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關鍵詞:結構設計;隔震設計
Abstract: The earthquake is random, it is difficult to grasp the complexity and uncertainty, in order to accurately grasp and predict the earthquake characteristics and parameters, the scientific community is still unable to do. In summary, seismic design should be based on the basic theory of earthquake engineering and seismic experience, here I only present the isolation design.
Key words: structural design; seismic isolation design
中圖分類號:TU973+.31 文獻標識碼:A文章編號:
引言
傳統的結構抗震設計是依靠增強結構本身的抗震性能(例如強度、剛度、延性)即通過結構本身來儲存和消耗地震能量來抵抗地震的作用,這也就是說傳統的抗震設計是被動的、消極的抗震設計。隔震設計是建筑設計為減輕地震災害而采用的設計新技術,實踐證明,有條件的利用抗震技術來減輕地震造成的建筑災害是完全有可能的。
隔震設計的概念
1.1隔震設計
隔震設計是在基礎與上部結構之間設置由隔振器、阻尼器等組成的隔振層,隔離地震能量向上部傳遞,減少輸入到上部結構的地震能量,降低上部結構的地震反應,以達到預期的防震要求。
隔震設計與傳統抗震設計比較表
傳統抗震 隔震設計
結構體系 加強上部結構與基礎的連接 削弱上部結構與基礎的連接
設計思想 提高自身的抗震能力 隔離地震能量的輸入
方法措施 強化結構強度和延性 濾波
1.2隔震設計原理
大家都知道,當建筑結構體系的總水平力超過結構基底的滑動摩擦力時,建筑結構體系就會產生滑動,反之,結構體系的總水平力小于結構基底的滑動摩擦力時,結構體系就不會發生滑動。對于以剪切變形為主的建筑結構,地震作用可以通過結構的基底剪力來進行衡量。也就是說當F1/F2>1時(在這里F1表示采用滑動減震措施后的最大基底剪力,F2表示表示該結構不產生滑動的條件下地震時可以出現的最大基底剪力。),表示結構雖然采用了隔震設計,但是結構本身未發生滑動,也就是說隔振措施未產生實際效果,這樣的效果等價于傳統的抗震設計。因此隔振措施起作用的先決條件是F1/F2
隔震設計的原理是在建筑的上部結構與地基之間設置隔震系統,適當的增加結構的阻尼,延長結構的震動周期,以此來降低整個結構的加速度的反應程度,同時又使結構的位移集中于隔震層上,使得上部結構自身相對位移很小,就像剛體一樣,結構上基本處于原有的工作狀態,建筑物也就不會發生破壞或者倒塌。隔振系統一般具有豎向剛度大、水平剛度小等特點,且具有能提供較大阻尼的特點。但是該項技術有一個特殊限制條件就是:風荷載以及其他非地震作用的水平荷載標準值產生的總水平力不宜超過結構自身總重力的10%。
1.3隔震層的設置與選擇
1.3.1其中,隔震層的設置最適宜選在結構第一層以下的位置,橡膠隔震層的支座間距最好不要過大,適宜設置在受力較大的位置,其規格、數量以及分布應該根據豎向承載力、阻尼的要求以及側向的剛度三者來通過計算確定,設置的要求是在罕見地震后,隔震層不宜出現拉應力,不應該出現不可恢復的變形。
我們可以通過公式Kh=∑Kj以及公式¢=∑Kj(tj)/Kh來進行計算,其中:Kh表示隔震層水平動剛度;¢表示與隔震層等效的阻尼比;Kj表示第j層支座(包括阻尼器)由實驗確定的水平動剛度;tj表示第j層的隔震支座由實驗確定的等效粘滯阻尼比,若單獨設置阻尼器時,以上公式應該包括相應阻尼器的相應阻尼比;對于Kj,若試驗中發現動剛度與和加載頻率有關時,這時最好采用與相應的隔振體系基本自振周期相應的動剛度值。當隔震支座由實驗確定設計參數時,豎向荷載應保持表一的橡膠隔振支座平均壓力限值。對多地震驗算,宜采用隔震支座的剪切變形為50%的水平剛度和等效粘滯阻尼比且水平加載頻率為0.3hz。對于罕見的地震,當直徑小于600mm時,隔震支座宜采用水平加載頻率為0.1hz且隔震支座剪切變形為大于等于250%的水平動剛度與等效粘滯阻尼比;當隔震支座直徑不小于600mm時可采用水平加載頻率為0.2hz且隔震支座剪切變形為100%的水平動剛度和等效粘滯阻尼比。
表一:橡膠隔振支座平均壓力限值
1.3.2隔震層以上的隔振措施應當符合如下隔振措施要求規定:首先,上部結構和地面之間,必須設置明確的水平隔振縫,這時若不能確定水平隔縫時,至少應設置水滑移墊層;其次,隔震層以上結構應至少滿足不阻尼阻礙隔震層在罕見地震下所采取的隔振措施,也就是說上部結構的周圍應當設置防震縫,縫的寬度大于等于隔震支座在最大的地震作用下的最大位移的1.2倍;最后,對丙類建筑物在隔震層以上的抗震措施而言,當水平方向減震系數為0.75時,不應當降低非隔振時的有關抗震措施。當水平方向減震系數小于等于0.5時可適當降低相應要求,但是,這時候抵抗豎向力的抗震設施標準必須不能降低。
