建筑抗震论文

2022-03-22 版权声明 我要投稿

下面是小编为大家整理的《建筑抗震论文(精选5篇)》的文章,希望能够很好的帮助到大家,谢谢大家对小编的支持和鼓励。摘要:随着城市化进程的加快,高层建筑在城市中相当普遍,而高层建筑抗震工作一直是建筑设计和施工的重点。文章先概述现代抗震设计思路,再引出现代建筑的抗震设计方法,最后揭秘建筑的加固设计,希望可以为建筑工程设计人员在今后的高层设计工作中提供了一些思路。

第一篇:建筑抗震论文

建筑结构抗震概念设计与抗震技术

【摘要】本文对建筑结构抗震概念设计与抗震技术进行系统的归纳与总结,为建筑工程技术人员提供一定的理论参考。

【关键词】建筑结构;抗震技术

1 建筑结构抗震概念设计

结构抗震的基本目的是赋予建筑特定的抗震功能,要达到这个目的,应做到如下几点:第一,合理选择与利用建筑场地。第二,控制建筑结构平、立面布置的规则性。第三,采用合理的结构形式。第四,采用合理的抗震构造措施。

1.1 合理选择与利用建筑场地

建筑抗震性能的发挥首先取决于建筑场地的抗震性能。地震发生后,场地的震动会直接对建筑该场地的建筑结构产生相应的破坏力,并且产生一系列的间接破坏,如砂土化、滑坡、地基沉降等危害。而选择合理的适当的建筑场地,不仅可以赋予建筑更强的抗震性能,还能有效地降低投资成本,促进经济效益的提升。有利地段地震破坏作用相对较小,建筑抗震需要的物资投入相对较少;不利地段,地震破坏作用相对较大,建筑抗震需要的物资投入相对较大。选择与利用建筑场地的总体原则是:利用有利地段,避开不利地段,杜绝利用危险地段。

理想的情况是选择抗震有利地段,避开不利抗震地段。而在工程实践中,由于土地的权属关系,对任何一个建筑投资或建设者而言,建设用地不可能自由选择,只能根据所得建设用地的具体情况建设与之适应的建筑,或者采用满足设计、施工需要的场地改造后建设需要建筑。在建设之前,建设方需委托地勘单位对拟建场地进行满足设计、施工需要的地质勘察与勘探,同时综合评价场地是抗震有利地段还是抗震不利地段,目的是让参建各方正确、充分、全面地认识与了解建筑场地的地质状况、地势地貌以及地震活动状况。

建设场地有地震不利的地段时,应该尽量的避开不利地段布置建筑;当这些地段无法避开时,应该有效的具体措施进行解决,如场地改造或采用与之适应的建筑结构形式与结构构造。对于用地范围较广的大型建筑群项目,规划阶段应尽可能将主要的、体量大的、规则性较差的建筑布置在最有利地段,其余次要建筑布置在欠佳的有利地段或不利地段。场地属于危险地段时,例如地震活动相对频繁、活跃以及生态比较脆弱的区域,根据相关规定禁止建造建筑,以有效的规避因地震导致的滑坡、泥石流等自然灾害给建筑物带来的威胁。对建设方而言,当所得用地属于危险地段时,或属于无力避让且无力改造的不利地段时,需与政府工地部门协商,另求合适的建设用地。

1.2控制建筑结构平、立面布置的规则性

据相关地震调查研究可知,地震灾害通常发生于建筑结构的突变处。若刚度中心与质量中心发生较大的偏离,则很容易造成结构发生扭转或者平移的现象,从而导致严重地震破坏的发生。在建筑不具备较高的整体性,传力途径受到阻碍的情况下,结构的抗震性能就会受到很大的影响。

规则的结构,传力路径明确,计算分析时容易准确估计地震作用的大小与抗震不利部位,设计时有可靠度较高的依据。而不规则的建筑结构,传力路径相对复杂,计算分析时不容易准确估计地震作用的大小以及容易破坏的部位,设计依据不是很明确,结构安全存在一定的隐患。若结构设计方案缺乏科学性以及合理性,不仅会导致资源的浪费,还会给结构的安全性带来较大的隐患。

因此,在方案阶段设计平立面时,应该重视对称和规则,为提高结构抗震性能奠定良好的基础,有利于建筑在地震灾害中有效规避可能受损的情况。在抗震设计时,应尽量避免不规则的结构设计。若建筑方案设计不得已采用了不规则的结构布置,则需应利用空间结构计算模型进行合理、仔细的计算与分析,在设计时对结构对薄弱部位进行强化设计,提高结构的延性、抗压能力、抗倾覆能力、抗倒塌能力等抗震性能。对于某些重要的、不规整建筑,需结合震动台模拟实验结果、理论计算结果,综合考虑薄弱部位及相应破坏力的大小,为加强和深化结构薄弱部位、应力复杂部位的设计提供可靠度较高的依据。

