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摘要:随着我国经济的快速发展,我国的城市规模变得越来越大、人口也越来越向城市集中,从而在给建筑行业提供良好的发展机遇的同时,也给城市建筑结构的抗震性等方面提出了更高的要求。本文将主要针对建筑结构抗震的概述、抗震概念设计的基本原则以及建筑结构设计中的抗震设计策略进行简要分析。
关键词:建筑结构;抗震设计;策略
中图分类号: TU3 文献标识码: A
引言
建筑造型和构造措施是建筑物抗震设计的关键,抗震规范也是随工程抗震的不断发展变化而不断地修改以至逐步完善的。进行抗震设计是把政策性、科学性、先进性、经济性、实用性和规范延续性等方面的要求较好地结合起来,应从国家和人民财产生命安全这个百年大计上考虑,逐步提高我们的建筑物抗震设计水平。
一、建筑结构抗震的概述
建筑物本身又是一个庞大复杂的系统,在遭受地震作用后其破坏机理和破坏过程十分复杂。且在结构分析方面,由于未能充分考虑结构的空间作用、非弹性性质、材料时效、阻尼变化等多种因素,也存在着不确定性。因此,结构工程抗震问题不能完全依赖“计算设计”解决应立足于工程抗震基本理论及长期工程抗震经验总结的工程抗震基本概念,从“概念设计”的角度着眼于结构的总体地震反应,按照结构的破坏过程,灵活运用抗震设计准则,全面合理地解决结构设计中的基本问题,既注意总体布置上的大原则,又顾及到关键部位的细节构造,从根本上提高结构的抗震能力。建筑抗震概念设计是根据地震灾害和工程经验等所形成的基本设计原则和设计思想,进行建筑和结构总体布置并确定细部构造的过程概念设计涉及到从方案、结构布置到计算简图的选取,从截面配筋到构件的配筋构造都存在概念设计的内容。强调结构设计的重要性,旨在要求建筑师和结构师在建筑设计中应特别重视规范规程中有关结构概念设计的各条规定,设计过程中不能陷于只凭“结构软件计算的误区”。若结构设计严重不规则、整体性差,则按目前的结构设计及计算技术水平,很难保证结构的抗震、抗风性能,尤其是抗震性能。
二、抗震概念设计的基本原则
1、建筑场地选择的基本原则
场地条件是造成建筑物震害的重要原因,因此在选择建筑物场地时,工程师应该注意掌握场地的工程地质、地震活动和地震地质等会影响工程的因素,并结合工程的实际需要,对抗震有利、不利和危险地段做出综合评价。选择对建筑抗震有利的地段,例如平坦、开阔的坚硬场地土;避开对建筑抗震不利的地段,当无法避开时,要采取有效的抗震措施。
2、建筑体型的确定原则
建筑物体型应力求简单、规则、对称,质量和刚度变化均匀,以减少地震作用产生的变形、应力集中及扭转反应。
3、选择合理的抗震结构体系
结构布置应具备多道抗震防线,多道设置抗震防线是为了防止由于地震的连续性对建筑物带来的多次冲击,以提高建筑物的防震能力。
结构应具备必要的抗震承载力,良好的变形能力和耗能能力,避免地震对抗震结构体系的破坏,同时结构的刚度和强度需分配合理,避免薄弱环节出现。而一旦薄弱环节的出现,就要采取有效的加强措施。
4、非结构构件的处理
考虑到结构可能在地震中会变形,建筑幕墙等应采用可靠的连接方法,加强非结构构件的预埋件锚固部位,承受来自建筑非结构构件带给建筑主体的震力。墙体材料方面要优先考虑轻质材料。刚性护墙沿纵向宜均匀对称布置,与主体连接可靠,才能适应结构向不同方向的位移。
三、建筑结构设计中的抗震设计策略
1、选择有利的抗震场地
