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国外工程;抗震设防烈度;规范
By comparing the correlation Chinese code with United States code in seismic intensity, ground motion peak acceleration, type of site soil. In lack basic date area carry out engineering seismic design, according to the parameters of United States code corresponding with the Chinese code values.
Project; seismic intensity; specification
中图分类号: K826.16文献标识码:A 文章编号:
国外工程勘察
随着我国“走出去”的政策实施,越来越多中国公司到国外进行工程勘察设计。中国规范也慢慢在国外开始推广应用。在国外进行工程勘察越来越多,而中国规范大多数只是针对中国境内的工程情况。特别是《建筑抗震设计规范》(GB5011-2010)里有关地震动峰值加速度以及抗震设防烈度等其它相关参数在国外工程的取值问题值得深入探讨。
抗震设计参数
工程抗震常用的设计参数有抗震设防烈度、地震动峰值加速度,场地土的类型划分等。
中国规范与美国规范比较
根据中国《建筑抗震设计规范》(GB5011-2010)规范在抗震设防烈度和地震动峰值加速度对应关系以及土的类型划分见表1、表2。
表1抗震设防烈度和设计基本地震加速度值的对应关系
注:g为重力加速度。
表2土的类型划分和剪切波速范围
注:fak为由载荷试验等方法得到的地基承载力特征值(kPa);υS为岩土剪切波速。
根据美国规范《UBC》对于抗震设防分区与地震动峰值加速度对应关系、场地类别见表3、表4。
表4:抗震设防分区与地震动峰值加速度对应关系
通过以上对比可知《建筑抗震设计规范》(GB5011-2010)中的抗震设防烈度:6、7、8、9度大致可对应美国规范《UBC》地震设防分区:1、2A、2B及3、4。场地土的类型划分也大致对应。《UBC》对土的类型划分比《建筑抗震设计规范》(GB5011-2010)更注重标准贯入试验以及土工试验数据因而其对场地土的类型划分更详细。
工程实例
结合笔者的实际工作经验经,在东非某国港口改造工程勘察。该国家地处东非大裂谷起点,为地震多发国家,因此抗震设计对工程安全性非常重要。相关的参数取值为思路为:通过查询美国相关规范得出该国地震动峰值加速度为0.3g,抗震分区为A3区。地震动峰值加速度为0.3g对应中国的抗震规范抗震设防裂度为8度。因此当用中国规范对该工程进行设计时可按8度进行抗震设防。
结论
通过对比《建筑抗震设计规范》(GB5011-2010)和美国规范《UBC》在抗震设防烈度与地震动峰值加速度对应关系、场地土的类型划分可得出两者的相关性。当在国外进行工程建设需要按中国规范进行设计时,因《建筑抗震设计规范》(GB5011-2010)对国外的抗震设防烈度等参数没有规定,可根据美国规范《UBC》对所在国的抗震设防分区划分得出所在国对应的中国规范参数。
参考文献:
第二条 本市辖区内地震基本烈度为七度及八度的地区,均属抗震设防区。全市建设工程(含新建、改建、扩建,以下同)都必须进行抗震设防。凡不符俣抗震设防规定的工程,一律不准建设。
第三条 建设工程的抗震设防,应按国家规定的抗震设防要求和建筑抗震设计规范执行。
第四条 建设工程应当按照《陕西省防震减灾条例》及《陕西省工程建设场地地震安全性评价管理办法》规定的范围进行地震安全性评价,根据评价结果进行抗震设防。
重大建设工程、可能发生严重次生灾害的工程、生命线工程和六十米以上高层建设以及国家、省政府规定的其他建设工程,应当按照地震安全性评价管理办法,对工程建设场地进行地震安全性评价。城市规划区内一般建设工程应按宝鸡市城市抗震设防区划执行。
第五条 市规划局是组织实施建设工程抗震设计和施工的主管部门。市地震局是负责建设工程抗震设防要求的主管部门,规划、地震部门应按照各自的职责,依法对全市建设工程抗震设防情况进行监督检查。
各县(区)规划(建设)和地震部门负责本辖区内建设工程抗震设防管理工作。
第六条 建设工程抗震设防贯穿于建设工程的全过程。从项目可行性研究、选址、规划、设计、施工、质量监督到竣工验收,都必须符合抗震设防要求。
第七条 建设工程勘察设计单位应当按照抗震设防要求和抗震设计规范进行勘察设计。
第八条 建设工程的抗震设计审查纳入施工图审查。规划部门应对施工图审查中执行建筑抗震设计规范的情况进行监督、检查。凡不符合抗震规范的设计,施工图审查单位应建议修改或变更设计。
第九条 已经建成的建筑物、构筑物,产权单位应当按国家有关标准进行抗震性能鉴定。对不符合抗震设防要求的,应采取必要的抗震加固措施。
抗震加固必须按照抗震鉴定、设计、审查、施工、竣工验收的程序进行。
第十条施工和监理单位在承担建设工程时,应按照设计图纸和施工规程进行施工和监理,对设计文件中的抗震构造措施不得随意更改和取消。
第十一条 市、县(区)规划(建设)部门在进行工程质量安全监督检查时,应把抗震设防措施作为重点检查内容之一。凡不符合抗震设计与施工规程的,应令其返工补强。
第十二条 建筑高度超过抗震规范许可,或采用新技术、新材料、新结构体系,应通过省级建设行政放宽部门组织的抗震专项审查后,方可进行施工图设计。
第十三条 建设工程竣工验收时,凡不符合抗震设计规范的工程不予验收,并由市、县(区)规划(建设)行政主管部门责令改正,依法给予行政处罚。
第十四条 村镇建设中的公共建筑、生命线工程、中小学校舍、乡镇企业建筑及其他三层以上建筑,必须按建筑抗震设计规范进行抗震设防;两层以下农民自建房屋应因地制宜采取必要的抗震措施,提高忘记到的抗震能力。
关键词:底部框架-抗震墙砌体 震害特征 设计要点
中图分类号:TU74 文献标识码: A
引言:
底部框架-抗震墙砌体结构是一种上部为砌体结构,底部为框架-抗震墙结构的混合结构。从历次的震害经验看,由于上部砌体抗侧移刚度大且自重大,底部框架-抗震墙刚度较小,底部框架-抗震墙砌体结构是一种极易受到地震损害的结构。但由于该结构体系房屋底部可以为商铺提供大空间,上部可以用于住宅,倍受开发商的青睐,在中小城市商业街普遍应用。新规范根据多年的科研研究成果和震害经验总结,对该结构体系制定了更为严格的设计要求,设计人员只要领会规范精神,严格按照规范要求认真设计,该类结构体系还是可以具有一定的抗震性能。
一、震害分析