比如,根據設計驗算隔震后現澆混凝土結構的抗震等級應該如下表所示:
隔震后現澆混凝土結構的抗震等級
二、其他相關設計規定
2.1隔震支座和阻尼器的連接構造要求。
對于隔震支座和阻尼器的安裝設計,應當在便于檢修人員施工的部位。對于隔震支座上部以及基礎結構之間的連接件,應具有傳遞罕見地震下支座的水平剪切力的能力,抗震墻下的隔震支座的間距小于或等于2.0m。最后,外露的預埋件應具有可靠地防腐措施,其中預埋件的錨固鋼筋應要與鋼板焊牢固,錨固筋的錨固長度不宜大于20倍的鋼筋直徑而且不應當小于250mm。
2.2隔震層部構造連接要求
在隔振層頂部應當設置梁板式樓蓋,并且應符合如下要求:當采用裝配式或現澆混凝土板時,配筋現澆面層厚度不應小于50mm,現澆板的厚度應當大于等于140mm。隔振支座的縱向以及橫向梁應采用現澆混凝土結構;隔震層頂部梁板的剛度以及承載力,最好大于一般樓面梁板的剛度和承載力設計要求。
2.3特殊要求
為使得設計的隔震機構能夠達到預期的隔震目標,除了要滿足一般的使用要求外,還應滿足:能夠穩定的支撐建筑物,水平剛度適中,能夠適應建筑物與地基之間的相對位移,在強震的作用下,當隔震系統發生大變形時不產生是問現象。
隔振結構的使用范圍。
1.醫院、銀行、保險、通訊、消防、電力等重要建筑物;2.首腦機關、指揮中心以及放置貴重設備、物品的書房等;3.紀念性的建筑物、一般工業與民用建筑。
結語
抗震設計的原則為頻繁地震作用下,建筑物基本上不產生損壞;在罕見地震的作用下,建筑物允許產生破壞但是不倒塌。經過抗震設計的建筑物,不能避免地震時的強烈晃動,當遭遇強大地震時,雖然可以保證人身安全,但不能保證建筑物及其內部設備及設施的安全,而且建筑物由于受到嚴重破壞時常常會遇到不可修護的境遇,若采用隔振就可以避免這些的發生。建筑結構設計是合理運用可行性方案,合理的選擇構建的組成材料,做到社會與環境的和諧統一,美學、技術、適用的有機集合。運用新思想、新策略打造建筑結構設計第一品牌。真正做到建筑物的適用性。
參考文獻
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【關鍵詞】房屋,建筑結構,抗震設計,要求
中圖分類號:TU318 文獻標識碼:A 文章編號:
一.前言
由于經濟發展速度加快,社會需求不斷增多,使得建筑的高度不斷加高,形態愈加復雜,建筑結構中抗震設計也趨于多樣化。我國作為一個多震國家,結構設計中應注重抗震設計,良好的抗震設計和抗震措施至關重要??拐鹪O計中,要進行地基基礎的抗震設計??拐饦嬙齑胧┦墙Y構設計的重要內容。針對房屋建筑結構中的抗震設計要求,進行結構抗震設計和抗震措施,在結構設計與建筑施工中,應熟悉各種結構設計的抗震構造措施。
二.建筑結構抗震設計的基本要求
地震作用越大,房屋抗震要求越高。不同設防烈度和場地上,結構的實際抗震能力會有差別,結構可能進入彈塑性狀態的程度不同。震害表明,未經抗震設計的鋼筋混凝土結構,在7度區只有個別構件破壞,8度、9度破壞增多,因此,對不同設防烈度和場地可以有明顯差別。結構的抗震能力主要取決于主要抗側力構件的性能,主、次要抗側力構件的要求可以有區別。如框架結構中的框架與框架――抗震墻結構中的框架應有所不同。房屋越高,地震反應越大,其抗震要求越高。綜合考慮地震作用,結構類型和房屋高度等因素劃分抗震等級進行抗震設計,可以對同一設防烈度的不同高度的房屋采用不同抗震等級設計;對同一建筑物中結構部分采用不同抗震等級。
三.影響建筑抗震的因素分析
1.建筑抗震取決于所選取建筑結構形式
為實現“小震不壞、中震可修、大震不倒”的抗震目標,新版《建筑抗震設計規范》中取消了磚混內框架結構,提高了磚混結構建筑的設計要求。目前普遍使用的框架-剪力墻結構、剪力墻結構、框架結構三種結構形式中,框架-剪力墻結構的抗震性能最為突出,剪力墻次之。單純的框架結構造價雖然抗震性能不如前兩種,但其造價較低,施工技術成熟,是目前最為常見的結構形式。根據建筑當地的實際情況,結合建筑的使用功能,選取合適的結構形式,對于建筑抗震意義重大。
2.建筑抗震取決于適宜的抗震措施
在場地類型不同的情況下,抗震措施主要由建筑的不同等級決定。在確定建筑等級及場地類型之后,將先進的抗震理念和系統的分析計算納入到抗震措施設計中,即可改善建筑抗震設計,提高建筑抗震效果。
3.影響房屋建筑抗震性能的因素
房屋建筑抗震性能取決于場地選擇、施工質量等其他因素。建筑工程場地選擇不當等造成施工質量下降,這些因素都可能對建筑結構的抗震性能造成重要影響。選擇建好的工程場地、加強施工質量監督,對于提高建筑抗震性能是十分必要的。
四.建筑抗震設計具體分析
抗震設計的重要基本要求就是要確保房屋基礎構造的延性設計要求得以保證,能夠在建筑結構延性問題上設立多道防線,以此才能避免建筑結構脆性過大造成的構造強度失衡、失控的現象發生,從而影響其抗震性能及成果。因此,這就需要做好以下幾點把握。
1.周全考慮房屋建筑選址問題在房屋工程項目立項之初,就要周全考慮好能夠發揮抗震成果的選址問題,如健全周到考慮好土體結構、地質、地貌等問題,并要預測分析地震活動發生時建筑構造的承受能力,且要記錄相關技術資料檔案中,待實地考證時能夠綜合評價。此外,還要避開影響建筑構造抗震效果發揮的不利區域、地段等,當避無可避時應當立足實際采取合理控制措施
