計方法、基于損傷設計方法和近年來正在發疹的基于性能/位移設計法幾個階段[1]。這些抗震設計方法在發展階段相互交錯與滲透,對齊進行系統化整理,結構抗震設計方法可以分為以下幾類[2]:
基于承載力設計方法
基于承載力和構造保證延性設計方法
基于損傷和能量設計方法
能力設計法
基于性能/位移設計方法
根據清華大學葉列平教授的研究,第(5)種方法在結構抗震設計中較前幾種方法優點更為突出,并且在各國規范中應用最廣泛。
3高層抗震設計的設防目標
長期的地震觀測表明,在同一地區不同強度地震的重現期是不同的。強度小的地震重現期,一般10~50年左右發生一次,即所謂頻遇地震或“小震”;強度較大的地震,重現期較長,一般100~500年發生一次,即所謂偶遇地震或“中震”;而強度特別大的強烈地震,重現期一般為數千年,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,因此要求結構在“大震”作用下不破壞顯然四不合適和不經濟的。這就提出了對于不同強度地震的重現期,結構應具有不同的抗震性能,即所謂抗震設防目標。目前國際上公認的較為合理的抗震設防目標是:
(1)在頻遇地震作用下,結構地震反應應處于彈性階段,結構無損壞或輕微破壞,且結構變形很小,不會導致非結構構件的破壞,震后可無條件繼續使用;
(2)在偶遇地震作用下,結構和非結構構件損傷在一定限度內,震后經修復可繼續使用;
(3)在罕遇地震作用下,結構不產生倒塌,非結構構件無脫落或落下,保證人身安全,
上述抗震設防目標與我國抗震設計規范中的“三水準”即“小震不壞,中震可修,大震不倒”是一個含義?,F在的問題是這種單一的抗震設防目標已不能適應現代工程結構對抗震性能的需求。許多重要建筑對大震作用下的性能要求也不再是不倒塌,而是應滿足一定性能指標要求,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計方法研究的目的。
高層抗震設計方法的幾點討論
4.1遵循建筑抗震設計規范
建筑結構抗震規范實際上是各國建筑抗震經驗帶有權威性的總結,是指導建筑抗震設計(包括結構動力計算,結構抗震措施以及地基抗震分析等主要內容)的法定性文件。它既反映了各個國家經濟與建設的時代水平,又反映了各個國家的具體抗震實踐經驗。它雖然收抗震有關科學理論的引導,向技術經驗合理性的方向發展,但它更是具有堅定的工程實踐基礎,把建筑工程的安全性放在首位。正是基于這種認識,現代規范的條文有的被列為強制性條文,有的條文中應用了“嚴禁、不得、不許、不宜”等體現不同程度限制性和“必須、應該、宜于、可以”等體現不同程度靈活性的用詞。任何結構的抗震設計都必須以抗震規范為基礎,按其規定條文執行。
4.2高層建筑抗震設計應注意的問題
高層建筑結構應根據房屋高度和高寬比、抗震設防類型、抗震設防烈度、場地類別、結構材料和施工技術條件等因素考慮其適宜的結構體系,高層建筑的高寬比是對結構剛度、整體穩定、承載能力和經濟合理性的宏觀控制,在設計過程中應注意以下幾點:
應當注意抗震縫的設計,必須留有足夠的防震縫寬度;
平面形狀和剛度不對稱,會是建筑物產生顯著的扭轉、震害嚴重,設計中應避免這種情況,不能避免時應對抗震薄弱處進行加強;
凸出屋面的塔樓受高振型的影響,產生顯著的鞭梢效應,破壞嚴重,設計中加以注意;
高層部分和底層部分之間的連接構造是否合理;
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致剪切破壞或柱頭壓碎;
沿豎向樓層質量與剛度變化太大容易導致樓層變形過分集中而產生破壞;
地基的穩定性尤為重要;
伸縮縫和沉降縫寬度過?。╓昂王與防震縫一切三縫合一)使得碰撞破壞很多;
不應在建筑物端部設置樓梯間,樓板有大洞口會因剛度不均勻而產生扭轉;
中間部分樓層柱子截面和材料改變或取消部分剪力墻,都會產生剛度或承載力的突變,形成結構薄弱層。
4.3采用纖維增強混凝土
對于高層建筑,混凝土材料由于其自身缺陷,地震作用下易于發生脆性破壞,引起結構損傷,因此從建筑材料角度分析,可以在某些關鍵部位采用韌性材料代替混凝土提高整體結構的吸收能量能力與抗震能力。抗震建筑材料必須具備輕質、高強、高韌性特征,例如,木材、輕鋼、型鋼、鋼筋混凝土、復合材料等都可以從某些方面達到抗震目的。而在我國,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的局限性。而在鋼筋混凝土結構的關鍵部位采用一些韌性較高、延性較好、抗性強度高的纖維增強混凝土對提高結構的抗震性能具有非常明顯的作用[3]。目前,我國的纖維增強混凝土種類繁多,例如,鋼纖維混凝土、聚丙烯增強混凝土、聚合物增強砂漿、超高韌性水泥基復合材料等,這些材料的研究與發展對高層結構的抗震也起著重要作用。
結束語
本文在回顧結構抗震設計方法發展歷史的基礎上,探究了高層結構的抗震設防標準,并討論文高層抗震設計中應該注意的問題。高層抗震是個很復雜的課題,涉及的考慮因素眾多,由于筆者參加工作時間較短,相關工程經驗較少,本文僅提供一般性的參考,如有不到之處,敬請指正。
參考文獻
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Abstract: In oder to make construction projects really be able to reduce or even avoid the earthquake disaster, a good grasp of the relevant seismic design is a fundamental measure to mitigate earthquake disasters. Based on the summary of experience and relevant information, this articles studied and discussed the seismic design issues of reinforced concrete high-rise housing.
