前言:一篇好文章的誕生,需要你不斷地搜集資料、整理思路,本站小編為你收集了豐富的建筑抗震設(shè)計的基本要求主題范文,僅供參考,歡迎閱讀并收藏。
關(guān)鍵詞:抗震設(shè)計;建筑結(jié)構(gòu);倒塌分析
中圖分類號:TU973+.31 文獻標識碼:A
1.建筑結(jié)構(gòu)抗震倒塌分析
通過對唐山、汶川地震的建筑震害相關(guān)資料的對比研究發(fā)現(xiàn),建筑結(jié)構(gòu)在地震作用下的倒塌過程大體可分為兩類:第一類是建筑在豎向及水平地震作用和豎向荷載共同作用下,在地面運動的過程中發(fā)生倒塌;第二類是地震過程中部分豎向承重構(gòu)件破壞,地震后由于破壞構(gòu)件上部結(jié)構(gòu)不能繼續(xù)承受豎向荷載,而發(fā)生倒塌【1】【2】。從倒塌的形式看可分為整體倒塌和局部破壞引起的連續(xù)倒塌兩類。
1.1砌體結(jié)構(gòu)建筑
砌體結(jié)構(gòu)建筑的砌筑材料多為脆性材料,抗震性差,在地震中破壞最為嚴重,主要表現(xiàn)在墻體大量開裂、倒塌,預制板脫落等方面,裂縫集中出現(xiàn)在門窗洞和樓梯間等位置,裂縫多呈X形貫通縫。
1.2鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)建筑
鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)建筑在地震中的破壞方式集中表現(xiàn)在填充墻和圍護結(jié)構(gòu)的大量開裂和坍塌,柱端及節(jié)點破壞也較為突出,大量框架結(jié)構(gòu)破壞呈現(xiàn)“強梁弱柱”機制。
1.3鋼結(jié)構(gòu)建筑
鋼結(jié)構(gòu)建筑自重輕、強度大,抵御地震能力強,輕微破壞主要發(fā)生在圍護結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點處等部分。
2.抗震設(shè)計基本要求
2.1建筑的規(guī)則性要求
對于建筑方案的規(guī)則性,《抗震規(guī)范》做了補充規(guī)定:“建筑設(shè)計應(yīng)符合抗震概念設(shè)計的要求,不規(guī)則的建筑方案應(yīng)按規(guī)定采取加強措施;特別不規(guī)則的建筑方案應(yīng)進行專門的研究和論證,采取特別的加強措施;不應(yīng)采用嚴重不規(guī)則的建筑方案”。此規(guī)定為強制性條文,要求建筑師和結(jié)構(gòu)師嚴格執(zhí)行。
2.2結(jié)構(gòu)整體性要求
結(jié)構(gòu)的整體性除了與結(jié)構(gòu)構(gòu)件本身強度有關(guān)之外,主要取決于構(gòu)件之間連接節(jié)點的構(gòu)造設(shè)計?!犊拐鹨?guī)范》規(guī)定:對于鋼筋混凝土構(gòu)件,抗震設(shè)計應(yīng)做到:“強柱弱梁”、“強節(jié)點弱構(gòu)件”;砌體結(jié)構(gòu)應(yīng)設(shè)置鋼筋混凝土圈梁和構(gòu)造柱、芯柱或采用配筋砌體;鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)避免局部失穩(wěn)或整個構(gòu)件失穩(wěn)。本次修訂吸取汶川地震中大量預制空心板、屋蓋優(yōu)先塌落造成人員傷亡的教訓,特別強調(diào):“多、高層的混凝土樓、屋蓋宜優(yōu)先采用現(xiàn)澆混凝土板。當采用混凝土預制裝配式樓、屋蓋,應(yīng)從樓蓋體系和構(gòu)造上采取措施確保各預制板之間連接的整體性”。
2.3防震縫設(shè)置問題
《抗震規(guī)范》規(guī)定,“抗震縫應(yīng)根據(jù)抗震設(shè)防烈度、結(jié)構(gòu)材料種類、結(jié)構(gòu)類型、結(jié)構(gòu)單元的高度和高差情況,留有足夠的寬度,其兩側(cè)的上部結(jié)構(gòu)應(yīng)完全分開?!闭_理解本條規(guī)定應(yīng)該是:建筑平、立面布置應(yīng)盡可能規(guī)則,盡量避免采用抗震縫;如果必須留的話,寬度應(yīng)該留夠。有的工程技術(shù)人員在進行抗震設(shè)計時,往往碰到稍微不規(guī)則的結(jié)構(gòu)就留縫,留的又不夠?qū)?;還有是在施工中,澆搗混凝土后的抗震縫兩側(cè)的模板沒有拆除,或留下許多雜物堵塞,結(jié)果等于沒留,地震時必然導致縫兩側(cè)的構(gòu)建互相碰撞,嚴重的甚至引起連續(xù)倒塌【3】。
2.4結(jié)構(gòu)多道抗震防線要求
《抗震規(guī)范》對結(jié)構(gòu)體系提出了多道抗震防線的要求,對于大震作用下結(jié)構(gòu)抗倒塌具有重要意義。該要求的目的在于,當結(jié)構(gòu)受到超過設(shè)防烈度的所謂“大震”作用時,作為第一道防線的某些構(gòu)件,如:框排架結(jié)構(gòu)的柱間支撐或柱子的翼墻、剪力墻結(jié)構(gòu)的連梁等率先破壞,消耗了地震能量并改變了整體結(jié)構(gòu)的動力特性,從而減低了地震力,保護了作為第一道防線的構(gòu)件,如:框排架結(jié)構(gòu)的柱子剪力墻結(jié)構(gòu)的墻體,它們的存在避免了結(jié)構(gòu)倒塌。砌體結(jié)構(gòu)的構(gòu)造柱、圈梁除作為砌體的約束構(gòu)件可以提高墻體延性之外,也可視為第一道防線,在“大震”作用下,墻體可能嚴重破壞,但由于構(gòu)造柱和圈梁的存在不會倒塌【4】。
2.5砌體結(jié)構(gòu)樓梯間設(shè)計要求
樓梯間是建筑的出入口,也是地震時人群疏散的惟一通道。調(diào)查發(fā)現(xiàn),由于設(shè)計和施工質(zhì)量問題,可能使樓梯間倒塌破壞,造成嚴重傷亡和堵塞疏散通道,阻礙救生。由于樓梯間的山墻較高,鋼筋混凝土樓梯構(gòu)件的抗側(cè)剛度較大,而且梯段平臺與樓層存在錯層,對山墻產(chǎn)生出平面的水平剪力,地震時最容易破壞。因此,對于樓梯間的抗震設(shè)計,2008版《規(guī)范》7.3.1條特別增加要求,“樓、電梯間四角,樓梯段上下端對應(yīng)的墻體處;外墻四角和對應(yīng)轉(zhuǎn)角;錯層部位橫墻與外縱墻交接處,大房間內(nèi)外墻交接處,較大洞口兩側(cè)”要設(shè)置構(gòu)造柱;第7.3.8條要求,“裝配式樓梯段應(yīng)與平臺板的梁可靠連接,內(nèi)外墻交接處應(yīng)沿墻高每隔500mm設(shè)2 6通長拉接鋼筋”,這些都是保證樓梯間抗震安全的重要措施【5】。
建筑抗震設(shè)計本質(zhì)上仍是一種經(jīng)驗行為,因此,必須強調(diào)抗震概念設(shè)計和采用抗震措施在抗震設(shè)計中的重要性。
參考文獻:
蘇幼坡.唐山震后重建過程及啟示【R】.汶川地震建筑震害調(diào)查與災后重建分析報告.北京:中國建筑工業(yè)出版社,2008,432-441.
張敏政.從汶川地震看抗震設(shè)防和抗震設(shè)計【J】.土木工程學報,2009,42(5):21-24.
王亞勇.汶川地震建筑震害啟示-三水準設(shè)防和抗震設(shè)計基本要求【J】.建筑結(jié)構(gòu)學報,2008,29(4):26-33.