人们常常看到在具有不同工程地质条件的场地上,建筑物在地震中的破坏程度是明显不同的。于是人们自然就想到既然在不同场地条件下建筑物所受的破坏作用是不同的,那么,选择对抗震有利的场地和避开不利的场地进行建设,就能大大地减轻地震灾害。另一方面,由于建设用地受到地震以外的许多因素的限制,除了极不利和有严重危险性的场地以外,往往是不能排除其作为建设用场地的。这样就有必要按照场地、地基对建筑物所受地震破坏作用的强弱和特征进行分类,以便按照不同场地特点采取抗震措施。这就是地震区场地选择与分类的目的。因此,应选择对建筑抗震有利的地段,应避开对抗震不利地段;当无法避开时,应采取适当的抗震加强措施,应根据抗震设防类别、地基液化等级,分别采取加强地基和上部结构整体性和刚度、部分消除或全部消除地基液化沉陷的措施。
2、选择有利于抗震的建筑平面和立面布置
2.1建筑的体型要简单,平立面布置宜规则
体型简单和规则的建筑,受力性能明确,设计时容易分析结构在地震作用下的实际反应及其内力分析,且结构细部的构造也易于处理。所以这类结构遭遇地震后其震害相对都较轻。反之,建筑体型不规则,平面上曲出凹进,立面上高低错落。易于形成刚度和强度上的突变,引起应力集中或变形集中,也容易形成薄弱环节,往往造成比较严重的危害。
2.2建筑的平、立面刚度和质量分布力求对称
建筑的刚度和质量分布不对称、即使在地面平动分量作用下也会发生扭转振动,从而造成比较严重的危害。所以,建筑或其独立单元应力应求刚度、质量的对称,使其质心与刚心重合或偏心很小。
2.3必要时设置防震缝
防震缝的设置,应根据建筑类型、结构体系和建筑体型等具体情况区别对待,不提倡一切都设,也不主张都不设。抗震规范的原则是,建筑防震缝的设置,可按结构的实际需要考虑。体型复杂的建筑不设防震缝时,应选择符合实际的结构计算模型,进行精细的抗震分析,估计其局部应力和变形集中及扭转影响、判别其易损部位、采取措施提高抗震能力。当设置防震缝时,应将建筑分成规则的结构单元,防震缝应根据建筑物的抗震烈度、场地类别、房屋类型等留有足够的宽度,其两侧的上部结构应完全分开。
3、隔震和消能减震设计
有些高层建筑对于抗震的要求较为严格,除了要实现一般的抗震效果外,还有保证隔振、消能等方面的需求。因此,为了达到这些效果,首先,从场地与地基的角度来看,应该选择具有较高密实度的地基,因为高密实度的地基,可以减轻地震发生时所产生的能量给建筑造成的破坏,降低共振发生几率。对于小高层建筑,其所要求的隔振系数有所不同,因此,在进行建筑结构设计时,一定要具体问题具体分析,选择相应的隔震支座,并且,也要考虑因风力所给建筑带来的负荷。对于隔振、消能方面的建筑构件的选择上,尽量采用延性好的材料,使建筑受地震能量带来的破坏降低到最低。
4、合理的刚度和强度分布
产生过大的应力或塑性变形集中,对可能出现的薄弱部位,应采取措施提高抗震能力。结构在强烈地震下强度安全储备、构件的实际强度分布是判断薄弱层(部位)的基础。另一方面,在抗震结构体系中,应使其结构构件和连接部位具有较好的延性,以提高抗震结构的整体变形能力。具体要求如下:首先,提高抗震结构构件的延性、改变其变形能力,力求避免脆性破坏;为此砌体结构应按规定设置钢筋混凝土圈梁和构造柱、芯校、或采用配筋砌体和组合砌体柱等;钢筋混凝土构件应合理的选择尺寸、配置纵向钢筋和箍筋。避免剪切破坏先于弯曲破坏,避免混凝土的受压破坏先于钢筋的屈服,防止局部或整个构件失稳。其次,保证抗震结构构件之间的连接具有较好的延性、是充分发挥各个构件的强度、变形能力,从而获得整个结构良好抗震能力的重要前提。为了保证连接的可靠性,构件节点的强度不应低于其连接构件的强度,预埋件的锚固强度不应低于其连接构件的强度;装配式结构构件之间应采取保证结构整体性的连接措施。
5、减轻建筑结构自重
