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摘要:建筑结构的抗震设计属于一个比较系统的过程,从场地的选择到基础构建的配置,抗震设计是贯穿在整个建筑设计中的;采用正确、合理、有效的抗震设计方法,对于建筑设计来说是非常重要的,本文将主要针对抗震设计的概况、建筑结构抗震设计中的基本原则以及建筑结构设计中的抗震设计策略进行简要分析。
关键词:房屋建筑;结构;抗震设计;策略
中图分类号:TU2文献标识码: A
引言
随着施工技术的不断进步,再加上各种新材料的出现,使得建筑结构有更多复杂的形式,然而,在建筑设计中,抗震设计始终占据着重要的地位,尤其超高层建筑的出现,更是对抗震提出了更高的要求。我国是一个地震多发国家,目前人类还没有掌握地震的有效规律,这也增加了抗震设计的难度,结构抗震设计是摆在设计师和工程师面前的一项迫切任务,更是保证建筑结构安全性能的重要问题。
一、抗震设计的概况
现阶段,建筑结构的抗震设计可以分为概念设计和理论设计两个方面,而在一般情况下,我们将建筑结构的概念设计作为抗震设计的重点。概念设计指的是在设计过程中,特别是在遇到规范中难以规定的问题或一些难以做出精确理性分析的问题时,依据建筑结构不同部分的分体系与整个建筑结构的整体体系之间的力学关系、建筑结构的破坏机理、地震灾害的特点、工程经验以及实验现象中所得到的基本设计思路与设计原则,从建筑结构的整体角度出发来设计建筑结构各部分抗震结构的设计方法。由于,这种办法具有概念清楚、定性准确、使用方法简单、经济效益高、可靠性高等优点,在现阶段的建筑设计中得到了广泛的应用。
二、建筑结构抗震设计中的基本原则
1、确保结构构件具有必要的性能
在进行抗震设计的过程中,一定要保证建筑结构构件具有一定的承载能力、稳定性、刚度和延性等性能。结构构件需要遵循强柱弱梁、强剪弱弯、强底层柱、强节点弱构件的设计原则,在设计中对于可能会造成构件相对薄弱的部位,需要采取从事提高其抗震能力,对于承受竖向荷载的主要构件则最好不作为主要的耗能构件。
2、选择合理的抗震结构体系
结构布置应具备多道抗震防线,多道设置抗震防线是为了防止由于地震的连续性对建筑物带来的多次冲击,以提高建筑物的防震能力。结构应具备必要的抗震承载力,良好的变形能力和耗能能力,避免地震对抗震结构体系的破坏,同时结构的刚度和强度需分配合理,避免薄弱环节出现。而一旦薄弱环节的出现,就要采取有效的加强措施。
3、选择场地
在选择工程的场地时,应该先了解、掌握该地区的地质资料以及地震的相关资料,这样在选择工程的具体位置时,把工程要求同当地的地质资料以及地震的相关资料相结合,从而做出安全的、稳定的判定,合理的选择工程的场地,避开那些地质条件不好的场地。若场地中的地质条件不能满足设计的相关要求,并且还不能避免时,相关人员应该及时的采取有效的措施来解决这一问题。
三、建筑结构设计中的抗震设计策略
1、场地和地基的选择
建筑的场地以及地基的选择对于高层建筑的抗震能力具有直接的影响,是建筑抗震设计的基础。在进行建筑场地以及地基的选择时,应该充分的了解当地的地震活动情况,对当地的地质情况进行科学的勘察,在收集丰富资料的基础之上对场地进行综合的分析和评价,评估当地的抗震设计等级。对于一些小利于抗震设计的场地应该尽可能的进行规避,而实在无法规避的应该有针对性的做好相应的处理措施。在高层建筑地基选择过程当中应该尽可能的选择岩石或者是其它具有较高密实度的基土,从而提高建筑地基的抗震能力,尽可能的避开小利于抗震的软性地基土。对于一些达小到抗震要求的地基应该采取相应的措施进行加固和改造,使其能够符合相应的标准。
2、在建筑物地基处采用特殊材料进行隔震