【關(guān)鍵詞】樓梯設(shè)計;建筑抗震;影響
中途分類號:TU352 文獻標識碼:A文章編號:
我國幅員遼闊,地形地貌復雜多樣,在四川、唐山等地殼運動頻繁的地區(qū),經(jīng)常會發(fā)生震級較高的地震災害,這就對房屋等建筑的抗震功能提出了更高的要求。而樓梯是疏散人群的重要出口,因此,廣大建筑設(shè)計師們都高度重視樓梯設(shè)計對建筑抗震的影響,不斷創(chuàng)新設(shè)計軟件以追求更精確的計算。筆者也結(jié)合自身的實際經(jīng)驗,就樓梯設(shè)計對建筑抗震的影響進行了一下探討與分析。
1.探析樓梯對建筑主體結(jié)構(gòu)的影響
樓梯的自身傳力和豎向構(gòu)件是其影響建筑主體結(jié)構(gòu)的兩個主要方面,這也是建筑設(shè)計師們應(yīng)該非常重視的兩個內(nèi)容,具體表現(xiàn)如下:
1.1樓梯的自身傳力對建筑主體結(jié)構(gòu)的影響
在我國一些震害嚴重的地區(qū),通常都會有專業(yè)的地質(zhì)研究人員對當?shù)氐牡刭|(zhì)條件、地震誘因以及震害情況等進行勘探和調(diào)研,這樣才能從中找到加強建筑抗震功能的方法。樓梯的設(shè)計對建筑的抗震能力有著非常重要的影響,樓梯與建筑主體結(jié)構(gòu)相對剛度比的大小直接關(guān)系著樓梯對建筑主體結(jié)構(gòu)影響的大小,建筑主體結(jié)構(gòu)如抗震墻結(jié)構(gòu)、框架-抗震墻結(jié)構(gòu)等的自身剛度越大,那么它的整體性能越好,相較于建筑主體結(jié)構(gòu)的剛度,樓梯剛度就顯得較小,這時它對建筑主體結(jié)構(gòu)的影響就越小,甚至可以忽略不計,因此樓梯的自身傳力就得到了保障,建筑的抗震能力也會大大加強。而當采用框架結(jié)構(gòu)、裝配式結(jié)構(gòu),特別是砌體結(jié)構(gòu)的時候,樓梯對建筑主體結(jié)構(gòu)的影響則不容小視。一般情況下,當遇到地震時,建筑的主題結(jié)構(gòu)基本是處于彈性工作狀態(tài),填充墻、砌體承重墻沒有開裂或者開裂程度不高,這時候其剛度尚未退化,樓梯剛度對建筑主體結(jié)構(gòu)的影響依舊不大,而在超出設(shè)防裂度或者遇到罕見的大地震時,建筑主體結(jié)構(gòu)一般會進入到彈塑性狀態(tài),墻體開裂,剛度驟然降低,樓梯剛度在建筑主體結(jié)構(gòu)剛度中所占的比重就會越來越大,剛性的現(xiàn)澆梯板承擔不了傳遞水平地震作用的重任,從而導致樓梯梯板拉裂,樓梯間短柱破壞,最終造成建筑主體結(jié)構(gòu)的破壞甚至坍塌[1]。
1.2樓梯的豎向構(gòu)件對建筑主體結(jié)構(gòu)的影響
由于樓梯的自身傳力需要得到保障,因此其豎向構(gòu)件往往會出現(xiàn)短柱或錯層。建筑設(shè)計師們通過對工程項目的實際對比發(fā)現(xiàn),參與建筑主體結(jié)構(gòu)整體計算中的樓梯豎向構(gòu)件,不僅影響著地震作用效應(yīng)的最終計算結(jié)果,還可能對恒載、活載的傳遞途徑產(chǎn)生相應(yīng)的改變,進而影響相關(guān)構(gòu)件的計算。值得注意的是,當建筑主體結(jié)構(gòu)的其他區(qū)域荷載小于樓梯間所承受的荷載時,不考慮樓梯影響計算結(jié)果顯示位移比較大,考慮樓梯剛度后剛心與質(zhì)心的重合程度有所改善,位移比也會有所減小。在建筑施工的前期規(guī)劃中,設(shè)計師們并不會根據(jù)現(xiàn)有的規(guī)范條件對樓梯的豎向構(gòu)件進行計算,一般情況下,他們首先會判斷樓梯構(gòu)件對建筑主體結(jié)構(gòu)整體影響的大小,然后對不同的結(jié)構(gòu)進行具體的抗震計算。而鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的樓梯抗震設(shè)計應(yīng)該遵循基本要求,即根據(jù)建筑施工的實際情況來決定樓梯是否要進行抗震計算,樓梯構(gòu)件必須進行抗震設(shè)計計算,并加強樓梯間填充墻與建筑主體結(jié)構(gòu)的拉結(jié)[2]。
2.探析我國目前與樓梯設(shè)計相關(guān)的規(guī)范條例
因為地震災害的發(fā)生具有不確定性,震級較大的情況下其破壞性非常大,經(jīng)常會對人們的生命財產(chǎn)安全造成巨大的威脅和損害。但是,就我國目前的地震預警系統(tǒng)以及建筑的抗震性能來看,計算理論和施工工具等都還存在著諸多不足,建筑抗震計算結(jié)果相對來說略顯粗糙,有的設(shè)計師們還把主要精力放在數(shù)值精確性的追求上,忽略了對當?shù)氐刭|(zhì)等的結(jié)合考慮,因此,我國相關(guān)部門專門制定了《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》和《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》等規(guī)章制度,對建筑的抗震方面進行了嚴格規(guī)范與規(guī)定,從原則上對建筑抗震質(zhì)量加強了把控。
2.1《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》中的相關(guān)條例
《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》中第3.6.6 條提出,建筑抗震設(shè)計應(yīng)充分考慮樓梯豎向構(gòu)件的影響,計算模型的建立、必要的簡化計算與處理等都要符合建筑主體結(jié)構(gòu)的實際工作狀況;第6.1.8 條針對框架-抗震墻結(jié)構(gòu)和板柱-抗震墻結(jié)構(gòu)中的抗震墻設(shè)置,提出了樓梯間宜設(shè)置抗震墻,但不宜造成較大的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)的要求;第6.1.15 條就樓梯設(shè)計做出了具體規(guī)定,樓梯宜采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土,樓梯構(gòu)件與主體結(jié)構(gòu)整體現(xiàn)澆時,應(yīng)計入樓梯構(gòu)件對地震作用及其效應(yīng)的影響,對樓梯構(gòu)件的抗震承載力進行驗算,對于框架結(jié)構(gòu),樓梯間的布置不應(yīng)導致結(jié)構(gòu)平面特別不規(guī)則,適合采取構(gòu)造措施,減少樓梯構(gòu)件對主體結(jié)構(gòu)剛度的影響,且樓梯間兩側(cè)填充墻與柱之間應(yīng)加強拉結(jié);第13.3.4 條則針對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的砌體填充墻提出了用鋼絲網(wǎng)砂漿面層加強樓梯間和人流通道的圍護墻的要求。
2.2《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》中的相關(guān)條例
《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》的第6.1.4、6.1.5、8.1.7 條與《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》中提出的基本要求相同,不同之處在于,第6.1.5 條第 4 款針對樓梯間的砌體填充墻作了更為細致的要求:樓梯間采用砌體填充墻時,應(yīng)設(shè)置間距不大于層高且不大于 4m 的鋼筋混凝土構(gòu)造柱,并應(yīng)采用鋼絲網(wǎng)砂漿面層加強[3]。
3.探析加強樓梯抗震性的有效措施
樓梯設(shè)計的科學性直接影響著建筑的抗震功能,因此,在建筑前期規(guī)劃中,設(shè)計師們應(yīng)該充分考慮樓梯設(shè)計的規(guī)范性和合理性,根據(jù)建筑主體結(jié)構(gòu)與樓梯的剛度大小,采取相應(yīng)的設(shè)計措施來加強抗震性。具體來說,樓梯應(yīng)該盡量避免裝配式結(jié)構(gòu),現(xiàn)澆式或者裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)用較為廣泛。對于框架結(jié)構(gòu),應(yīng)該在遵循我國目前所規(guī)范的條例下,多注意樓梯與建筑主體結(jié)構(gòu)之間互相影響的問題,在對結(jié)構(gòu)進行規(guī)則性判斷和位移計算時,應(yīng)采用包絡(luò)設(shè)計的方法,構(gòu)件設(shè)計則需要在考慮樓梯作用的情況下,再決定是否將其計入設(shè)計。對于抗震墻結(jié)構(gòu)等主體結(jié)構(gòu)剛度大、整體性較好的結(jié)構(gòu),設(shè)計師們一般不考慮樓梯的影響,但是在結(jié)構(gòu)平面布置時,應(yīng)重視樓梯間周圍的豎向構(gòu)件位置的合理性,比如電梯井等,這樣才能在減小建筑主體結(jié)構(gòu)影響的同時,保護樓梯構(gòu)件的正常運作。當建筑底層沒有設(shè)置地下室時,樓梯應(yīng)該避免直接支撐在孤立梁上,因為地震時樓梯板吸收的水平地震作用在樓梯梁處的水平傳力路徑非常容易中斷,這樣就會極大減小樓板的承受能力,造成安全事故[4]。
4.結(jié)語
綜上所述,樓梯的自身傳力和豎向構(gòu)件對建筑的抗震能力有著直接影響,因此,建筑設(shè)計師們應(yīng)該多根據(jù)工程的實際情況,對樓梯進行科學合理的設(shè)計,以此提高抗震計算的準確性,從而加強建筑的抗震性能,減少地震災害中人身財產(chǎn)安全事故,這也是我國科學發(fā)展觀貫徹落實的重要部分,是可持續(xù)發(fā)展的保障之一。
【參考文獻】
[1]薛斌.淺談樓梯設(shè)計對建筑抗震的影響[J].陜西建筑,2012,11:16-18.
[2]喬銳.淺談樓梯設(shè)計對建筑抗震的影響[J].黑龍江科技信息,2012,07:275.
【關(guān)鍵詞】抗震設(shè)計;結(jié)構(gòu);剛度;地基
民用建筑分為公共建筑和居住建筑,以鋼筋、木材和水泥為主要建筑材料,也有磚砌體及磚混型建筑。由于人口密集度高,一般劃分為建筑工程抗震設(shè)防重點設(shè)防類,簡稱乙類。我國是一個多地震國家,且人口密集,抗震設(shè)計對于關(guān)乎社會建設(shè)顯得尤為重要。
1 民用建筑抗震設(shè)計基本要求