减轻建筑结构的自重,对于增强建筑物的防震能力具有很大的影响。从地基承载力来看,如果是相同的地基条件,在不增加基础或地基处理造价的情况下,减轻结构自重意味着可以增加建造层数,对于软土地基影响更为明显。地震效应与建筑物的重量成正比,建筑物结构重量的增加必然引起地震力的增大,建筑物的结构中惯性较大,地震发生时,建筑物的危害性较高。所以在建筑工程设计时尽量采用自重比较轻的结构构件。
6、常用的加固设计
为了有效的提高建筑结构的抗震能力,应该根据建筑结构的实际情况采取相应的加固措施,在进行加固方法选择的时候应该具体考虑以卜几个方面的因素:第一,对于一些机构设计存在缺陷的情况,应该根据实际情况增加构件进行加固,或者是采取具有较高抗震能力的构件代替原有构件。对于需要提高承载力或结构整体刚度的情况,可以增设构件,扩大原截面,设置套箍等方法;很多建筑结构整体性连接达不到抗震的标准,可以有针对性的对结构进行相应的调整,这样可以分散地震力,减少破坏。建筑中的一些与建筑结构不相关的构件,在地震时有可能倒塌而造成危害,应该适当进行加固。
结束语
抗震设計已经成为建筑结构设计中的主要环节,通过加强建筑设计中的抗震建设可以有效合理的使建筑结构的安全性达到最佳状态,这样既能保证人们的生命和财产安全还能保证建筑工程项目的信誉。在建筑施工中融入抗震设计需要对建筑物的整体和内部构件进具体的分析和考虑,加强各构件的连接性,确保整体建筑的抗震性。在建筑设计中融入抗震设计是一个复杂的过程,要解决建筑中的抗震问题,需要建筑施工企业实践中不断探索和发现。
参考文献
[1]王天燕.建筑结构设计中的抗震概念设计[J].中国房地产业,2012(03)
[2]张墅褒.浅议建筑结构设计中的抗震概念设计[J].城市建设理论研究,2012(03)
[3]沈麒,杨沈.中日建筑抗震规范抗震设计比较[J].工程抗震与加固改造,2012(4)
[4]毛国栋.论高层建筑结构设计中的抗震概念设计[J].城市建设理论研究,2012(15)
[5]罗永峰,王磊,李海峰,陈文辉.罕遇地震下上海中心超高层的性能化抗震设计[J].同济大学学报(自然科学版),2011(4)
关键词:建筑结构;抗震设计;策略
中图分类号: TU3 文献标识码: A
引言
建筑造型和构造措施是建筑物抗震设计的关键,抗震规范也是随工程抗震的不断发展变化而不断地修改以至逐步完善的。进行抗震设计是把政策性、科学性、先进性、经济性、实用性和规范延续性等方面的要求较好地结合起来,应从国家和人民财产生命安全这个百年大计上考虑,逐步提高我们的建筑物抗震设计水平。
一、建筑结构抗震的概述
建筑物本身又是一个庞大复杂的系统,在遭受地震作用后其破坏机理和破坏过程十分复杂。且在结构分析方面,由于未能充分考虑结构的空间作用、非弹性性质、材料时效、阻尼变化等多种因素,也存在着不确定性。因此,结构工程抗震问题不能完全依赖“计算设计”解决应立足于工程抗震基本理论及长期工程抗震经验总结的工程抗震基本概念,从“概念设计”的角度着眼于结构的总体地震反应,按照结构的破坏过程,灵活运用抗震设计准则,全面合理地解决结构设计中的基本问题,既注意总体布置上的大原则,又顾及到关键部位的细节构造,从根本上提高结构的抗震能力。建筑抗震概念设计是根据地震灾害和工程经验等所形成的基本设计原则和设计思想,进行建筑和结构总体布置并确定细部构造的过程概念设计涉及到从方案、结构布置到计算简图的选取,从截面配筋到构件的配筋构造都存在概念设计的内容。强调结构设计的重要性,旨在要求建筑师和结构师在建筑设计中应特别重视规范规程中有关结构概念设计的各条规定,设计过程中不能陷于只凭“结构软件计算的误区”。若结构设计严重不规则、整体性差,则按目前的结构设计及计算技术水平,很难保证结构的抗震、抗风性能,尤其是抗震性能。