關鍵詞:高層建筑;混凝土房屋;抗震設計;抗震設防
Key words: high-rise building;concrete housing;seismic design;seismic fortification
中圖分類號:TU3文獻標識碼:A文章編號:1006-4311(2011)05-0084-02
0引言
地震是人類在繁衍生息、社會發展過程中遇到的一種可怕的自然災害。強烈地震常常以其猝不及防的突發性和巨大的破壞力給社會經濟發展、人類生存安全和社會穩定、社會功能帶來嚴重的危害。據統計,歷史上各種自然災害曾毀滅了世界各地52個城市,其中因地震而毀滅的城市有27個。地震之外的其它各種災害,如水災、火災、火山噴發、風災、沙災、旱災等毀滅的城市為25座。因此,地震占災害總數的52%??梢姷卣馂暮Υ_系“群害之首”。研究表明,在地震中造成人員傷亡和經濟損失最主要的因素就是房屋倒塌及其引發的次生災害(約占95%)。無數次的震害告訴我們,抗震設計是防御和減輕地震災害最有效、最根本的措施。
1建筑抗震的理論分析
1.1 建筑結構抗震規范 建筑結構抗震規范實際上是各國建筑抗震經驗帶有權威性的總結,是指導建筑抗震設計(包括結構動力計算,結構抗震措施以及地基抗震分析等主要內容)的法定性文件它既反映了各個國家經濟與建設的時代水平,又反映了各個國家的具體抗震實踐經驗。它雖然受抗震有關科學理論的引導,向技術經濟合理性的方向發展,但它更要有堅定的工程實踐基礎,把建筑工程的安全性放在首位,容不得半點冒險和不實。正是基于這種認識,現代規范中的條文有的被列為強制性條文,有的條文中用了“嚴禁,不得,不許,不宜”等體現不同程度限制性和“必須,應該,宜于,可以”等體現不同程度靈活性的用詞。
1.2 抗震設計的理論擬靜力理論。擬靜力理論是20世紀10~40年展起來的一種理論,它在估計地震對結構的作用時,僅假定結構為剛性,地震力水平作用在結構或構件的質量中心上。地震力的大小當于結構的重量乘以一個比例常數(地震系數)。反應譜理論。反應譜理論是在加世紀40~60年展起來的,它以強地震動加速度觀測記錄的增多和對地震地面運動特性的進一步了解,以及結構動力反應特性的研究為基礎,是加理工學院的一些研究學者對地震動加速度記錄的特性進行分析后取得的一個重要成果。動力理論。動力理論是20世紀70-80年廣為應用的地震動力理論。它的發展除了基于60年代以來電子計算機技術和試驗技術的發展外,人們對各類結構在地震作用下的線性與非線性反應過程有了較多的了解,同時隨著強震觀測臺站的不斷增多,各種受損結構的地震反應記錄也不斷增多。進一步動力理論也稱地震時程分析理論,它把地震作為一個時間過程,選擇有代表性的地震動加速度時程作為地震動輸入,建筑物簡化為多自由度體系,計算得到每一時刻建筑物的地震反應,從而完成抗震設計工作。
2高層建筑結構抗震設計
2.1 抗震措施 在對結構的抗震設計中,除要考慮概念設計、結構抗震驗算外,歷次地震后人們在限制建筑高度,提高結構延性(限制結構類型和結構材料使用)等方面總結的抗震經驗一直是各國規范重視的問題。當前,在抗震設計中,從概念設計,抗震驗算及構造措施等三方面入手,在將抗震與消震(結構延性)結合的基礎上,建立設計地震力與結構延性要求相互影響的雙重設計指標和方法,直至進一步通過一些結構措施(隔震措施,消能減震措施)來減震,即減小結構上的地震作用使得建筑在地震中有良好而經濟的抗震性能是當代抗震設計規范發展的方向。而且,強柱弱梁,強剪弱彎和強節點弱構件在提高結構延性方面的作用已得到普遍的認可。
2.2 抗震設計理念 我國《建筑抗震規范》(GB50011-2001)對建筑的抗震設防提出“三水準、兩階段”的要求,“三水準”即“小震不壞,中震可修,大震不倒”。當遭遇第一設防烈度地震即低于本地區抗震設防烈度的多遇地震時,結構處于彈性變形階段,建筑物處于正常使用狀態。建筑物一般不受損壞或不需修理仍可繼續使用。因此,要求建筑結構滿足多遇地震作用下的承載力極限狀態驗算,要求建筑的彈性變形不超過規定的彈性變形限值。當遭遇第二設防烈度地震即相當于本地區抗震設防烈度的基本烈度地震時,結構屈服進入非彈性變形階段,建筑物可能出現一定程度的破壞。但經一般修理或不需修理仍可繼續使用。因此,要求結構具有相當的延性能力(變形能力)不發生不可修復的脆性破壞。當遭遇第三設防烈度地震即高于本地區抗震設防烈度的罕遇地震時,結構雖然破壞較重,但結構的非彈性變形離結構的倒塌尚有一段距離。不致倒塌或者發生危及生命的嚴重破壞,從而保障了人員的安全。因此,要求建筑具有足夠的變形能力,其彈塑性變形不超過規定的彈塑性變形限值。
三個水準烈度的地震作用水平,按三個不同超越概率(或重現期)來區分的:多遇地震:50年超越概率63.2%,重現期50年;設防烈度地震(基本地震):50年超越概率10%,重現期475年;罕遇地震:50年超越概率2%-3%,重現期1641-2475年,平均約為2000年。對建筑抗震的三個水準設防要求,是通過“兩階段”設計來實現的,其方法步驟如下:第一階段:第一步采用與第一水準烈度相應的地震動參數,先計算出結構在彈性狀態下的地震作用效應,與風、重力荷載效應組合。并引入承載力抗震調整系數。進行構件截面設計,從而滿足第一水準的強度要求;第二步是采用同一地震動參數計算出結構的層間位移角,使其不超過抗震規范所規定的限值;同時采用相應的抗震構造措施,保證結構具有足夠的延性、變形能力和塑性耗能,從而自動滿足第二水準的變形要求。第二階段:采用與第三水準相對應的地震動參數,計算出結構(特別是柔弱樓層和抗震薄弱環節)的彈塑性層間位移角,使之小于抗震規范的限值。并采用必要的抗震構造措施,從而滿足第三水準的防倒塌要求。
2.3 抗震設計方法我國的《建筑抗震設計規范》(GB50011-2001)對各類建筑結構的抗震計算應采用的方法作了以下規定:高度不超過40m,以剪切變形為主且質量和剛度沿高度分布比較均勻的結構,以及近似于單質點體系的結構,可采用底部剪力法等簡化方法;除1款外的建筑結構,宜采用振型分解反應譜方法;特別不規則的建筑、甲類建筑和限制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,可取多條時程曲線計算結果的平均值與振型分解反應譜法計算結果的較大值。
3結語
在建筑工程項目建設中,設計階段是整個工程最為關鍵的一個環節,在設計中要考慮到多方面的因素。本文結合工作實踐對高層建筑結構抗震設計進行理論上的研究,從設計理念、設計原則到設計方法進行了探討,雖然有些粗淺,希望對同行們有一定的參考作用。
參考文獻:
[1]朱鏡清.結構抗震分析原理[M].地震出版社,2002.11.