1.3 采用合理的结构形式

不同的结构形式,抗震性能不同,适用范围不同,在建筑方案设计阶段,对单体建筑或大型建筑内部独立的结构单元,应结合建筑的使用功能、体量及地震作用的大小,选择相适应的结构形式。比如,框架结构适用于商业、办公、学校、车库、医院等房间开间、进深尺寸较大的建筑;而异形柱、剪力墙结构适用于墙体分割较多、房间开间尺寸较小的普通住宅建筑;框架核心筒、筒中筒结构适用于超高层商业建筑;别墅建筑常用异形柱框架结构、高层住宅常用剪力墙结构、多层住常采用短肢剪力墙结构;相对于剪力墙结构,框架结构(巨型框架除外)适用的建筑总高度较低,而筒体结构适用的建筑总高度较高。

2建筑结构的抗震技术

2.1主动控制技术

主动控制是指应用现代的控制技术,实时跟踪和预测输入地震动和结构的反应,在作动器的作用下对结构施加一定的控制力从而实现结构系统特性的改变,使结构和系统性能在一定条件下可以满足优化准则,进而使结构地震反应显著减小。主动控制大多分为开环控制和闭环控制两种,开环控制的方法是指对系统的扰动输入进行科学的测量,根据系统扰动输入的情况进行综合的处理。其中开环控制的在线计算较小,对系统元件的精度要求也相对较高,不具备良好的抗干扰能力。而闭环控制方法则是通过适当的系统状态反馈和输出反馈,从而起到一定的控制作用,进而控制结构的振动。相对来说,闭环控制方法的在线计算较大,抗干扰能力也相对较强,对控制元件的精度要求不高,可以对较高的控制效果进行持续监测。

2.2被动控制技术

被动控制技术即指在结构的某个部位附加一个子系统,或是对结构的自身构件进行一定程度上的构造处理,从而改變其结构体系的动力特性。被动控制技术主要包括吸振技术和耗能技术两种。由于被动控制技术的结构相对简单,造价相对比较低,其易于维护,无需外界能源的持续供应等优势,逐渐成为了建筑结构抗震技术中的重点研究对象,在实际应用中使用相对比较广泛。

2.3混合控制技术

混合控制技术是将主动控制技术与被动控制技术相结合作用在相同的结构上,从而实现结构震动控制的形式。根据两种控制技术的组合方式混合控制技术可以分为主从组合和并列组合两种形式。其中主从组合方式是将某一控制作为主要的控制部件,在以主要部件为主体实现其他部件的结构控制。并列方式是使两种控制技术独立工作,在长时间的实践过程中,大多以被动控制为主要控制方式,而主动控制则为辅助的主从结合,通过两种控制技术的结合,扬长避短,在确保建筑结构抗震安全性的同时提高建筑的风震舒适性。在被动控制中引入主动控制可以明显提高系统的控制效果,提高系统的可靠性。而在主动控制中引入被动控制则可以对控制力度进行适当的调节,提高系统的稳定性。因此,相对而言混合控制技术具有较大的优势,在建筑系统中应用混合控制技术对提高建筑物的安全性和稳定性有着重要作用。

3.小结

随着建筑行业的不断发展,抗震设计在建筑物结构设计中已经成为了不可或缺的关键环节,通过合理的概念设计,采用合理的抗震技术,可有效提高建筑结构抗震性能。在设计抗震结构时应充分结合建筑的实际情况,设计出科学合理的抗震结构,避免建筑物在使用过程中出现安全隐患。

【参考文献】

[1]代梅叶.结构抗震技术设计及施工要点分析[J].民营科技,2014,(2):201.

[2]覃彬.高层建筑结构抗震技术的分析与探讨[J].现代物业,2013,(5):24-25.

[3]郑小榕.结构抗震技术及施工要点分析[J].新材料新装饰,2014,(8):363-363.

作者:钱君等

第二篇:浅谈高层建筑抗震设计与抗震结构

摘要:近年来,随着工程建设的发展和进步,施工质量有了更高的要求。汶川地震给我们造成的灾难为我们敲响了警钟,在未来发展应注重抗震结构的设计和施工,提高工程建设的抗震设计的稳定性,保证用户的生命财产安全。本文笔者针对高层建筑的抗震设计与抗震结构作深入讨论,仅作参考。

关键词:建筑;抗震设计;抗震性能;安全性能

1、建筑结构抗震等级的规定和标准

震级地震和地震烈度是根据国家相关标准划分为六个不同层次,即3级是小地震;3~4.5级是有感地震;4.5~6 级是中强地震;6~7级是强烈地震;7~8级是大地震;超过8级是巨大地震。根据经验数据、国家数据库和地质历史调查核实,经过勘查和验证,这是一个地理概念的经验值。根据《建筑工程抗震设防分类标准》的规定,建筑工程抗震设防类别主要分为特殊设防类、重点设防类、标准设防类、适度设防类四个不同级别。根据相关部门的规定,按建筑的类别确定其抗震设防等级,主要参考其建筑物高度、建筑物结构类型作相应的要求。例如,钢筋混凝土结构的建筑物,它的抗震的等级主要分为四级,用此来表示其一般、较严重、严重和非常严重四个级别。高层或超高层建筑物的抗震的设计需要按照其不同的设防类别来规定,同时进行复核性计算和采取相应的抗震措施。