二、抗震概念设计的基本原则
1、建筑场地选择的基本原则
场地条件是造成建筑物震害的重要原因,因此在选择建筑物场地时,工程师应该注意掌握场地的工程地质、地震活动和地震地质等会影响工程的因素,并结合工程的实际需要,对抗震有利、不利和危险地段做出综合评价。选择对建筑抗震有利的地段,例如平坦、开阔的坚硬场地土;避开对建筑抗震不利的地段,当无法避开时,要采取有效的抗震措施。
2、建筑体型的确定原则
建筑物体型应力求简单、规则、对称,质量和刚度变化均匀,以减少地震作用产生的变形、应力集中及扭转反应。
3、选择合理的抗震结构体系
结构布置应具备多道抗震防线,多道设置抗震防线是为了防止由于地震的连续性对建筑物带来的多次冲击,以提高建筑物的防震能力。
结构应具备必要的抗震承载力,良好的变形能力和耗能能力,避免地震对抗震结构体系的破坏,同时结构的刚度和强度需分配合理,避免薄弱环节出现。而一旦薄弱环节的出现,就要采取有效的加强措施。
4、非结构构件的处理
考虑到结构可能在地震中会变形,建筑幕墙等应采用可靠的连接方法,加强非结构构件的预埋件锚固部位,承受来自建筑非结构构件带给建筑主体的震力。墙体材料方面要优先考虑轻质材料。刚性护墙沿纵向宜均匀对称布置,与主体连接可靠,才能适应结构向不同方向的位移。
三、建筑结构设计中的抗震设计策略
1、选择有利的抗震场地
人们常常看到在具有不同工程地质条件的场地上,建筑物在地震中的破坏程度是明显不同的。于是人们自然就想到既然在不同场地条件下建筑物所受的破坏作用是不同的,那么,选择对抗震有利的场地和避开不利的场地进行建设,就能大大地减轻地震灾害。另一方面,由于建设用地受到地震以外的许多因素的限制,除了极不利和有严重危险性的场地以外,往往是不能排除其作为建设用场地的。这样就有必要按照场地、地基对建筑物所受地震破坏作用的强弱和特征进行分类,以便按照不同场地特点采取抗震措施。这就是地震区场地选择与分类的目的。因此,应选择对建筑抗震有利的地段,应避开对抗震不利地段;当无法避开时,应采取适当的抗震加强措施,应根据抗震设防类别、地基液化等级,分别采取加强地基和上部结构整体性和刚度、部分消除或全部消除地基液化沉陷的措施。
2、选择有利于抗震的建筑平面和立面布置
2.1建筑的体型要简单,平立面布置宜规则
体型简单和规则的建筑,受力性能明确,设计时容易分析结构在地震作用下的实际反应及其内力分析,且结构细部的构造也易于处理。所以这类结构遭遇地震后其震害相对都较轻。反之,建筑体型不规则,平面上曲出凹进,立面上高低错落。易于形成刚度和强度上的突变,引起应力集中或变形集中,也容易形成薄弱环节,往往造成比较严重的危害。
2.2建筑的平、立面刚度和质量分布力求对称
建筑的刚度和质量分布不对称、即使在地面平动分量作用下也会发生扭转振动,从而造成比较严重的危害。所以,建筑或其独立单元应力应求刚度、质量的对称,使其质心与刚心重合或偏心很小。
2.3必要时设置防震缝
防震缝的设置,应根据建筑类型、结构体系和建筑体型等具体情况区别对待,不提倡一切都设,也不主张都不设。抗震规范的原则是,建筑防震缝的设置,可按结构的实际需要考虑。体型复杂的建筑不设防震缝时,应选择符合实际的结构计算模型,进行精细的抗震分析,估计其局部应力和变形集中及扭转影响、判别其易损部位、采取措施提高抗震能力。当设置防震缝时,应将建筑分成规则的结构单元,防震缝应根据建筑物的抗震烈度、场地类别、房屋类型等留有足够的宽度,其两侧的上部结构应完全分开。
3、隔震和消能减震设计