關鍵詞:壁式粘彈性阻尼器;基底剪力;抗震構造;加固改造工程;建筑隔墻 文獻標識碼:A
中圖分類號:TU352 文章編號:1009-2374(2017)03-0120-02 DOI:10.13535/ki.11-4406/n.2017.03.053
1 概述
從2009年6月開始,北京市要求各區縣、各有關部門認真做好校舍抗震加固改造和綜合防災能力建設工作,全面改善全市中小學校舍安全狀況。隨著《建筑工程抗震設防分類標準》(GB 50223-2008)、《建筑抗震設計規范》(GB 50011-2010)等新規范的陸續頒布及實施,部分建筑的抗震設防類別已由標準設防類(丙類)提高到重點設防類(乙類),北京市絕大多數幼兒園、小學、中學的教學用房以及學生宿舍和食堂的結構設計已不再滿足現行規范的要求。
本文中,需要抗震加固的為北京某中學的教學樓,建筑平面呈L型,建筑面積3853m2,建筑高度15.23m,分為兩個結構單體,為地上四層的現澆混凝土框架結構。該樓在1989年時按標準設防類(丙類)進行設計,框架的抗震等級為二級。按現行規范,當抗震設防類別提高為重點設防后,框架抗震等級提高為一級,構件的截面內力設計值相應增大,進一步保證了“強柱弱梁”、“強剪弱彎”的概念設計,主要體現在:(1)框架柱端及底層柱下端的彎矩增大系數由二級的1.5提高為一級的1.7;(2)框架梁端的剪力增大系數由1.2提高為1.3;(3)框架柱的剪力增大系數由1.3提高為1.5等。
同時,框架抗震構造措施要求也相應提高,有些要求甚至是規范中的強制性條文,主要體現在:(1)框架梁端計入受壓鋼筋的混凝土受壓區高度和有效高度之比由不大于0.35降低為0.25;(2)框架梁端截面的底面和頂面縱向鋼筋配筋量的比值,除按計算確定外,由不小于0.3提高為0.5;(3)框架梁、柱的箍筋最小直徑由8mm提高為10mm;(4)框架柱的軸壓比限制由0.75降為0.65;(5)框架柱截面縱向鋼筋的最小配筋率提高了0.2%等。
參考原設計圖紙以及工程質量檢測鑒定報告,計算發現幾乎所有的結構構件都需要抗震加固,集中體現在框架梁、柱的箍筋不滿足最小直徑要求,部分框架柱軸壓比超限以及縱筋配筋率不滿足最小配筋率要求??紤]到該中學的教學任務,加固工程只能在暑假期間進行,工期必須保證在兩個月以內,本工程綜合比較了多種加固方案,決定采用消能減震的方法。
經過對國內國外的效能減震裝置市場的考察,本工程選用日本生產的壁式粘彈性阻尼器TRC500T-10(如圖1),阻尼器高度為1360mm,寬度為800mm,厚度僅為240mm。粘彈性材料封裝在固定于上下樓層梁間的鋼板中間,通過利用框架結構的層間變形,粘彈性材料發生剪切變形,將建筑物的振動能量轉換成熱能,從而減小或抑制結構的振動。實驗表明,該阻尼器力學性能的溫度依存性和頻率依存性較小,在小位移和大位移下都有穩定的耗能能力,有較高的減衰性能。
TRC500T-10型阻尼器的粘彈性材料體厚度為10mm,允許的最大剪切變形為300%,最大設計位移為30mm,最大設計阻尼力為500kN。環境溫度20℃,結構基本頻率1Hz時,阻尼器基本性能參數如表1。
工程在教學樓各層中布置TRC500T-10型阻尼器,在滿足建筑功能、不破壞建筑外立面的前提下,優先布置在結構層間位移較大的位置,同時考慮結構剛度的協調性。通過反復調整阻尼器的布置方式,最終在首層布置5個阻尼器,二層布置4個阻尼器。
2 利用房屋建筑結構分析與設計軟件ETABS進行抗震驗算
本工程利用美國CSI公司開發研制的房屋建筑結構分析與設計軟件ETABS進行抗震驗算。結構整體驗算時考慮阻尼器在地震作用下的消能減震作用,同時利用軟件中的鋼筋混凝土框架設計模塊,對帶有阻尼器的整體結構進行了構件承載力驗算,與原設計配筋進行比對。教學樓的結構計算模型如圖2、圖3所示:
抗震分析計算時,模型依照原設計圖紙建立,荷載按照檢測鑒定報告施加,粘彈性阻尼器的計算分析模型采用voigt模型,即等效剛度和等效阻尼模型,在上下框架梁之間設置并聯的彈簧單元與阻尼單元,并注意阻尼器局部坐標與整體坐標的相互關系。
計算表明,在多遇地震作用下,設置粘彈性阻尼器后的結構周期比、位移比、剪重比、層間位移角等均滿足現行規范要求。通過對抗震概念設計的理解以及和該工程外審單位的溝通,認為《建筑抗震設計規范》(GB 50011-2010)12.3.8條及條文說明中提到的地震影響系數可以用結構的基底剪力指標來表示,消能減震后X向與Y向的基底剪力小于非消能減震時的50%,結構抗震性能顯著提高。
罕遇地震作用薄弱層的彈塑性變形驗算模型假定為:采用剛性樓板假定;所有梁單元具有桿端剛域,其剛域長度統一取為梁柱節點區推進100mm計算;柱單元考慮雙向彎曲和軸向伸縮非線性變形;X、Y方向分別采用與設計地震力相似的荷載分布對各樓板施加漸增水平靜荷載進行推覆分析,頂部最大水平絕對位移300mm。
X向罕遇地震彈塑性分析中,需求譜和能力譜能相交于設防烈度地震性能控制點,該點所對應的結構頂點位移為69.3mm,此時結構基底剪力約為7024kN,最大層間位移角出現在第1層,為1/162;Y向地震作用下,設防烈度地震性能控制點所對應的結構頂點位移為53.62mm,此時結構基底剪力約為6066kN。結構頂點位移為53.62mm時結構各層最大層間位移角出現在第2層,為1/225,均滿足現行規范要求。表明該結構在發生8度罕遇地震時,不會發生結構坍塌破壞。
3 結語
經過結構計算分析與設計以及工程實際的檢驗,壁式粘彈性阻尼器對框架結構提供的等效阻尼和等效剛度能有效的減小地震作用,提高結構的整體抗震性能,并可適當減小結構的抗震構造措施的要求,有利于減小加固工程量,縮短施工工期,與傳統的加固方法相比,也具有較好的經濟性。
參考文獻
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性能實驗研究[A].第十三屆高層建筑抗震技術交流會
論文集[C].2011.