2、影响建筑工程的抗震能力的主要因素

影响建筑工程结构抗震能力的主要因素包括三个方面,即现行抗震设计标准和建筑的抗震设防是否合理和施工质量,具体分析如下:

2.1建筑物结构的抗震设计标准

建筑物结构的抗震设计标准是按照地区类别和地震发生频率来初步估计的基本结构抗震设防的损害程度并针对可能不同部位而使用的情况。抗震设防烈度抗震设计标准确定为主要参考依据,只有控制对地震强度预测的精度,才能保证抗震设计标准的科学性和正确性。根据抗震设计标准和项目开发为住宅用途的性能要求施工单位,以提高抗震性能。抗震设计是建筑结构设计考虑的重中之重,一般情况下,它与建设工程造价成本成反比关系。

2.2建筑物结构抗震设计合理与否

建筑物结构的抗震设计是否合理主要与施工所采取的抗震技术措施的形式有着直接联系,稳定的抗冲击性能是在地震威胁下建筑结构受到保护的前提条件,良好的抗冲击性能可以确保建筑结构不塌落。一般地,高层建筑的抗震设计标准是比正常设计要高,高层建筑物多采用现浇剪力墙结构、框架-核心筒或框架-剪力墙结构,它们都具有较好的强度和应变形能力,且抗震性能相对较好。这种类型的建筑和强大的外部力量,保证良好的结构强度和稳定性,显然要降低地震对建筑结构影响到最小,也是对基本建筑物抗震性能的安全保障。

2.3施工质量

建筑结构抗震性能与施工的质量息息相关。因此,要在建筑工程建设实施阶段做好具有针对性的质量监督工作,严格规范既有建筑物的使用管理也是极为关键的一个方面。

3、选择建筑材料合适的结构

目前,中国主要的建筑结构、框架-剪力墙结构体系结构框架剪墙壁和其他结构形式为多数,此些结构体系已广泛应用于高层建筑。在地震多发地区,也广泛使用钢结构体系,它可以提高结构的抗震性能,用此替代钢筋混凝土结构的主要原因在于钢筋混凝土结构的抗震性能不足。钢结构具有韧性和延展性好等优点。

我国建筑工程在实施阶段对建筑结构的抗震等级进行设计,为尽量节约钢材用量,比较常见的建筑结构式框架核心筒结构体系。钢筋混凝土结构受到外力荷载作用,很容易出现弯曲变形状况,为了防止建筑结构的侧向偏移,通常要采取小钢结构对框架核心筒结构体系进行辅助支撑,不仅不能达到节约钢材用量的目的,不经意间还会造成建筑结构负担增大的问题,对建筑整体结构的稳固性造成极大的影响。因此,我们还是需要鼓励推动钢结构在我国建筑领域的应用。

建筑材料的施工中药确保质量合格,因其对建筑物的结构性能具有直接的影响,高层建筑物要求良好的抗震性能,就必需对建筑材料的质量进行严格把关。

通常選择强度高、安全性好和耐久性好的建筑材料。从工程实践中发现,建筑结构稳定性好主要还是依赖于高性能材料,它在工程建设领域扮演不可或缺的角色。

混凝土是一种主要被应用于工程领域的人造石材料,它开始于1824 年,它的出现改变了世界的发展,在建筑领域中,混凝土在促进国家建筑工程发展中发挥了巨大作用。然而,混凝土材料的脆性从地震的角度讲混凝土建筑结构不利于抗震,该材料不应该被单独用来作为建筑结构的结构材料。为了解决这个问题,很多专业人士已经建筑作品进行了广泛的研究和讨论。通过构建科学合理的设计的主要结构,并把混凝土和钢筋结合起来形成钢筋混凝土结构来解决素混凝土结构的脆性特征,这也可以提高混凝土强度性能、改善混凝土脆性和提升混凝土结构的抗震性能等。

在通常条件下,改善的混凝性能,提高混凝土结构的抗震性能,主要从以下几个方面着手:凝土搅拌过程中严格控制水的参量,对混凝土的和易性来讲,水对混凝土性能是一个关键的影响因素,具体的处理、搅拌、运输等整个过程可以通过具体的控水来保证混凝土构件的强度性能和耐久性能;第二,为了保证混凝土结构具有良好的抗震性能,我们绝不能随意增加混凝土的自身强度,由于混凝土在达到一定强度水平时,构件受外力荷载作用下仍然容易遭到破坏,这种情况下的混凝土构件的脆性特点表现的更为突出,因此比然要充分考虑到增强混凝土构件强度的同时还需考虑混凝土的韧性特点,仅有如此才能保证混凝土结构具有最好的抗震特性。