从多年实验研究和震害经验总结,底部框架-抗震墙砌体结构常见的震害特征分为以下几种:
第一类为底部框架柱的破坏。底部框架-抗震墙砌体结构中抗震墙在地震作用下作为第一道防线,而框架柱作为第二道防线,共同承担起地震产生的底部剪力和倾覆力矩。若抗震墙布置过少,抗震墙在地震作用下会出现严重开裂,抗震墙刚度迅速退化,第一道防线将失去作用,底部水平剪力和倾覆力矩会重新分配,框架柱的剪力和倾覆力矩将会迅速增大,由弹性阶段过渡到弹塑性阶段,框架柱的混凝土达到极限应变而破坏。若抗震墙足够多,但布置不合理,会导致底部框架柱在地震作用下受力不合理,出现严重的破坏,丧失构件的承载力。
第二类为底部抗震墙的破坏。底部抗震墙的高厚比常常小于1,属于低矮抗震墙,地震作用时以受剪为主,剪力引起的斜裂缝直接影响其受力性能,破坏形态为剪切破坏,属于脆性破坏[4]。当底部抗震墙较少或布置不合理,导致整体抗震墙承载力不够或局部抗震墙承载力不足,将会沿墙体出现45°的斜裂缝,若边缘构件未布置或布置不合理,会加重斜裂缝的开展,引起整片墙体失去承载力。
第三种为上部砌体整体破坏。当底部框架部分的抗震墙总的抗侧刚度大于其相邻上部砌体部分刚度时,将会导致此结构的薄弱楼层向上转移,通常会转移到过渡层,引起过渡层墙体破坏。若上部砌体结构的圈梁和构造柱布置不合理,减弱砌体的整体性和变形能力,降低房屋的抗震能力,导致上部砌体墙体开裂后突然倒塌。
二、设计要点
1.层高控制
底部框架-抗震墙砌体房屋底部楼层由于使用功能的要求,常需要适当加大层高,但过高将会减低砌体结构的整体性,规范对此结构的高度有严格限制。《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2010)第7.1.3条“底部框架-抗震墙房屋的底部,层高不应超过4.5m;当底部采用约束砌体抗震墙时,底部的层高不应超过4.2m。”同时《砌体结构设计规范》(GB 50003-2011)第10.1.4条也作了同样的规定。
2.抗震墙布置
底部框架-抗震墙砌体房屋底部抗震墙作为抗震设防第一道防线,对抗震墙的合理布置至关重要。抗震墙布置应遵循周边、分散、均匀、对称,避免延性差的短肢剪力墙,并且抗震墙应与上部承重砌体墙对齐。同时,根据《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2010)第7.1.8条2款知,不同的设防烈度,抗震墙的材料也有相应的强制性规定。
结构设计时应采用带边框的钢筋混凝土抗震墙,即在抗震墙周边设置由边框梁(或暗梁)和边框柱(或框架柱),以增加对墙体的约束作用,提高砌体的极限承载力,确保在即使抗震墙破坏后,周边的梁和柱仍能承受竖向荷载[4]。
3.侧向刚度比控制
底部框架-抗震墙结构的底层或底部两层的侧向刚度与相邻上层的比值应在合理的范围之内,即不能太弱也不能太强。太弱则对底部结构本身不利;过强则可能导致底部吸收过大的地震作用,同时会造成结构薄弱层部位的上移,薄弱层由下部延性较好的钢筋混凝土结构转移到上部延性差的砌体结构,不利于结构的抗震。《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2010)第7.1.8条中,第3款“底部框架-抗震墙砌体房屋的纵横两个方向,第二层计入构造柱影响的侧向刚度与底层侧向刚度的比值,6、7度时不应大于2.5,8度时不应大于2.0,且均不应小于1.0。第4款”底部两层框架-抗震墙房屋的纵横两个方向,底部与底部第二层侧向刚度应接近,第三层计入构造柱影响的侧向刚度与底部第二层侧向刚度的比值,6、7度时不应大于2.0,8度时不应大于1.5,且均不应大于1.0。”
托墙梁是底部框架-抗震墙结构的转换构件,在结构抗震过程中起到关键作用。新规范对托墙梁的设计作了强制性规定,以强调钢筋混凝土托墙梁在底部框架-抗震墙砌体房屋中的极端重要性。《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2010)、《砌体结构设计规范》(GB 50003-2011)和《底部框架-抗震墙砌体房屋抗震设计规程》(JGJ 248-2012),这三本规范对托墙梁的要求不尽相同,例如《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2010)第7.5.8条第2款规定箍筋的直径不应小于8mm,而《砌体结构设计规范》(GB 50003-2011)第10.4.9条第3款规定托梁箍筋的直径不应小于10mm。《砌体结构设计规范》(GB 50003-2011)第10.4.9条规定了当墙体在梁端附近有洞口时,梁截面高度不宜小于1/8,并规定了托梁的最小配筋率和贯通筋的要求,而《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2010)并没有此方面的规定。所以在托墙梁的设计过程中,需要仔细研读以上三本规范的规定,才能保障托墙梁的设计安全合理。
《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2010)第7.1.8条第1款规定“上部的砌体墙体与底部的框架梁或抗震墙,除楼梯间附近的个别墙段外均应对齐。”该条为强制性条文,但当边框梁或边框墙与上部砌体墙体无法完全对齐,在实际设计过程中,可以通过以下措施解决:首先控制不对齐墙的数量不超过1/3且不能连续超过两道;其次加强边框梁的扭筋和箍筋,提高抗扭变形能力。
4.过渡层构造措施
过渡层指与底部-抗震墙相邻的上一砌体楼层,可以将上部砌体结构产生的地震剪力、倾覆力矩和竖向荷载重新分配传递到下部框架柱和抗震墙。过渡层处于侧向刚度的变化较剧烈的区域,其在地震时破坏严重,故规范对此层采取专门措施予以加强。例如“过渡层的底部应采用现浇钢筋混凝土板,板厚不应小于120mm;并应少开洞、开小洞,当洞口尺寸大于800mm时,洞口周边应设置边梁。”该条目的是为了确保楼板的整体性,保障传递水平剪力的有效性。
5.基础要求
底部框架-抗震墙砌体房屋的抗震墙在地震力作用下,吸收大部分倾覆力矩,导致抗震墙的基础需要承受很多的倾覆力矩,所以整体性好的基础可以提高抗震墙的抗震能力。《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2010)第7.1.8条第5款规定:“底部框架-抗震墙砌体房屋的抗震墙应设置条形基础、筏形基础等整体性好的基础。”
结束语:
底部框架-抗震墙砌体房屋是由两种抗震性能不同的材料混合承重的房屋,属于复杂结构体系,该种结构体系在地震作用下的分析方法,不能仅仅采用底部剪力法,还应该采用阵型分解反应谱法或时程分析法复核构件的抗震承载力。新规范虽对该体系采取了必要的加强措施,但其抗震性能仍然低于多层砌体房屋。实际工程中应尽量避免采用这种不合理的结构体系,从根本上确保“大震不倒”性能目标的实现。
