不同设计使用年限的建筑物所受地震作用及构造措施研究

目前我国的抗震设计规范主要是所采取三水准设防的抗震设计思想, 概括的说就是三句话“小震不坏、中震可修、大震不倒”。其中“小震”指的是在抗震设计的基准期内出现的概率密度最大的地震, 通常指的是50年之内对应于地震烈度概率密度曲线峰点的烈度, 即发生概率最大的地震烈度。因为地震烈度的概率分布符合极值Ⅲ型, 其概率密度曲线的峰值对应着众值, 因此称此烈度为众值烈度, 该烈度在50年设计基准期内的超越概率为0.632。相当于重现期为50年的地震。“中震”指的是50年设计基准期内超越概率为0.1的地震, 相当于重现期为475年的地震。“大震”指的是罕遇地震, 通常工业与民用建筑设计采用的在50年设计基准期内超越概率为0.02～0.03的烈度, 相当于重现期为1600年至2400年的地震。以上的“大、中、小震”的定义都是就通常工业与民用建筑而言的。

1 不同使用年限的地震作用的确定方法

想要计算出对应与不同抗震设计使用年限的地震作用和50年设计基准期地震作用的比值, 首先要计算出对应的不同抗震设计使用年限的αmax与抗震设计使用年限为50年的的比值, 但是我们可以从下面的式子中看出, 只需要计算出不同抗震设计使用年限所对应的小震烈度与50年抗震设计基准期内出现的小震烈度的差值的绝对值|IT-T50|, 这样就能够计算出对应于不同抗震设计使用年限地震作用与50年抗震设计基准期的地震作用的比值。

根据对不同抗震设防烈度的地震作用进行计算, 我们可以得出全国在平均意义下不同抗震设计使用年限所相对应的地震作用调整系数, 具体见表1。

2 不同设计使用年限内抗震构造措施的确定

为了确定使用年限不同的建筑物的构造措施, 可以将建筑物设计使用年限和建筑物的抗震设防烈度相联系起来, 在这样的基础上进一步计算出地震烈度, 再根据所计算出的地震烈度对建筑物进行相关的构造措施以满足抗震要求。

由于抗震规范中规定的建筑物抗震构造措施和建筑物抗震设计使用年限中超越概率为0.1的地震烈度是联系在一起的。正是由于这样的原因, 首先要找出50年设计基准期与建筑物设计使用年限中超越概率为0.1的地震烈度的相互联系, 这个问题我们仍然可以通过在不同设防烈度地区的危险性来进行研究分析。

通过相关的计算, 我们能够计算出每个烈度区内建筑物在不同设计使用年限的前提下的, 建筑物的地震设防烈度和建筑物的基本烈度之间的差值。比如说, 可以取建筑物的基本烈度所对应的建筑物构造措施调整系数的大小为1.00, 而其它设计使用年限所对应的建筑物的设防烈度的构造措施调整系数, 可以使用不同设计使用年限对应的地震烈度与基本烈度的差值的代数和求得。例如:8度地区对应于30年设计使用年限的设防烈度与50年基准期基本烈度的差值是-0.43度, 那么对应的抗震构造措施调整系数1-0.43=0.57。

通过这样计算得出的建筑物抗震构造措施调整系数, 能够让建筑物在构造措施下的抗震效果和抗震设计规范基本一致。表2的相关数据是全国平均意义下建筑物在不同设计使用年限下所相应的抗震构造措施调整系数。

影响建筑结构的抗震能力好坏的因素有许多, 比如说对于砖混结构的建筑物, 其建筑结构体系选择、楼板厚度、屋盖的整体连接性、圈梁布设以及构造柱的布设等等因素都会在不同程度上对建筑物的整体抗震性能起到一定的影响作用, 这些因素对于建筑物的抗震性能的影响程度能够用1ξ来进行表示;建筑物的某些局部尺寸的大小同样会影响建筑物的局部抗倾覆性能, 这个影响程度能够用ξ2来进行表示。

我们参照抗震鉴定标准使用的方法, 将建筑物的抗震概念设计应用到当中, 可以通过使用建筑物的构造影响系数对建筑物的构造措施和设计使用年限的关系进行描述。比如说, 使用抗震规范中的建筑物抗震构造措施当做基准的建筑物构造措施, 既是说按照抗震规范中的相关规定进行的构造措施设计和施工的建筑物, 该建筑物的构造影响系数则可以选择用1.00, 但是如果该建筑物的设计使用年限不超过50年的话, 可以适当的容许该建筑物在某些构造措施方面低于规范规定的标准, 所以相对应的建筑物构造影响系数的大小也要适当降低。同理, 如果该建筑物的设计使用年限超过50年的话, 那么该建筑物应该在某些构造措施方面高于规范中规定的标准所以相对应的建筑物构造影响系数的大小也要增加。出于设计中计算便捷性的考虑统一使用建筑物折减系数来表示因建筑物某些构造措施的改变对构造影响系数的影响。也即是, 对于处在6度设防地区的建筑物如果需要进行系数放大, 可以转换为7度设防地区所要进行折减的系数, 之后按照规范中规定的7度设防地区的建筑物构造措施来进行折减。在进行折减的过程中, 根据设计使用年限所计算得到的烈度如果不超过6度, 则该建筑物的构造措施一般式选择6度的情况使用, 不考虑进行折减;如果根据设计使用年限所计算得到的烈度大于9度的情况必须进行专项计算分析, 这个不在本文的考量范围之内。

整体建筑物的构造影响系数可以用以下的式子来进行说明:

在上面的式子中, ξ1可以代表的是整个建筑物体系影响系数, 囊括了非常多的结构体系影响因素。钢筋混凝土框架结构建筑物的ξ1和整个建筑物的整体结构布置、结构构件选型、梁柱箍筋间距、混凝土柱的轴压比等等都有关系;砖混结构建筑物的ξ1和整个建筑的圈梁布置、纵横墙之间的间距、构造柱的布设等等都有关系。ξ1所表示的含义可以是对建筑物起到影响的各个因素的乘积, 也可以表示为时各个影响因素对于整个建筑的整体抗震性能的综合影响, 最后进行加权之后再做乘法。所表示的是局部对于整体建筑物的影响程度, 包括了整个建筑物的墙体尺寸大小, 结构的构建支承长度等等会对整体建筑物局部抗倾覆起到影响作用的因素, 一般而言是取最小值。

4 结语

建筑物的结构抗震设计是由地震作用和建筑物的抗震构造措施两个部分所组成的, 这两部分是互相紧密联系在一起的, 考虑建筑物的设计使用年限的抗震设计, 要在确定地震作用和构造措施时均考虑不同的设计使用年限的影响。

摘要：本文通过对不同地点地震危险性分析结果的统计分析, 探讨了不同设计年限下具有相同概率保证的结构地震作用的变化规律, 提出了建筑结构抗震鉴定和加固时地震作用的参考取值和抗震构造措施。

关键词：设计使用年限,地震作用,抗震构造措施

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