建筑物的基础隔震指的是,通过采用特殊方式对建筑物的地基进行处理,削弱地震灾害发生时的地震波动,从而减少地震对建筑物造成的损害。在传统的建筑工艺中,设计人员一般采用在地基处直接设置粘土或砂子,或者交替铺上粘土和砂子的方式来设置垫层。在中国建筑历史上,还曾出现过以糯米为原材料来处理建筑物地基垫层,从而减少地震波动对建筑物产生的影响。而近几年来,随着科技的不断进步,有关部门在处理建筑地基方面的施工工艺有了突破性的进展,并研制出了一种以沥青为原料的特殊防震材料,而以此材料铺置的隔震层有着更好的防震效果。
3、必要时设置防震缝
防震缝的设置,应根据建筑类型、结构体系和建筑体型等具体情况区别对待,不提倡一切都设,也不主张都不设。抗震规范的原则是,建筑防震缝的设置,可按结构的实际需要考虑。体型复杂的建筑不设防震缝时,应选择符合实际的结构计算模型,进行精细的抗震分析,估计其局部应力和变形集中及扭转影响、判别其易损部位、采取措施提高抗震能力。当设置防震缝时,应将建筑分成规则的结构单元,防震缝应根据烈度、场地类别、房屋类型等留有足够的宽度,其两侧的上部结构应完全分开。
4、设计合理的建筑结构参数
计算分析参数设计,就是进行建筑各构件的地震响应和地震作用计算,各墙柱梁板变形及承载力计算包含于其中。把正确的计算模型建立在建筑结构的实际工作状况基础上,并根据概念设计做适当的简化处理、计算。多遇地震作用下的复杂结构进行变形、内力分析时,应采用的力学模型不少于两个,且不相同,其计算理论主要有两种,即主拉应力与剪摩理论。其中,主拉应力理论适用于砖砌体,而剪摩理论适用于砌块结构。应认真分析判断计算机的计算结果,确认其合理、有效后,才能用于工程设计。结构的位移、剪重比、自振周期等是结构计算控制的主要计算结果。
5、基于损伤的结构抗震设计
损伤指数的计算一般是以结构累积的滞回耗能的计算作为基础的,而累积滞回耗能计算则是结构能量分析当中的一个重点,所以我们也可以把基于损伤的设计方法看作是能量法结合了性能设计思想的一个延伸的应用方法。基于损伤的抗震设计一般是把反映结构损伤程度的损伤指数看作它的设计指标,然后选取适当的地震损伤模型进一步计算出结构的损伤指数,最后验算其是否能够满足之前预定的损伤性能目标。
6、基于位移的结构抗震设计
基于位移的抗震设计是指:在一定水准的地震作用下,以结构的位移响应为目标设计结构和构件,使结构达到该水准地震作用下的性能要求。其原理为按位移要求进行定量分析,使结构的塑性变形能力满足在预期的地震作用下的变形要求,即控制结构在大震作用下的层间位移角限值和总体位移限值。核心思想是直接通過控制结构的位移和层间位移水准来进行结构抗震设计。它是一种合理的、定量的并且相对简单的方法。根据设计思路的不同,基于位移的结构抗震设计大致可分为三种方法:按延性系数设计方法、能力谱法、直接基于位移的设计方法。他们之间的差别在于:直接位移法和控制延性方法是依据位移目标进行结构设计的方法,而能力谱法则更多的是一种位移验算方法。
7、避免抗震支座产生拉应力
为避免抗震支座产生拉应力,应把高宽比作为抗震建筑设计的限制条件之一。高宽比的上限取决于抗震支座总水平刚性的自振周期,并与自振周期成正比。把上部结构设定为刚体,使地震输入的能量与抗震装置吸收的能量平衡,以地震加速度作用的一刹那抗震支座不产生拉应力为目标。高宽比相同的建筑物,尽量使建筑物的轴力集中于建筑物的两端,可延缓拉应力的产生。
结束语
我国是一个地震多发的国家,分布广、频率高、强度大、震源浅,是世界上地震灾害最严重的国家之一。建筑抗震的实践表明,单靠结构抗震计算和抗震的构造措施,在较强烈的地震作用下,仍是难以取得建筑抗震的较好效果,甚至减轻不了建筑物的震害程度。因此,只有建筑设计与建筑抗震设计有机地结合起来,建筑抗震设计水平才能达到一个比较完善的高度。
参考文献
[1]方小丹,魏琏.关于建筑结构抗震设计若干问题的讨论[J].建筑结构学报,2011,(12).
[2]张文网.探讨建筑结构基于性能的抗震设计方法[J].工程技术,2011(23).