参考文献:
[1] 中国人民共和国国家标准. GB 50011-2010 建筑抗震设计规范 [S].北京:中国建筑工业出版社,2010
[2] 中国人民共和国国家标准. GB 50003-2011 砌体结构设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社,2011
【关键词】:框架结构设计;存在问题;处理措施
中图分类号:TU323.5 文献标识码:A 文章编号:
框架结构已经成为了一种主要的建筑结构形式,但是框架结构的设计理论还是停留在原有落后的基础上,这给我们国家的工民建行业的发展带来了一定的限制,尤其是坐落在一些地震带上的建筑,给广大群众的生产生活带来了一定的影响。同时,不合理的设计也严重的影响了建筑的寿命。由于施工人员技术素质存在差异,对操作规程了解较少或未引起足够的重视,在施工中容易产生影响质量的状况,这些状况如重视不够或解决不及时,将会直接影响工程质量和工期。该文分析了当前框架结构设计、施工中应注意的几个问题并提出了相应对策,以提高钢筋混凝土框架结构的设计和施工水平。
1建筑框架概念设计要点
1.1框架结构的“强柱弱梁”节点设计为了增强建筑的抗震能力,通常要求建筑在遇到地震时应该使梁端呈现出塑形铰,在柱端部表现出非弹性的工作状态,不出现屈服问题,但是建筑节点一直处于弹性工作状态。因此,在建筑结构设计中通常要采用“强柱弱梁”的设计方式,也就是与梁的截面实际抗弯能力相比,柱端截面的抗弯能力的增强直接决定了地震能量对建筑柱体端截面屈服变形后的塑性转动是否将能够超过其塑性转动的能力,而不会出现对应的“层侧移机构”,避免建筑柱体被压溃。而柱比梁强度大的幅度主要是与梁端部纵向配筋程度直接相关,同时还与结构在梁、柱端面末端的塑性铰形成过程中的塑性重力分布以及动力性特征变化相关。所以,当建筑条件允许时,可以尽可能的将柱体的截面尺寸设置得大一些,使得柱与梁的线性刚度比尽可能的大,通过控制柱的轴压比来达到增加其延性的目的。
1.2采取合理的构造策略对于采用大跨度柱网的建筑框架式结构,在楼道处的框架柱由于楼梯的平台梁需要与其相连接,导致其的长度达不到承载要求,这时需要对柱采用箍筋加长、加密的方式来增加其强度。在设计的过程中尤其要予以重视。当框架结构的外立面是带行窗的时候,由于设置了连续的窗过梁,导致框架结构的外柱变成了短柱,也应该采取对应的加强措施。当框架整体结构的长度超过了规定限制或者是建筑功能的具体需要使得其不能存在裂缝时,为了有效减少有害裂缝(一般要求宽度小于0.3mm),应该采用补偿混凝土来加以浇筑。且通过采用增加双向配筋密度、在屋面设置后浇带等方式来加强构造的强度。
2建筑框架结构设计存在问题
2.1注意构造措施问题1)对于大跨度柱网的框架结构,框架柱在楼梯间处与楼梯平台梁相连,使得楼梯间处的柱可能成为短柱,这时就应对柱箍筋全长加密。这一点,在设计中容易被忽视,应引起重视。2)当框架结构的外立面为长带形窗时,因设置连续的窗过梁,使外框架柱可能成为短柱,应注意加强柱的构造措施。3)对于框架结构长度略超过规范限值。建筑功能不允许留缝时,为减少有害裂缝(规范规定裂缝宽度小于0.3mm),可采用细而密的双向配筋,构造间距宜小于150mm,建议采用补偿混凝土浇筑。对屋面宜设置后浇带,后浇带处按构造措施宜适当加强。
2.2如何处理薄弱层薄弱层是对抗震极为不利的结构层,原则上应避免出现薄弱层。避免出现薄弱层的最基本方法是加大该层的抗侧移刚度,即加大该层的柱截面或梁截面;如果条件允许,可以改变该层层高或减少基础埋置深度。当无法避免出现薄弱层时,在结构计算和出图时必须按照规范规定采取相应的措施。根据《建筑抗震设计规范》的规定,除对薄弱层的地震剪力乘以一定的放大系数外,还应对结构的楼层屈服强度系数进行验算。楼层屈服强度系数为按构件实际配筋和材料强度标准值计算的楼层受剪承载力和按罕遇地震作用标准值计算的楼层弹性地震剪力的比值,如果在地震烈度Ⅶ~Ⅸ地区的结构楼层屈服强度系数小于0.5时,应对结构进行弹塑性变形验算,并应符合规范的规定。如果不符合上述要求,必须对结构布置进行调整。
2.3短柱在框架结构中,如果柱净高与柱截面高度之比等于4或剪跨比小于等于2,那么该柱为短柱。短柱在地震作用下,容易发生脆性破坏。因为短柱的受剪承载力及变形能力不足,会引起建筑物的严重破坏,设计上应尽可能避免。短柱的形成主要有2种原因:1)由于楼梯间半休息平台或结构局部错层造成两个框架梁之间的框架柱净高较小;2)填充墙设置不当,造成某层的框架柱两侧一部分无填充墙,一部分有填充墙,无填充墙的柱净高与柱截面之比往往小于等于4,形成短柱。处理短柱主要是增加柱的抗剪承载力及改善其变形能力,一般采用复合箍筋,箍筋沿全高加密,保证短柱的纵向钢筋对称布置,且每侧的纵向钢筋配筋率不宜大于1.2%的方式处理,也可以采用外包钢板、配X形钢筋等方式处理。
2.4非结构构件设计根据《建筑抗震设计规范》规定,非结构构件,包括建筑非结构构件和建筑附属机电设备、自身及其与结构主体的连接,应进行抗震设计。比如框架结构中女儿墙构造柱的设置,尤其注意女儿墙高度大于1.0m时,应注意采取结构构造措施,保证女儿墙的稳定,还有建筑装饰用的砌块柱的稳定性、突出屋面的小构架内力与配筋(应与主体结构一起输入计算)。《建筑抗震设计规范》相关章节对此有专门规定,设计人遇到类似工程应严格遵守此规定。突出屋面的屋顶间、女儿墙、烟囱的地震作用效应,宜乘以增大系数3。此增大部分不应往下传递,但与该突出部分相连的构件应计入,具体详见《建筑抗震设计规范》的规定。框架结构中突出屋面的电梯间、楼梯间、水箱间应采用框架承重,不应采用砌体承重。
2.5规范框架节点核心区域箍筋的具体配置在设计建筑的框架结构过程中,规范中对框架柱箍筋的加密区域以及最小体积的箍筋配置密度有详细的规定,设计人员应该对这些内容加以关注。但是《建筑抗震设计规范》中对“一、二、三级框架节点核心区域中箍筋的特征值应该大干0.12、0.10、0.08,而且体积的配筋率要大干0.6%、0.7%”的要求却没有予以足够的认识,常常没有达到对应的要求,设计过程中应该严格遵守。
2.6底层框架柱的箍筋加密区域大小要满足建筑抗震设计要求《建筑抗震设计规范》中:“框架结构底层柱的柱根处应该对箍筋进行加密,其加密范围应该大干柱净高度的1.3倍”,在设计中应该予以重视。另外,还应该对建筑的柱体的纵向配筋规范予以重视,对对应的规范要求加以注意。
参考文献
[1]陈敬文.建筑框架结构设计原则及注意事项[J].轻工设计,20ll(6):l66.