[2] 建筑抗震設計規范(GB 50011-2010)[S].北京:中
關鍵詞:高層建筑,結構布置,概念設計
前言
高層建筑結構要抵抗豎向和水平荷載,在地震區,還要抵抗地震作用。因此,在高層建筑結構設計時,不僅要求結構具有足夠的強度,而且還要求有足夠的剛度,高層建筑結構應具有足夠的延性。這樣才可以在滿足使用條件下能達到既安全又經濟的設計要求。論文格式。
1 高層建筑平面布置的合理性
(1)結構平面布置必須考慮有利于抵抗水平和豎向荷載,受力明確,傳力直接,力爭均勻對稱,減少扭轉的影響。在地震作用下,建筑平面要力求簡單規則,風力作用下則可適當放寬。
抗震設防的高層建筑,平面形狀宜簡單、對稱、規則,以減少震害。除平面形狀外,各部分尺寸都有一定的要求。首先,平面的長度比不宜過大,L/B一般宜小于6,以避免兩端相距太遠,震動不同步,由于復雜的振動形態而使結構受到損害。長矩形平面的尺寸目前一般在70-80M以內。
為了保證樓板在平面內有很大的剛度,也為了防止或減輕建筑物各部分之間振動不同步,建筑平面的外伸段長度C應盡可能小。平面凹人后,樓板的寬度應予保證,Z形平面的重疊部分應有足夠長度。另外,由于在凹角附近,樓板容易產生應力集中,要加強樓板的配筋。在設汁中,L/R的數值7度設防時最好不超過4;8度設防時最好不超過3,C/D的數值最好不超過1.0.
(2)為了防止樓板削弱后產生過大的應力集中,樓電梯間不宜設在平面凹角部位和端部角區,但建筑布置上,從功能考慮,往往在上述部位設樓電梯間。如果確實非設不可 ,則應采用剪力墻筒體予以加強。
(3)在高層建筑周邊設置低層裙房時,裙房可以單邊、兩邊和三邊圍合設置,甚至高層主樓置于裙房內.當裙房面積較小,與主樓相比其剛度也不大時,上、下層剛度中心不一致而產生的扭轉影響較小,可以采用偏置形式;當裙房面積較大,裙房邊長與主樓邊長之比大于1.5時,宜采用內置式。
(4) 高層建筑物設置了伸縮縫、沉降縫或防震縫后,獨立的結構單元就是由這些縫劃分出來的各個部分。各獨立的結構單元平面形狀和剛度對稱,有利于減少地震時由于扭轉產生的震害。平面不規則、剛度偏心的建筑物,在地震中容易受到較嚴重的破壞。因此,在設計中宜盡量減小剛度的偏心。如果建筑物平面不規則、剛度明顯偏心,則應在設計時用較精確的內力分析方法考慮偏心的影響,并在配筋構造上對邊、角部位予以加強。
(5)平面過于狹長的建筑物在地震時由于兩端地震波輸人有位相差而容易產生不規則振動,產生較大的震害,平面有較長的外伸時。外伸段容易產生局部振動而引發凹角處破壞。需要抗震設防的A級高度鋼筋混凝上高層建筑,其平面布置宜符合下列要求: 1)平面宜簡單、規則、對稱、減少偏心,否則應考慮扭轉不利影響; 2)平面長度不宜過長,突出部分長度L不宜過大,凹角處宜采取加強措施。
(6)抗震設計的B級高度鋼筋混凝土高層建筑、混合結構高層建筑及復雜高層建筑,其平面布置應簡單、規則,減少偏心。
(7)角部重疊和細腰形的平面圖形,在中央部位形成狹窄部分,在地震中容易產生震害,尤其在凹角部位,因為應力集中容易使樓板開裂、破壞。這些部位應采用加大樓板厚度,增加板內配筋設置集中配筋的邊梁,配置45°斜向鋼筋等方法予以加強。
當樓板平面過于狹長、有較大的凹人和開洞而使樓板有過大削弱時,應在設計中考慮樓板變形產生的不利影響。樓面凹人和開洞尺寸不宜大于樓面寬度的一半,樓板開洞總面積不宜超過樓面面積的30% ;在扣除凹人和開洞后,樓板在任一方向的最小凈寬度不宜小于5M。且開洞后每一邊的樓板凈寬度不應小于2M。
(8)抗震設計時,當建筑物平面形狀復雜而又無法調整其平面形狀和結構布置使之成為較規則的結構時,宜設置防震縫將其劃分為較簡單的幾個結構單元。論文格式。
2 高層建筑結構豎向布置的合理性
(1)歷次地震震害表明:結構剛度沿豎向突變、外形外挑內收等,都會產生變形在某些樓層的過分集中,出現嚴重震害甚至倒塌。所以設計中應力求自下而上剛度逐漸、均勻減小,體型均勻不突變。1995年阪神地震中,大阪和神戶市不少建筑產生中部樓層嚴重破壞的現象,其中一個原因就是結構剛度在中部樓層產生突變。有些是柱截面尺寸和混凝土強度在中部樓層突然減小。。有些是由于使用要求而剪力墻在中部樓層突然取消,這些都引發了樓層剛度的突變而產生嚴重震害。
(2)抗震設計的高層建筑結構。其樓層側向剛度不宜小于相鄰上部樓層側向剛度的70%或其上相鄰三層側向剛度平均值的80 %。結構豎向抗側力構件不宜不連續樓層的側向剛度可取地震作用下該樓層剪力和該樓層層間位移的比值。
(3)A級高度高層建筑的樓層層間抗側力結構的承載力不宜小于其上一層的80%,不應小于其上一層的56.5%.B級高度高層建筑的樓層層間抗側力結構的承載力不應小于其上一層的75%。。(樓層層間杭側力結構承載力是指在所考慮的水平地震作用方向上,該層全部柱及剪力墻的受剪承載力之和。)
(4)抗震設計時,當結構上部樓層收進部位到室外地面的高度H1與房屋高度H之比大于0.2時,上部樓層收進后的水平尺寸B1,不宜小于下部樓層水平尺寸B的0.75倍.。當上部結構樓層相對于下部樓層外挑時,下部樓層的水平尺寸B不宜小于上部樓層水平尺寸B1的0.9倍,且水平外挑尺寸A不宜大于4M.
