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摘要:伴随着科技的飞速发展,钢筋混凝土已成为我国主要的工业及民用建筑主材,在满足人们居住、生活的基本条件后,人们对钢筋混凝土结构的安全质量更为关注。特别是对钢筋混凝土结构的抗震性能提出了更高的要求。本文结合自身的工程实践经验和钢筋混凝土结构的特点及现行国家规范的要求,对抗震设计中应着重控制的关键点及抗震分析方法进行了分析和探讨,并将其作用原理进行必要的解释说明,以供专业技术人员参考借鉴。
关键词:抗震设计;原则;方法;措施
1、前言
地震是一种既熟悉又陌生的自然现象,发生地震灾害时,给人们带来的感官印象是山崩地裂,道路沦陷,房倒屋塌,人畜伤亡。带来的直接损失巨大,多年以后才能恢复。给人们心里带来的创伤更是巨大。所以人们在满足住房的使用要求后,更多的是对房屋的安全性,特别是抗震性能提出了更高的要求。但现在的科学仍然无法预判地震的发生,面对未知的时间、地区位置、震级强度和频繁程度,摆在每个设计人员面前的是一道巨大的难题,更是一份责任与使命。
2、建筑抗震的设计原则
建筑抗震的设计原则是在满足建筑的使用功能的前提下,在发生地震灾害时,建筑物要达到小震不坏,中震可修,大震不倒。在设计时,应高度重视概念设计,以计算数据为依据再加上相应的构造措施为手段。既建筑抗震应遵循的原则是:充分了解结构在地震发生时所产生的变化,设计中不要过度依赖计算数据,而忽视了结构的整体性和局部的薄弱环节。从而保证设计结果的真实有效。
2.1在建筑场地的选择上,必须要了解地震活动的情况、工程地质和地震地质及水文条件的有关资料,从而避免在对抗震不利的场地建造建筑。否则一旦在不利的场地建造建筑物,遇到地震时场地、地基的稳定性极有可能遭到破坏。即便是想预防和消除隐患也是不易用工程措施加以解决,或者花费代价极为昂贵。
2.2对于地震波的不确定性,所以要求建筑布置力求简单、规则、对称。事实上建筑结构往往是不规则的,因而一方面,应通过建筑和结构协调配合,使抗震设计尽可能减少不规则的类型,减轻不规则的程度;另一方面,对于不可避免的结构不规则问题,应根据不规则类型采取相应的计算分析和内力调整的方法以及抗震措施。
2.3 合理的选择结构体系是最经济最有效的实现抗震设防目标的基本前提。总体上要有清晰的计算简图和合理的地震作用传递途径;考虑多道抗震防线,避免部分结构或构件的破坏影像到整个体系的抗震能力和承载能力;结构刚度和强度分布合理,减少或者避免薄弱层的出现;具备必要的抗震承载能力的同时,同样结构构件应具有良好的变形能力。
3、建筑抗震的设计实现
应考虑两阶段设计方法实现建筑抗震设防的要求。第一个阶段基于多遇地震作用进行的强度和变形验算以及抗震措施。分别是:按多遇地震作用计算结构的弹性地震效应,包括内力和变形;采用地震作用效应与其它荷载效应的基本组合验算结构构件承载能力并采取抗震措施;进行多遇地震作用下的结构弹性变形验算;概念设计和抗震构造措施。第二个阶段,基于罕遇地震作用下进行的结构弹塑性变形的验算。分别是:进行罕遇地震作用下的结构弹塑性变形计算;进行薄弱部分的弹塑性层间变形验算并采取相应的构造措施。在结构设计中,常常采用底部剪力法、振型分解反应谱法和弹性时程分析方法来计算分析地震的作用值。
3.1底部剪力法。是最简便的一种方法,主要适用于质量、刚度以及高度分布比较均匀的建筑。底部剪力法是通过结构的第一振型周期的长度,来确定地震影响系数,再结合建筑结构重力负荷,从而确定总的地震作用,最后将总的作用分配至各层,来进行设计的一种方法。