2.加強建筑構造規劃研究
由于地震發生時建筑結構本身會發生應力過于集中、突破塑性變形彈性極限等的可能,進而形成結構抗震薄弱部分。因此,建筑構造設計應能保證建筑結構延性、安全度、以及選取合適的建筑平面、剖面進行設計,既要保證建筑結構強度穩定,又能避免建筑脆性過大而延性過小的負面現象發生。
3.保證地基與基礎設計要求當房屋項目工程的地基土體為粘性土、軟土、液化土、以及不均勻沉降土時,應當評估好地基的基礎沉降是否在預控范疇之內,是否發生嚴重不規則沉降現象,從而才能有針對性的采取防控措施。
4.滿足建筑構造體系設計要求
抗震性能價值體現是建筑構造體系設計中的重要組成部分。因此在構造設計上就要綜合分析、周全考慮、能夠統籌把握好各項綜合因素。如考慮好抗震防御等級、抗震強度控制指標、項目建設場地、以及基礎地基處理、供應材料的質量體系要求、現有技術規模等問題。
5.確保建筑構造的構件要求
(一)房屋建筑工程的結構基礎構件設計應當滿足相關規程標準、要求,如混凝土的圈梁、構造柱、芯柱、或者配筋砌體等的質量建設體系要求就必須能夠保證。
(二)要保證混凝土結構合理設計,在建筑的具體結構構件應能具備尺寸合理、縱向承重鋼筋及箍筋的強度達到設計標準,目的是控制剪切破壞先于彎曲破壞發生的可能,以及防止鋼筋屈服而引起的構件塑性變形遭受破壞發生。
(三)鋼結構建筑施工時能夠保證其構件尺寸、規格、數量合理,進而才能避免整體構造抗震成果發揮不利、結構失穩的現象發生。最后,還要周全考慮好建筑構造構件之間的鏈接、銜接性的體現,控制好構件節點的穩定性,保證其在地震發生時的塑性破壞能夠晚于其他結構構件,進而才能增強建筑結構的整體穩定性與安全度。
五.建筑結構設計抗震關鍵措施和設計方法
1.建筑結構抗震措施要點
(一)房屋建筑結構設計要從建筑的全局出發,全面考慮各種建筑部位的功能,在此基礎上,科學設計每個部分的構件,保證每個部件之間的契合,促使每個部件或者是若干部件組合起來可以完成某一特定的設計要求,滿足一定的現實需求,同時,通過抗震設計,使得每個構件都可以具有相應的承載力,當地震來襲,每個構件都可以有著一定的次序先后破會,整體組合構件將會有著更強大的承載力和柔性,從而延緩地震破壞的速度,消耗爆發的能量。增強建筑的整體抗震能力。
(二)要嚴格選擇地基選址,地基選址是進行建筑結構設計的基礎,因此,在建筑結構抗震設計中,要科學避開山嘴,山包,陡坡,河流等不利因素,要本著堅硬,牢固,平坦,開闊的選址原則。親身實地,利用先進技術設備,進行地質勘探,山石水土監測,并取樣論證,科學嚴謹分析。力求使得整個地基牢固可靠,地質穩定無滲漏,無坍塌,無暗河,無熔巖,無火山……從而保證整個地基不會因為承載而發生小范圍的坍塌。影響到整體承載能力和抗震能力設計。
(三)采用合理的建筑平立面。建筑物的動力性能基本上取決于其建筑布局和結構布置。建筑布局簡單合理,結構布置符合抗震原則,通過無數次的實驗表明,簡單、規則、對稱的建筑結構抗震能力強,對延緩地震烈度范圍延伸,消耗地震的能量,減少地震對整體結構的破壞,而且,對稱結構容易準確計算其地震反應。
(四)選擇合理的結構形式??拐鸾Y構體系是抗震設計應考慮的關鍵問題。建筑結構抗震設計中,不同結構的抗震結構體系的承載力受到抗震設防烈度、建筑高度、場地條件以及建筑材料、施工條件、經濟條件等多種條件的影響,因此房建結構抗震設計要綜合考慮,做到科學選擇,嚴謹設計。
(五)結構良好的延性有助于減小地震作用,吸收與耗散地震能量,避免結構倒塌。因此,結構設計應力求避免構件的剪切破壞,爭取更多的構件實現彎曲破壞。
六.結束語
因為涉及到人類生命財產安全的重要問題,建筑物的抗震問題是目前建筑結構設計界討論比較多的話題之一。因此,我們在對建筑物進行結構設計的時候,必須把房屋建筑結構中的抗震設計要求放到非常重要的位置,并采取適當的措施,盡量避免地震對建筑物的損壞,為保障人民的生命及財產作出應有貢獻。
參考文獻:
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關鍵詞:磚混結構;房屋建筑;抗震設計
Abstract: the multi-layered brick structure is the main form of the structure of the multilayer residence, is the people's living of the main places, the seismic performance is directly related to the people in the future the possibility of earthquake disasters and property safety of life. In this paper, the structure of the brick in the aseismic design makes an analysis of the problems, and put forward the corresponding brickconcrete building seismic design of the measures.