(5)中國建筑科學研究院的計算分析和試驗研究表明,當結構上部樓層相對于下部樓層收進時,收進的部位越高、收進后的平面尺寸越小,結構的高振型反應越明顯,因此對收進后的平面尺寸加以限制。。當上部結構樓層相對于下部樓層外挑時,結構的扭轉效應和豎向地震作用效應明顯,對抗震不利,因此對其外挑尺寸加以限制,設計上應考慮豎向地震作用影響。
(6)結構剛度沿豎向突變、外形外挑或內收等,都會產生某些樓層的變形過分集中,出現嚴重展害甚至倒塌。所以設計中應力求使結構剛度自下而上逐漸均勻減小,體形均勻、不突變。論文格式。
(7)頂層取消部分墻、柱而形成空曠房間時,其樓層側向剛度和承載力可能比其下部樓層相差較多,是不利于抗震的結構,應進行詳細的計算分析,并采取有效的構造措施。如采用彈性時程分析進行補充計算、柱子箍筋應全長加密配置、大跨度屋面構件要考慮:
1)減小土的重量,降低地基的附加壓力;
2)提高地基土的承載能力;
3)減少地震作用對上部結構的影響。
3、運用概念設計的思想,也使得結構設計的思路得到了拓寬。
傳統的結構計算理論的研究和結構設計似乎只關注如何提高結構抗力R,以至混凝土的等級越用越高,配筋量越來越大,造價越來越高。結構工程師往往只注意到不超過最大配筋率,結果肥梁、胖柱、深基礎處處可見。以抗震設計為例,一般是根據初定的尺寸、砼等級算出結構的剛度,再由結構剛度算出地震力,然后算配筋。但是大家知道,結構剛度越大,地震作用效應越大,配筋越多,剛度越大,地震力就越強。這樣為抵御地震而配的鋼筋,增加了結構的剛度,反而使地震作用效應增強。其實,為什么不考慮降低作用效應S呢?目前在抗震設計中,隔震消能的研究就是一個很好的例子。隔震消能的一般作法是在基礎與主體之間設柔性隔震層;加設消能支撐(類似于阻尼器的裝置);有的在建筑物頂部裝一個“反擺”,地震時它的位移方向與建筑物頂部的位移相反,從對建筑物的振動加大阻尼作用,降低加速度,減少建筑物的位移,來降低地震作用效應。合理設計可降低地震作用效應達60%,并提高屋內物品的安全性。這一研究在國內外正廣泛地深入展開。在日本,研究成果已經廣泛應用于實際工程中,取得良好的經濟、適用效果。而我國由于經濟、技術和人們認識的限制,在工程界還未被廣泛地應用。
隨著社會經濟的發展和人們生活水平的提高,對建筑結構設計也提出了更高的要求。發展先進計算理論,加強計算機的應用,加快新型高強、輕質、環保建材的研究與應用,使建筑結構設計更加安全、適用、可靠、經濟是當務之急。其中,打破建筑結構設計中的墨守成規,充分發揮結構工程師的創新能力,是相當必要的。因為他們是結構設計革命的推動者和執行者。這則需要工程界和教育界進行共同的努力。推廣概念設計思想是一種有效的辦法。
【關鍵詞】安全性鑒定;抗震性;鑒定;加固措施
0.概況
某中學校舍抗震設防烈度為7度,地震加速度為0.1g,建筑場地為Ⅲ類,屬于C類建筑物。該宿舍樓長約45.9m,寬16.9m,高13.65m,建筑面積為3207.75m2,地上4層,磚混結構、鋼筋混凝土條形基礎,現澆式鋼筋混凝土樓蓋和屋蓋。該建筑物建于2004年。該宿舍樓為縱橫墻承重結構,抗震橫墻最大間距3.9m;縱橫墻布置對稱、沿平面內對齊,沿豎向上下連續、同軸線窗間墻寬度均勻;房屋立面無高差、無錯層;房屋盡端無樓梯間;無獨立磚柱支承;墻體在平面內閉合;無削弱墻體;外墻四角,隔開間橫墻與外縱墻交接處,樓梯間四角有構造柱,較大洞口處局部無構造柱;樓梯段上下端對應墻體處無構造柱;屋蓋及樓蓋處沿內外墻均有圈梁,樓蓋、屋蓋處圈梁最大間距10.5m;承重外墻盡端至門窗洞口邊的最小距離1.0m,不符合承重外墻盡端至門窗洞口邊的最小距離1.20m要求。該宿舍樓標準層平面見圖1。
1.現場檢測情況
經過對現場檢測觀察,未發現明顯缺陷。
砌筑砂漿強度檢測:抽檢每層砌筑砂漿強度,換算值為1.06~
3.13MPa,均不滿足設計強度值M5的要求。
黏土磚強度檢測:抽檢每層黏土磚強度,均滿足設計強度值MU10的要求。
混凝土強度檢測:抽檢每層混凝土強度,換算值為22.5~
29.1MPa,均滿足設計強度值C20的要求。
2.鑒定結論
2.1采用中國建筑科學研究院開發的“PKPM”結構設計軟件對該建筑物上部結構承載力進行復核驗算。驗算結果顯示,該建筑物一層、二層、三層部分墻體抗震驗算不滿足規范要求;一層部分墻體受壓承載力不滿足規范要求;混凝土梁承載力滿足規范要求;基礎承載力滿足規范要求。
2.2所檢砂漿強度不滿足《建筑抗震鑒定標準》(GB 50023-2009)要求,黏土磚強度、混凝土強度滿足該標準要求;
2.3該工程的安全性等級為Bsu(安全性略低于標準要求,尚不顯著影響整體承載);
2.4適修性評估等級為Br(稍難修,改造后的功能尚可恢復或接近恢復功能,適修性尚好,宜予修復或改造)。
3.加固措施
由于該建筑物一層、二層、三層部分墻體抗震承載力不滿足規范要求,一層部分墻體受壓承載力不滿足規范要求,本工程采用雙面鋼筋網水泥砂漿面層進行加固,采用M10水泥砂漿,單面面層厚度為40mm。采用φ6@300點焊鋼筋網,“S”形拉結筋φ6@900,施工時,先剔除水平磚縫30mm深,再進行抹面。