[3]程峰真.浅论建筑结构基于性能的抗震设计理论及方法[J].城市建筑,2013(39).
[4]李鸣.浅谈建筑结构抗震设计[J],科技致富向导,2013(6):330
关键词:房屋建筑;结构;抗震设计;策略
中图分类号:TU2文献标识码: A
引言
随着施工技术的不断进步,再加上各种新材料的出现,使得建筑结构有更多复杂的形式,然而,在建筑设计中,抗震设计始终占据着重要的地位,尤其超高层建筑的出现,更是对抗震提出了更高的要求。我国是一个地震多发国家,目前人类还没有掌握地震的有效规律,这也增加了抗震设计的难度,结构抗震设计是摆在设计师和工程师面前的一项迫切任务,更是保证建筑结构安全性能的重要问题。
一、抗震设计的概况
现阶段,建筑结构的抗震设计可以分为概念设计和理论设计两个方面,而在一般情况下,我们将建筑结构的概念设计作为抗震设计的重点。概念设计指的是在设计过程中,特别是在遇到规范中难以规定的问题或一些难以做出精确理性分析的问题时,依据建筑结构不同部分的分体系与整个建筑结构的整体体系之间的力学关系、建筑结构的破坏机理、地震灾害的特点、工程经验以及实验现象中所得到的基本设计思路与设计原则,从建筑结构的整体角度出发来设计建筑结构各部分抗震结构的设计方法。由于,这种办法具有概念清楚、定性准确、使用方法简单、经济效益高、可靠性高等优点,在现阶段的建筑设计中得到了广泛的应用。
二、建筑结构抗震设计中的基本原则
1、确保结构构件具有必要的性能
在进行抗震设计的过程中,一定要保证建筑结构构件具有一定的承载能力、稳定性、刚度和延性等性能。结构构件需要遵循强柱弱梁、强剪弱弯、强底层柱、强节点弱构件的设计原则,在设计中对于可能会造成构件相对薄弱的部位,需要采取从事提高其抗震能力,对于承受竖向荷载的主要构件则最好不作为主要的耗能构件。
2、选择合理的抗震结构体系
结构布置应具备多道抗震防线,多道设置抗震防线是为了防止由于地震的连续性对建筑物带来的多次冲击,以提高建筑物的防震能力。结构应具备必要的抗震承载力,良好的变形能力和耗能能力,避免地震对抗震结构体系的破坏,同时结构的刚度和强度需分配合理,避免薄弱环节出现。而一旦薄弱环节的出现,就要采取有效的加强措施。
3、选择场地
在选择工程的场地时,应该先了解、掌握该地区的地质资料以及地震的相关资料,这样在选择工程的具体位置时,把工程要求同当地的地质资料以及地震的相关资料相结合,从而做出安全的、稳定的判定,合理的选择工程的场地,避开那些地质条件不好的场地。若场地中的地质条件不能满足设计的相关要求,并且还不能避免时,相关人员应该及时的采取有效的措施来解决这一问题。
三、建筑结构设计中的抗震设计策略
1、场地和地基的选择
建筑的场地以及地基的选择对于高层建筑的抗震能力具有直接的影响,是建筑抗震设计的基础。在进行建筑场地以及地基的选择时,应该充分的了解当地的地震活动情况,对当地的地质情况进行科学的勘察,在收集丰富资料的基础之上对场地进行综合的分析和评价,评估当地的抗震设计等级。对于一些小利于抗震设计的场地应该尽可能的进行规避,而实在无法规避的应该有针对性的做好相应的处理措施。在高层建筑地基选择过程当中应该尽可能的选择岩石或者是其它具有较高密实度的基土,从而提高建筑地基的抗震能力,尽可能的避开小利于抗震的软性地基土。对于一些达小到抗震要求的地基应该采取相应的措施进行加固和改造,使其能够符合相应的标准。
2、在建筑物地基处采用特殊材料进行隔震
建筑物的基础隔震指的是,通过采用特殊方式对建筑物的地基进行处理,削弱地震灾害发生时的地震波动,从而减少地震对建筑物造成的损害。在传统的建筑工艺中,设计人员一般采用在地基处直接设置粘土或砂子,或者交替铺上粘土和砂子的方式来设置垫层。在中国建筑历史上,还曾出现过以糯米为原材料来处理建筑物地基垫层,从而减少地震波动对建筑物产生的影响。而近几年来,随着科技的不断进步,有关部门在处理建筑地基方面的施工工艺有了突破性的进展,并研制出了一种以沥青为原料的特殊防震材料,而以此材料铺置的隔震层有着更好的防震效果。