Keywords: brick structure; Housing construction; Seismic design
中圖分類號:TU973+.31文獻標識碼:A文章編號:
多層磚混結構是當前多層住宅的主要結構形式,是人民生活居住的主要場所,其抗震性能好壞直接關系到廣大人民在未來可能發生的地震災害中的生命、 財產安全。建筑師為了追求更好的建筑效果和更合理的使用功能,在多層磚混結構房屋的設計中追求豐富建筑造型、靈活平面布置、 大開間、 大門洞、 大懸挑,甚至通窗效果等,必將大大削弱房屋的抗震能力, 從而導致房屋的破壞和倒塌??梢?提高抗震設防地區建設工程的抗震設計質量,是非常重要的。
一、磚混結構建筑物抗震設計方面的存在問題
1、平面不規則。 對于結構平面布置不規則的磚混結構 ,建筑物質心與剛度中心往往不易重合, 在地震作用下會產生扭轉效應, 大大加劇地震的破壞力度;平面布局凹凸不齊 ,局部突出的尺寸太大, 外墻拐角過多, 地震時產生應力集中現象, 結構易受破壞;平面剛度不均勻。建筑設計要求虛實對比, 使窗間墻寬窄不一, 使窗間墻剛度分布不均, 地震時變形不協調 ,寬墻段因剛度大而容易受剪破壞 ,窄墻段則易發生彎曲破壞 ,致使薄弱部位提前破壞 引起結構整體破壞。
2、豎向剛度不均勻。 由于建筑使用功能的需要, 局部設置大空間房屋 ,造成豎向墻體不連續, 產生剛度突變和出現薄弱層 。轉換承重梁過多, 傳力復雜, 對抗震極為不利; 建筑立面設計過分追求立面效果, 出現 “頭重腳輕” 造成房屋重心過高。 有些建筑物采用錯落的立面, 突出屋面建筑部分的高度過高 ,地震時發生鞭梢效應而造成結構豎向強度和剛度的不均勻 。外墻窗尺寸越來越大 ,而窗間墻尺寸則越來越小 ,有的開間甚至取消整門外墻 ,在外墻上設帶形通窗 、玻璃幕墻 ,使外縱墻幾乎完全喪失抗震能力。地震時變形不協調 ,薄弱部門提前破壞引起結構整體破壞。
3、局部大懸挑。磚混結構建筑物由于其結構特性使立面造型相對而言比較呆板或單一, 因而設計人員喜歡用大懸挑結構來創造新穎的空間體量構圖, 超出規范規定, 并且附屬構件復雜且過多。 為突出立面效果 ,屋頂女兒墻設置過高, 超出現行建筑抗震設計規范中相應的規定。
4、磚混結構建筑物設計中構造柱設置過多, 抗震磚墻不足 。資料表明, 磚墻增設構造柱后能提高磚混結構建筑物體側向擠出塌落的約束作用 ,設置鋼筋混凝土構造柱能使砌體的抗剪承載力顯著提高 ,提高砌體的變形能力 ,是有效的抗倒塌措施。 但構造柱對墻體的抗裂效果不明顯 ,一些磚混結構在墻體數量少, 抗震不足時, 往往以增加構造柱來彌補, 造成構造柱兩側的磚砌體長度不足 ,致使構造柱不能有效地與磚砌體協同工作 ,形成了“ 頭重腳輕”的結構體系 ,對抗震極為不利。
5、鋼筋混凝土圈梁設置偏多、 斷面偏大 ,而結構構件的連結不足 ,在磚混結構建筑物中合理設置沿樓板標高的水平圈梁 ,可加強內外墻的連接, 增強房屋的整體性 ,防止房屋傾覆破壞。 但是, 若墻體本身的抗震強度差, 即抗震磚墻數量不足或結構布置不合理 ,而僅靠增設圈梁 ,加大其截面尺寸或提高配筋面積來提高結構抗側力是不能滿足抗震要求的。
二、提高磚混結構建筑物抗震設計質量的措施
1、對建筑平面和立面進行科學布局。建筑平面和立面的規整性是整個結構設計中一個十分基礎 、重要的內容。 抗震設計中, 建筑平面 、立面宜盡可能簡潔、 規則, 結構質量中心與剛度中心相一致。 對于結構平面布置不規整的房屋質心與剛度中心往往不容易重合, 在地震作用下會產生扭轉效應, 大大加劇地震的破壞力; 對體型不規則的房屋應注意偏離結構剛心遠端墻段的抗震驗算。 建筑立面應避免頭重腳輕, 房屋重心盡可能降低, 避免采用錯落的立面 ,突出屋面建筑部分的高度不應過高 ,以免地震時發生“鞭梢效應”, 同時應控制好結構豎向強度和剛度的均勻性。
建筑設計應符合抗震概念設計的要求, 不應采用嚴重不規則的設計方案, 即使不可避免 ,也應盡量在適當部位設置防震縫 ,將體型復雜 、平面特別不規則的建筑布局分割成幾個相對規則的獨立單元。 在實際工程設計中, 應盡可能在兼顧建筑造型又滿足使用功能要求的前提下, 將平面布置、 立面外觀造型設計得較為規整 、簡潔 、美觀大方 ,同時又能有效地提高工程的抗震性能。