有些高层建筑对于抗震的要求较为严格,除了要实现一般的抗震效果外,还有保证隔振、消能等方面的需求。因此,为了达到这些效果,首先,从场地与地基的角度来看,应该选择具有较高密实度的地基,因为高密实度的地基,可以减轻地震发生时所产生的能量给建筑造成的破坏,降低共振发生几率。对于小高层建筑,其所要求的隔振系数有所不同,因此,在进行建筑结构设计时,一定要具体问题具体分析,选择相应的隔震支座,并且,也要考虑因风力所给建筑带来的负荷。对于隔振、消能方面的建筑构件的选择上,尽量采用延性好的材料,使建筑受地震能量带来的破坏降低到最低。
4、合理的刚度和强度分布
产生过大的应力或塑性变形集中,对可能出现的薄弱部位,应采取措施提高抗震能力。结构在强烈地震下强度安全储备、构件的实际强度分布是判断薄弱层(部位)的基础。另一方面,在抗震结构体系中,应使其结构构件和连接部位具有较好的延性,以提高抗震结构的整体变形能力。具体要求如下:首先,提高抗震结构构件的延性、改变其变形能力,力求避免脆性破坏;为此砌体结构应按规定设置钢筋混凝土圈梁和构造柱、芯校、或采用配筋砌体和组合砌体柱等;钢筋混凝土构件应合理的选择尺寸、配置纵向钢筋和箍筋。避免剪切破坏先于弯曲破坏,避免混凝土的受压破坏先于钢筋的屈服,防止局部或整个构件失稳。其次,保证抗震结构构件之间的连接具有较好的延性、是充分发挥各个构件的强度、变形能力,从而获得整个结构良好抗震能力的重要前提。为了保证连接的可靠性,构件节点的强度不应低于其连接构件的强度,预埋件的锚固强度不应低于其连接构件的强度;装配式结构构件之间应采取保证结构整体性的连接措施。
5、减轻建筑结构自重
减轻建筑结构的自重,对于增强建筑物的防震能力具有很大的影响。从地基承载力来看,如果是相同的地基条件,在不增加基础或地基处理造价的情况下,减轻结构自重意味着可以增加建造层数,对于软土地基影响更为明显。地震效应与建筑物的重量成正比,建筑物结构重量的增加必然引起地震力的增大,建筑物的结构中惯性较大,地震发生时,建筑物的危害性较高。所以在建筑工程设计时尽量采用自重比较轻的结构构件。
6、常用的加固设计
为了有效的提高建筑结构的抗震能力,应该根据建筑结构的实际情况采取相应的加固措施,在进行加固方法选择的时候应该具体考虑以卜几个方面的因素:第一,对于一些机构设计存在缺陷的情况,应该根据实际情况增加构件进行加固,或者是采取具有较高抗震能力的构件代替原有构件。对于需要提高承载力或结构整体刚度的情况,可以增设构件,扩大原截面,设置套箍等方法;很多建筑结构整体性连接达不到抗震的标准,可以有针对性的对结构进行相应的调整,这样可以分散地震力,减少破坏。建筑中的一些与建筑结构不相关的构件,在地震时有可能倒塌而造成危害,应该适当进行加固。
结束语
抗震设計已经成为建筑结构设计中的主要环节,通过加强建筑设计中的抗震建设可以有效合理的使建筑结构的安全性达到最佳状态,这样既能保证人们的生命和财产安全还能保证建筑工程项目的信誉。在建筑施工中融入抗震设计需要对建筑物的整体和内部构件进具体的分析和考虑,加强各构件的连接性,确保整体建筑的抗震性。在建筑设计中融入抗震设计是一个复杂的过程,要解决建筑中的抗震问题,需要建筑施工企业实践中不断探索和发现。
参考文献
[1]王天燕.建筑结构设计中的抗震概念设计[J].中国房地产业,2012(03)
[2]张墅褒.浅议建筑结构设计中的抗震概念设计[J].城市建设理论研究,2012(03)
[3]沈麒,杨沈.中日建筑抗震规范抗震设计比较[J].工程抗震与加固改造,2012(4)
[4]毛国栋.论高层建筑结构设计中的抗震概念设计[J].城市建设理论研究,2012(15)
[5]罗永峰,王磊,李海峰,陈文辉.罕遇地震下上海中心超高层的性能化抗震设计[J].同济大学学报(自然科学版),2011(4)