3.2振型分解反应谱法。是一种主要用于比较复杂的建筑结构系统进行抗震计算的方法。振型分解反应谱法是根据振型叠加原理,将多自由度的系统转化为一系列单自由度系统的叠加作用,分别分析每种振型对应的地震作用,再将每种作用效应用一定方式进行叠加,从而得到建筑结构受到的总地震作用以及作用效应。
3.3弹性时程分析法。对于特别不规则以及特别重要的建筑结构,常常需要采用弹性时程分析法,这种方法又称为直接动力分析方法,其利用非线性时程分析法与非线性静力分析法来分析问题。随着非线性时程分析法的不断发展,当前弹性时程分析法的准确程度也在不断的提高。这种方法的基本思路是通过对地震特点和结构特性进行假设,再用适当数值方法建立和求解动力方程,从而得到结构每个时刻的反应量,其结果虽具有不确定性,但是它可以用来考察地震作用下结构的反应规律,以及对设计好的结构进行校核分析,评估建筑结构的抗震性能。
4、建筑抗震的设计技术措施
构件设计应采取有效措施防止脆性破坏,保证构件有足够的延性。脆性破坏指
剪切、锚固和压碎等突然而无事先警告的破坏形式。设计时应保证抗剪承载力大于抗弯承
载力,按延性的方针进行配筋。为提高构件的抗剪和抗压能力,加强约束箍筋是有效的抗震设计技术措施。主要体现在三点“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件”。
4.1强柱弱梁要求结构柱子的承载力要大于梁的承载力。也就是说发生地震时柱子的破坏一定要晚于梁。因为一栋建筑,如果梁破坏而柱没有破坏,整栋建筑不会倒塌,建筑里面的人还可以逃生。但是一旦柱子破坏了,失去了抗震的能力,由于连锁反应,整栋建筑会在短时间内倒塌。
4.2强剪弱弯的要求贯穿于每个构件设计之中。钢筋混凝土构件在地震受弯破坏时,会进入四个阶段分别是弹性阶段、塑性阶段、极限阶段及破坏阶段。随着每个阶段的进行,构件会发生严重的变形,同时变形会消耗大量的地震力,从而减轻地震力对建筑物的危害,是实现“大震不倒”这一目标的重要一环。另外通过调整地震效应系数,以相对提高抗剪承载力。梁、柱“强剪”后可减少在非弹性变化时发生剪切脆性破坏的危险。
4.3强节点弱构件是基于以上两点的结合后强调的不可乎视的一个重中之重,在构件不被地震力破坏之前,连接处的节点提前进入塑性角,梁铰机制未充分发挥作用,节点处因核心区箍筋数量不足纵筋锚固过早破坏,在剪压作用下出现斜裂缝,箍筋以及柱的纵筋屈服或被拉断。梁脱离对柱子的约束,柱子变形、倒塌,整个结构失稳甚至倒塌。所以强节点的要求可以通过在静力设计锚固长度的基础上叠加抗震附加锚固长度,利用机械锚固等措施来实现。
5、结语
以上是在建筑抗震设计中不可忽视的重要要素,是几代结构设计人不断总结、不断改进的宝贵技术经验。伴随着科技的飞速发展和近几年国内外重大地震灾害事件,让我们进一步的了解、探知地震的特点,逐渐改进、优化我们的抗震设计技术,拉近与世界先进国家的技术差距,达到并超越我国现行的抗震设计原则。给人民提供安全、稳定、经济的房屋,这是我们这代结构人所要为之奋斗的目标,更是一种责任与使命。
参考文献:
【1】杨明明,李峰,张英俏.论建筑混凝土结构抗震设计【J】.世界家苑,2013.2
【2】王艳红.关于钢筋混凝土建筑抗震设计理念实现方法的研究【J】.房地产导刊,2013.2