2、合理布置縱墻和橫墻
多層磚混房屋的主要承重構件是縱、 橫墻體,在地震中主要由于承重縱、 橫墻在地震力作用下產生裂縫,嚴重者會出現傾斜、 錯動 、倒塌等現象,進而使房屋造到破壞;所以合理布置縱 、橫墻對提高房屋抗震性能起到很大的作用。多層磚混房屋應優先采用橫墻承重或縱橫墻共同承重的結構體系,縱 、橫墻的布置宜均勻對稱,沿平面內宜對齊,沿豎向應上下連續,同時一軸線上的窗間墻寬度宜均勻。 房屋的空間整體剛度和整體穩定性決定著房屋抗震能力的高低,多層磚混房屋一般采用縱墻或橫墻承重,由于非承重方向的約束墻體少,間距大,因而房屋該方向剛度較弱,空間剛度和整體性均較差,拉震能力低;在高烈度地區,墻體由于平面外的失穩而先行破壞,進而引起整個房屋倒塌 而在兩個方向適當布置縱橫 、墻混合承重的房屋,由于其限制了縱 橫墻的側向變形,增強了空間剛度和整體性,對承受縱 、橫兩個方向的水平地震作用及抗彎、 抗剪都非常有利 。墻體布置時,應盡量采用縱墻貫通的平面布置,當縱墻不能貫通布置時,可在縱橫墻交接處采取加強措施,也可在縱、 橫墻交接處增設鋼筋混凝土構造柱,并適當加強構造配筋;必要時還可以每隔一定高度放置水平拉結構筋,以加強房屋整體性,防止縱 、橫墻交接處被拉開。
3、增強砌體房屋的剛度和整體性
房屋是縱、 橫向承重構件和樓蓋組成的一個具有空間剛度的結構體系,其抗震能力的強弱取決于結構的空間整體剛度和整體穩定性。 剛性樓蓋是各抗側力構件按各自側移剛度分配地震作用的保證。 現澆鋼筋混凝土樓板及屋蓋具有整體性好、 水平剛度大的優點, 是較理想的抗震構件, 不但可消除滑移 、散落問題, 增加房屋的整體性, 增大樓板的剛度, 而且對平面上墻體對齊的要求也可予以適當放寬 ,因作為以剪切變形為主的砌體結構, 層間變形是可控制的 。較強的樓板及屋蓋水平剛度使荷載傳遞具有良好的條件,平面上當上下墻體不對齊時 ,現澆樓板及屋蓋能起到一定的傳遞水平力的作用, 同時樓板、 屋蓋現澆增加了樓板對墻體的約束 。因此, 采用現澆樓板 、屋蓋是一種較好的增強樓房結構空間剛度和整體穩定性的方法,在適當的部位增設構造柱, 并配置些構造鋼筋, 也能達到增強結構整體性的作用 ;另外設置配筋圈梁可限制散落問題, 增強空間剛度, 提高結構整體穩定性 ,從而提高房屋的抗震性能。
4、設置房屋圈梁和構造柱。多次震害調查表明,圈梁是多層磚房的一種經濟有效的措施,可提高房屋的抗震能力,減輕震害 。在多層磚混房屋中設置沿樓板標高的水平圈梁,可加強內外墻的連接,增強房屋的整體性。 由于圈梁的約束作用使樓蓋與縱 、橫墻構成整體的箱形結構,能有效地約束預制板的散落,使磚墻出平面倒塌的可能性大大降低,以充分發揮各片墻體的抗震能力。 圈梁作為邊緣構件,對裝配式樓 、屋蓋在水平面內進行約束,可提高樓蓋,屋蓋的水平剛度,同時能保證樓蓋起一整體橫隔板的作用 圈梁與構造柱一起對墻體在豎向平面內進行約束,限制墻體裂縫的開展,且不沿伸超出兩道圈梁之間的墻體,并減小裂縫與水平面的夾角,保證墻體的整體性和變形能力,提高墻體的抗剪能力 。設置圈梁還可以減輕地震時地基不均勻沉陷與地表裂縫對房屋的影響,特別是屋蓋和基礎頂面處的圈梁具有提高房屋的豎向剛度和抗御不均勻沉陷的能力 ?,F澆鋼筋混凝土圈梁的設置應符合現行建筑抗震設計規范的要求 現澆鋼筋混凝土圈梁應閉合,遇有洞口應上下搭接,圈梁宜與預制板設在同一標高處或緊靠板底。
多次實驗表明,磚墻增設構造柱后能提高磚混房屋的延性,發揮防止磚砌體側向擠出塌落的約束作用;設置鋼筋混凝土構造柱能使砌體的抗剪承載力提高10-30% ,提高砌體的變形能力,是有效的抗倒塌措施。 另外,在多層磚混房屋中合理地設置構造柱,能起到增強房屋整體性的作用,還可以利用其塑性變形和滑移摩擦來消耗地震能量,從而大大提高抗震能力。
在抗震設計時,體現以預防為主的設計思想 ,達到 “小震不壞 、中震可修、 大震不倒 ”的設防目標。 對于建設工程只有在抗震設防 、抗震設計和施工質量這三方面都符合要求 ,才能確保建筑工程具備合理的抗御地震的能力。
【關鍵字】抗震設計;房屋;建筑結構;設計;應用