一般來講,民用建筑結(jié)果工程中,抗震設(shè)計要考慮以下因素:建筑平、立面布置及外形尺寸;場地條件和場地土的穩(wěn)定性;抗震結(jié)構(gòu)體系的選??;抗側(cè)力構(gòu)件布置及結(jié)構(gòu)質(zhì)量的分布;非結(jié)構(gòu)構(gòu)件與主體結(jié)構(gòu)的關(guān)系及二者之錨拉、材料與施工等。
1.1 選擇合理場地
選擇建筑場地時,應(yīng)根據(jù)工程需要,掌握地震活動情況、工程地質(zhì)和地震地質(zhì)的有關(guān)資料,對抗震有利、不利和危險地段作出綜合評價。對于不利地段,避開軟弱土,液化土,條狀突出的山嘴,高聳孤立的山丘,非巖質(zhì)的陡坡,河岸和邊坡邊緣。平面分布上成因、巖性、狀態(tài)明顯不均勻的上層等的地段,不在地震時可能發(fā)生滑坡、崩塌、地陷、地裂、泥石流等及發(fā)震斷帶上可能發(fā)生地表位錯的部位進行工程建設(shè),應(yīng)提出避開要求。當無法避開時應(yīng)采取有效措施,不應(yīng)在危險地段建造甲、乙、丙類建筑。
1.2 合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計
為了使建筑物分布質(zhì)量產(chǎn)生的地震慣性力能以比較短和直接的途徑傳遞,并限制質(zhì)量與剛度之間的偏心,質(zhì)量分布與結(jié)構(gòu)剛度分布協(xié)調(diào),建筑的平、立面布置宜規(guī)則、對稱。要實現(xiàn)對抗震有利的結(jié)構(gòu)平面布置,一是盡可能重合結(jié)構(gòu)剛度中心與質(zhì)量中心,二是增大結(jié)構(gòu)的抗扭剛度,減少地震對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)反應(yīng)??箓?cè)力構(gòu)件合理布置。如在框架―剪力墻結(jié)構(gòu)中,剪力墻宜均增布置在建筑物的周邊附近,平面形狀變化及恒載較大的部位,剪力墻間距不宜過大;剪力墻開洞口宜上下對齊;抗震設(shè)計時,剪力墻的布置宜使結(jié)構(gòu)各主軸方向的側(cè)向剛度接近。
樓(屋蓋)結(jié)構(gòu)及其與圈粱、梁、墻的連接非常重要,要確保構(gòu)造柱和圈梁有效地發(fā)揮他們的作用, 合理確定它們的位置是至關(guān)重要的。在地震中,鋼筋混凝土預制構(gòu)件承受不了地震力的強烈震動,主要是由于預制構(gòu)件和墻體不是整體受力。在預制構(gòu)件的端部形成集中應(yīng)力,造成截面的斷裂和破壞。多層磚砌體房屋對地展的敏感程度除與平面布里、防展縫、立面體形,結(jié)構(gòu)的整體性和施工質(zhì)量有關(guān)外,還與房屋的總高度有直接的聯(lián)系。為了避免個別墻段抗震強度不足首先破壞, 導致逐個破壞, 進而造成整棟房屋可以通過建筑上的合理布局,結(jié)構(gòu)上的構(gòu)造措施等多種方法來彌補砌體房屋脆性材料在抗震方面的不足,從而滿足抗震要求。
1.3 優(yōu)選建筑材料
在地展多發(fā)區(qū),尤其應(yīng)注意建筑材料的優(yōu)選.盡可能采用鋼骨混凝土結(jié)構(gòu)、鋼管混凝土(柱)結(jié)構(gòu)或鋼結(jié)構(gòu),以達到減小柱斷面尺寸,并改善結(jié)構(gòu)的抗震性能的目的。若是大跨度大空間建筑一般均考慮采用鋼結(jié)構(gòu),用較輕的結(jié)構(gòu)自重跨越大空間。當建筑物超過一定高度后,由于鋼結(jié)構(gòu)質(zhì)量較小而且較柔,為減小風振而需要采用混凝土材料,鋼骨(鋼管)混凝土通常作為首選。
1.4 優(yōu)化選型原則
傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計通常是給定結(jié)構(gòu)形式、材料和荷載,由此建立數(shù)學模型,然后進行搜索、通近,以求得結(jié)構(gòu)重t最輕或造價最低,所設(shè)定的優(yōu)化變量是組成結(jié)構(gòu)的基本構(gòu)件。在整個結(jié)構(gòu)設(shè)計全過程中,結(jié)構(gòu)優(yōu)化大體可以分為三個階段,分別是結(jié)構(gòu)體系的選擇、結(jié)構(gòu)方案的確定、結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計。由現(xiàn)階段應(yīng)用可知,較為成熟的還是結(jié)構(gòu)構(gòu)件優(yōu)化設(shè)計,例如網(wǎng)架結(jié)構(gòu)滿應(yīng)力優(yōu)化設(shè)計。然而,三方面全面展開才是真正理想的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計,而在有的階段并不是完全依靠數(shù)學工具定量分析,而是定性與定量相結(jié)合,以達到體現(xiàn)優(yōu)化向題的實質(zhì)。實際上,定性優(yōu)化分析應(yīng)用于結(jié)構(gòu)設(shè)計的初期,更有利于優(yōu)化。
目前規(guī)范給出的計算方法還是一種半經(jīng)驗半理論的方法,要進行精確的抗震計算還有一定的困難,因此人們在工程實踐中提出了“建筑抗震概念設(shè)計”。概念設(shè)計的基本內(nèi)容是
1.4.1 剛?cè)岵?。根?jù)建筑材料計算剛性,再由結(jié)構(gòu)剛度得出地震力,計算所得配筋。較柔的結(jié)構(gòu)有很好的延,但容易變形性。隔震消能設(shè)計能很好的實現(xiàn)剛?cè)岵瓌t。 針對各地震動結(jié)構(gòu)設(shè)計階段,按照以受損程度為基準的耐震目標,進行結(jié)構(gòu)耐震性能設(shè)計。
1.4.2 多道設(shè)防。強烈的地震后往往有很多小型余震,建筑物在遭受首次破壞后還要經(jīng)受多次余震。因此,一個好的抗震結(jié)構(gòu)體系,應(yīng)由若干個較好的分體系組成,并由良好的結(jié)構(gòu)構(gòu)件連接起來協(xié)同工作,組成完整體系。如框架―剪力體系是由延性框架和抗震墻兩個分體系組成。
除此之外,有意識地加強薄弱環(huán)節(jié),如構(gòu)件的實際承載力分析(而不是承載力設(shè)計值的分析)是判斷薄弱層的基礎(chǔ),使之有足夠的變形能力又不使薄弱層發(fā)生轉(zhuǎn)移。
上述均為民用建筑抗震設(shè)計的基本原則,在提高抗震設(shè)計中,又發(fā)展了抗震設(shè)計的要求和極限狀態(tài)?;诮ㄖl件情況的不同,但給出的建筑規(guī)范應(yīng)當是最低要求,并應(yīng)該經(jīng)常修改以適應(yīng)工程技術(shù)的迅猛發(fā)展。從建筑功能和經(jīng)濟角度考慮,建筑業(yè)主有權(quán)選擇高于規(guī)范要求的性能目標。結(jié)構(gòu)工程師也有責任使所設(shè)計的結(jié)構(gòu)滿足業(yè)主選擇的性能目標,并使工程的建設(shè)滿足有關(guān)法規(guī)規(guī)定,以通過嚴格的工程檢查和監(jiān)督。
2 日本獨特有效地抗震設(shè)計
日本處于大陸側(cè)板塊和大洋側(cè)板塊結(jié)合部,是地震高發(fā)的國家之一,因此,日本針對抗震研究總結(jié)出了許多新的抗震設(shè)計。
2.1 基礎(chǔ)隔震技術(shù):基礎(chǔ)隔震技術(shù)是用水平力很“柔”的隔震元件將上部建筑與基礎(chǔ)隔離,隔震支座類型主要有普通橡膠支座、高強橡膠支座、鉛芯橡膠支座和滑動支座等。由于隔震層的剛度小,當?shù)卣鸢l(fā)生時,隔震層將承受地震所引起的位移運動,而上部結(jié)構(gòu)只作近似平動。基礎(chǔ)隔震結(jié)構(gòu)的層間變形很小,在保證建筑結(jié)構(gòu)不被破壞的同時,又能確保建筑內(nèi)的裝修、設(shè)施也保持完好。該技術(shù)適用于高層超高層建筑。
2.2 橡膠抗震技術(shù):日本建筑師還普遍使用橡膠提高建筑物的抗震性能。高層建筑主要使用高強度16積層橡膠,天然橡膠系統(tǒng)的積層橡膠則用于建筑物中央部分。這樣,在烈度為6°的地震發(fā)生時,就可將建筑物的受力減少至1/2。
2.3 “滑動體”基礎(chǔ)技術(shù):在建筑物與基礎(chǔ)之間加上球型軸承或是滑動體,形成滾動式支撐結(jié)構(gòu),從而減輕地震所造成的搖動。該技術(shù)主要用于獨戶和古舊建筑。
2.4 “局部浮力”技術(shù):“局部浮力”技術(shù)是日本本國開發(fā)的一種抗震系統(tǒng)。在建筑物上層結(jié)構(gòu)與地基之間設(shè)置貯水槽,使建筑物受到水的浮力支撐。這樣的設(shè)計除了有較好的抗震效果外,貯水槽內(nèi)貯存的水在發(fā)生火災時坯可用來滅火,或者作為地皮發(fā)生后的臨時生活用水。最值得一提的是,這一系統(tǒng)成木并不很高,物美價廉的輕型鋼塑房也是日本廣泛使用的,即由1 mm ~2 mm厚的雙層彩鋼薄板和厚達100mm的泡沫塑料夾層組成的輕型鋼塑料板,用來替代鋼筋水泥。日木到處可見這的建筑,不僅抗度,而月美觀舒適。
2.5 給建筑物支柱纏上“繃帶”:一種廉價的防震加固技術(shù),類似安全帶的樹脂材料“繃帶”包裹建筑物內(nèi)支柱??拐稹翱噹А安捎脴渲w維編織制造,類似安全帶。施工時,將抗及帶涂上薪合劑,包裹后固定在建筑物支柱上。地震發(fā)生時,支柱即使出現(xiàn)內(nèi)部損傷也不會倒塌,這可以確保人員的生存空間。該技術(shù)應(yīng)用于包括新干線高架橋、醫(yī)院以及學校建筑物等。
2.6 彈升大樓:日本鹿島建筑部門發(fā)明的一種新的防震大樓營造法。由彈簧把連著地基的基礎(chǔ)部分和建筑物主體分開,讓建筑物主體處于一種漂浮狀態(tài)。而彈簧作為一種能吸收地震和其他振動沖擊的中介物,無論地基怎樣搖晃,都能使建筑物不會受到強烈的沖擊。
3 結(jié)論:
基于地震因素的復雜性,我們在建筑的抗震設(shè)計中應(yīng)遵循抗震設(shè)計的原則,結(jié)合本地實際情況,合理選擇構(gòu)型,并在此基礎(chǔ)上,大膽設(shè)想新的抗震設(shè)計,使抗震設(shè)防,抗震設(shè)計和工程質(zhì)量達到一個新的水平,確保建筑工程具備合理的防御地震的能力。
參考文獻:
[1]伊小群.高等民用建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計探討[J] .中國高新技術(shù)企業(yè).2008(20) .
[2]晉朝輝,蘭國嶺. 多層磚混民用建筑抗震設(shè)計探討[J] .中國高新技術(shù)企業(yè).2008(14) .