本工程抗震構造措施不足處:洞口寬度大于2000mm時,洞口兩側加暗柱進行加固;樓梯間梯梁下無構造柱,采用梯梁下設暗柱做法進行加固;門廳陽角處大梁支承長度不滿足500mm處,增設順梁方向250mm長的構造柱進行加固;承重外墻盡端至門窗洞口邊的最小距離1.0m,不符合承重外墻盡端至門窗洞口邊的最小距離1.20m要求,在外墻陽角處加“L”或倒“L”形構造柱進行加固;新增圈梁通過植筋與原有圈梁連接。
3.1墻肢軸心受壓加固驗算
取一層⑤軸與A軸交接處窗間墻體,受壓墻肢寬度b為1500mm,受壓墻肢厚度h′為370mm,墻體單側水泥砂漿厚度40mm,加固后受壓墻肢厚度h為450mm,墻體兩側受壓鋼筋面積As′為340mm2,砌體抗壓強度設計值f為1.34MPa,水泥砂漿面層軸心抗壓強度設計值fc為3.5MPa,墻肢軸力設計值568.5kN(墻肢軸心受壓計算見圖2)。根據《砌體結構設計規范》(GB 50003-2001)中式8.2.3得,
ρ=A′s/bh=0.05%β=γβH0/h=6.08
ηs=0.9
查表8.2.3得,φcom=0.93φcom(fA+fcAc+ηsf′yA′s)=1118kN>568.5kN,滿足規范要求。
3.2墻肢抗震加固驗算
采用鋼筋網水泥砂漿面層雙面加固,面層厚度為40mm,面層砂漿強度為M10,鋼筋網直徑為6,網格尺寸為300mm×300mm。原墻體厚度tw0為240mm(內墻)、370mm(外墻),原墻體的抗震抗剪強度設計值fvE為0.12MPa。由《建筑抗震加固技術規程》(JGJ116-2009)中表5.3.2-1得,面層加固基準增強系數η0:一層:1.65,代入公式:
ηpij=240tw0η0+0.075tw0240-1/fvE
經計算,原墻厚為240mm時,ηPij=1.65;原墻厚為370mm時,ηPij=1.28。
首先,驗算一層墻體,370mm厚墻體中最不利墻段的抗力與效應之比為0.88,墻體加固后的抗震驗算結果為:ηPij×原墻段抗震驗算結果,即0.88×1.28=1.12>1,滿足規范要求。
其次,驗算一層墻體,240mm厚墻體中最不利墻段的抗力與效應之比為0.88,墻體加固后的抗震驗算結果為:ηPij×原墻段抗震驗算結果,即0.88×1.61=1.41>1,滿足規范要求。
由此可得,二層、三層墻體均滿足規范要求!
4.結論
4.1從設計方面,對中小學校建筑的抗震設防應充分重視,選型要合理,嚴格按照設計規范執行。
4.2從施工方面,嚴格按照設計圖紙施工,加強施工管理,保證工程質量是關鍵。
參考文獻:
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懸挑,甚至通窗效果等,必將大大削弱房屋的抗震能力。
關鍵詞:磚混結構 抗震
中圖分類號:S611文獻標識碼: A
磚混結構是我國目前房屋建筑的主要結構類型之一,一般作為居住、辦公、學校和醫院等民用與公共建筑,約占民用與公共建筑的80%以上。在今后相當長的時間內仍具有十分廣泛的應用價值,這種結構的抗震性能好壞直接關系到人民群眾的生命和財產安全。汶川地震發生以后,我國的《抗震設計規范》、《建筑工程抗震設防分類標準》做出了相應的修改調整,使人們對建筑物的抗震性能更加重視,其中對新建磚混結構的設計要求更加嚴格。另外,我國抗震加固工作雖然已經取得了很大的成績,但由于我國處于世界上兩個最活躍的地震帶上,地震區分布廣、震源淺、強度大,建筑物抗震能力低,因此抗震加固的任務仍非常艱巨,同時,由于部分區域抗震設防烈度從6度提高到7度,因此,原先按6度設防的還需進一步抗震設防。總的來看,在全國范圍內,不包括廣大農村地區,目前全國仍有近1/3的應加固工程尚未進行抗震加固。
一、查閱相關文獻分析國內外研究現狀、發展動態
目前,我國已有的震害預測方法分為歷史震害統計、模糊類比、半經驗半理論、專家評估、結構計算、動態分析等6種方法。Pushover方法是正在發展的一種簡化結構計算方法。此法的原理是通過在結構分析模型上施加某種可模擬地震水平慣性力的側向分布力,并逐漸單調增大,使結構從彈性階段開始,經歷開裂、屈服、直至達到某一破壞標志或者當結構成為機構時為止,來分析結構的薄弱位置及其它非線性狀態的反應,以判斷在未來可能地震作用下結構及構件的變形能力是否滿足設計及使用功能的要求。
傳統的墻體材料主要是燒結粘土磚,燒結粘土磚在我國有著悠久的生產與使用歷史,目前仍是我國主要的墻體材料之一。燒結粘土磚的生產耗能大,破壞土地,污染環境,因此,從可持續發展、節能環保的角度出發,我國于2005年在全國范圍內取締燒結粘土磚。然而由于我國人口的80%都在農村,經濟尚不富裕,燒結粘土磚比新型墻體材料在價格上有很大的優勢,應用燒結粘土磚建房的仍然很多。
經過幾十年的發展,我國的墻體材料由單一的燒結粘土磚、毛石、土坯發展為磚、塊、板三大類。目前的新型墻體材料主要有蒸壓灰砂磚、加氣混凝土砌塊、石膏纖維板鋼絲網架水泥夾芯板等。新型墻體材料的發展,不但減輕了容重,加快施工速度,提高勞動生產率,保溫、隔熱、防火性能也大大改善,其中相當一部分品種還屬于綠色建材。
雖然新型墻體材料代替實心粘土磚是墻體材料革新發展的趨勢,但新型墻體材料仍然存在一些問題,制約了其推廣使用。