地震,作為破壞力極強的自然災害,其突發性及不可預測性十分突出,為保障人們的生命財產安全,需要確保房屋建筑具備良好的抗震能力。在房屋建筑結構設計中,需要充分重視抗震設計,明確抗震設計過程中應遵循的基礎性原則,探究建筑結構抗震設計中可以應用的基本方法,確保房屋建筑具備良好的抗震能力,保障建筑功能實現及使用安全。結合某住宅建筑為例,探究抗震設計在房屋建筑結構設計中的應用。
一、工程概況
某小區住宅二期五棟住宅工程,其建筑總高度為95.20m,地下設計為2層,地上建筑為31層,建筑面積為11261.5O。建筑主體采取框架剪力墻結構。該住宅建筑為丙類建筑,在建筑結構抗震設計中,其抗震設防烈度為7度,地震基本加速度值為0.15g,其結構抗震等級具體如下表所示:
表1:某住宅建筑結構抗震等級參數表
為了確保建筑結構抗的震能力,對其抗震設計原則及方法進行探究。
二、房屋建筑結構設計中抗震設計需要遵循的基礎性原則
為保障房屋建筑結構抗震設計質量,保證抗震設計方案的可操作性與可行性,要求在抗震設計中遵循以下基礎性原則:
(一)確保建筑結構構件其性能符合設計要求
在進行房屋建筑結構設計時,需要確保建筑結構構件的剛度、承載能力、延性、穩定性等屬性參數可以滿足抗震的基本要求。結構構件設計時,需要依據墻柱弱梁、強剪弱彎、強節點弱構件的基本設計原則。在結構構件設計過程中,可能存在著構件薄弱問題,為此,需要采取措施提高其抗震能力,例如調整地震力系數。
(二)確保建筑結構設置抗震防線數量
抗震結構體系是由若干具備一定延性的分體系構成,通過應用具備延性的結構構件進行分體系連接,從而實現抗震結構體系構建。如在該建筑工程中,其建筑為框剪結構,框剪結構是由延性框架與剪力墻兩大分體部分構成,由多肢剪力墻體系組成。在出現地震后,多會伴隨發生多次余震,如在建筑結構中僅僅設計有一道抗震防線,則該住宅建筑在經過第一次地震破壞影響后,還需要承受余震帶來的損害,通過損傷積累,最終引起建筑物承載力不足,抗震能力喪失最終倒塌。
(三)確保房屋建筑結構構件強弱關系處理的科學性
在房屋建筑結構抗震設計中,需要針對構件強弱關系進行科學化處理。在樓層內其耗能構件出現屈服后,剩余抗測力構件則仍處于彈性階段,這種處理方式,能夠確保有效屈服保持較長階段,提高建筑結構抗倒塌能力與延性能力。如抗震設計中存在著部分構件超強,則會導致其他構件相對薄弱,為此,應科學處理構件強弱關系,保障建筑結構抗震性能。
該住宅建筑在進行抗震設計時,綜合考慮住宅建筑區域條件,考慮建筑工程實現,遵循抗震設計基礎性原則,保障了住宅建筑抗震設計效果。
三、房屋建筑結構設計中的抗震設計基本方法探究
當前,房屋建筑結構設計中的抗震設計基本方法主要包括概念設計方法、結構消能減震及隔振設計方法、抗震構造設置等。
(一)概念設計方法
建筑抗震概念設計其基礎設計思想與設計原則來源于對地震災害的認知與建筑工程經驗,在其設計思想與原則的指導下,進行房屋建筑總體結構設計,并在此基礎上進行細部構造設計。然而地震其突發性十分強,且地震震動存在著隨機性,這種實際的存在,導致無法準確預測建筑工程所可能會遭受的破壞力度及相關參數值,為此,在抗震設計過程中,不能單純依賴于相關計算的結果,還需要綜合考慮區域實際,結合抗震設計相關理論知識與工程經驗進行綜合性設計。
采取概念設計方法進行抗震設計,第一步需要做好建筑選址工作,在確定建筑地址階段,需要規避抗震危險地段,選擇出對于開展抗震具備積極因素的地基與場地。通過調查找出工程施工區域地震活動狀況,地質勘察獲得工程地質狀況,抗震設計人員需要綜合考慮多種因素,盡量選擇在開闊且地基密實均勻或堅硬的持力層地段。建筑施工應避免在軟弱土、液化土、邊坡邊緣、土層狀態不均勻等地段進行施工。第二步,需要確保平面布置的合理性。建筑整體結構設計與建筑布局直接決定了建筑物動力性能。如建筑布局更合理,更簡單,其結構設計滿足抗震原則,則可以更好保障建筑物具備良好抗震性能。一般在進行房屋建筑平面布置時,多體現出對稱性,確保建筑剛度與質量變化具備一定均勻性,避免出現樓層錯層等問題。
(二)結構消能減震及隔振設計方法
結構消能減震及隔振設計方法屬于一種主動的抗震對策。該方法在房屋建筑體系中設置有隔震層,通過隔震層對地震能量進行阻隔,或在建筑抗測力結構中,設置消能器,通過消能器降低地震能量。這種設計理念,主張通過應用橡膠隔震支座或阻尼器,設置于房屋建筑底部,從而延長構件振動周期,提高阻尼,消減地震能量,保障建筑安全性。、