【關(guān)鍵詞】框架結(jié)構(gòu),抗震設(shè)計,構(gòu)造措施
一、框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的重要性
建筑抗震設(shè)計的要求是通過地震作用的取值和抗震措施的采取來實現(xiàn)的,但由于地震的隨機性,加之建筑物的動力特性、所在場地、材料及結(jié)構(gòu)內(nèi)力的不確定性,地震時造成的破壞程度很難準確預測,因此,我們在進行框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計時,必須結(jié)合框架結(jié)構(gòu)的特點,綜合考慮各方面的因素。未經(jīng)抗震設(shè)防的框架結(jié)構(gòu),在6-7度區(qū)主體結(jié)構(gòu)基本完好,填充墻發(fā)生輕微的裂縫;在8-9度區(qū)主體結(jié)構(gòu)局部破壞,填充墻及屋頂突出的部分嚴重開裂或倒塌;在10度區(qū)梁柱嚴重破壞,少量倒塌,填充墻嚴重破壞??紤]了抗震設(shè)防的框架結(jié)構(gòu),危害則相應(yīng)的減輕。在唐山大地震中,未經(jīng)抗震設(shè)防的底層框架抗震墻磚房的破壞較為嚴重,其主要原因是,大部分底層沒有設(shè)置為框架抗震體系。
二、框架結(jié)構(gòu)的震害
框架結(jié)構(gòu)的震害主要集中于梁柱節(jié)點處,柱的震害重與梁;角柱重于內(nèi)柱;短柱重于一般柱。以下就框架柱頂,柱底,柱身,梁,梁柱的節(jié)點的震害做了簡要介紹:①柱頂:柱頂?shù)钠茐?,輕則在柱頂有周圍水平裂縫、斜裂縫或者交叉裂縫,重者則混凝土被壓碎崩落,柱內(nèi)箍筋被拉斷,縱筋壓曲成燈籠狀,分許其原因是由于節(jié)點處于彎矩、剪力、軸力的復合作用下,且三者都比較大,柱的箍筋失效,混凝土剝落,軸向力使縱向鋼筋壓曲。② 柱底:常見的震害是在離地面100-400mm處有周圍水平裂縫,重者混凝土剝落,鋼筋壓屈,一般是由柱底箍筋較少或者是混凝土澆搗不夠密實而引起的。③柱身:當?shù)卣鸺袅^大而柱抗剪強度不足的時候,柱身可能出現(xiàn)斜裂縫。④梁:一般梁的震害較輕,通常是在梁的兩端節(jié)點附近產(chǎn)生周圍豎向裂縫或者斜裂縫。⑤梁柱的節(jié)點:在地震的反復的作用下,節(jié)點主要承受剪力和壓力,由梁的兩端的反號彎矩引起節(jié)點核心區(qū)很大的剪力,是核心區(qū)混凝土處于剪壓復合應(yīng)力狀態(tài)。當節(jié)點核心抗剪強度不足引起剪切破壞,表現(xiàn)在核心區(qū)產(chǎn)生斜向?qū)堑耐ㄩL裂縫,節(jié)點區(qū)的箍筋屈服、外鼓甚至崩段。
三、框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計步驟
與非抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計相比,考慮抗震的結(jié)構(gòu)設(shè)計在確定結(jié)構(gòu)方案和結(jié)構(gòu)布置時要考慮是結(jié)構(gòu)的自震周期避開場地的卓越的周期,否則應(yīng)調(diào)整結(jié)構(gòu)平面,直至滿足為止。在框架結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計中大部分可分為以下幾個步驟:①、根據(jù)設(shè)計基本資料確定地震計算參數(shù)。②、進行抗震概念設(shè)計,合理布置結(jié)構(gòu)體系。③、根據(jù)地震設(shè)計參數(shù)計算結(jié)構(gòu)的總體地震響應(yīng),檢查各地震控制指標是否滿足規(guī)范要求,不滿足的要調(diào)整結(jié)構(gòu)體系直至滿足為止。④、計算地震力。⑤、根據(jù)地震力計算結(jié)構(gòu)內(nèi)力。⑥、根據(jù)內(nèi)力計算結(jié)果計算各構(gòu)件配筋。⑦、按照規(guī)范要求調(diào)整截面配筋,并采取各種抗震構(gòu)造措施。
四、框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的基本要求
在進行框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的時候,需要確定框架結(jié)構(gòu)的抗震等級,根據(jù)不同的等級進行設(shè)計,主要是為保證框架結(jié)構(gòu)具有較好的延性,并且能滿足合理、經(jīng)濟的設(shè)計要求。構(gòu)件設(shè)計時應(yīng)滿足各自的基本要求:①框架結(jié)構(gòu)在進行梁端抗震設(shè)計時,既要允許塑性鉸在梁上出現(xiàn)又不要發(fā)生梁剪切破壞,同時還要防止由于梁筋屈服滲入節(jié)點而影響節(jié)點核心區(qū)的性能,使梁形成塑性鉸后仍有足夠的受剪承載力,梁筋屈服后,塑性鉸區(qū)段應(yīng)有較好的延性和耗能能力。②框架柱在設(shè)計時,應(yīng)該遵循強柱弱梁,使柱盡量不要出現(xiàn)塑性鉸,在彎曲破壞之前不發(fā)生剪切破壞,使柱有足夠的抗剪能力,同時控制柱的剪切比不要太大。③框架節(jié)點在地震破壞時,主要是節(jié)點核心區(qū)剪切破壞和鋼筋錨固破壞,因此在設(shè)計時,要采取“強節(jié)點弱構(gòu)件”的設(shè)計概念,保證在多遇地震時,節(jié)點應(yīng)在彈性范圍內(nèi)工作;在罕遇地震時,節(jié)點承載力的降低不得危及豎向荷載的傳遞。
五、框架結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗震設(shè)計的構(gòu)造措施:
在進行構(gòu)件截面設(shè)計時,須求的控制截面的最不利內(nèi)力作為配筋的依據(jù)。對框架梁,一般選梁的兩端截面(最大負彎矩)和跨內(nèi)截面(最大正彎矩)為控制截面;對框架梁柱,則選柱的上下段截面為控截面。最不利的內(nèi)力就是在控制截面處對截面配筋起控制作用的內(nèi)力。同一控制截面,可能有好幾組最不利的內(nèi)力組合。內(nèi)力組合的目的就是要求得控制截面上的最不利內(nèi)力。為了求的控制截面上的最不利的內(nèi)力組合,應(yīng)考慮到荷載同時出現(xiàn)的可能性,對荷載效應(yīng)進行組合。荷載效應(yīng)組合應(yīng)按照考慮地震作用組合和不考慮地震組合分別進行。
(1)框架梁的截面抗震設(shè)計尺寸,宜符合下列各項要求:截面寬度不宜小于 200mm;截面高寬比不宜大于 4;凈跨與截面高度之比不宜小于4。在計算出梁控制截面處考慮地震作用的組合彎矩后,可按一般鋼筋混土受彎構(gòu)件進行正截面受彎承載力計算。梁端縱向受拉鋼筋的配筋率不應(yīng)大于 2.5%,且計入受壓鋼筋的梁端混凝土受壓區(qū)高度和有效高度之比,一級不應(yīng)大于 0.25,二、三級不應(yīng)大于 0.35。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,一級不應(yīng)小于 0.5,二、三級不應(yīng)小于 0.3。梁端剪力設(shè)計值應(yīng)根據(jù)強剪弱彎的原則,按的要求加以調(diào)整,對一、二、三級抗震等級分別采取1.3、1.2、和1.1梁端剪力增大系數(shù)。
(2)框架柱的截面抗震設(shè)計尺寸,宜符合下列各項要求:截面的寬度和高度均不宜小于 300mm;圓柱直徑不宜小于 350mm。剪跨比宜大于 2。截面長邊與短邊的邊長比不宜大于3。柱軸壓比不宜超過下表的規(guī)定;建造于Ⅳ類場地且較高的高層建筑,柱軸壓比限值應(yīng)適當減小。柱的鋼筋配置,應(yīng)符合柱縱向鋼筋的最小總配筋率,中柱和邊柱的一、二、三、四抗震等級分別是1.0、0.8、0.7、0.6,角柱、框支柱的一、二、三、四抗震等級分別是1.2、1.0、0.9、0.8。同時每一側(cè)配筋率不應(yīng)小 0.2%;對建造于Ⅳ類場地且較高的高層建筑,數(shù)值應(yīng)增加 0.1。 當采用 HRB400 級熱軋鋼筋時應(yīng)允許減少 0.1,混凝土強度等級高于 C60 應(yīng)增加 0.1。
六、結(jié)語
框架結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計是一個非常復雜的過程,需要考慮的因素很多,只有充分了解了自身的特點,結(jié)合現(xiàn)場的實際情況,才能確保整個框架結(jié)構(gòu)的安全可靠,經(jīng)濟合理且便于施工。
參考文獻:
[1]楊鼎久.建筑結(jié)構(gòu)[M].機械工業(yè)出版社.2005
關(guān)鍵詞:地震;磚混結(jié)構(gòu)震害;調(diào)查;分析
1.引言
2008年5月12日下午14時28分,我國四川省發(fā)生了里氏8.0級的特大地震,全國大半地區(qū)有明顯震感,震中位于阿壩州汶川縣,地震造成了嚴重的生命和財產(chǎn)損失,舉國上下悲痛哀悼。汶川大地震是中國一九四九年以來破壞性最強、波及范圍最大的一次地震,地震的強度、烈度都超過了1976年的唐山大地震。筆者在汶川地震發(fā)生兩個月后奔赴彭州、都江堰、北川、茂縣、汶川、映秀等災區(qū),進行了為期15天的震害調(diào)研工作。地震中,各種結(jié)構(gòu)形式的建筑物均有不同程度的破壞,對我國目前的抗震設(shè)計提出了新的要求。本文對磚混結(jié)構(gòu)建筑物的震害進行了調(diào)查,并對其破壞機理及抗震性能作了分析,同時給出磚混結(jié)構(gòu)在設(shè)計中應(yīng)注意的一些問題。
2.磚混結(jié)構(gòu)倒塌
5.12汶川大地震在汶川映秀鎮(zhèn)、北川、都江堰、綿竹地震烈度達到Ⅷ度及以上的地區(qū)磚混結(jié)構(gòu)房屋破壞很嚴重,原先房屋按GB50011―2001《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》7度設(shè)防烈度設(shè)計的,這次地震地震烈度大于或遠大于房屋抗震設(shè)防烈度,在映秀鎮(zhèn)、北川縣城等地震烈度達Ⅹ、Ⅺ地區(qū),90%以上嚴重破壞,倒塌率達50%~80%。都江堰、彭州等地震烈度達 Ⅷ、Ⅸ地區(qū), 40%~60%嚴重破壞,倒塌率達5%~15%。
根據(jù)這次地震磚混結(jié)構(gòu)倒塌情況的調(diào)查分析,重災區(qū)地震烈度大于或者遠大于房屋設(shè)防烈度是主要原因,其次還有施工質(zhì)量較差,設(shè)計不合理等原因。主要表現(xiàn)為:砂漿強度等級過低、施工質(zhì)量較差、縱橫墻連接較差、預制板樓蓋與墻體連接沒有做到位;80年代及以前設(shè)計建造的房屋,未設(shè)置構(gòu)造柱與圈梁,或者沒有按照規(guī)范設(shè)置構(gòu)造柱與圈梁;房屋設(shè)計不合理,大開間(橫墻較少)、墻體大開洞、平面不規(guī)則、結(jié)構(gòu)布置混亂等。
3.磚混結(jié)構(gòu)墻體破壞及分析
磚混結(jié)構(gòu)的墻體由磚或者砌塊砌筑而成,材料呈脆性,其抗剪和抗彎強度較低,且砌體自重大,使砌體結(jié)構(gòu)所承受的地震力較大,延性差,抗變形能力小,在地震作用下易發(fā)生嚴重破壞。墻體破壞的形式主要為:磚墻剪切破壞,呈斜裂縫(圖2)、‘X’型裂縫(圖4)和水平裂縫(圖3);磚塊被剪斷,破碎,墻體破壞后發(fā)生較大的位移和變形,隨時可能倒塌;由于底層由地震引起的水平剪力較其他層大,底層墻體破壞較其他層嚴重(圖5)。
4.預制板磚混結(jié)構(gòu)房屋的震害分析
這次地震,大量嚴重破壞和倒塌的房屋是預制板磚混結(jié)構(gòu),垮塌的樓蓋基本上沒有吸取唐山震害的教訓,都仍在采用傳統(tǒng)的拼接方法,未能形成整體受力,整體牢固性很差,地震時難免解體、倒塌。而近年根據(jù)規(guī)范及標準圖施工設(shè)計的預制板裝配式整體樓蓋房屋,即使在強震區(qū)也能“大震不倒”。造成預制板磚混結(jié)構(gòu)房屋嚴重破壞和倒塌的原因是由于:預制板與墻、梁的連接構(gòu)造沒有做到位,預制板搭在墻上的厚度不夠,板之間的胡子筋沒有連接錨固,沒有按預制板構(gòu)造圖集要求二次灌漿,沒有設(shè)置板縫間的拉接鋼筋(圖7)。為此建筑抗震設(shè)計規(guī)范修改增加了推薦采用現(xiàn)澆樓、屋蓋,特別強調(diào)裝配式樓、屋蓋需加強整體性的基本要求。