混凝土韧性的提升是保证建筑结构具有良好抗震性能的又一个重要手段。提升混凝土拌合料的施工性能还可以通过聚合物改性的手段,通过聚合物改性的混凝土在抗渗性能、抗腐蚀性能和浆体与粗细集料的结合性能都有显著提高,且当聚合物掺入量达到一定比例时,具有脆性的混凝土构件开始展现聚合物的延性特点,这一方面的试验在国际上有成功案例,比如超高强水泥弹簧等。

确保混凝土拥有足够的碱性,从而避免构件内钢筋的锈蚀及碳化问题,与此同时,适量添加其他外加剂来降低混凝土构件内孔隙界面的氢氧化钙含量,从而从根本上改善构件界面质量,提升混凝土的抗渗性能。

普通水泥从材料自身也可以针对混凝土提升耐久性提出诸多要求,比如严格控制水泥比、控制水化反应热的释放、减少水泥氯离子及碱含量等等。除此以外,还需优化对比选用性能较好的水泥品种。把重点放在建立更好的技术途径上。例如水泥使用低水化热且后期强度高,特别是抗弯强度高耐腐蚀性好的热硅酸盐水泥-----例如高贝利特水泥,作为混凝土的胶凝材料,它的高强度,高耐久性使得用其制备的混凝土具有良好的抗裂性能,使得大体积混凝土工程具有良好的尺寸稳定性和良好的耐久性,该类水泥在我国很多重难点工程中得到了广泛的推广语应用。

4、结束语

总而言之,良好建筑结构抗震设计对于建筑物主体结构对地震灾害威胁具有很好的保护效果,为了能够有效保障我国民众的人身财产安全,就必需通过合理设计创设高安全性能的建筑结构,从而避免我国汶川大地震悲剧的重新上演。

参考文献:

[1]王丽霖.我国高层建筑抗震结构设计初探[J].山西建筑.2011(03).

[2]胡立峰.高层建筑抗震结构设计要点阐述[J].建材与装饰.2013(19).

[3]张振玺.高层建筑结构的抗震设计分析[J].China's Foreign Trade.2012(02).

[4]中华人民共和国住房和城乡建设部. 建筑工程抗震设防分类标准(GB50223-2008)[S].中国建筑工业出版社.

作者简介:

赵丽红(1979-),女,汉族,江苏南京人,硕士,工程师,主要从事结构设计工作。

作者:赵丽红

第三篇:现代建筑抗震设计

摘 要:随着城市化进程的加快,高层建筑在城市中相当普遍,而高层建筑抗震工作一直是建筑设计和施工的重点。文章先概述现代抗震设计思路,再引出现代建筑的抗震设计方法,最后揭秘建筑的加固设计,希望可以为建筑工程设计人员在今后的高层设计工作中提供了一些思路。

关键词:建筑设计;抗震设计

随着建筑结构抗震相关理论研究的不断发展,抗震设计思路也经历了一系列的变化。最初,在未考虑结构弹性動力特征,也无详细的地震作用记录统计资料的条件下,经验性的取一个地震水平作用(0.1倍自重)用于结构设计。高层抗震设计思路经历了从弹性到非线性,从基于经验到基于非线性理论,从单纯保证结构承载能力的“抗”到允许结构屈服,并赋予结构一定的非弹性变形性能力的“耗”的一系列转变。

1 现代抗震设计思路

在当前抗震理论下形成的现代抗震设计思路,其主要内容可归结为:

1.1 合理选择确定结构屈服水准的地震作用

一般先以一具有统计意义的地面峰值加速度作为该地区地震强弱标志值(即中震的),再以不同的R(地震力降低系数)得到不同的设计用地面运动加速度(即小震的)来进行结构的强度设计,从而确定了结构的屈服水准。

1.2 制定有效的抗震措施

制定有效的抗震措施使建筑结构确实具备设计时采用的R所对应的延性能力。其中主要包括内力调整措施(强柱弱梁、强剪弱弯)和抗震构造措施。

现代抗震设计理念是基于对结构非弹性性能的研究上建立起来的,其核心是关系,主要指在不同滞回规律和地面运动特征下,结构的屈服水准与自振周期以及最大非弹性动力反应间的关系。其中R为弹塑性反应地震力降低系数,简称地震力降低系数;而μ为最大非弹性反应位移与屈服位移之比,称为位移延性系数。在抗震设计时,对在同一烈度区的同一类结构,可以根据情况取用不同的R,也就是不同的用于强度设计的地震作用。

2 现代建筑抗震设计

2.1 建筑抗震设防标准

建筑地震设防标准是指未来可能施加于建筑结构的地震作用的大小,其直接关系到建筑结构的抗震能力。某机构认为基于建筑结构性能的设计理论来寻求能有效控制建筑结构可能发生的所有地震波谱的破坏水准。为了实现这个目的,根据不同地震重现期选择所有可能发生的对应于不同等级的地震动参数的波谱,而这些具体的地震动参数被称为“地震设防水准”。建议建筑设防地震等级如表1所示。