[2]阮君良.多层建筑框架结构设计问题的研究[J].中国房地产业,201l(10):190.
[3]李冬艳.浅论建筑框架结构设计原则及施工中应注意的问题[J].华章,20I1(4):283.
[4]李汝瑾.高层建筑筏基设计的方法的分析[J].安徽水利科技,2000(6).
[5]宋红.桩筏基础实用计算方法[J].辽宁建材,2002.
关键词:高层建筑;抗震设计;结构设计
引言
随着建筑行业的快速发展,我国建筑逐渐向高层建筑和超高层建筑结构发展。高层建筑的结构复杂,层数比较高,建筑地基承受的荷载比较大。地震发生时,震源对高层建筑结构会产生冲击力,容易造成建筑梁、柱断裂,建筑倒塌等现象,严重威胁到人民群众的安全。我国是地震灾害比较频繁的国家,高层建筑抗震设计一直是社会关注的重点,抗震设计的好坏直接关系到高层建筑的质量。因此高层建筑抗震设计的时候要根据高层建筑的实际情况,提高建筑结构抗震性能。
1超限高层建筑结构基于性能抗震设计与常规抗震设计的比较
1.1基于性能的抗震设计的概念
概念设计是目前一种比较先进的设计理念,与传统建筑设计相比,概念设计不需要精准的计算或参考建筑设计规范相关的目录,而是设计者根据实践经验,按照建筑结构体系的力学关系、结构破坏机理,从建筑结构整体进行把握设计。传统的建筑设计思想无法满足人们对建筑结构抗震功能的要求,为了提高建筑结构抗震安全性能要求,抗震设计已经发生了较大变化。比如建筑结构以力分析为主并兼顾力与变形,考虑到建筑结构变形、耗能和损失,以及非线性分析和可靠性分析。基于性能的抗震设计是20世纪90年代美国建筑设计师提出来的一个全新的设计理念。它的主要核心是将抗震设计从保护居民生命财产安全为基本目标转移到不同风险水平地震作用力下满足人们对建筑的性能要求,通过多层次、多目标的抗震安全设计,保障建筑安全,最终实现经济效益和投资效益的平衡,满足人们对建筑的个性需求。
1.2我国常规抗震设计方法
当前大部分国家的抗震设计规范为“小震不坏、中震可修、大震不倒”的原则,我国采用二阶段抗震设计方法满足工业建筑和民用建筑实现以上三个原则的抗震要求,并在这个基础上根据建筑物抗震重要性分成甲、乙、丙、丁四类建筑物,根据建筑物的类别设置相应的抗震防烈要求。二阶段抗震设计方法如下:第一阶段是对建筑结构强度进行验算,也就是小震的地震洞参数,通过弹性模量计算建筑结构的弹性地震作用力,并与建筑物风荷载、雪荷载、水平荷载等进行组合,计算建筑结构截面的抗震承载力,确保建筑结构的强度,并通过合理的平面结构布置,确保建筑结构的抗拉力。第二阶段则是验算建筑结构的弹塑性,也就是对地震作用下很容易倒塌的建筑结构按照大震标准进行设计,处理好建筑结构的薄弱环节,以免地震发生时首先冲击建筑结构的薄弱环节,影响到整个建筑结构的安全性和稳定性。
1.3常规抗震设计方法与基于性能抗震设计方法的比较
基于常规抗震设计方法与基于性能抗震设计方法在设防目标、设计实施方法和检验方法、实现性能和工程应用方面都有所不同,具体见表1。通过比较发现,基于性能抗震设计方法是未来建筑抗震设计的发展方向,它适应了社会新技术和新工艺发展需求,能够满足建筑业务单位和使用单位对建筑结构安全性、经济性等相关要求。
2超限高层建筑结构的抗震性能目标
某酒店塔楼的高度是168.9m,结构计算高度为176m,建筑结构为B类钢筋混凝土高层建筑。建筑场地类别为III类,建筑抗震等级为二级。
2.1结构的抗震性能水准
按照相关规定,酒店的塔楼高度、平面扭转不规则等不能超限,所以在第一、二阶段抗震设计过程中,必须采取有效的方法满足建筑工程国家以及地方相关的标准,并将基于性能抗震设计目标概念进行设计。按照《建筑抗震设计规范》给出的抗震性能设计方法以及《高层建筑混凝土结构技术规范》中的相关规范进行设计,确定该酒店的性能水准为C类,具体控制目标如下:
2.2建筑结构的性能目标
超限高层建筑结构规则性、高度等方面超出了建筑工程规范中的适用限值,使得抗震设计缺乏相应的参考依据。基于性能目标设计方法在设计的时候,需要综合考虑到建筑场地实际设防裂度、超高限值以及建筑结构不规则等经济因素,对超高建筑的薄弱环节、主抗侧力构件等结构变形能力和抗震承载能力有具体的性能目标。按照建筑工程设计中相关内容,建筑结构关键构件由建筑结构工程师根据工程实际情况分析。比如水平转换构件和支撑竖向构件、大悬挑结构的主要悬挑构件、长短柱在同一楼层的数量相当于在该层各个长短柱等要求。这其实是将过去常规抗震设计中的“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设计原则进行量化和细化。比如将A级性能目标设计要求建筑结构小震不坏、中震和大震不坏,就是要求建筑结构在中震和大震中依然保持一定的弹性。
3结语
随着建筑行业的快速发展,常规的建筑工程抗震设计方法已经无法满足当下建筑设计的要求,基于建筑结构性能抗震设计理念对抗震结构的目标进行量化,明确抗震目标性能,能够提高建筑结构抗震性能,必将成为建筑行业的发展趋势。
参考文献:
关键词:建筑工程;地震安全性评价;峰值加速度;地震影响系数;抗震设防
中图分类号:TU99文献标识码:A
一、前言
北京作为首都,是全国的政治、文化中心和国际交往的枢纽,也是一座著名的历史文化名城。因此,北京市的抗震设防参数的选取尤为重要。
抗震设防是以现有的科学水平和经济条件为前提,规范的科学依据只能是现有的经验和资料基础上编制的。北京市的抗震设防是依据《建筑抗震设计规范(GB50011-2010)》执行的,该规范是一般建筑物抗震设计的依据,是针对量大面广的一般建筑物编制的。但是,目前对地震规律性的认识还很不足,重要建筑(例如生命线工程、高层建筑等)的抗震设防都要进行工程场地地震安全性评价工作,并进行专门研究,并根据研究成果进行抗震设防。尤其是2008年汶川地震以后,政府部门对于这项工作更加重视,对每项重要工程的设防参数都进行严格审查,并根据工作成果进行批复,以此作为抗震设防的依据。