5.構(gòu)造柱和圈梁對于磚混結(jié)構(gòu)抗震性能的重要性
這次地震倒塌的磚混結(jié)構(gòu)絕大部分是因為沒有按規(guī)范設(shè)置構(gòu)造柱和圈梁。構(gòu)造柱可提高砌體墻的極限變形能力,增加內(nèi)外墻連接的整體性,使砌體墻在遭遇強烈地震作用是約束砌體的坍塌崩裂,阻止砌體墻突然倒塌,使其剛度退化變慢。圈梁的作用是箍住樓板,貫穿墻身,增加建筑物的整體性,發(fā)揮各片磚墻在平面內(nèi)的抗剪承載力,提高樓蓋的水平剛度,限制墻體斜裂縫的開展和延伸,防止建筑物不均勻沉降,抵抗地震對建筑物的不良影響。按GB 50011―2001《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》設(shè)置了構(gòu)造柱和圈梁的房屋,房屋的整體性和延性較好,墻體裂縫被約束在構(gòu)造柱和圈梁的框格內(nèi),構(gòu)造柱和圈梁形成的約束體可以有效的限制墻體的散落,大量消耗地震能量,使開裂的墻體不會立即破壞,保證房屋不致倒塌。
6.樓梯震害分析及抗震設(shè)計對策
樓梯間即是人們上下的通道,又是地震時人們逃生的要道。在地震時,是不應(yīng)該產(chǎn)生嚴重破壞的。震害表明,樓梯的破壞比較嚴重。通過分析可知,樓梯與主體結(jié)構(gòu)共同工作,充當著支撐角色,承受了地震作用所產(chǎn)生的較大的拉壓力。通過震害調(diào)查,還發(fā)覺:樓梯,在抗側(cè)剛度相對較大的磚混結(jié)構(gòu)中的破壞較少,在抗側(cè)剛度相對較小的框架結(jié)構(gòu)中破壞多。
樓梯的破壞歸類如下:1.倒塌破壞,可分為一種是由于支承結(jié)構(gòu)的倒塌引起,”;另一種是由于底部樓層樓梯梯板拉斷、壓碎等自身承載力不足導致樓梯通道被阻斷,失去使用功能;2.嚴重破壞,一般是底部樓梯梯板被拉裂或者壓碎導致板底鋼筋爆出,或者樓梯平臺梁上下梯段柱端、梁端發(fā)生剪切、剪彎破壞,部分節(jié)點處發(fā)生剪壓破壞等,但是如果此時與主體結(jié)構(gòu)的連接好的話,不至于倒塌下來。3.中等破壞,一般明顯開裂,但處于可修水平。(圖11、圖12)
鑒于樓梯在水平地震作用下的“斜撐”效應(yīng),對樓梯的承載力造成極大威脅,有以下的設(shè)想減少樓梯的地震作用的“斜撐”效應(yīng):1、在抗震驗算時建立適當?shù)牧W模型,參與結(jié)構(gòu)的整體計算。2、考慮構(gòu)造措施,削弱樓梯在水平地震作用下的“斜撐”效應(yīng),在水平地震作用下減小甚至不使樓梯參與結(jié)構(gòu)整體受力。對于磚混結(jié)構(gòu)來說,樓梯間的構(gòu)造措施(圈梁、構(gòu)造柱)對樓梯的抗震非常關(guān)鍵,(圖11)某三層磚混結(jié)構(gòu)教學樓在大震作用下倒塌,可以看出這個樓梯間沒有圈梁和構(gòu)造柱。
7.房屋平、立面面不規(guī)則震害分析
7.1 房屋體型復雜、平面不規(guī)則的震害
房屋體型復雜,平面不規(guī)則,房屋四角和外墻轉(zhuǎn)角處是薄弱部位,在地震作用下容易產(chǎn)生扭矩和應(yīng)力集中,進而產(chǎn)生破壞。四川農(nóng)大都江堰分校辦公樓,四層磚混結(jié)構(gòu)、局部五層,沒有抗震構(gòu)造措施,呈L字型,平面凸出一側(cè)尺寸(4.5m)大于相應(yīng)投影方向總尺寸(13.5m)的30%,平面布置不規(guī)則,突出外墻連接處破壞嚴重。這次大地震由于房屋體型復雜、平面不規(guī)則造成的震害比較普遍,為此建筑抗震設(shè)計規(guī)范修訂強調(diào):對不規(guī)則建筑方案要求加強措施,不應(yīng)采用嚴重不規(guī)則的建筑方案。
7.2墻體立面布置不規(guī)則震害
這次地震發(fā)現(xiàn),墻體立面布置不規(guī)則的震害主要有兩個:1、有些臨街住宅樓底層為小開間門面,門洞開的都較大,外縱墻在底層門洞處豎向不連續(xù),這次地震這種房屋底層門洞兩側(cè)墻體破壞較嚴重。設(shè)計時,可考慮加強底層的縱向剛度,使側(cè)向剛度在高度范圍內(nèi)均勻變化,避免此類墻體嚴重破壞(圖14)。2、出屋面樓梯處破壞嚴重,突出屋面的樓梯間,由于鞭梢效應(yīng)地震作用比下部主體結(jié)構(gòu)大很多,突出屋面的樓梯間嚴重破壞(圖15)。
8.結(jié)語
調(diào)查表明:(1)在汶川地震中,磚混結(jié)構(gòu)破壞較其他結(jié)構(gòu)形式嚴重;對于嚴格按照《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》 等 國家相關(guān)規(guī)范,并嚴把施工質(zhì)量關(guān),磚混結(jié)構(gòu)仍具有較好的抗震性能。(2)構(gòu)造柱、圈梁等構(gòu)造措施對磚混結(jié)構(gòu)抗震性能至關(guān)重要。(3)預制板磚混結(jié)構(gòu)的連接構(gòu)造做法沒有嚴格按照規(guī)范,整體性差,是造成這種結(jié)構(gòu)地震中嚴重破壞和倒塌的根本原因。(4)樓梯在這次地震中破壞嚴重,應(yīng)該加強樓梯的構(gòu)造措施,有必要抗震驗算時建立適當?shù)牧W模型,使樓梯參與結(jié)構(gòu)的整體計算。(5)對于不規(guī)則的建筑方案應(yīng)采取加強措施,不應(yīng)采用嚴重不規(guī)則的建筑方案(6)農(nóng)村房屋由于沒有抗震構(gòu)造措施在地震中破壞和倒塌嚴重,應(yīng)引起相關(guān)部門的高度重視。
參考文獻
[1]GB50011―2001建筑抗震設(shè)計規(guī)范
關(guān)鍵詞:基本要求問題加固方法
地震時建筑物的破壞是造成地震災害的主要原因?,F(xiàn)有建筑物有的是舊時代修建的,或相當一部分在《74抗震設(shè)計規(guī)范》頒布前設(shè)計建成,未考慮抗震設(shè)防,有些雖然考慮了抗震,但由于原定的地震基本烈度偏低,與《中國地震烈度區(qū)劃圖(1990)》(國家地震局、建設(shè)部于1992年6月頒布實行)相比,并不能滿足相應(yīng)的設(shè)防要求。唐山地震以來建筑抗震鑒定加固的實踐和震害經(jīng)驗表明,對現(xiàn)有建筑按現(xiàn)行設(shè)防烈度進行抗震鑒定,并對不符合鑒定要求的建筑采取對策和抗震加固,是減輕地震災害的重要途徑。
一、抗震鑒定的基本要求
一般說,抗震鑒定是對房屋所存在的缺陷進行“診斷”,包括下列步驟:
(1)原始資料搜集,如勘探報告、施工圖、施工記錄和竣工圖、工程驗收資料等,資料不全時,要有針對性地進行必要的補充實測;
(2)建筑現(xiàn)狀的調(diào)查,了解實際情況與原始資料相符合的程度、施工質(zhì)量和維護狀況;并注意有關(guān)的非抗震質(zhì)量問題;
(3)綜合抗震能力分析,既有抗震概念的宏觀判斷,也有數(shù)值的計算;
(4)鑒定結(jié)論和治理,主要對不符合鑒定要求的房屋提出相應(yīng)的維修、加固,改造或更新的抗震減災對策。
二、震鑒定中應(yīng)注意的問題
抗震鑒定的目標為:經(jīng)鑒定符合標準要求的建筑,在遭遇到相當于抗震設(shè)防烈度的地震影響時,一般不致倒塌傷人或砸壞重要生產(chǎn)設(shè)備,經(jīng)修理可繼續(xù)使用。
1、重點檢查內(nèi)容房屋的高度是否超高,層數(shù)是否超過,層高是否超過4m;抗震墻的厚度(120mm磚墻穩(wěn)定性差,一般不作為抗震墻)和間距是否滿足要求;墻體的砂漿強度等級(查閱圖紙和施工驗收記錄,必要時應(yīng)現(xiàn)場檢測)和砌筑質(zhì)量(可結(jié)合施工驗收記錄和現(xiàn)場調(diào)查確定);墻體交接處的連接,關(guān)鍵是否咬槎砌筑,有無拉結(jié)措施,有無煙囪,通風道等嚴重削弱交接處截面的情況;女兒墻和出屋面煙囪等易引起倒塌傷人的部位的檢查,墻體布置的規(guī)則性。
2、外觀和內(nèi)在質(zhì)量要求墻體不空鼓、無嚴重酥堿和明顯歪斜;支撐大梁、屋架的墻體無豎向裂縫,承重墻、自承重墻及其交接處無明顯裂縫;木樓、屋蓋構(gòu)件無明顯變形、腐朽、蟻食和嚴重開裂;混凝土構(gòu)件僅有少量微小開裂或局部剝落,鋼筋無露筋、銹蝕。
三、主要抗震加固方法
現(xiàn)有建筑抗震加固前必須進行抗震鑒定,因為抗震鑒定結(jié)果是抗震加固設(shè)計的主要依據(jù)。建筑抗震鑒定和加固的設(shè)防標準比抗震設(shè)計規(guī)范對新建工程規(guī)定的設(shè)防標準低。因此不可按抗震設(shè)計規(guī)范的設(shè)防標準對現(xiàn)行建筑進行鑒定;也不能按現(xiàn)有建筑抗震鑒定的設(shè)防標準進行新建工程的抗震設(shè)計,降低要求。加固方案應(yīng)根據(jù)抗震鑒定結(jié)果綜合確定,可包括整體房屋加固、區(qū)段加固或構(gòu)件加固。按加固形式,抗震加固方法可按如下分類:
1、增大結(jié)構(gòu)抗震能力的加固方法
(1)增強自身整體性加固法。該法用于加強結(jié)構(gòu)構(gòu)件本身,恢復或提高構(gòu)件的承載力和抗震能力,主要用于震前修補結(jié)構(gòu)缺陷或震后對出現(xiàn)裂縫的構(gòu)件進行修復加固,一般不做為單獨的抗震加固方法使用。如:1)壓力灌注水泥漿加固法。2)壓力灌注環(huán)氧樹脂漿加固法。3)鐵把鋸加固法。
(2)外包加固法。指在結(jié)構(gòu)構(gòu)件外面增設(shè)加強層,以提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗震能力、變形性能和整體性。這種加固方法是一種常用的抗震加固方法,某些方法能大幅度提高結(jié)構(gòu)的抗震能力。如:1)外包鋼筋混凝土面層加固法。2)鋼筋網(wǎng)水泥砂漿面層加固法。3)鋼構(gòu)套加固法。4)粘鋼加固法。5)碳纖維加固法
(3)增設(shè)構(gòu)件加固法。通過在原有結(jié)構(gòu)構(gòu)件以外增設(shè)構(gòu)件能夠有效提高結(jié)構(gòu)抗震承載力、變形性能和整體性,對某些承載力、變形不足的構(gòu)件進行補償。在采用增設(shè)構(gòu)件進行抗震加固設(shè)計時,必須要考慮增設(shè)構(gòu)件對結(jié)構(gòu)整體計算和抗震性能的影響。1)增設(shè)墻體加固法。2)增設(shè)構(gòu)造柱、圈梁加固法。3)增設(shè)拉桿加固法。4)增設(shè)柱子加固法。5)增設(shè)支撐加固法。6)增設(shè)支托加固法。7)增設(shè)門窗框加固法。
(4)增強連接加固法。構(gòu)件可靠的連接是保證結(jié)構(gòu)抗震性能、防止倒塌的一個非常重要的關(guān)鍵措施,抗震要求結(jié)構(gòu)構(gòu)件必須可靠連接。如果原有結(jié)構(gòu)構(gòu)件承載力能夠滿足,但構(gòu)件間連接差,則必須采取增強連接的措施。1)拉結(jié)鋼筋加固法。2)壓漿錨桿加固法。3)鋼夾套加固法。
(5)替換構(gòu)件加固法。對原有強度低、韌性差的構(gòu)件用強度高、韌性好的構(gòu)件來替換。通常采用的有:1)鋼筋混凝土替換磚。2)鋼構(gòu)件替換木構(gòu)件。
2、減小地震作用加固法
(1)隔震加固法。采用鉛芯阻尼橡膠支座,能夠延長低層和多層結(jié)構(gòu)的自振周期,通過隔震支座的大變形來減少其上部結(jié)構(gòu)的水平地震作用,從而減少地震破壞。
(2)消能減震加固法。消能減震是采用設(shè)置消能器來控制預期的結(jié)構(gòu)變形,增大結(jié)構(gòu)阻尼,同時減少結(jié)構(gòu)的水平和豎向地震作用,從而使主體結(jié)構(gòu)在罕遇地震下不發(fā)生嚴重破壞,該法適用范圍較廣。
(3)被動控制減震加固法。運用被動控制的基本原理,通過在房屋頂部設(shè)置調(diào)諧質(zhì)量,主要降低低階振型的地震作用。這類加固技術(shù),往往同既有房屋加層技術(shù)結(jié)合應(yīng)用,可以在不對下部結(jié)構(gòu)進行加固的情況下,進行房屋加層,新加的房屋質(zhì)量采用隔震橡膠支座同既有房屋連接,從而減小了原有加固的地震作用,實際上相當于對既有房屋進行了抗震加固。
參考文獻:
[1]韋承基、程紹革.抗震加固原理與方法[J].建筑科學,2001,(3).