建筑结构抗震性能水准表示结构在特定的某一地震设计水准下预期破坏的最大程度。建筑结构和非结构构件的破坏及由其破坏引起的后果,主要用结构破坏程度、结构功能性和人员安全性来表达。不同等级的抗震性能应依据建筑结构的类型、整体结构、竖向和横向承载构件、结构变形、设备与装修和修复使用等方面加以定义,并应该表达为量化指标。建筑结构抗震性能分为三个等级:基本设防目标、重要设防目标和特别设防目标。建筑基本设防目标是一般建筑设防的最低标准;重要设防目标是医院、公安消防、学校、通讯等重要建筑设防的最低标准:特别设防目标是包含核材料等特别危险物质的特别重要建筑的最低建筑设防标准。

2.2 建筑防震设计方法

建筑抗震的概念设计指在进行建筑结构抗震设计时,应着眼于建筑物结构的总体地震的震动反应,按照建筑结构的破坏机制和破坏过程,灵活应用建筑抗震的设计准则,全面而合理地解决建筑结构设计中出现的基本问题。

2.2.1 钢结构建筑设计。钢结构建筑有许多优良的特性。有很好的抗震、抗风性能。钢结构整体刚性好、强度高、重量轻、变形能力强,建筑物自重仅为砖混结构的1/5,抗震性能却是砖混结构的2倍以上,并有很强的抗风性能,有效的保护人民生命和财产安全。建筑钢结构都是由多层水平的楼盖和竖向的柱、墙等组成。楼盖主要承受竖向荷载,而建筑竖向的柱、墙等构件因为建筑高度的变化,其组成方式和受力变形。特性结构体系也有明显的变化。框架、剪力墙及筒体是结构中抵抗竖向及水平荷载的基本单元,由它们及其变体组成了各种结构体系,如框架结构体系、框架-支撑结构体系、框架-剪力墙体系、框架-简体结构体系等。

2.2.2 建筑设计应设置多道抗震设防体系。由于地震的震动往往会持续一定时间,而且震动是往复的。根据对地震的大量研究可以看出,建筑物的倒塌通常是由于地震的持续往复作用,使建筑物的结构造到破坏,从而丧失了对建筑物重力荷载的承载能力。所以,建筑抗震规范提出“强柱弱梁、强剪弱弯”的抗震设计思想。建筑柱桩是建筑主要承受重力荷载的构件,通过科学、合理处理柱与梁之间的强弱关系,使建筑框架梁在地震中先于柱子屈服,出现了塑性铰,从而耗散一定的地震能量,柱桩在建筑抗震中退居到第二道抗震设防体系。剪切破坏属于力学的脆性破坏,而弯曲破坏是材料力学中的延性破坏,破坏后出现塑性铰,建筑结构还能够继续承载。“强剪弱弯”的设计思想则使剪切破坏退居到第二道抗震设防体系。

2.2.3 建筑延性系数设计方法。该方法的实质是通过建立建筑构件的位移延性系数或建筑截面曲率延性系数与塑性铰区混凝土极限压应变的关系,由结构约束箍筋来保证核心混凝土能够满足所要求的极限压应变,从而使建筑构件具有所需要的延性系数。建筑延性包括建筑结构延性、构件延性和截面延性三个方面。

2.2.4 采用能力谱方法进行建筑抗震设计。该方法是通过地震反应谱曲线和建筑结构能力谱曲线的叠加来评估建筑结构在给定地震作用下的反应特性。反应谱是指单自由度体系在给定地震输入下的加速度谱;能力谱是指通过对建筑结构进行静力推的分析,转换得到等效单自由度体系的加速度和位移之间的关系曲线。能力谱方法由Freeman等提出,经过不断的完善和革新。《日本建筑标准法》和美国ATC-40都采用能力谱法作为基于性能,位移抗震设计方法。Chopra提出了将能力谱方法和结构损伤指数评定相结合的屈服位移能力谱的地震损伤分析方法,增加并强化了能力谱法的实用性。因此,能力谱法的实质是采用的基于承载力的设计方法加位移、变形的能力校核,并依据能量的设计方法。对抗震设计的研究表明地震动瞬时能量在大多数情况下对结构最大位移反应具有决定性作用。但要建立基于能量的有效建筑抗震设计框架还需更深入的研究。

3 结语

建筑设计是建筑杭震设计的一个重要方面,建筑设计与建筑抗震设计有着密切关系。它对建筑抗震起着重要的基础作用。一个优良的建筑抗震设计,必须是在建筑设计与结构设计相互配合协作共同考虑抗震的设计基础上完成。为此,要充分重视建筑设计在建筑抗震设计中的重要性,在建筑抗震设计中更好地发挥建筑设计应有的作用。

参考文献

[1] 魏涟.建筑结构抗震设计[M].万国学术出版社,2010.

[2] 徐宜和.高层建筑结构抗震分析和设计的探讨[J].江苏建筑,2004(03).

