浅论建筑结构的抗震设计
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浅论建筑结构的抗震设计
作者:曹活辉
来源:《建筑工程技术与设计》2014年第13期
【摘要】在现代的建筑设计中,抗震设计是当前建筑结构设计中关注的重点。
本文以建筑结构抗震设计的重要性为切入点,结合实例,对建筑设计中如何加强抗震设计进行了讨论。
【关键词】地震:建筑结构设计;抗震措施
一、建筑结构抗震设计的重要性
地震作为一种不可预知的自然灾害,其对建筑物安全性能的影响极大。
从地震灾害对建筑物造成的损失来看,如果在建筑结构设计过程中没有考虑到其抗震性能,致使其没达到设计要求,就会引发各种安全事故,威胁到人们的生命安全,造成巨大的经济损失。
建筑结构设计中是否充分考虑抗震问题、是否合理的运用了相关的抗震措施,是事关人民生命财产安全的重要问题。
因此,我们必须把建筑物的抗震问题放到非常重要的位置,并采取适当的措施,尽量避免地震对建筑物的损坏。
二、建筑结构抗震设计方法
(1)选择比较稳定的建筑场地
建筑结构要有较好的抗震性,需要选择比较稳定性的建筑场地。
另外,具有抗震性的建筑需要有抗震层的设置,而且建筑结构的外部空间应该进行包括邻栋间距、建筑外观等的一些舒适感以及安全性能的角度的考虑。
在进行建筑结构的场地规划的时候,也应该从适应建筑上部结构的位移等特点与性能方面的角度来考虑。
建筑物在经过长时间的使用后,建筑结构的整体可能发生移动的范围之内不应该存在障碍物。
在建筑结构可能发生移动的范围之内一般来说会设置一些建筑的出入口,并且还要注意不能因此而使得人受到一些伤害,最好为了避免人或者车辆比较容易通过出入口,应该设置一些门墙或者指示标记等。
(2)采用合理的结构形式
目前我国建筑常用结构形式有砖混结构、钢筋混凝土结构、钢一混凝土组合结构、钢结构。
不同地区以及设防烈度不同都是影响结构形式选择的因素。
一般来说钢筋混凝土结构的抗震能力较强,主要是因为其本身的柔性较好,钢筋混凝土结构的建筑物变形能力好,承载能力高。
应根据建筑的功能要求和抗震要求选择合理的结构方案。
在选择结构体系时,结构的侧移度也是要考虑的重要因素,尤其是高层建筑的设计。
高层房屋高度的增加,会使得结构在地震作用以及其他荷载作用下产生的水平位移不断增大,这就要求结构的抗侧移刚度必须随之增大。
对于不同的钢筋混凝土结构体系,构件及其组成方式和受力特点的不同,在抗侧移刚度方面有很大差别,他们各自的合理使用高度也不同。
(3)选择合理的建筑材料
在设计阶段,要进行抗震分析和计算,在选择建筑材料时,要对其参数进行可靠度分析,也要充分考虑材料参数的变异性,而且尽可能选择自振频率不同的材料,避免在地震作用时结构物局部或者整体发生共振,造成严重破坏。
(4)减轻结构自重
地震效应与建筑物的质量成正比,高层建筑高度较大,其重心也较高,在地震作用下,倾覆力矩也随质量的增加而增大,这就会对结构物带来极大危险。
因此,在进行设计和建造时,要尽可能采用强度大、质量轻的建筑材料,减轻建筑物的质量。
(5)设置多道设防的抗震结构体系
抗震建筑结构体系应有多道抗震防线,避免因部分结构或构件破坏而导致整个结构体系丧失抗震能力或对重力荷载的承裁能力。
所谓多道抗震防线,是指在一个抗震结构体系中,一部分延性好的构件在地震作用下,首先达到屈服,充分发挥其吸收和耗散地震能量的作用,即担负起第一道抗震防线的作用,其他构件则在第一道抗震防线屈服后才依次屈服,从而形成第二、第三或更多道抗震防线,这样的结构体系对保证结构的抗震安全性是非常有效的。