【3】中国建筑科学研究院.建筑抗震设计规范(GB50011-2010)【S】.北京:中国建筑工業出版社,2010
【4】李英民,杨溥.建筑结构抗震设计【M】.重庆大学出版社,2011.2
【5】马成松,苏原.结构抗震设计【M】.北京大学出版社,2006.1
关键词:抗震设计;原则;方法;措施
1、前言
地震是一种既熟悉又陌生的自然现象,发生地震灾害时,给人们带来的感官印象是山崩地裂,道路沦陷,房倒屋塌,人畜伤亡。带来的直接损失巨大,多年以后才能恢复。给人们心里带来的创伤更是巨大。所以人们在满足住房的使用要求后,更多的是对房屋的安全性,特别是抗震性能提出了更高的要求。但现在的科学仍然无法预判地震的发生,面对未知的时间、地区位置、震级强度和频繁程度,摆在每个设计人员面前的是一道巨大的难题,更是一份责任与使命。
2、建筑抗震的设计原则
建筑抗震的设计原则是在满足建筑的使用功能的前提下,在发生地震灾害时,建筑物要达到小震不坏,中震可修,大震不倒。在设计时,应高度重视概念设计,以计算数据为依据再加上相应的构造措施为手段。既建筑抗震应遵循的原则是:充分了解结构在地震发生时所产生的变化,设计中不要过度依赖计算数据,而忽视了结构的整体性和局部的薄弱环节。从而保证设计结果的真实有效。
2.1在建筑场地的选择上,必须要了解地震活动的情况、工程地质和地震地质及水文条件的有关资料,从而避免在对抗震不利的场地建造建筑。否则一旦在不利的场地建造建筑物,遇到地震时场地、地基的稳定性极有可能遭到破坏。即便是想预防和消除隐患也是不易用工程措施加以解决,或者花费代价极为昂贵。
2.2对于地震波的不确定性,所以要求建筑布置力求简单、规则、对称。事实上建筑结构往往是不规则的,因而一方面,应通过建筑和结构协调配合,使抗震设计尽可能减少不规则的类型,减轻不规则的程度;另一方面,对于不可避免的结构不规则问题,应根据不规则类型采取相应的计算分析和内力调整的方法以及抗震措施。
2.3 合理的选择结构体系是最经济最有效的实现抗震设防目标的基本前提。总体上要有清晰的计算简图和合理的地震作用传递途径;考虑多道抗震防线,避免部分结构或构件的破坏影像到整个体系的抗震能力和承载能力;结构刚度和强度分布合理,减少或者避免薄弱层的出现;具备必要的抗震承载能力的同时,同样结构构件应具有良好的变形能力。
3、建筑抗震的设计实现
应考虑两阶段设计方法实现建筑抗震设防的要求。第一个阶段基于多遇地震作用进行的强度和变形验算以及抗震措施。分别是:按多遇地震作用计算结构的弹性地震效应,包括内力和变形;采用地震作用效应与其它荷载效应的基本组合验算结构构件承载能力并采取抗震措施;进行多遇地震作用下的结构弹性变形验算;概念设计和抗震构造措施。第二个阶段,基于罕遇地震作用下进行的结构弹塑性变形的验算。分别是:进行罕遇地震作用下的结构弹塑性变形计算;进行薄弱部分的弹塑性层间变形验算并采取相应的构造措施。在结构设计中,常常采用底部剪力法、振型分解反应谱法和弹性时程分析方法来计算分析地震的作用值。
3.1底部剪力法。是最简便的一种方法,主要适用于质量、刚度以及高度分布比较均匀的建筑。底部剪力法是通过结构的第一振型周期的长度,来确定地震影响系数,再结合建筑结构重力负荷,从而确定总的地震作用,最后将总的作用分配至各层,来进行设计的一种方法。