二、磚混結構抗震性能研究
1.研究了影響墻體剪切強度的各種因素,提出了適合我國磚混結構材料的墻體剪切強度的各種因素,提出了適合我國各種磚混結構材料的墻體剪切強度計算公式;
2. 在試驗室里成功地再現了磚混構件地震破壞現象并初步研究了墻體的破壞機理
3. 系統地研究了墻體的恢復力特性。這些研究成果提供了關于我國磚混結構基礎抗震性能的完整而豐富的資料,促進了磚混結構在地震區的發展和應用,并成為我國磚混結構抗震分析與設計的重要基礎,為編制我國抗震設計規范提供了科學依據。但是下列問題仍有待進一步改進和探討:
(1)磚混結構抗震破壞機理的研究應繼續深入;
(2)在改進磚混結構的抗震性能,提高其變形能力方面進一步積累試驗資料,為設計計算提供可以應用的數據
(3)對已建磚混結構合理的抗震加固處理方案。目前國外磚混結構研究的最新動態和發展趨勢主要表現在以下幾個方面:
磚混結構材料基本性質的研究,如彈性常數的取值、粘結機理、抗壓強度、應力應變曲線、蠕變和材料性質等。
磚混結構基礎理論的研究,進一步研究砌體結構的破壞機理和受力性能,通過物理與數學模型,建立精確而完善的磚混結構理論,是全世界所關注的課題。
磚混結構理論向數值模擬分析方向發展,這可能是一個全新的課題。現在國外正在加緊研究數值分析方法的新理論。如用有限元方法對砌體結構在集中荷載、分布荷載、動力荷載和地震作用下進行線性、非線性分析:用板殼單元模擬墻體受火作用的彎曲現象:用離散單元法分析磚砌拱的破壞機理,模擬磚混結構的軟化等,正引起國際學術界的關注。 本課題的研究成果應能夠指導新建磚混結構建筑物的抗震設計,使新建的磚混建筑在滿足現行規范的前提下,抗震性能更加完善,構造措施更加合理,同時對已有磚混結構建筑物提出更加合理的加固處理方案,使處理方案更加具有普遍性和可操作性,更加具有經濟性。
三、目前多層磚房抗震設計中存在的主要問題
(1)城市住宅磚房建設中,房屋超高或超層時有發生,尤其是底層為“家帶店”的磚房,高度超過限值1m以上。
(2)在“綜合樓”磚房中,底層或頂層有采用“混雜”結構體系的,即為滿足部分大空間需要,在底層或頂層局部采用鋼筋砼內框架結構。有的僅將構造柱和圈梁局部加大,當作框架結構。
(3)住宅磚房中為追求大客廳,布置大開間和大門洞,有的大門洞間墻寬僅有240mm,并將陽臺作成大懸挑(懸挑長度大于2m)延擴客廳面積;部分“局部尺寸”不滿足要求時,有的不采取加強措施,有的采用增大截面及配筋的構造柱替代磚墻肢;住宅磚房中限于場地或“造型”,布置成復雜平面,或縱、橫墻沿平面布置多數不能對齊,或墻體沿豎向布置上下不連續等等。
(4)多層磚房抗震設計中,未作抗震承載力計算的占多數,加之缺乏工程經驗,使相近的多層磚房采用的砌體強度等級相距甚遠。
(5)多層磚房抗震設計中,所采取的抗震措施區別較大。構造柱和圈梁的設置:多數設計富余較大,部分設計設置不足(含大洞口兩側未設構造柱);抗震連接措施:多數設計不完整或未交待清楚,有的設計還采用“一本圖集打天下”的作法,不管具體作法和適用與否,全包在“圖集”身上。
四、多層磚房抗震設計意見
我國建筑抗震設防的目標是三個水準。多層磚房可通過一階段設計達到下列要求:滿足抗震承載力要求,房屋可“小震不裂”;滿足結構體系、平立面布置和抗震措施等要求,房屋可符合“中震可修”;滿足房屋高度和層數及構造柱和圈梁等要求,房屋可做到“大震不倒”。確保多層磚房抗震設計質量,主要有以下方面內容
1.抗震概念設計房屋的高度和層數、它的結構體系、和平、立面布置
2.抗震計算抗震計算是抗震設計的重要組成部分,是保證滿足抗震承載力的基礎。多層磚房的抗震計算,可采用底部剪力法。對平面不規則和豎向不規則的多層磚房,宜采用考慮地震扭轉影響的分析程序。目前,多層磚房的抗震設計中,不作抗震驗算是較普遍的現象,這樣就必然存在一是不安全二是浪費的問題。
3. 抗震措施;保障多層磚房的抗震措施,是多層磚房“大震不倒”和不作“二階段設計”的關鍵。
五、結語
多層磚房在城鄉建設中量大面廣,又是人類活動和生活的主要場所。因此,加強多層磚房抗震設計,重視多層磚房抗震設計中的三個環節,就能使多層磚房的地震破壞降低到最低限度。
參考文獻
【關鍵詞】滑移減震、石墨助滑劑、錯動位移。
1滑移減震建筑適應工程抗震技術的發展
1.1震災的嚴重性
本世紀世界陸地7級以上地震,中國有66次占1/3,人口死亡200多萬,中國有115萬占1/2。在最近期的1978年唐山大地震中死24萬,死傷40萬,經濟損失100億人民幣。在國內的各種災害中,屬災死人占54%。經濟損失占6%。
1.2震災預報的艱難性
至今世界上發生了無數次的大小地震,據資料介紹,只有海城與墨西哥兩次地震的臨震預報稍準,由于中長期預報不準,海城與墨西哥城的建筑物損壞與震災還是嚴重的。關于地震發生的機理目前總說紛壇,例如,斷裂帶錯動、地殼板塊插入、整板變形斷裂,學說越多說明可靠的學說尚未形成。日本是震災較多,研究地震機理及預報人員最多、水平最高的國家,可是1995年1月17日偏偏在其預報安全區西部的阪神發生大地震,死5oo0多人,經濟損失1000億美元,全國一遍震驚。因此在1994年在西班牙召開的國際地震會議上有關專家指出,目前地震是不可預報的,因此各國應將重點放在建造耐震的建筑上。
