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【关键词】高层建筑,混凝土,抗震设计
中图分类号:TU973+.31文献标识码: A 文章编号:
一、前言
建筑行业是我国重要的经济增长行业之一,关系到居民的切身利益。我国是多地震国家,但我国目前对地震的预防能力较弱,地震给我国带来了及其巨大的灾害,因此,加强建筑设计中的抗震设计,是进一步保障我国居民生命财产安全的重要措施之一。目前我国高层混凝土建筑应用的范围越来越广泛,其综合性和高集成性都使得高层建筑的抗震设计需要更为明确的重视,加强对高层混凝土建筑抗震设计,已经十分的迫切。
二、高层混凝土建筑结构中抗震设计的现状和存在的问题
高层混凝土建筑是经济发展的产物,高层建筑结构的设计尤其是在抗震结构设计上,我国虽然引进了一些西方欧美抗震设计理念,但缺乏符合本国实际的理论技术创新。很大方面存在着缺陷,主要表现在以下几个方面。
1.高层混凝土建筑在结构防震设计中缺乏科学规范的理论指导,缺乏实际经验的积累;而且我国对地质地震的认识尚不够完善,对地震的成因,预测,防治研究不够深入。因此,在进行高层建筑结构抗震设计时候,缺乏一定的科学依据,或依据的是不完善的理论。因此,难以在高层建筑结构设计中完美融合防震设计理念。
2.高层混凝土建筑结构设计中,设计立足于固定参数,而忽视了实际情况,设计完全依据“计算设计”完成。而且将一定的地震或力学参数做出固定的规范,比如,在我国地震设计研究中,把地震的降级系数统一规定为2.81,将小震赋予固定统计意义。而小震多用于结构设计中,结构截面承载能力设计和变形的检验计算,需要依据一定的实际情况而行。双向板内力计算时,查用《建筑结构静力计算手册》的内力系数时,其泊松比取值为0。 而钢筋混凝土材料的泊松比取值为1/6, 这在设计板时往往容易被忽略,在计算跨中弯矩时,未考虑引入泊松比后的计算公式,导致内力计算结果错误。
3,没有能够深入研究地震对建筑结构破坏的层次和顺序,难以做到重视主体的设计且兼顾细节问题。没有能根据实际情况灵活变通的运用抗震设计准则。
三、高层混凝土建筑结构抗震设计的方案
1. 高层混凝土建筑结构设计要从建筑的全局出发,全面考虑各种建筑部位的功能,在此基础上,科学设计每个部分的构件,保证每个部件之间的契合,促使每个部件或者是若干部件组合起来可以完成某一特定的设计要求,满足一定的现实需求,同时,通过抗震设计,使得每个构件都可以具有相应的承载力,当地震来袭时,每个构件都可以有着一定的先后破坏次序,整体组合构件将会有着更强大的承载力和柔性,从而延缓地震破坏的速度,消耗爆发的能量。增强建筑的整体抗震能力。
2.地基设计是进行建筑结构设计的基础,因此,在房间结构抗震设计中,要科学避开山嘴,山包,陡坡,河流等不利因素,要本着坚硬,牢固,平坦,开阔的选址原则。亲身实地,利用先进技术设备,进行地质勘探,山石水土监测,并取样论证,科学严谨分析。力求使得整个地基牢固可靠,地质稳定无渗漏,无坍塌,无暗河,无熔岩,无火山等,从而保证整个地基不会因为承载力不均,而发生小范围的坍塌,影响到整体承载能力和抗震能力设计。
3. 高层混凝土建筑物的动力性能基本上取决于其建筑布局和结构布置。建筑布局简单合理,结构布置符合抗震原则,通过无数次的实验表明,简单、规则、对称的建筑结构抗震能力强,对延缓地震烈度范围延伸,消耗地震的能量,减少地震对整体结构的破坏,而且,对称结构容易准确计算其地震反应。
4.抗震结构体系是抗震设计应考虑的关键问题。如果按结构材料分类,目前主要应用的结构体系有砌体结构、钢结构、钢筋混凝土结构、钢-混凝土结构;若是按结构形式分类,目前常见的有框架结构、剪力墙结构、框架剪力墙结构、筒体结构。高层建筑结构抗震设计中,不同结构的抗震结构体系的承载力受到抗震设防烈度、建筑高度、场地条件以及建筑材料、施工条件、经济条件等多种条件的影响,因此高层建筑结构抗震设计要综合考虑,做到科学选择,严谨设计。
5.结构良好的延性有助于减小地震作用,吸收与耗散地震能量,避免结构倒塌。因此,结构设计应力求避免构件的剪切破坏,争取更多的构件实现弯曲破坏。始终遵循“强柱弱梁,强剪弱弯、强节点、弱锚固”原则。构件的破坏和退出工作,使整个结构从一种稳定体系过渡到另外一种稳定体系,致使结构的周期发生变化,以避免地震卓越周期长时间持续作用引起的共振效应。