二、建筑工程抗震设防概况
北京市的抗震设防依据是《中国地震动参数区划图(GB18306-2001)》确定地震基本烈度,并具体根据《建筑抗震设计规范(GB50011-2010)》中与之相对应的设防参数执行,建筑抗震规范中规定:北京市城区及房山、通州、顺义、大兴、平谷的抗震设防烈度为8度,设计基本地震加速度值为0.20g,地震影响系数为0.16;昌平、门头沟、怀柔的抗震设防烈度为7度,设计基本地震加速度值为0.15g,地震影响系数为0.08。这些参数都是一般建设工程抗震设防依据,重要工程需通过地震安全性评价的方法来确定设防参数。
北京市重要建设工程需根据京震联字【1999】1号文件中《北京市工程建设场地地震安全性评价管理办法实施细则》的规定进行工程场地地震安全性评价工作,进行地震安全性评价的工程需按照地震主管部门审批后的地震动参数进行抗震设防。2008年汶川地震以后,北京市地震主管部门更加重视地震安全性评价工作,明确了进行地震安全性评价的工程的抗震设防参数,应采用高于50年的地震动参数进行抗震设防。
近些年来,我们一直从事于重要工程的地震安全性评价项目,每项工程都按照相应规范的技术要求进行了钻探和活动断层的判定,本文统计了我们完成的北京市六环路以内有代表性的101个重要工程项目(见图1),累计完成钻探16000余米,完成浅层地震勘探等物探长度20km,这些项目中提供的抗震设防参数都通过了审批部门的审查,并取得了抗震设防的批复文件。通过对以上项目抗震设防参数的统计和分析,得到了北京市六环路范围内的重要工程抗震设防的基本参数及基本设防水准,为重要工程的抗震设防提供依据。
地震安全性评价报告共提供了地震加速度、特征周期、地震影响系数等抗震设防参数,但项目设计单位在工程的结构设计阶段,认为地震基本加速度和地震影响系数对工程的结构验算及工程造价起到决定性作用,他们认为这两个参数的取值非常重要,因此,我们选取这两个参数进行论述。
图1已完成的安评项目分布图
三、安评结果统计分析
根据建筑工程结构设计的需要,地震峰值加速度和地震影响系数是抗震设计中的一项重要地震动参数,其取值的高低直接影响抗震设防的标准和基本建设投资。工程地质条件和场地条件的不同直接导致了地震峰值加速度和地震影响系数大小的变化,文中统计的项目所处的地质条件、地质分区和场地条件各不相同,根据钻探和剪切波速测试结果,这些项目主要分布与Ⅱ类和Ⅲ类场地上。依据《建筑抗震设计规范(GB50011-2010)》和《工程场地地震安全性评价技术规范(GB17741-2005)》以及主管部门的规定,所有项目都计算了50年和70年的地震动参数。本文对每项工程50年、70年超越概率10%的峰值加速度(图2、图3)和50年、70年的水平地震影响系数(图4、图5)进行了统计,并绘制了等值线图。
图250年超越概率10%地震峰值加速度等值线图(单位:gal)
从图2中可以看出,北京市的基本地震加速度度为0.20g,但城六区高于0.20g,酒仙桥一带达到0.22g,北七家和顺义都达到了0.21g。北东向的丰台-朝阳-顺义和北西向的百善-西北旺-酒仙桥一线是北京市的设防重点区域,其基本地震加速度都高于0.20g。
图370年超越概率10%地震峰值加速度等值线图(单位:gal)
从图3中可以看出,北京市70年超越概率10%地震峰值加速度与图2基本吻合,北东向的丰台-朝阳-酒仙桥-北七家-顺义和北西向的百善-西北旺-酒仙桥的地震加速度达到0.25g,其它大部分区域也都达到0.23g。
图450年设防水平地震影响系数等值线图
水平地震影响系数是根据烈度、场地类别等确定的,图4对北京市50年设防水平地震影响系数进行了统计,从图中可以看出北京市的城六区及百善、回龙观、顺义和通州的地震影响系数都高于0.16的规范允许值,其它区域也都不低于0.16。这与基本地震加速度和场地类别的确定是密切相关的。
图570年设防水平地震影响系数等值线图
从图5中,我们仍可以看到,北京市70年设防水平地震影响系数都到达了0.20以上,北七家和顺义都达到了0.22以上,如果按照70年设防水平选取水平地震影响系数,说明北京市的抗震设防已经达到了一个新的高度。
四、结论
本文通过对北京市六环路范围内已经完成的101个安评项目进行了统计和分析,结合《建筑抗震设计规范(GB50011-2010)》和《中国地震动参数区划图(GB18306-2001)》的相关规定,主要结论如下:
(1)50年抗震设防基本地震加速度为0.20g,水平地震影响系数介于0.16~0.18之间。
(2)70年抗震设防基本地震加速度介于0.22~0.25g之间,北东向的丰台-朝阳-酒仙桥-北七家-顺义和北西向的百善-西北旺-酒仙桥的地震加速度达到0.25g,其它大部分区域也都不低于0.23g;水平地震影响系数不低于0.20,北七家和顺义地区都达到了0.22以上。
(3)根据规范和政府主管部门的要求,重要工程按照安评结果设防并应适当提高设防水平,因此重要工程取70年或者更高的设防水准,说明北京市重要工程的抗震设防水准高于50年的基本设防烈度。
参考文献:
1、 GB500112-2010,建筑抗震设计规范[S]. 北京:中国建筑工业出版社,2010.
2、 GB177412-2005,工程场地地震安全性评价技术规范[S]. 北京:中国标准出版社,2005.
3、 GB18306-2001,中国地震动参数区划图[S]. 北京:中国标准出版社,2001.
4、胡聿贤. 地震安全性评价技术教程[M]. 北京:地震出版社,1999.