作者:潘建

第四篇:高层建筑带转换层时非抗震与抗震设计的区别

【摘要】带转换层的高层建筑结构中,由于设置了转换层,沿建筑物高度方向刚度的均匀性受到很大的破坏,转换层结构竖向承载力构件不连续和墙、柱截面的突变,导致传力路线曲折、变形集中和应力集中,因此转换结构的抗震性能较差。抗震设计与非抗震设计在具体结构构件梁、柱及剪力墙的构造配筋上均存在一定区别,结构设计时应进行区分。

【关键词】带转换层;高层建筑;抗震设计

前言

为保证设计的安全性,规定部分框支剪力墙结构转换层的位置设置在3层以上时,其框支柱、剪力墙底部加强部位的抗震等级宜按高规规定提高一级采用,已经为特一级时不再提高,提高其抗震构造措施,而对于底部带转换层的框架-核心筒结构和外围为密柱框架的筒中筒结构的抗震等级不必提高底部带转换层的高层建筑在我国已大量建造,但至今未经受到大地震的考验。其转换层上部楼层的部分竖向构件不能连续贯通至下部楼层,因此,转换层是薄弱楼层,其地震剪力需乘以1.15的增大系数。设计中不要误认为只要楼层侧向刚度满足要求,该楼层就不是薄弱层。

一、带转换层结构的设计原则

带转换层建筑结构总体设计应遵循的如下原则:首先,传力直接,避免多次转换。布置转换层上下主体竖向结构时,要尽量使水平转换结构传力直接,通过结构的合理布置,使不落地的剪力墙通过转换托梁直接传给竖向承重构件,尽可能的避免转换次梁及水平多级转换,实现传力路劲的最短化。其次,强化下部、弱化上部。要保证底部大空间有适宜的刚度、强度、延性和抗震能力,要有意识的强化转换层下部主体结构刚度,弱化转换层上部主体结构的刚度,使得转换层上下部主体结构的刚度及变形特征尽量接近,以避免出现薄弱层。再次,计算全面准确。必须将转换结构作为整体结构中一个重要组成部分,采用符合实际受力变形状态的正确计算模型进行三维空间整体结构计算分析。采用有限元方法对转换结构进行局部补充计算时,转换结构以上至少取2层结构进入局部计算模型,同时应计及转换层及所有楼盖平面内刚度,计及实际结构三维空间盒子效应,采用比较符合实际边界条件的正确计算模型。

二、建筑结构平面布置

关于建筑物的结构平面布置,仅在《高层建筑混凝土结构技术规程》表4.3.3中对建筑物在考虑地震作用时的平面长宽比以及局部凹凸进行明确规定;并且在4.3.5条中对建筑的位移比和周期比进行严格的限制。非抗震设计时,由于对周期比没有严格的限制,故在设计转换层以上的小开间住宅部分的竖向构件时,可以只按照竖向构件的承载力进行设计;作抗震设计时,为了使周期比满足规范要求的限值,必须对建筑物周围的竖向构件进行加强处理,这就人为地增大了转换层上部的建筑物结构刚度,也增加了竖向构件的数量或者截面,同时也会引起转换层下部刚度相应增大。

三、建筑结构竖向布置

考虑地震作用下,仅在《高层建筑混凝土结构技术规程》中4.4.2和4.4.3条对建筑物的侧向刚度进行限制,保证建筑物的侧向刚度的连续。4.4.5条对建筑物的竖向收进和外挑进行限制。

(1)底部大空间为1层时,可近似采用转换层上、下层结构等效剪切刚度比γ表示转换层上、下层结构刚度的变化,γ宜接近1,非抗震设计时γ不应大于3,抗震设计时γ不应大于2。

(2)底部大空间层数大于1层时,其转换层上部与下部结构的等效侧向刚度比γe宜接近1,非抗震设计时γe不应大于2,抗震设计时γe不应大于1.3。由于转换层结构上部建筑多为住宅,根据建筑住宅使用功能的要求,房间分隔较小且对结构梁高进行限制,故造成上部住宅部分的竖向构件柱子或短肢剪力墙数量较多,梁较密。并且转换层上部住宅部分层高一般比下部大开间的商场部分小得多。这些都是造成转换层上部结构刚度远远大于下部结构刚度的客观原因。

四、结构构件承载力设计的区别

《高层建筑混凝土结构技术规程》4.7.1条中规定:无地震作用时,构件承载力设计值大于等于结构作用效应组合的设计值与结构重要性系数的乘值(结构重要性系数的取值在1.~1.1之间);有地震作用组合时,构件承载力设计值大于等于结构作用效应组合的设计值与结构构件承载力抗震调整系数的乘值(结构构件承载力抗震调整系数的取值在1.0~1.33之间)。

以上分析均针对非抗震设计和抗震设计在结构概念设计上的区别,属于确定建筑方案前需要考虑的结构体系对建筑物的总体影响,是非抗震设计和抗震设计在性能设计上的根本区别,需要在建筑方案确定前进行经济综合性比较分析。整体结构概念设计是实现非抗震结构性能经济性设计的根本方向。