[2]GB 50011-200,1建筑抗震設(shè)計規(guī)范[S].
[關(guān)鍵字] 抗震設(shè)計 民用建筑 結(jié)構(gòu)分析
[中圖分類號] TU3 [文獻碼]B [文章編號] 1000-405X(2013)-1-222-2
在我國,建筑的形式主要是民用建筑,其中包括公共建筑和非生產(chǎn)功用的民用建筑。衣食住行是我國老百姓生活的基本,所以建設(shè)優(yōu)質(zhì)民用建筑,提高建筑的抗震性能就成為建筑設(shè)計的重要目標。
1 民用建筑的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計分析的目標和內(nèi)涵概述
我國的現(xiàn)行民用與工用建筑抗震設(shè)計準則在開頭就提出," 大震不倒" " 小震不壞"的設(shè)計準則。詳細的說,"小震不壞"就是要求建筑滿足一定規(guī)格的截面承載力; " 大震不倒"通過建筑結(jié)構(gòu)的非線性反應(yīng)的相關(guān)計算以進行有關(guān)變形條件的基本驗算來得以實現(xiàn)。但是,由于地震的復雜性、隨機性要實現(xiàn)這一目標并非易事,需要在結(jié)構(gòu)設(shè)計中詳細謹慎地依據(jù)當?shù)丨h(huán)境、地質(zhì)、地形等綜合因素做出合理的設(shè)計。
何為結(jié)構(gòu)設(shè)計,簡而言之就是通過結(jié)構(gòu)語言將建筑師及其它工程師的內(nèi)在想法表達出來。而結(jié)構(gòu)師從專業(yè)圖紙或者實體建筑中簡化提煉出的結(jié)構(gòu)元素,比如墻,柱,礎(chǔ),梁,樓梯,板,大樣細部等,我們稱之為結(jié)構(gòu)元素。建筑設(shè)計師用相應(yīng)的結(jié)構(gòu)元素構(gòu)成構(gòu)筑物或建筑物的結(jié)構(gòu)體系。將建筑的水平和豎向的承重能力及抗力體系用結(jié)構(gòu)元素直觀的反映出來。當然,民用建筑的抗震結(jié)構(gòu)分析就是要求建筑設(shè)計師在結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中,充分考慮到建筑的抗震性能,將建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能提高到一般的低級地震不會傾倒的程度,將地震對人民的危害減輕到最小。
2 民用建筑在結(jié)構(gòu)設(shè)計中普遍存在的問題
(1)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計違規(guī),存在眾多安全隱患。
有些設(shè)計師在設(shè)計民用建筑時,單純追求投資方的經(jīng)濟利益,而全然不顧住戶的安全,為了減少投資而減少建筑的抗震墻,把建筑底層的空間擴大,大大降低了建筑的抗震性能。此外,我國建筑設(shè)計的相關(guān)規(guī)范有強制性條文明確指出,在抗震墻和底部框架設(shè)計時,底部框架梁和 上部抗震墻應(yīng)基本對齊甚至嚴格對齊。但是很多建筑設(shè)計時無視這一強制性規(guī)定,底部框架和抗震墻沒有對齊,導致建筑的傳力體系不明確,建筑結(jié)構(gòu)不合理。按照這樣的設(shè)計建造出來的民用建筑,也自然不能抵擋地震的強烈沖擊。
(2)某些建筑設(shè)計師在設(shè)計中降低要求,導致建筑抗震系數(shù)下降。
某些建筑在設(shè)計過程中,忽視了對建筑部分構(gòu)件的質(zhì)量問題?;炷翗?gòu)件特別是懸挑構(gòu)件設(shè)計不過關(guān),最小配筋率低于建筑設(shè)計的要求,嚴重時可能相差一半甚至一大半。有些建筑設(shè)計師在設(shè)計中未按要求確定荷載值,或者粗心大意,漏算錯算荷載值,致使建筑的負荷能力達不到要求。這樣,一旦地震發(fā)生,建筑無法無法承擔沖擊,引發(fā)災難。
(3)設(shè)計人員不負責任,設(shè)計深度未達到規(guī)定要求。一些不負責任的設(shè)計人員在制作圖紙時"偷工減料",粗制濫造。導致施工圖中本來應(yīng)有的大樣圖、系統(tǒng)圖和相關(guān)剖視圖信息漏缺。一些非常重要的、需要用圖紙詳細反映的內(nèi)容標注不夠詳細,甚至只標注個簡單的"見圖集""具體內(nèi)容由設(shè)備廠家自由確定" 等。這樣的設(shè)計圖細部大樣不詳、表述不全,自然無法描述工程的全貌。重要的設(shè)計參數(shù)、設(shè)計依據(jù)、安全等級、工程類別、防火消防處理、耐火等級等數(shù)據(jù)在設(shè)計說明中交代不全。還有些設(shè)計人員未對住宅,尤其是多層住宅充分重視,忽視設(shè)計規(guī)范,未詳細計算數(shù)據(jù)而是盲目照搬或者套用別的建筑設(shè)計的數(shù)據(jù)。這樣的錯誤數(shù)據(jù)會對建筑的的建造做出錯誤引導。依據(jù)這樣的設(shè)計圖建造的建筑,不僅建筑的抗震系數(shù)無法保障,建筑的質(zhì)量,日常居住也會出現(xiàn)種種不安全隱患。
3 不同結(jié)構(gòu)的民用建筑的抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計要點
不同材料、不同結(jié)構(gòu)形式的民用建筑抗震設(shè)計各有特點。目前,我國民用建筑的結(jié)構(gòu)形式主要有磚木結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)。設(shè)計師要按照不同結(jié)構(gòu)特點,針對不同地質(zhì),地形,以及本地區(qū)的溫度變化,作出分析,以提高建筑的抗震性能。
(1)不同的結(jié)構(gòu)形式的建筑各有特點,需要建筑師充分結(jié)合建筑的特點,提高抗震性能。磚木結(jié)構(gòu)的建筑,抗震性能比較低,主要存在比較偏僻的廣大農(nóng)村。這種建筑材料費用低、結(jié)構(gòu)簡單,整體性差。已經(jīng)逐漸被淘汰。多層砌體結(jié)構(gòu)主要有一定數(shù)量的鋼筋混凝土梁、柱和墻體構(gòu)成,形成內(nèi)部框架形式的房屋。這種建筑主要使用脆弱性材料,容易開裂,變形能力差??拐鹦阅芤蚕鄬^差??蚣芙Y(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)是現(xiàn)今比較常見的建筑結(jié)構(gòu)之一。它是將柱和梁以較接或者剛接的連接方式構(gòu)成體系承重的結(jié)構(gòu)。具有自重輕、節(jié)省材料、空間分割較靈活、抗側(cè)力良好等諸多優(yōu)點。民用建筑使用這種結(jié)構(gòu),建筑的抗震系數(shù)會有很大提升。設(shè)計師在設(shè)計時,可以充分利用這種建筑的優(yōu)點,增強其對地震產(chǎn)生的水平荷載的抵抗力。鋼結(jié)構(gòu)也是現(xiàn)代建筑中比較普遍的一種結(jié)構(gòu),具有強度高、重量輕、延展性好等優(yōu)點。設(shè)計師在設(shè)計中,可以充分利用鋼結(jié)構(gòu)建筑的延展性好的特點,使之避免在地震時的強烈的沖擊,提高住宅的可靠性。當然,鋼結(jié)構(gòu)的建筑造價成本較高,會提高建筑的投資。所以,設(shè)計師在確保建筑抗震性能的同時,還應(yīng)注意節(jié)約成。
(2)結(jié)合地區(qū)地形、地質(zhì)特點,提民用建筑的抗震性能
地震作為一種地質(zhì)災害,其發(fā)生與本地區(qū)的地形、地質(zhì)有著密切關(guān)系。首先,地基的選擇與建筑的抗震性能有很大關(guān)系。在不同的地質(zhì)條件下,應(yīng)適當調(diào)整設(shè)計、結(jié)構(gòu)框架,使建筑更適應(yīng)本地區(qū)的地質(zhì)特點。比如,在云南、貴州等喀斯特地貌地區(qū),地底下多巖洞,地質(zhì)結(jié)構(gòu)極其不穩(wěn)定、小型地震多發(fā)。在這樣的條件下建造民房,需要設(shè)計師充分勘探本地區(qū)地質(zhì),在設(shè)計時仔細計算建筑的穩(wěn)定系數(shù),最大程度上提高建筑的縱向受力能力,提高建筑的抗震性能。其次,地形與建筑的地基設(shè)計有密切關(guān)系。在廣袤的平原地區(qū)和崎嶇的山地上,地基的結(jié)構(gòu)設(shè)計需要有所區(qū)別。我國房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計的相關(guān)規(guī)定指出,在選擇場地建造民用建筑時,應(yīng)根據(jù)不同工程需要,準確掌握本區(qū)地震的活動情況、地形地質(zhì)的相關(guān)資料,做出綜合判斷,以應(yīng)對特殊的地質(zhì)災害。
(3)充分考慮慮建筑材料對的溫度變化的反應(yīng)。
由于季節(jié)變化,溫度差異等原因,建筑材料需要有一定的抗拉應(yīng)力。我國南北溫差大,氣候差異也較大。這對建筑設(shè)計來說也是應(yīng)該考慮的因素。所以,在結(jié)構(gòu)設(shè)計時,也應(yīng)充分考慮到建筑的熱脹冷縮效應(yīng)。提高建筑結(jié)構(gòu)的伸縮能力。在鋼筋的鏈接方式的選擇、鋼筋型號的選擇方面,做好準確的計算,提高建筑的穩(wěn)固性。在進行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計時,充分考慮當?shù)販囟茸兓町?,依?jù)本地環(huán)境,選擇合適的建筑結(jié)構(gòu),也是設(shè)計師必須做到的。
4 結(jié)束語
綜上所述,民用建筑的設(shè)計中,需要深入貫徹抗震理念,提高建筑的抗震系數(shù),才能當?shù)卣鸢l(fā)生時,將危害降到最低。穩(wěn)固的建筑結(jié)構(gòu)是提高建筑的抗震性能的關(guān)鍵。所以,建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計是一項重要的、系統(tǒng)的、復雜的工作。建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計人員應(yīng)充分考慮個方面因素,保證民用建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計符合各方面規(guī)范,抗震性能過關(guān),使老百姓住的放心。
參考文獻
[1]陳肇元.混凝土結(jié)構(gòu)的安全性與規(guī)范的可靠度設(shè)計方法[J].建筑技術(shù).2010(10).