关键词:砖混结构;抗震设计;构造措施;房屋
在我国目前的建筑行业中,使用最多的建筑形式依然是砖混结构,它具有选材方便,施工周期短,工序简单以及造价低廉等优点。但是,由于砖混结构构成材料本身的物理结构:刚性较大,变形量小,导致其在外力作用下时会由于重力原因产生自振,容易造成脆性破坏,这也导致了砖混结构房屋的抗震性能较差。
为此,必须采取相应措施,合理设计砖混结构房屋结构,保证施工质量,从而加强砖混结构房屋的抗震能力,本文作者结合自己的实际工作经验,就如何加强砖混结构房屋的抗震性能进行了深入探讨,并给出了一些符合工程实际的设计准则和设计规范:
合理布局房屋的平面、立面形状
房屋的设计应该尽量简单,平面、立面的布局应该尽量保持对称,尽量确保房屋的质量中心与刚度中心的重合;(2)房屋在外观上应该尽量避免外挑、内缩等结构平面不规则的设计,这些设计在地震作用下会产生剧烈的扭转效应,大大增强外力对房屋的破坏力度,如果房屋的外观必须采用不规则设计,为了避免扭转效应,必须按照相关标准在房屋上设置防震缝;(3)房屋应该尽可能降低其重心,坚决杜绝建筑物“头重脚轻”的不良情况,以避免在地震时发生鞭梢效应;(4)房屋在平面、立面的设计上,应该尽量保持质量与刚度的分布对称设计,这样可以防止应力集中现象,提高建筑物在地震灾害中的强度;(5)在设计中还应该合理控制好房屋平面、立面结构刚度上的均匀性。
控制房屋高度、层数
有统计数据表明,房屋的高度越高,房屋的层数越多,在地震灾害中受到的破坏也就会越大。合理控制房屋高度、层数,对于减小地震对于建筑物的灾害有着很大的作用。在实际的设计与施工过程中,应该按照现行的建筑抗震设计规范,严格控制建筑物的总高度和总层数,防患于未然,避免因为房屋设计高度问题而导致的不必要的损失。
3、设置地下室结构
根据以往的震害统计资料表明:配有地下室的建筑比没有地下室的建筑震害要小。相对于地面以上的房屋结构而言,附建的地下室空间相当于一个稳定性好,刚度大、整体性强的基础。它降低了整体建筑的重心,在实际地震灾害中可以减轻地面以上建筑的晃动,从而减轻震害。因此,在新建和改造房屋过程中,根据需要设置地下室结构是十分有利的。
4、加强房屋的整体性设计
从某种意义上来讲,设计良好的砖混结构房屋可以视作一个在横向、纵向上都具有合理空间刚度的结构体系,它的抗震能力很大程度上取决于其结构的空间刚度和结构的完整性,这也体现了房屋整体性的重要。在实际施工过程中,为了加强房屋的整体性,我们主要考虑的是各建筑构件连接处的设计。有以下几个方面可供相关人员参考:
在房屋结构中,各面墙体的纵横交错处应该特别加以注意,保证二者之间可以同时咬槎砌筑,避免直槎与马牙槎等不合理设计;对于抗震要求特别高的房屋,可以考虑沿着墙面在灰缝处额外增加钢筋结构;非承重墙与承重墙之间的连接处应预留钢筋以方便与后砌非承重墙的拉结;另外,还需采取相关措施加强墙角处的抗震性能。
在房屋结构中,特别是上下墙体不对齐时,现浇楼板能够起到一定的传递水平受力的作用,同时,现浇楼板还可以增加对墙体的约束作用,增强楼房结构空间的刚度和整体的稳定性。
在房屋的适当位置,配置钢筋圈梁,可以限制散落问题,也可以提高房屋的整体抗震性能。
5、合理设计房屋圈梁和构造柱
房屋圈梁以及构造柱在加强建筑抗震能力上也发挥着重要的作用,在实际施工中我们应该着力考虑以下几个方面:
(1)加强应交圈的闭合设计:在房屋施工中,常常会遇到内外墙圈梁不位于同一高度的情况,为了加强房屋的整体性,应该采取内外墙圈梁整体浇筑措施,或者应使圈梁紧挨房屋顶部边缘进行浇筑。
(2)加强装配式钢筋混凝土顶盖处的圈梁设计:为了加强房屋的抗震能力,应该在屋顶处沿着内外墙的走向全部设置圈梁,从而抵消掉由砖拱顶盖引起的应力,确保房屋的稳定性。
(3)加强多层砖混结构房屋中的水平圈梁设计:应该在多层砖混房屋中每层楼楼盖处设置水平圈梁,以加强内外墙的连接性,提高房屋整体的竖向刚度和抗御不均匀沉陷的能力。。
(4)加强地梁设计:在地基土层分布不均匀以及沉陷较严重的地域,应该在埋设地基时增设一道地梁,用于减轻地震时由于地基的不均匀沉降与地表裂缝对房屋造成的影响。
6、加强楼梯间的抗震性能
在地震灾害中,楼梯间的震害比其他部分都要严重,而楼梯间又是地震时用于疏散人员和开展抗震救灾工作的重要交通要道,因此,必须在设计施工房屋时就加强楼梯间的抗震性能。一般有以下几个方面需要注意:
房屋的第一开间不用于设置楼梯间:因为第一开间结构空旷,其抗震能力相对较弱,如果在此处设置楼梯间,会加重它在地震时的负担,导致楼梯间震害严重。
应该尽量选用结构坚固的砂浆和钢筋,确保钢筋混凝土结构的教主质量,避免因为施工质量问题带来的地震灾害。
(3)加强楼梯间与平台板梁的可靠连接,避免采用悬挑式楼梯以及墙体插入式设计的预制楼梯。
7、合理选择结构材料
在实际施工中,材料的选择一方面要保证建筑结构的刚性要求,一方面还要考虑价格因素。应该按照房屋的防震标准合理选择结构材料,一般来讲,根据国家建筑抗震设计标准,在结构材料的选用中应该遵守以下原则:(1)选用强度不低于MU10的烧结普通黏土砖;(2)选用强度不低于M5的砌筑砂浆;(3)选用强度不低于C20的混凝土构件;(4)选用延展性、韧性以及焊接性较好的钢筋。
8、加强监管,确保施工质量
在所有措施中,加强监管力度,确保施工质量是保证房屋抗震能力的最具有主观能动性的措施。有以下方面需要特别注意:(1)要加强施工作业人员的技能培训,确保建筑构件质量;(2)引入第三方的监督管理机构,防止建筑单位偷工减料、降低施工标准等渎职行为;(3)不过分追求工程进度,按照施工规范,合理安排进度,保证施工质量。
通过在施工过程中加强以上几个方面的抗震措施,再辅以精心的组织规划和合理的人员、物资调度,从根本上提高砖混结构房屋的抗震能力。确保房屋在设计、施工、维护全过程的设计达标,才能确保房屋真正达到“小震不坏,中震可修,大震不倒”的设计要求。本文结合作者自己的实际工作经验,从多个角度讨论了砖混结构房屋的的常见设计手法,并对其加以总结归纳,供相关从业人员参考,具有一定的使用价值。
参考文献:
[1] 郭继武.建筑抗震结构设计.北京:地震出版社.