(三)抗震構造設置
抗震構造措施屬于房屋建筑結構設計的重要內容。房屋構造設置是否合理,直接影響著建筑結構抗震性能。不同房屋建筑,其建筑主體結構類型存在著較大差異,其構造措施不同。針對磚混結構工程,應依據樓板標高進行水平圈梁設置,盡量加強內墻與外墻之間的連接,提高房屋建筑整體性。圈梁屬于邊緣構件,可以有效提升層蓋水平剛度,降低不均勻沉降對建筑的影響。
在該住宅建筑結構設計中,采取多種抗震設計方法,綜合考慮建筑實際,保證建筑地基穩定性,合理設置建筑布局,應用結構消能減震及隔振設計,降低地震對建筑結構所帶來的影響,通過設置抗震構造,如砌體結構圈梁鋼梁構造,示意圖如下:
圖1:砌體結構圈梁鋼梁構造參數圖
采取綜合抗震措施,確保了該住宅建筑抗震設計方案的合理性與可行性,實踐證明,其抗震性能良好,有效保障了建筑運行安全性。
四、結語
高層建筑逐漸成為城市建筑的主體,為確保高層建筑應用性能及安全性,需要在建筑結構設計中重視并確保抗震設計的可靠性。本文結合工程實例,對抗震設計中應遵循的基礎性原則進行探究,從概念設計方法、結構消能減震及隔振設計方法、抗震構造設置三個方面分析抗震設計方法,實踐證明,采取有效的抗震設計,可以有效保障建筑安全性,有助于實現其綜合效益。
參考文獻
[1]張志文.房屋建筑結構抗震設計常見問題分析與解決措施[J].科技資訊,2013,(14):52.
關鍵詞:房屋建筑工程;結構設計;基礎設計;可持續發展
中圖分類號:TU198文獻標識碼: A 文章編號:
引言
建筑行業在發展過程中給我國帶來了巨大的經濟效益和社會效益,提高房屋建筑工程的安全性和可靠性成為建筑行業發展道路上至關重要的一個問題,在對房屋建筑進行設計的過程中,房屋建筑工程結構設計是否具有科學性和合理性直接影響著房屋建筑工程的整體質量。
一、房屋建筑結構設計遵循原則
設計人員在對房屋建筑工程進行結構設計時需要遵循幾個原則,首先設計人員在進行結構設計的過程中一定要從整個房屋建筑工程的整體著手,需要與業主進行良好的、有效的、及時的溝通,確保房屋建筑結構設計既符合客觀方面的需要,也符合主觀方面的需求;其次,設計人員在設計過程中要有提前量,現代的房屋建筑工程在進行基礎設計的過程中,將重點都放到了房屋建筑工程的地基、基礎、以及一些上部結構的構件(例如梁、板、柱、樓梯、雨篷等)方面,但是還是有一定的弊端,因為很多的房屋建筑結構設計中的基礎設計并沒有完全的結合實際情況,所以在施工過程中很容易遇到設計與實際情況不符的問題。
二、房屋建筑結構基礎設計經常采用的幾種形式
1、墻下條形基礎設計形式
大多數的房屋建筑工程在進行基礎結構設計時,都會采用墻下條形基礎設計的形式,而在墻下條形基礎形式當中,混凝土剛性基礎和鋼筋混凝土柔性基礎更為常見一些,混凝土剛性基礎的抗壓性能較好、但是在抗拉性及抗剪性方面的性能就稍微差了一些,比較適用于低層的房屋建筑工程;而鋼筋混凝土柔性基礎在抗拉性、抗壓性、抗彎性及抗剪性方面的性能就比較平均和優秀一些,比較適用于地基承載能力較差、上部荷載較大以及基礎埋深較大的房屋建筑工程。
2、獨立基礎設計形式
獨立基礎一般分為剛性獨立基礎和柔性獨立基礎兩種,通常獨立基礎設計形式別廣泛的應用在柱下基礎使用當中,以柱荷載偏心距為參考依據,決定基礎斷面是方形還是矩形。根據科學的調查分析表明,目前在我國,大多數的工民建工程施工中都采用了獨立基礎的設計形式,并且取得了十分優異和可喜的成績,發展前景十分不錯。
三、房屋建筑結構設計中的基礎設計過程中需要注意的問題
1、結構平面圖的繪制問題
繪制結構平面圖屬于房屋建筑工程施工前期的準備工作,設計人員在繪制房屋建筑工程的結構平面圖時,需要從整體出發,從大局出發,需要把國家利益和人民群眾的生命財產安全放到首位,在設計過程中需要充分的考慮房屋建筑工程的防火等級、抗震等級、防水等級以及保溫等級,其中,抗震等級最為重要,同時,設計人員在設計過程中還需要充分的考慮到房屋建筑工程的整體及局部的受壓性。
2、屋面結構圖的設計問題
一般而言,房屋建筑工程的屋面都為坡形,當建筑板之間的空隙過大,就采用梁板式的樓板;如果建筑板之間的空隙不大,就采用折板式的樓板,確保屋面結構圖的設計與房屋建筑工程的整體設計能夠相融合。
3、大樣詳圖的設計問題