3.2振型分解反应谱法。是一种主要用于比较复杂的建筑结构系统进行抗震计算的方法。振型分解反应谱法是根据振型叠加原理,将多自由度的系统转化为一系列单自由度系统的叠加作用,分别分析每种振型对应的地震作用,再将每种作用效应用一定方式进行叠加,从而得到建筑结构受到的总地震作用以及作用效应。
3.3弹性时程分析法。对于特别不规则以及特别重要的建筑结构,常常需要采用弹性时程分析法,这种方法又称为直接动力分析方法,其利用非线性时程分析法与非线性静力分析法来分析问题。随着非线性时程分析法的不断发展,当前弹性时程分析法的准确程度也在不断的提高。这种方法的基本思路是通过对地震特点和结构特性进行假设,再用适当数值方法建立和求解动力方程,从而得到结构每个时刻的反应量,其结果虽具有不确定性,但是它可以用来考察地震作用下结构的反应规律,以及对设计好的结构进行校核分析,评估建筑结构的抗震性能。
4、建筑抗震的设计技术措施
构件设计应采取有效措施防止脆性破坏,保证构件有足够的延性。脆性破坏指
剪切、锚固和压碎等突然而无事先警告的破坏形式。设计时应保证抗剪承载力大于抗弯承
载力,按延性的方针进行配筋。为提高构件的抗剪和抗压能力,加强约束箍筋是有效的抗震设计技术措施。主要体现在三点“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点弱构件”。
4.1强柱弱梁要求结构柱子的承载力要大于梁的承载力。也就是说发生地震时柱子的破坏一定要晚于梁。因为一栋建筑,如果梁破坏而柱没有破坏,整栋建筑不会倒塌,建筑里面的人还可以逃生。但是一旦柱子破坏了,失去了抗震的能力,由于连锁反应,整栋建筑会在短时间内倒塌。
4.2强剪弱弯的要求贯穿于每个构件设计之中。钢筋混凝土构件在地震受弯破坏时,会进入四个阶段分别是弹性阶段、塑性阶段、极限阶段及破坏阶段。随着每个阶段的进行,构件会发生严重的变形,同时变形会消耗大量的地震力,从而减轻地震力对建筑物的危害,是实现“大震不倒”这一目标的重要一环。另外通过调整地震效应系数,以相对提高抗剪承载力。梁、柱“强剪”后可减少在非弹性变化时发生剪切脆性破坏的危险。
4.3强节点弱构件是基于以上两点的结合后强调的不可乎视的一个重中之重,在构件不被地震力破坏之前,连接处的节点提前进入塑性角,梁铰机制未充分发挥作用,节点处因核心区箍筋数量不足纵筋锚固过早破坏,在剪压作用下出现斜裂缝,箍筋以及柱的纵筋屈服或被拉断。梁脱离对柱子的约束,柱子变形、倒塌,整个结构失稳甚至倒塌。所以强节点的要求可以通过在静力设计锚固长度的基础上叠加抗震附加锚固长度,利用机械锚固等措施来实现。
5、结语
以上是在建筑抗震设计中不可忽视的重要要素,是几代结构设计人不断总结、不断改进的宝贵技术经验。伴随着科技的飞速发展和近几年国内外重大地震灾害事件,让我们进一步的了解、探知地震的特点,逐渐改进、优化我们的抗震设计技术,拉近与世界先进国家的技术差距,达到并超越我国现行的抗震设计原则。给人民提供安全、稳定、经济的房屋,这是我们这代结构人所要为之奋斗的目标,更是一种责任与使命。
参考文献:
【1】杨明明,李峰,张英俏.论建筑混凝土结构抗震设计【J】.世界家苑,2013.2
【2】王艳红.关于钢筋混凝土建筑抗震设计理念实现方法的研究【J】.房地产导刊,2013.2
【3】中国建筑科学研究院.建筑抗震设计规范(GB50011-2010)【S】.北京:中国建筑工業出版社,2010
【4】李英民,杨溥.建筑结构抗震设计【M】.重庆大学出版社,2011.2
【5】马成松,苏原.结构抗震设计【M】.北京大学出版社,2006.1