[2] 建筑结构抗震设计规范.北京:中国建筑工业出版社.
[3] 建筑抗震设计规范(GBSO011~2OO1)[S].北京:中国建筑工业出版社,2001.
[提要]
地震会产生次生灾害,为解决灾后避难问题,本文拟对既有大空间结构进行加固,根据PKPM软件计算出增大截面法和增设钢支撑法对大空间建筑抗震加固的效果并进行分析。通过工程实例计算及分析,表明增大截面法无法显著提高原结构的抗震性能,且不符合绿色环保的设计理念,而增设钢支撑法可明显提高结构的抗侧移能力,故采用钢支撑加固法对实例体育馆进行加固改造更为科学可行。
[关键词]
大空间结构;抗震设计;增大截面法;钢支撑法
1引言
近年来世界各地地震频繁发生,由于震后房屋倒塌损坏严重,人们无处安身避难,会导致更多的次生灾害发生。为解决大量人群灾后的避难问题,对大空间建筑的加固就显得极为重要。[1-5]增大截面法及钢支撑法对大空间避难场所进行加固的可行性为本次研究的重点。增大截面法适用于钢筋混凝土受弯、受压构件的加固。该方法是通过改变原有构件的截面尺寸,使构件的承载力得到提高。该方法可以广泛应用于混凝土梁、板、柱等构件和一般构筑物的加固。其优点是在增大构件刚度的同时,承载力和变形能力也得到了提高;其缺点是湿作业工作量大、养护期长、占用建筑使用空间较多。钢支撑法适用于抗侧移刚度不足的构件加固,该法通过在抗侧力构件之间增设钢支撑来增强结构的整体性。其优点是不占有结构的使用空间,对结构的整体刚度提高较为明显;其缺点是结构的部分使用功能被破坏,加固成本较高[6-7]。
2工程实例概况及加固目标
以唐山市某中学体育馆为研究对象,该中学体育馆始建于2005年,总体建筑形状为规则矩形,柱网平面图见图1所示。该体育馆南北长36.00m,东西长58.80m,高17.8m,建筑总面积为8998m2,主体结构的设计使用年限为50年,主体结构形式为钢筋混凝土框架结构,上部屋面采用平板式倒放四角锥网架结构,结构形式为双层平板网架,网架长度为53.1m,宽度为36m,厚2m,并通过支座与下部混凝土柱相连接。主体结构为钢筋混凝土框架结构,各层构件的混凝土强度等级均采用C30级,混凝土框架部分分为六个结构层,第一层为地下室,层高为3.00m,第二层层高为3.00m,第三层层高为3.00m,第四层为看台,层高为1.70m,第五层层高为2.40m,第六层层高为7.20m,混凝土柱尺寸主要有四种,分别为直径700mm圆柱、直径900mm圆柱、600mm×600mm矩形柱和700mm×700mm矩形柱。现要将该体育馆作为抗震避难场所使用,对其进行抗震加固设计。要求设计满足《防灾避难场所设计规范》(报批稿)中第7.3.1条规定:(1)避难建筑应采用设置多道抗震防线的结构体系。(2)建筑形体应规则,抗侧力构件在平面内布置应规则对称,结构侧向刚度沿竖向应均匀变化。(3)计算避难建筑结构地震作用时,设计基本地震加速度值、地震加速度时程的最大值和水平地震影响系数最大值,应采取在国家现行标准《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)规定的相关数值乘以表1(即《防灾避难场所设计规范》(报批稿)中表7.3.1)的避难建筑调整系数后的数值。(4)抗震设防烈度为6度~8度时,避难建筑应按高于本地区抗震设防烈度一度的要求采取抗震措施,抗震设防烈度为9度时,避难建筑应按比9度更高的要求采取抗震措施。因原结构按照《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)的要求,其抗震设防烈度为8度(0.2g),设防地震分组为第一组,框架抗震等级为一级,无法满足《防灾避难场所设计规范》(报批稿)的相关规定,所以要对其进行加固改造,加固后设计使用年限不变。
3加固前抗震性能分析
原网架结构的设计模型采用SAP2000v15计算,按照《防灾避难场所设计规范》(报批稿)的相关要求进行调整,因原有设计具有较大的安全储备,各项指标均能较好满足避难建筑的抗震要求。故本次设计调整只针对下部的钢筋混凝土框架结构,将网架荷载折算成面荷载施加到顶层。参照原结构设计图纸中的梁、柱和楼板的钢筋及混凝土的强度等级,截面尺寸和实配钢筋采用PMCAD建立模型见图2所示。利用SATWE进行计算分析,抗震设防烈度按9度(0.4g)进行计算,框架抗震等级按1级考虑。
3.1侧移计算经计算多遇地震作用下的最大层间位移出现在第六标准层,具体数值为:X向1/410,Y向1/362。根据《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)中的相关规定,弹性层间位移角限值为1/550,原结构不满足要求。
3.2配筋计算(1)柱配筋:标高在3.00m~6.00m间有10根柱超筋;标高在6.00m~7.70m间看台柱全部超筋;标高在7.70m~10.10m间有五根柱超筋;标高在10.10m~17.30m间有3根柱超筋,主要是箍筋超筋。柱纵向钢筋较原配筋平均增大15%。除箍筋超筋的柱外,大部分柱箍筋满足要求。(2)梁配筋:梁的纵筋和箍筋均能满足要求,其配筋最大增加3%。以上侧移超限、柱箍筋超筋均是由于侧移刚度不足所致。梁配筋满足率较高是因为在计算时,没有采用原体育场馆的活荷载,而是采用2.5kN/m2的避难人员荷载计算的。增大截面加固法和钢支撑加固法是广泛应用的两种加固方法,针对该体育场的基本情况应用以上两种加固方法进行加固,从而找到环保可行的加固方法。[8-9]
4增大截面法加固计算分析
根据抗震性能分析结果,对出现超筋的梁、柱截面进行适当的增大,对其他未出现超筋现象的梁、柱截面进行相应的调整。调整结果见表2所示。利用SATWE进行计算,得到原结构的各项指标与加固后结构的各项指标的对比图见图3所示,实线为加固前结构相应指标,虚线为加固后结构相应指标:由以上数据可知,加固后最大层间位移角和楼层最大位移均有所减小,但减小幅度不明显。在满足各层柱子均不超筋的情况下,结构的最大层间位移角依然超限,此时最大框架柱的尺寸已经增大了370%,最小框架柱尺寸也已经增加了50%。显然,如果继续增大框架柱截面尺寸,不但会造成资源的极大浪费,还会增大施工的困难程度。