1.3如何吸取唐山大震的經驗教訓
海城地震后,天津市有些工程搞了抗震加固。在唐山大地震時,這些加固過的工程表現了明顯的耐震性能,因此唐山地震后全國開始了大規模的現有建筑抗震加固與新建建筑抗震設防工作。我國的抗震設防是按地區設防烈度劃分等級的,例如按六度設計的房屋的設防目標是:遭迂從值烈度(5.5度)時建筑不損壞;遭迂基本烈度(7度)時建筑有些損壞,但可修復使用;遭遇罕遇地震(8度強)時,破壞嚴重,但下例塌。海城地震時海城是9度,唐山地震時唐山中心區是10度。7度設計的房屋迂海城、唐山那樣的9度、10度大震就要破壞倒塌了。全國把大多數地區均劃為七度、六度區,由于經濟的原因及技術的困難,尚無法按10度的條件設計這些地區的房屋結構,因此無法避免唐山地震的悲劇重演。我國地震工程科技人員尋找新的方法,也就是開始研究隔震、減震。消能與控制技術,從”硬抗”轉到“軟消”。我院滑移減震建筑技術就是在這種形勢下從1985年開始列題研究的項目。
2滑移減震技術研究的主要成果及水平
為了避免唐山大地震的悲劇重演,為了尋求抵御十度大震的建筑技術,在1985年開展了滑移減震技術的研究。從1985年至1990年為項目研究,以機理為主;第二階段1995年至1997年結合試點建筑,進行設計、構造及施工等配套技術研究。
2.1項目研究成果
(1)石墨是較理想的助滑劑材料:它耐久、構造簡單、適宜的上部結構抗震構造與適宜的最大錯動位移值。
(2)最大錯動位移是54mm;殘存錯動位移小于20mm;
(3)高寬比控制為2,能保證只滑不搖擺;
(4)能起到保險絲作用,滑譽減震房7度強時起滑,10度時上部建筑只滑不破壞倒塌。
1990年經全國著名抗震專家宋秉譯、周福霖、劉季、李桂肴、霍自正等組成的鑒定委員會鑒定認為課題成果具有重大的社會效益與經濟效益,成果的廣度和深度達到國內先進水平,有關計算參數均可為滑移減震消能多層磚房的設計提供依據。
然后根據研究報告編寫的論文在第十屆世界地震工程會議(西班牙)與國內“建筑結構學報”上發表。均獲較高評價。
2.2試點建筑的研究成果
(1)上部結構設計安全度,橫墻安全度是相應按7度抗震設計的1.5倍;縱墻是1.8倍。這與遼寧地區目前7度區的七層磚混住宅結構相當;
(2)配套研究了上、下水管、煤氣管及暖氣管穿過滑移層的柔性接頭或柔性構造;
(3)構造簡單施工方便;
(4)采用挖孔樁基礎時,由于樁的配筋減少使總造價不增加;采用其它基礎時總造價增加較少。
試點建筑研究成果在1997年經楊玉成、梁發云與省內專家組成的鑒定委員會鑒定,認為該試驗建筑可達到相當于6一7度地震不壞,7度強地震時,滑動層剛開始動作,9~10度地震時下倒塌。這是一項防止房屋倒塌、減輕地震災害的有效的創新途徑。用石墨作分隔層材料建成六層住宅在國內、國際上屬首創。
3滑移減震建筑在市場中經過檢驗得到房產育及用戶歡迎
(1)同行專家認可——技術上過硬;
(2)政府部門支持——適合我國、我省情況;
(3)符合市場法則一一房產商能掙錢;用戶歡迎。
滑移減震建筑技術就是闖過以上三關于1998年進入遼寧市場,并獲得了成功。
3.1同行專家認可
研究項目及試驗性建筑的兩次鑒定會文件及有關于中、外重要學術會議及國內重要刊物均表明該項成果的學術水平是高的,獲得了同行專家的認可與好評。
3.2政府部門支持
滑移減震研究項目經1990年至1995年近5年等停后,在全國橡膠墊隔震技術發展的形勢促進與1995年初日本阪神地震震災的推動下,我于1995年5月給原遼寧省省長聞世震寫了一封信,呼吁”我省應加快新型建筑隔震技術的發展”省長很重視批示支持,省建設了廳長也批示支持,隨之擬定了推廣規劃,并具體落實到遼寧省建設事業“九五”科技成果重點推廣項目和2010年科技成果轉化規劃綱要中。這就為項目的應用獲得了可靠的紅頭文件。
3.3符合市場法則
因為地震預報不準,而按預報劃分的烈度設計抗震建筑,其安全性不高的現實不但科技人員明白,一般百姓亦理解。因此1997年夏季在遼寧省錦州市,1998年春季在丹東市當有地震傳言時、百姓就人心慌慌,盡力想法躲避。錦州屬下的凌海市與丹東屬下的東港市有的房產公司抓住百姓的怕震心態,建了一些現澆樓板的磚混住宅,造價增加40一50元/m2,但有購房自的百姓還是爭先選購了此種住宅。
滑移減震建筑技術就是在這種百姓對現有抗震建筑心有余悸,并且自己有了購房權,可以購買優質優價房的形勢下于1998年走進市場的、在東港市及海城市推廣了約六萬平方米,當年建成3萬平方米。經幾棟樓的施工實踐,采用滑移減震技術后,房屋價格僅增加12一20元/m2,每戶也只增加1000多元。因此滑移減震建筑深受房產商與用戶歡迎。
在1998年12月初在東港市召開的”遼寧省滑移減震建筑現場技術交流會”上,省建設廳領導認為滑移減震技術應成為建筑業的新增長點。目前政府與群眾積極性均很高:領導重視、地方支持、專家認可與有震情百性需要,因此這項技術已經開始成熟,可以走向市場,經濟實用性較高。房建公司的經理認為這項技術施工方便,造價增加較少,耐震概念易懂,滑移減震建筑技術是加快住宅業更新換代,使之更好地為人民免災造福。