3、必要时设置防震缝
防震缝的设置,应根据建筑类型、结构体系和建筑体型等具体情况区别对待,不提倡一切都设,也不主张都不设。抗震规范的原则是,建筑防震缝的设置,可按结构的实际需要考虑。体型复杂的建筑不设防震缝时,应选择符合实际的结构计算模型,进行精细的抗震分析,估计其局部应力和变形集中及扭转影响、判别其易损部位、采取措施提高抗震能力。当设置防震缝时,应将建筑分成规则的结构单元,防震缝应根据烈度、场地类别、房屋类型等留有足够的宽度,其两侧的上部结构应完全分开。
4、设计合理的建筑结构参数
计算分析参数设计,就是进行建筑各构件的地震响应和地震作用计算,各墙柱梁板变形及承载力计算包含于其中。把正确的计算模型建立在建筑结构的实际工作状况基础上,并根据概念设计做适当的简化处理、计算。多遇地震作用下的复杂结构进行变形、内力分析时,应采用的力学模型不少于两个,且不相同,其计算理论主要有两种,即主拉应力与剪摩理论。其中,主拉应力理论适用于砖砌体,而剪摩理论适用于砌块结构。应认真分析判断计算机的计算结果,确认其合理、有效后,才能用于工程设计。结构的位移、剪重比、自振周期等是结构计算控制的主要计算结果。
5、基于损伤的结构抗震设计
损伤指数的计算一般是以结构累积的滞回耗能的计算作为基础的,而累积滞回耗能计算则是结构能量分析当中的一个重点,所以我们也可以把基于损伤的设计方法看作是能量法结合了性能设计思想的一个延伸的应用方法。基于损伤的抗震设计一般是把反映结构损伤程度的损伤指数看作它的设计指标,然后选取适当的地震损伤模型进一步计算出结构的损伤指数,最后验算其是否能够满足之前预定的损伤性能目标。
6、基于位移的结构抗震设计
基于位移的抗震设计是指:在一定水准的地震作用下,以结构的位移响应为目标设计结构和构件,使结构达到该水准地震作用下的性能要求。其原理为按位移要求进行定量分析,使结构的塑性变形能力满足在预期的地震作用下的变形要求,即控制结构在大震作用下的层间位移角限值和总体位移限值。核心思想是直接通過控制结构的位移和层间位移水准来进行结构抗震设计。它是一种合理的、定量的并且相对简单的方法。根据设计思路的不同,基于位移的结构抗震设计大致可分为三种方法:按延性系数设计方法、能力谱法、直接基于位移的设计方法。他们之间的差别在于:直接位移法和控制延性方法是依据位移目标进行结构设计的方法,而能力谱法则更多的是一种位移验算方法。
7、避免抗震支座产生拉应力
为避免抗震支座产生拉应力,应把高宽比作为抗震建筑设计的限制条件之一。高宽比的上限取决于抗震支座总水平刚性的自振周期,并与自振周期成正比。把上部结构设定为刚体,使地震输入的能量与抗震装置吸收的能量平衡,以地震加速度作用的一刹那抗震支座不产生拉应力为目标。高宽比相同的建筑物,尽量使建筑物的轴力集中于建筑物的两端,可延缓拉应力的产生。
结束语
我国是一个地震多发的国家,分布广、频率高、强度大、震源浅,是世界上地震灾害最严重的国家之一。建筑抗震的实践表明,单靠结构抗震计算和抗震的构造措施,在较强烈的地震作用下,仍是难以取得建筑抗震的较好效果,甚至减轻不了建筑物的震害程度。因此,只有建筑设计与建筑抗震设计有机地结合起来,建筑抗震设计水平才能达到一个比较完善的高度。
参考文献
[1]方小丹,魏琏.关于建筑结构抗震设计若干问题的讨论[J].建筑结构学报,2011,(12).
[2]张文网.探讨建筑结构基于性能的抗震设计方法[J].工程技术,2011(23).
[3]程峰真.浅论建筑结构基于性能的抗震设计理论及方法[J].城市建筑,2013(39).
[4]李鸣.浅谈建筑结构抗震设计[J],科技致富向导,2013(6):330