5钢支撑法加固计算分析
根据《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)附录G钢支撑—混凝土框架和钢框架—钢筋混凝土核心筒结构房屋抗震设计要求,钢支撑框架应在结构的两个主轴方向同时设置并宜上下连续布置,钢支撑布置见图4所示。通过控制钢支撑平面内及平面外长细比,初步估算截面尺寸。经过计算后对钢支撑截面作出进一步的调整,经过反复试验,调整结果见表3所示。利用SATWE进行计算,得到原结构的各项指标与加固后结构的各项指的对比图见图5所示,实线为加固前结构相应指标,虚线为加固后结构相应指标,从图中可明显看出:加固后的X向、Y向最大层间位移角及变化幅度要明显小于加固前的数值,X向、Y向楼层最大位移也明显地小于加固前的数值。
6结论
引言
我国地域内所发生的地震,绝大部份属于这种“构造地震”的类型。由火山爆发所产生的“火山地震”或因岩洞崩塌、局部地面陷落所引起的地震,在我国很少发生。
许多国家在高层建筑的抗震设计方案中,已经出现了新的结构。如美国纽约的高层建筑物,建在于基础分离的98个橡胶弹簧上,日本的建在弧型钢条上防地震建筑物,明显的在建筑结构体型上,改变了传统的插入式刚箍捆住内力的结构体系。
在2010年12月1日施行的《建筑抗震设计规范》(GB50011-2010)和2011年10月10日开始施行的《高层建筑混凝土结构技术基础》(JGJ 3-2010)是综合了各国高层建筑设计的成功经验,同时结合我国地震灾害的特点,对我国高层建筑设计提出了新的标准和要求。
世界抗震设计经验
1.美国抗震措施
美国是一个地震较多的国家,其西海岸重要城市洛杉矶正好处在环太平洋地震带上,而整个加州也是全球地震高发地区之一。高层建筑的抗震问题以及如何将地震带来的损失降到最低,一直是人们密切关注的问题。其中关于高层建筑的一些抗震措施。
(1)控制高层建筑的层高
在地震频发的洛衫矶市,除了市中心作为地标建筑的一些超高层建筑,其余地段均是多层低层建筑。尤其值得注意的是在土层薄弱和不利地段加州政府通过立法禁止建造高层建筑。对于高层建筑而言,地震力和风力是控制荷载,且都是水平作用力,层高过高,对建筑抗震和抗风都十分不利。控制在地震区域的建筑层高,是有效降低震害的手段之一。
(2)选用轻质建材
美国大部分地区均是低层建筑,且均是木结构,围护材料和隔墙也多采用石膏板、刨花板等轻质板材。采用轻质建材的建筑,在地震力作用下,自身结构受到更小的影响,且即使受到破坏,较轻的建材也能有效减轻造成的二次破坏。
(3)选用高强度高延性建材
美国另一重要的防震措施是在高层建采用钢结构,而低层建筑就采用木结构。钢材与木材都是高延性的材料,具有足够的柔度。在地震发生时,可以通过自身变形消耗掉地震能量,在抗震要求更高的超高层建筑中,则添加上阻尼减震器,也可以大大提高建筑的延性和抗震性能。
2.日本抗震措施
日本全岛都处在地震频发区域,每年都会发生约1000余次地震,在高层建筑防震抗震方面,有丰富的经验。
(1)提高建筑物的强度和刚度
日本的高层公寓很多,大部分的住户在购买公寓中都会特别看重抗震设计水平。号称日本第一高层公寓的大楼中,采用了与美国世贸大厦相同的钢管,其抗震性能主要来源于采用高强度高刚度的优质建材,确保了建筑物的抗争性能,也是公寓能得以畅销的重要原因
(2)选用橡胶材料加强延性
日本东京的一些超高层建筑都进行了严密的抗震设计,其中一个重要措施就是在建筑使用高强度的橡胶作为基底材料,同时在建筑中心也选用天然橡胶作为基层,提高了建筑物的抗震性能。
(3)“局部浮力”抗震系统
近年来日本新研制了“局部浮力”抗震系统,将建筑物的上层结构与基础部分分离开,采用这种“局部浮力”系统进行连接,借助水的浮力来加强建筑整体的延性,其工作原理大体上与阻尼减震系统和橡胶减震系统类似,但据报告有更好的抗震效果。
新增条款的意义分析
《建筑抗震设计规范》和《高层建筑混凝土结构技术基础》新增了若干条款,本文列出对抗震设计影响较大的条款进行分析。
1. 新增的通用条款
(1)抗震设计的高层建筑混凝土结构,当其房屋高度、规则性、结构类型、场地条件或抗震设防标准等有特殊要求时,可采用结构抗震性能设计方法进行分析和论证。
此条款明确了在高层建筑设计中,抗震设计的核心地位,高层建筑采用抗震性能设计已形成一种发展趋势。
(2)楼层质量沿高度宜均匀分布,楼层质量不宜大于相邻下部楼层质量的1.5倍。
此条规定限定了荷载沿竖向的不规则分布,可有效地降低震害,明确了高层结构设计的标准。
(3)增加了结构抗连续倒塌设计基本要求。安全等级为一、二级时,应满足抗连续倒塌概念设计的要求。安全等级为一级且有特殊要求时,可采用拆除构件方法进行抗连续倒塌设计。
连续倒塌是指结构因突发事件或严重超载而造成局部结构破坏失效,继而引发与失效破坏构件相连的构件连续破坏,最终导致相对于初始局部破坏更大范围的倒塌破坏。在高层建筑抗震设计中,对上部结构进行连续性倒塌分析时,其首先要保证下部基础不会发生破坏,加强结构基础设计是整个设计工作的根本。
2.修订条款的意义分析
(1)明确将扭转位移比不规则判断的计算方法,改为“在规定的水平力作用下并考虑偶然偏心”,以避免位移按振型分解反应谱组合的结果,有时刚性楼盖边缘中部的位移大于角点位移的不合理现象。
(2)根据汶川地震的经验,提高了框架结构中框架柱的内力调整系数,而其他各类结构中框架柱的内力调整系数保持不变。
框架结构柱的最小截面尺寸,除不超过2层和四级外,比旧版增加100mm;柱纵向受力钢筋的最小总配筋率比一般框架增加0.1%、最大轴压比控制比旧版加严0.05。
(3)根据汶川震害调查,将防震缝的最小宽度由70mm提高到100mm。
相邻结构在地震过程中的碰撞是导致结构损坏甚至倒塌的主要原因之一。为防止建筑物在地震中相碰撞,防震缝必须留有足够的宽度。原则上防震缝净宽应大于两侧结构允许的地震水平位移之和。
结语