五、具体建筑构件单项比较分析

1、框支梁

梁上、下部纵向钢筋的最小配筋率,非抗震设计时不应小于0.30%;抗震设计时,特一、一和二级不应小于0.60%、0.50%和0.40%;加密区箍筋最小面积含箍率在非抗震设计时不应小于0.9ft/fyv;抗震设计时,特一、一和二级不应小于1.3ft/fyv、1.2ft/fyv和1.1ft/fyv。梁截面高度在抗震設计时不应小于计算跨度的1/6,非抗震设计时不应小于计算跨度的1/8;框支梁截面组合的最大剪力设计值应符合下列要求:

无地震作用组合时:V≤0.2βcfcbh0;

有地震作用组合时:V≤0.15βcfcbh0/γRE。

2、框支柱

框支柱截面组合的最大剪力设计值应符合下列要求:无地震作用组合时,V≤0.2βcfcbh0;有地震作用组合时,V≤0.15βcfcbh0/γRE。柱截面宽度,非抗震设计时不宜小于400mm,抗震设计时不应小于450mm;柱截面高度,非抗震设计时不宜小于框支梁跨度的1/15,抗震设计时不宜小于框支梁跨度的1/12;非抗震设计时,框支柱宜采用复合螺旋箍或井字复合箍,箍筋体积配箍率不宜小于0.8%,箍筋直径不宜小于10mm,箍筋间距不宜大于150mm。

3、剪力墙

部分框支剪力墙结构,剪力墙底部应加强部位墙体的水平和竖向分布钢筋最小配筋率,抗震设计时不应小于0.3%,非抗震设计时不应小于0.25%;错层处平面外受力的剪力墙,其截面厚度,非抗震设计时不应小于200mm,抗震设计时不应小于250mm,并均应设置与之垂直的墙肢或扶壁柱;抗震等级应提高一级采用。错层处剪力墙的混凝土强度等级不应低于C30,水平和竖向分布钢筋的配筋率,非抗震设计时不应小于0.3%,抗震设计时不应小于0.5%。

4、一般框架梁、柱、抗震墙

根据对国内外规范最小配筋率取值情况的研究成果,可知各国设计规范梁类构件受拉钢筋最小配筋率取值存在两种体系。一种是对抗震及非抗震情况取用相同的最小配筋率,如美国、新西兰规范。另一种是对抗震及非抗震情况分别取用大小不同的最小配筋率,如欧共体混凝土结构设计规范EC2和抗震设计规范EC8。后者非抗震最小配筋率的取值水准比第一种取值体系明显偏低。

结语

转换层在高层建筑的应用必不可少,每座建筑的结构都有其自身的特点,应根据需要,选择合适的转换层类型。在施工中,还用注意每一环节的施工,在了解各构件特性的基础上,合理的发挥其长处、解决其短处,保证转换层的质量。

参考文献:

[1]赵西安.高层建筑结构实用设计方法[M].第3版上海: 同济大学出版社,2007.

[2]毛华毅.浅谈高层建筑结构设计的若干问题[J].山西建筑,2010,36(9):72-73.

作者:苑金秒

第五篇:建筑抗震设计策略研究

【文章摘要】

我国是一个地壳相对活跃的国家,有数据显示我国共有23条主要地震带,四川汶川地震以来,各级地震更是频频发生,对人民群众的生命安全造成了危害,国民经济损失严重,面对地震带来的惨痛教训,建筑设计师们也应清醒的认识到,建筑不仅要提供相应的功能更重要的是它的安全性,尤其是抗震性。文章研究了建筑抗震设计的几种策略。

【关键词】

抗震设计;建筑;策略

1 建筑抗震设计的重要意义分析

我国是一个地壳相对活跃的国家,有数据显示我国共有23条主要地震带,并且位于世界三大地震带的环太平洋地震带与欧亚地震带之间,由此带来的是我国的地震多方问题。2008年5月12日我国四川汶川地震以来,各级地震更是频频发生,对人民群众的生命安全造成了危害,国民经济损失严重,同时影响了国家的发展。

面对地震带来的惨痛教训,建筑设计师们也应清醒的认识到,建筑不仅要提供相应的功能更重要的是它的安全性,尤其是抗震性。在项目设计的过程中,通常包括建筑设计与结构设计,其中建筑设计方案是一个项目的开始点,由建筑设计师根据投资方投中的设计要求与指标,结合国家的各类标准进行设计。在设计过程当中,设计师首先要在思想上对于抗震设计有着足够的重视,在查阅相关抗震规范的基础上,进行总体设计。在设计时不能只考虑到成,而忽略了抗震需要,如果只是为了节约成本,而降低了抗震标准,一旦大震来临将面临不可估量的严重后果。