[2]郭繼武.建筑抗震設(shè)計規(guī)范[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社.2010(1).
[3]馮鍵良.民用建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中存在問題淺析[J].中國新產(chǎn)品新科技.2009(12).
一、對橋梁震害的概述
近幾十年來,在全球發(fā)生了多次大地震,這就說明橋梁工程作為抗震防災、危機管理系統(tǒng)的重要組成部分,在地震中必將受到嚴重的破壞。一旦橋梁在地震中受到破壞,就會使地震產(chǎn)生的次生災害進一步加重,也給災后重建工作帶來極大的困難。橋梁是重要的社會基礎(chǔ)設(shè)施,提高橋梁的抗震性能是減輕地震損失、加強區(qū)域安全的基本措施之一。
二、橋梁工程抗震設(shè)計原則
抗震設(shè)計要求的是設(shè)計出來的結(jié)構(gòu)在強度、剛度和延性等指標上有最佳的組合,并最終達到經(jīng)濟的實現(xiàn)抗震設(shè)防的目標。因此,就需要橋梁設(shè)計工程師們具有豐富的經(jīng)驗和創(chuàng)造力,并深入的了解對結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)有重要影響的基本要素,而不僅僅是按規(guī)范的規(guī)定執(zhí)行??拐鹪O(shè)計在遵循的一些基本原則的基礎(chǔ)上,還要結(jié)合著歷次的橋梁震害教訓和當前公認的理論認識。
(一)體系的整體性和規(guī)則性
橋梁的整體設(shè)計性要好,上部結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能是連續(xù)的。較好的整體性是結(jié)構(gòu)發(fā)揮空間作用的基本條件,同時也能防止結(jié)構(gòu)構(gòu)件及非結(jié)構(gòu)構(gòu)件在地震時被震散掉落??傊?,無論是在平面還是在立面上,結(jié)構(gòu)的布置都要力求使幾何尺寸、質(zhì)量和剛度均勻、對稱,以免突然出現(xiàn)變化。
(二)場地選擇
橋梁工程抗震設(shè)計所選擇的場地應(yīng)該考慮一個地區(qū)內(nèi)的場地選擇,可以根據(jù)地震危險性來具體選擇一個比較安全的廠址。此外,為了避免地震時可能發(fā)生地基失效的松軟場地,必須選擇堅硬場地。
(三)能力設(shè)計原則
能力設(shè)計思想所強調(diào)的是強度安全度差異,也就是在不同構(gòu)件和不同破壞模式之間確立不同的強度安全度。強度及安全度之間存在著差異,因此要確保結(jié)構(gòu)在大地震下以延性形式反應(yīng),不發(fā)生脆性的破壞模式。過去的建筑抗震設(shè)計中,通常采用的是“強柱弱梁,強剪弱彎,強節(jié)點弱構(gòu)件”的設(shè)計思想。
(四)提高結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的強度和延性
橋梁結(jié)構(gòu)的地震破壞主要來源于地震動引起的結(jié)構(gòu)振動,抗震設(shè)計應(yīng)該使從地基傳入結(jié)構(gòu)的振動能量為最小,防止破壞。此外,在不改變剛度的前提下,采用提高總體強度和延性是兩個有效的抗震途徑。地震還可能造成結(jié)構(gòu)和構(gòu)件周期反復變形,這樣就會使其剛度與強度逐漸退化,所以要重視起延性。
三、橋梁減隔震技術(shù)
(一)減隔震技術(shù)的概念和發(fā)展
減震是人為在結(jié)構(gòu)的某些部位設(shè)置阻尼器或耗能構(gòu)件,來降低結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng);而隔震則是通過延長結(jié)構(gòu)的自振周期來避開地震卓越周期,從而降低結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)。美國第一次將減隔震技術(shù)用于橋梁是在1984年,1990年,美國新建了第一座采用減隔震技術(shù)的橋梁Sexton橋。在日本,第一座建成的減隔震橋梁是靜崗縣橫跨Keta河的宮川大橋。
(二)常用的減隔震裝置
1、鉛芯橡膠支座
鉛芯橡膠支座在支座的中部或中心周圍部位豎直地壓入高純度鉛芯,并以板式橡膠支座為基礎(chǔ),重點用來改善支座阻尼性能的一種減震支座。鉛芯具有良好的力學特性,具有理想彈塑性性能,能夠提供地震下的耗能能力。由鉛芯和分層橡膠支座結(jié)合的鉛芯橡膠支座能夠滿足一個良好減隔震裝置所必備的基本要求。
2、分層橡膠支座
分層橡膠支座主要是由薄橡膠片與薄鋼板相互交替結(jié)合而成的,在抗震設(shè)計中,要考慮分層橡膠支座的水平剛度和阻尼作用等。橡膠支座在變形過程中消耗能量提供阻尼,這種阻尼主要取決于橡膠層變形的速度。分層橡膠支座的力所提供的阻尼較小,因此,在減隔震橋梁設(shè)計中,通常是與阻尼器一起使用。
3、滑動摩擦型減隔震支座
滑動摩擦型減隔震支座利用不銹鋼與聚四氟乙烯材料之間相當?shù)偷幕瑒幽Σ料禂?shù)制成,具有摩擦系數(shù)小、水平伸縮位移大的優(yōu)點。在地震作用下,滑動摩擦型支座允許上部結(jié)構(gòu)在摩擦面上發(fā)生滑動,通過摩擦消耗大量的地震能量。但是這類支座的缺點沒有自復位能力,因此要與阻尼器和橡膠支座等其他裝置一起使用。
四、橋梁抗震設(shè)計相關(guān)方法
(一)橋梁抗震概念設(shè)計
橋梁抗震概念設(shè)計主要是根據(jù)地震災害和工程經(jīng)驗來獲得的基本設(shè)計原則和設(shè)計思想,在結(jié)構(gòu)總體方案及材料使用等方面發(fā)揮了重要作用。合理的抗震設(shè)計,所設(shè)計出來的結(jié)構(gòu)無論是在強度、剛度還是在延性等指標上都有最佳的組合。但是要指出的是,強調(diào)概念設(shè)計的重要性,不是重視數(shù)值計算,而是為了給抗震計算創(chuàng)造出有利條件。橋梁抗震概念主要是根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的,要選擇良好的抗震結(jié)構(gòu)體系。
(二)橋梁延性抗震設(shè)計
延性抗震驗算所采用的破壞準則主要有:強度破壞準則、能量破壞準則、變形破壞準則、用最大變形和滯回耗能來表達的雙重指標破壞準則。破壞機理可以總結(jié)為:在形成完全的塑性反應(yīng)之前,出現(xiàn)某種程度的塑性應(yīng)變,所消耗的能量自然的構(gòu)成結(jié)構(gòu)等效粘滯阻尼的一部分。一旦進入塑性變形后,就會產(chǎn)生塑性漂移,直到發(fā)生了倒塌現(xiàn)象。
(三)對地震響應(yīng)的分析及具體的設(shè)計方法
目前已經(jīng)發(fā)展了多種抗震設(shè)計理論和地震響應(yīng)的分析設(shè)計方法,抗震設(shè)計的靜力理論只考慮了高頻振動振幅的最大值。反應(yīng)譜理論雖考慮了振幅和頻譜,卻始終未能得到明確的反映。從組成結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計理論的幾個方面內(nèi)容入手,靜力理論對四個方面都做了極大的簡化,而動力理論則有比較全面的考慮,結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的動力模型更為接近實際。總之,設(shè)計原則考慮到的多種使用狀態(tài)有了概率保證。
五、結(jié)束語
通過上述分析,橋梁工程的抗震設(shè)計方法是經(jīng)歷了從強度、延性設(shè)計到基于性能發(fā)展的過程,根據(jù)當前的地震災害特點,也要加大對橋梁減隔震技術(shù)的研究,以減輕地震損失,提高地震作用下橋梁的安全性。
六、參考文獻
【1】王青《橋梁抗震設(shè)計規(guī)范以及建筑抗震設(shè)計規(guī)范的對比分析》,《世界地震工程》2006年04期。
【2】李曉明《試論我國鐵路橋梁有關(guān)地震規(guī)范的沿革》,《山西建筑》2004年08期。
關(guān)鍵詞:砌體結(jié)構(gòu);抗震概念設(shè)計
Abstract: In this paper, the interpretation of the seismic design of multistory masonry structure seismic design from the perspective, how well the design of multi-story masonry structure is adopted in the current seismic code " Sanshui two stage design method ".