設計人員在繪制房屋建筑工程的大樣詳圖時,需要確保圖紙的細致性和全面性,設計人員在繪制過程中,需要從提高房屋建筑工程的整體的受力性的角度出發,同時,力爭在最大程度上保證房屋建筑工程外形、結構以及尺寸的一致性。
4、樓梯方面的設計問題
設計人員在對房屋建筑工程的樓梯結構進行設計的過程中,主要需要考慮的就是樓梯板的撓度問題,需要保證上下層之間樓梯梁位置的一致性和精準性,同時,設計人員還要注意首段的樓梯板的基礎沉降問題,如果在房屋建筑工程需要的情況下,可以在一定程度上對樓梯梁進行統一的、規范的設置。
5、基礎方面的設計問題
設計人員在對房屋建筑工程的基礎進行設計的過程中,需要結合房屋建筑工程的實際情況進行設計,做到具體問題、具體分析,保證基礎設計的科學性和合理性,在對混凝土的選用方面,還需要注意考慮到結構的適用性和耐久性,以荷載為參考依據對基礎的寬度進行及時的、適當的調整,為房屋建筑工程整體的結構的合理性提供保障。
四、房屋建筑基礎隔震系統
1、基礎隔震的基本原理“隔離避讓”、“以柔克剛”是隔震技術設防策略的立足點。基礎隔震結構的基本原理就是在建筑物的基礎和上部結構之間安裝隔離設備(如隔震器、阻尼器等組成的系統),在水平方向形成一個剛度較小的隔震層,用來對整個體系的剛度K和阻尼C進行調整,從而使結構的自震頻率發生改變,使結構的自震周期延長,這樣就能夠使結構的吸能和耗能的能力得到大幅提升,結構的地震反應大大減小,削弱地震對上部結構的破壞力。我們可以利用結構的動力微分方程對這一基本原理做出合理的解釋。2、基礎隔震的特點基礎結構的顯著特點就是由于隔震層的安裝,整個結構的力學性能產生了很大的變化,主要起到兩個方面的作用:
(1)由于隔震層的剛度較小,這樣就使得地震作用產生的變形集中在隔震層,層間的變形大大減小,上部結構呈“整體移動”,使得上部結構構件避免了因發生大變形而損壞;
(2)結構自震周期T的延長,大大降低了上部結構的加速度,這樣室內人員就不會發生嚴重不適的情況,同時防止室內設施及物品大量的損壞,保障建筑物在震中及震后的使用,降低地震次生災害發生幾率。3、基礎隔震結構設計注意事項基礎隔震是目前使用最廣的一種隔震形式,也是最基本的隔震結構形式,其設計時需要注意以下幾個方面的事項:(1)由于隔震層部分要比建筑物基礎大,因此周邊的場地要充足。(2)隔震層設檔土墻,其上部還存在墻外狹道等,所以必須保證不會因為上部結構在地震時的移動產生其他問題。(3)隔震建筑物和周圍建筑物的聯系通道必須適應相對變形,保證通暢無礙。(4)隔震裝置的安裝位置要方便檢查和更換。(5)一般情況下需采用柔性連接,或球型接點,保證隔震層的變形和位移不影響設備管線,同時安放裝置及檢修空間也要考慮。4、建筑基礎隔震結構設計
4.1隔震支座的選型與布置
隔震結構的主要構件就是隔震支座,通常選用疊層橡膠支座。它是由橡膠和鋼板交互疊置在一起的。由于橡膠的彈性模量很小,可以將其做成薄層,利用鋼板來限制軸向壓力引起的橫向膨脹,不但減小軸向變形,還能產生很強的抗壓能力。假如受到水平作用力,疊層橡膠支座就會按照自身的彈性模量變形,從而形成一個水平柔軟、豎向堅固的支座。疊層橡膠支座的水平變形能力很重要,為了保證其水平變形的能力,可以加厚橡膠層,但其縱向支撐力會有所下降,水平剛度的軸力相關性會變大。假如在底層車庫的柱底安裝隔震支座,由于是半地下車庫,因而應留較大的空間在房屋的四周,確保橡膠墊變形空間充足。所以隔震支座的安裝地點選在底層車庫頂板,在車庫車庫層柱的柱頂四周布置。4.2隔震結構的構造設計應依據預期的位移控制要求和水平向減震系數進行隔震層的設計,選取合適的隔震支座、阻尼器及為支撐風載荷和地基微振動提供初始剛度的部件組成。隔震層頂部需設置平面內剛度足夠大的梁板體系,確保隔震層能整體協調工作。隔震支座上方的梁體系必須現澆,為增強頂部梁板平面內剛度,可以配加強筋或者增大梁的截面尺寸。由于考慮到隔震支座附近的梁、柱受力情況比較復雜,因而需要加密箍筋,情況特殊時,可采用網狀鋼筋。
結束語
房屋建筑結構設計中的基礎設計的好壞直接影響著整個房屋建筑工程施工的施工進度和施工質量,同時還影響著房屋建筑工程的安全性、適用性和耐久性。因此,設計人員在對房屋建筑工程進行基礎設計時,一定要保障設計的科學性和合理性。
參考文獻
[1]GB50011—2001,建筑結構抗震設計規范[S].