同时底框建筑底层高度不宜太高,应控制在4.5m以下。
高度加大,底层刚度减小,重心提高,使框架柱的长细比增大,更容易产生失稳现象。
而且由于高度较大,很多建筑房间被业主一层改成了两层,造成了较大的安全隐患。
应具有合理的刚度和强度分布,避免因局部削弱或突变形成薄弱部位,产生过大的应力集中或塑性变形集中;可能出现的薄弱部位,应采取措施提高抗震能力。
(6)加强建筑物内部的薄弱部分
高层建筑由于层数较多,建筑面积较大,难免存在一些受力比较大而比较薄弱部分,在建设过程中,要及时对薄弱部分进行加强,采取有效措施增强其强度和刚度,这样就可以极大提高其承载力,避免在地震作用下过早的屈服产生较大变形,导致建筑结构局部损坏或者整个结构的损坏。
(7)对建筑结构中的各种参数进行详细的分析以确保建筑设计的精确度
主要是通过对建筑结构各个部位可能对地震产生的响应进行计算分析,这种计算分析主要包括对建筑构建中的每个墙柱和梁板的承重力及变形率的计算。
在计算前,要依据高层建筑的实际情况,建立必要的计算模型,根据设计的概念作出必要的计算和处理,设计出抗震性能强的建筑物。
三、案例分析
本工程总建筑面积25496平方米,负二层及负一层为车库及设备用房,层高为3.4米(负二层)、4.3米(负一层),地面以上共15层,首层为大堂、商铺,层高5.0米,二层及为商业,层高4.5m,三至十五层为办公,层高为3.70m,建筑总高57.60米。
2.1 抗震设防
本工程为抗钢筋混凝土剪力墙结构,柱截面:400×600~700×1100,落地剪力墙墙厚200~350mm。
根据建筑工程抗震设防分类标准,本工程地震作用按地区烈度6度计算,抗震构造措施按抗震烈度6度设计,工程属丙类建筑。
抗震等级如下:剪力墙及框架为三级,裙房的抗震等级同主楼,为三级。
在多遇地震影响下,水平地震影响系数最大值αmax=0.04,场地类别为Ⅱ类,设计地震分组为第一组,场地特征周期Tg=0.35秒,设计基本地震加速度值为0.05g。
2.2 提高结构抗震性能的主要措施
针对本工程的特点,根据《高层建筑混凝土结构技术规程》,考虑了如下措施,以提高结构的抗震性能,确保结构的安全。
(1)在建筑平面已确定的情况下,结构布置力求减少扭转的影响,严格控制楼层的位移比和结构的周期比,力求结构的地震作用传递途径合理。
按照《建筑抗震设计规范》中第
3.4.3的要求控制结构与构件截面。
(2)控制剪力墙在重力荷载代表值作用下的轴压比,以确保其延性,增加结构的整体刚度。
并将在施工图阶段,将适当增大底部加强部位的剪力墙的配筋率。
(3)设计时在楼板薄弱部位适当加厚,并采用双向双层拉通配筋方式,适当提高其配筋率。
(4)适当加高单体周边的框架梁,形成联肢墙,有效地增加抗扭刚度,以减少地震作用下扭转效应产生的不利影响。
由工程计算及分析结果表明,在采取相应的抗震措施后,本工程的结构体系在遭遇设防地震烈度水平的地震袭击时,能达到“小震不坏、大震不倒”的设计要求,同时亦能最大限度地满足建筑功能的要求。
四、结语
建筑结构的抗震设计是一个完整、系统的过程,从场址的选择到建筑物的结构设计,抗震设计贯穿整个过程。
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。
准确、合理的运用不同的抗震设计方法,是非常重要的,对于不同的建筑,不同的情况应区别对待,从而寻求最合理设计方法。
参考文献
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