Key words: masonry structure; seismic concept design
中圖分類號:TU973+.31 文獻標識碼:A文章編號:
多層砌體結(jié)構(gòu)因其工程造價較低在我國目前是應(yīng)用較為廣泛的結(jié)構(gòu)形式,在整個建筑業(yè)中占著很大的比重。從節(jié)能和減排的角度,砌體結(jié)構(gòu)仍有發(fā)展的余地。從國內(nèi)外歷次大地震來看,砌體結(jié)構(gòu)在強烈地震作用下的破壞是極其嚴重的。無論我國1966年河北邢臺邢臺地震,1970年的云南通海地震,1976年河北唐山地震、2008年汶川地震等,還是國外如1923年日本關(guān)東地震,印度、墨西哥、希臘、俄羅斯、智利、印尼等國發(fā)生的大地震,都使砌體結(jié)構(gòu)房屋大量破壞倒塌,造成人員和財產(chǎn)的巨大損失,教訓是十分沉痛的。因此,作好砌體結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)防設(shè)計,具有十分重要的意義。
砌體結(jié)構(gòu)因其構(gòu)件組成和連接方式的內(nèi)在原因,具有脆性性質(zhì),其抗剪、抗拉、抗彎強度都很低,如再不進行合理的抗震設(shè)計,其抗震性能及抗破壞能力就更低了。但地震災害中也有少數(shù)的房屋震害較輕。這說明經(jīng)過合理的設(shè)計和采取必要的抗震措施,再加上精心施工,仍可在地震區(qū)采用。我們在經(jīng)過幾十年的抗震科學研究,已經(jīng)有一套適合我國國情的抗震理論和抗震方法來實現(xiàn)砌體結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計。
首先注重抗震計算理論和方法。
抗震計算即是進行地震作用和房屋各構(gòu)件的地震作用效應(yīng)計算,包括各墻柱梁板承載力和變形計算。具體來講,我國現(xiàn)行抗震規(guī)范采用的是“三水準二階段”設(shè)計法:第一階段通過多遇地震烈度地震作用的結(jié)構(gòu)截面承載力驗算,使同設(shè)計規(guī)范的強度和變形能力水平大體相當,保證小震不壞和中震可修;第二階段通過罕遇地震烈度地震作用下的結(jié)構(gòu)薄弱層彈塑性變形驗算,并采取相應(yīng)的構(gòu)造保證措施保證大震不倒。
小震下彈性理論的計算主要包括地震作用計算和結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分析,而結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面抗震驗算仍然采用靜力設(shè)計規(guī)范的方法和基本指標。大震下結(jié)構(gòu)彈塑性變形計算是為了保障人民生命財產(chǎn)安全,對于延性結(jié)構(gòu)要進行結(jié)構(gòu)薄弱層的彈塑性變形計算,使之不超過允許限值以防止倒塌;砌體結(jié)構(gòu)(無筋砌體)屬于脆性結(jié)構(gòu),我們現(xiàn)階段主要從抗震措施上考慮加強。
多層砌體房屋的地震作用計算一般是采用底部剪力法,以防震縫所劃分的結(jié)構(gòu)單元作為計算單元。計算出各樓層的水平地震剪力,然后按樓蓋的剛度和墻體的層間抗側(cè)力等效剛度分配到該方向的各抗側(cè)力墻體上。
對于無筋砌體截面抗震承載力的驗算,目前主要有兩種計算理論:剪摩理論和主拉應(yīng)力理論。它們有各自的適用范圍:磚砌體一般采用主拉應(yīng)力理論,而砌塊結(jié)構(gòu)可采用剪摩理論。
在砌體墻內(nèi)配置橫向鋼筋,在一定程度上可提高砌體的抗剪強度。研究表明,配置水平鋼筋的墻體,當配筋率為0.03%~0.17%時,極限承載能力較無筋砌體可提高5%~25%。另一方面,配筋砌體受力后的裂縫分布均勻,變形能力大大增加。配筋墻體極限變形為無筋墻體的2~3倍。試驗表明:配筋量過多,并不能發(fā)揮其有效作用;配筋量過少,則對提高砌體的抗剪強度和改善砌體的延性起不到作用。一般配筋率在0.07%~0.17%較合適。
關(guān)于砌體房屋地震作用及墻體截面的抗震驗算的具體過程,《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》做了比較詳盡地介紹。
其次注重建筑抗震概念設(shè)計。
抗震概念設(shè)計是指利用抗震經(jīng)驗通過合理的定性判斷對建筑場地選擇、建筑平(立)面和結(jié)構(gòu)體系、抗震構(gòu)造措施等重要問題進行抗震設(shè)計處理。由于地震本身的隨機性、各種結(jié)構(gòu)之間的差異以及結(jié)構(gòu)本身的復雜性、在遭受地震作用后其破壞機理和破壞過程的復雜性,目前的抗震計算設(shè)計仍處在較低水平,尚未達到科學的嚴密程度。因此,在目前要使建筑物具有盡可能好的抗震性能,首先應(yīng)從大的方面入手,作好抗震概念設(shè)計,從根本上消除建筑物中的抗震薄弱環(huán)節(jié),然后再輔以必要的抗震計算。如果整體的概念設(shè)計沒有作好,計算工作再細致,也很難有效地控制抗震薄弱環(huán)節(jié),從而也難免在地震時建筑物不發(fā)生嚴重破壞,甚至倒塌。所以我們應(yīng)該重視房屋震害的實地考察,找出房屋抗震的薄弱環(huán)節(jié),總結(jié)出有益的抗震措施,作好建筑結(jié)構(gòu)的抗震概念設(shè)計。對砌體結(jié)構(gòu)這種脆性材料來說,建筑抗震概念設(shè)計更為重要。
與水平地震作用平行地墻體是承受地震作用的主要抗側(cè)力構(gòu)件,從以往的地震調(diào)查資料可以看出,承重橫墻地破壞主要是剪切破壞,并且一般是底層比上層嚴重??v墻地破壞往往時因為橫墻間距過大或者樓(屋)蓋剛度較差而在平面外受彎受剪,在窗口上下截面處出現(xiàn)水平裂縫。
建筑物墻角的破壞也是很常見的,主要是因為應(yīng)力集中和地震的扭轉(zhuǎn)作用造成的;樓梯間的破壞一般是比較重的,原因是樓梯間缺少各層樓板的側(cè)向支承,有時還因為樓梯間踏步消弱樓梯間的墻體,尤其是樓梯間頂層,墻體有一層半樓層高度,穩(wěn)定性較差;縱橫墻的連接處,因為受到兩個方向地震力地作用受力復雜,容易產(chǎn)生應(yīng)力集中,若施工時縱橫墻不同時咬槎砌筑,又缺乏足夠的拉結(jié),則地震時連接處容易產(chǎn)生縱向裂縫,嚴重時縱橫墻拉脫,出現(xiàn)中墻外閃以至倒塌。
分析地震時砌體結(jié)構(gòu)的種種破壞,我們可以從構(gòu)造上對這些容易破壞的地方采取一些加強措施,提高建筑物的抗震能力。這些措施,抗震規(guī)范已經(jīng)作出了一系列的規(guī)定,此處不再贅述,只是想強調(diào)幾個問題:
1.采用簡單規(guī)整的平面立面布局
結(jié)構(gòu)的總體布置是影響建筑抗震性能的關(guān)鍵問題。建筑抗震計算本來就是復雜而且不是非常成熟的科學,只有結(jié)構(gòu)布局簡單規(guī)整,才能盡量準確地確定結(jié)構(gòu)地計算簡圖并計算和分配地震作用。盡量采用橫墻承重體系或者縱橫墻共同承重體系。而且縱橫墻宜均勻?qū)ΨQ,在平面內(nèi)盡量連續(xù)對齊,錯位墻體不宜過多,縱橫向墻體數(shù)量不宜相差過大。
2.合理確定圈梁和構(gòu)造柱的位置
設(shè)置圈梁和構(gòu)造柱,砌體結(jié)構(gòu)的抗震性能可以大大改善。據(jù)研究,若配筋墻體兩端設(shè)置構(gòu)造柱,由于水平鋼筋錨固于柱中,使鋼筋的效應(yīng)發(fā)揮得更為充分,則可比無構(gòu)造柱同樣配筋率的墻體的承載能力可提高13%左右。而且設(shè)置了構(gòu)造柱和圈梁的砌體結(jié)構(gòu)形成兩道防御:第一道時砌體墻只出現(xiàn)寬度不大的裂縫,層間變形不大,構(gòu)造柱尚未開裂;第二道是砌體裂縫大幅度地發(fā)展,靠構(gòu)造柱及圈梁對砌體約束使墻體大變形消耗輸入的地震能量。試驗研究發(fā)現(xiàn),磚墻增設(shè)構(gòu)造柱后,位移延性系數(shù)增大很多,可達4~6。構(gòu)造柱除了能夠約束墻體的變形,提高砌體的抗剪強度之外,還能增強墻體之間的連接。這些對砌體的抗震都是十分有利的。應(yīng)當指出:局部小墻垛絕不可以采用混凝土或鋼筋混凝土柱來取代。
要確保構(gòu)造柱和圈梁有效地發(fā)揮他們的作用,合理確定它們的位置是至關(guān)重要的。建筑抗震規(guī)范對此已經(jīng)作了比較具體的規(guī)定,我們一定要嚴格按規(guī)范執(zhí)行。另外,圈梁應(yīng)封閉連續(xù),盡可能形成一個個近似矩形或圓形的箍,同時應(yīng)重視外墻周圈圈梁的加強。
3. 設(shè)置墻體配筋
設(shè)置墻體水平配筋能夠有效提高墻體水平抗剪能力約30%左右;當水平配筋兩端加以錨固時效果將更為突出。歷次震害調(diào)查表明,多層砌體房屋墻體的破壞多數(shù)發(fā)生在房屋的下部,尤其是底層。理論和和實踐表明,底部由于地震剪力較大而導致首先破壞和開裂。應(yīng)當指出:此項對不同設(shè)防地區(qū)設(shè)置通長水平拉結(jié)筋的要求是一種抗震構(gòu)造措施,即凡地震區(qū)的多層砌體房屋中,均應(yīng)設(shè)置通長水平筋,但一般不計入強度驗算之列。
3.作好各構(gòu)件之間的拉結(jié)
多層砌體結(jié)構(gòu)房屋的整體性要靠各種構(gòu)件之間的連接構(gòu)造加以保證。包括砌體墻與墻之間,圈梁構(gòu)造柱與墻體,樓屋蓋與圈梁墻體以及其他混凝土構(gòu)件與墻體之間均應(yīng)設(shè)置可靠連接。
最后在設(shè)計砌體結(jié)構(gòu)時應(yīng)遵循下列抗震設(shè)計基本要求。
1.控制多層砌體房屋的層數(shù)和高度、高寬比、抗震橫墻的最大間距;
2. 選擇有利于抗震的結(jié)構(gòu)體系,結(jié)構(gòu)宜有多道設(shè)防功能,且有明確的計算簡圖和合理的地震作用傳力途徑;
3.建筑物平立面布置宜規(guī)則、對稱,沿建筑物高度的質(zhì)量分布和剛度變化宜均勻,樓層不宜錯層;
4.建筑物所在場地宜選擇有利于抗震設(shè)防的場地,穩(wěn)定的地基土,遠離發(fā)震斷裂等;
5.抗震構(gòu)件應(yīng)有必要的承載能力和變形能力外,還必須保證構(gòu)件間具有可靠的連接;
6.應(yīng)按規(guī)定設(shè)置鋼筋混凝土構(gòu)造柱和圈梁;
7.處理好非結(jié)構(gòu)構(gòu)件;
8.合理選用材料,保證施工質(zhì)量。
綜上所述,以上希望能給設(shè)計人員提供參考。作好砌體結(jié)構(gòu)地抗震設(shè)計是十分重要的,希望能引起有關(guān)技術(shù)人員的重視。
參考文獻:
國家標準《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》GB50003-2011.北京:中國建筑工業(yè)出版社,2011