2 建筑抗震设计策略分析

2.1 建筑体型设计策略

建筑体型设计应以简洁规则为主要策略。在震后的调查研究中发现,平面形状较复杂的建筑在地震中损坏程序较平面形状规则的建筑物要严得多。很多建筑设计出于美观等各方面原因,建筑物设计不对称侧翼、不规则形状等,在遭受地震侵害时由于受力不均,被破坏严重,而一些形状规则的建筑则受损较轻,有时甚至完好无损。基于此,在进行平面形状设计时不防中规中矩地选择较规则的形状,如圆形、方形、矩形、扇形等均有着很好的抗震性能。尽可能运用对称的设计原则,因为对称的设计往往可以在受力外力拉伸挤压时更好地抵抗不利的扭转。

当然在现代建筑设计特别高层建筑中为了追求标新立异,以及设计的艺术性与美观性往往采用复杂的设计,但在设计时一定不能忽略了建筑结构的抗震设计,要将美观实用与抗震作用有效的结合在一起。

2.2 建筑平面布置设计策略

建筑平面布置设计应以均匀对稱为主要策略。建筑物的平面布置设计反映着建筑物的各空间的功能需求。在无数个震后数据中均显示,由于墙体不对称、钢构不对称等情况造成建筑物在震时出现建筑结构受力不均,造成变形不均匀,不协调,导致扭转地震作用效应,带来局部墙体的破坏、建筑物的损坏。因此在进行平面布置设计时要尽量本着均匀对称的原则来进行设计,当然完全对称是很难在现代建筑设计中实现的,但是在设计时且不可忽略了这一点,片面追求区域的功能性,而使建筑物成为震中危物。

2.3 建筑竖向布置设计策略

建筑竖向布置设计应以钢度分布均匀为主要策略。建筑的竖向布置设计问题在建筑设计中主要反映在建筑物沿高度(沿楼层)建筑结构的质量和刚度分布设计上。对于现代大型建筑设计而言,每一层每一区域都有可能有着不同的功能需求,如在同一建筑中包括商场、超市、写字楼、报告厅、娱乐中心、餐饮中心、电影城、游泳馆、公寓等,那么对于各空间在高度、面积大小、柱子数量、内墙设计等各方面均有不同的需求。那么如何在满足各功能需求的基础上做好防震设计就显得更为重要。

此外,建筑物沿高度分布的质量以及刚度的严重不均与、不协调,皆是由于建筑被赋予了不同的功能,并非都是一致的。在建筑设计中应高度重视某些问题,例如刚度最差的楼层易成为薄弱层,因其不足的抗震承载力难以承受强大的震级。而且沿上下相邻楼层的质量和刚度相差过大,易形成突变。

在具体的实际操作过程中,由于诸多因素的干扰可能导致地震力的传递受阻或不通类似于上下相邻楼层的墙体不对齐,墙体不连续,不到底;上层有柱,下层无柱等。抗震用的剪力墙设置也受到限制,有的则是剪力墙布置严重不对称或数量太少,有的剪力墙(因下层大空间的限制)不能直通到底层(基础层)。所有这些布置,都将给建筑物带来地震作用分布的不均匀、不对称和对建筑物很不利的扭转作用。导致刚度发生突变的薄弱层的严重破坏。多次大地震的震害表明,建筑竖向布置设计上带来的上下楼层刚度的过大变化(突变),给建筑物造成很多破坏,甚至是整个楼层的倒塌。

由上述分析可得,在对建筑进行设计时,要注意一些重要问题,尽量使沿竖向的刚度分布比较接近些,尤其注意的情况是在结构上不设刚度很大的刚度转换层方面。此外,尽量避免一些不必要麻烦影响整体质量,比如避免某一楼层刚度的过小,或是避免产生地震时的扭转效应。

3 总结

作为建筑设计师,应该时刻将抗震设计的重要性放在首位,运用专业的知识进行合理的建筑设计,以期在灾难发生时,能尽可能的保护人民群众的生命安全。

【参考文献】

[1]李国强;许炎彬;孙飞飞.中国建筑结构性能化抗震设计概况[C],崛起中的亚洲:可持续性摩天大楼城市的时代:多学科背景下的高层建筑与可持续城市发展最新成果汇总——世界高层都市建筑学会第九届全球会议论文集 ,2012

[2]李小午.中国古建筑结构(抗震)性能分析[D].北方工业大学 2011

[3]林世镔.建筑物抗震能力研究[D].中国地震局工程力学研究所 2010

[4]黄磊.回应地域自然环境的生态建筑设计策略初探[D].重庆大学 2010

[5]陈静香.日本中小学校建筑抗震防灾经验研究[D].华南理工大学 2010

[6]宋小虎.汶川县城房屋震害分析与楼梯对框架结构抗震性能影响研究[D].华南理工大学 2010

[7]李红培.汶川地震房屋建筑震害分析及重建隔震设计研究[D].西南石油大学 2010

[8]何力.中小学防灾避难设计策略初探[D].重庆大学 2010

作者:周庆杰

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