6.在高层建筑结构抗震设计中,一般而言,要尤其注意其是由诸多构件共同组合在一起,因此,要进行整体化的对待。要充分调动各个构件的作用来完成整体建筑的抗震效果。当高层建筑的一些基本构件都失去了原有功能的时候,那么,在地震来临后,很容易让整体的建筑结构丧失对地震的抵抗能力。在这种情况下,很容易让整个高层建筑坍塌,因此,要保证所有构件的功能协调,并确保所有的构件都能够在地震作用下保证良好的性能,如此,可以增强建筑结构的整体抗震能力。
7.设计高层混凝土建筑和超高层建筑时,屋顶建筑抗震设计也是整个设计的一个重要环节。近几十年来,从多数高层建筑抗震设计评定结果看,屋顶建筑设计还存在一些问题,例如:屋顶设计较高或者设计过重。屋顶设计较高或者设计过重,无形当中加大了屋顶建筑变形,而且也加大地震作用,尤其对自身和屋顶之下的建筑物的抗震作用都不利。有时屋顶建筑的重心和屋顶之下的中心不在同一直线上,如果屋顶的抗侧力墙和屋顶之下的抗侧力墙出现间断,在地震发生时,带来的地震扭转作用也会更严重,对抗震更不利。所以,在进行屋顶建筑设计过程中时,应该最大限度的降低屋顶建筑的高度。选用强度较高、轻质、刚度均匀的材料,使得地震作用传递不受阻碍;屋顶重心和屋顶之下的建筑中心在同一直线上;如果屋顶建筑非常高,屋顶建筑就必须具有较强的抗震性,让屋顶建筑地震作用和突变降低到最小,尽量避免发生扭转效应。
四、结束语
随着我国经济的发展和人民生活水平的提高,在目前的发展趋势中,高层建筑结构设计的主流趋势有低碳,环保,安全,节能,生态。其中指标之一,就是建筑的安全性,而我国目前破坏力最大的安全威胁便是地震,因此,加强对高层建筑结构的抗震设计,必将会被提升到建筑设计新的战略高度。要科学合理的设计好房间结构,增强抗震能力,设计人员不仅要大力提升自己的力学,建筑学,设计学等各方面的专业知识和制图技能,更要培养严谨缜密的态度,深刻理解设计规范,深刻了解建筑结构中的每个构件,做好每个构件,从整体构思,不断提高设计水平和设计质量,提升建筑结构的质量,为完美实现建筑的实用价值和美学价值的融合做出贡献。
参考文献:
[1]宫彩红,才永杰 试析高层混凝土建筑抗震结构设计[期刊论文] 《城市建设理论研究(电子版)》 -2012年9期-
[2]卢伟 高层建筑抗震结构设计之探讨[期刊论文] 《价值工程》 ISTIC -2011年5期
关键词:建筑结构;性能;抗震设计;概念;特点;问题;方法
中图分类号:TU318 文献标识码:A 文章编号:
随着人们生活水平的提高,人们对社会的需求开始呈现多样化的特点,而随着建筑物越来越高,体型变得越来越复杂,建筑结构的抗震设计也变得更有挑战性。人们为了保障自身的安全,对此便有了更多的关注,对基于性能的抗震设计也更加重视起来,在此种方法下,会对设计者有所要求,那就是要对建筑物在地震作用下可能形成的性态反应做出一定的评价。这种方法有很多好处,最主要的就是对于不安全的设计,能够正确的辨别出来,还可以提出一些方案来解决问题,使得建筑结构更加安全和经济。
1基于性能的抗震设计概念
以往提到的基于力的抗震设计或者基于位移的抗震设计,由于力和位移都是很明确的物理概念,可以被很容易地理解。但是基于性能的抗震设计,由于性能一词是一个宏观概念,不像力或位移可以直接成为设计参数,也可以直接应用到设计中去事实上,这里提到的结构性能往往可以与结构的破坏程度相关,而结构的破坏程度又可以由结构的反应参数来表示(如应力、力、位移、能量以及一些定义的破坏指标)。所以基于性能的抗震设计是比基于力或者基于位移抗震设计更为广泛的设计理念,更为直接地满足个人或者社会对建筑物的要求,即要求建筑物是否安全可靠,是否满足他们的使用需要,而不是普通使用者能提出的建筑物可以抵抗多强地震力,或者是变形控制在什么程度。
基于性能的抗震设计并不是一个全新的概念,尽管目前基于性能的抗震设计得到国际上广泛的重视与研究,也取得一些初步的成果,但是对于基于性能的抗震设计,现在还没有一个统一的定义。比较有权威性的是美国SEAOC,ATC和FEMA等组织给出的基于性能设计的描述。其中,对基于性能抗震设计的描述是“性能设计应该是选择一定的设计标准,恰当的结构形式,合理的规划和结构比例保证建筑物的结构与非结构的细部构造设计,控制建造质量和长期维护水平,使得建筑物在遭受一定水平地震作用下,结构的破坏不超过一个特定的极限状态”。一些学者也对基于性能抗震设计进行了描述,可见,尽管不同的机构或者个人对于基于性能的抗震设计描述不完全相同,但是这些论述中有一共同思想,就是基于性能抗震设计的主要思想:即结构在其设计使用期间内,在遭受不同水平的地震作用下,应该有明确的性能水平并使得结构在整个生命周期中费用达到最小。
2 我国现行建筑抗震设计理论的存在的问题
2.1我国现行的建筑抗震设计理论设计方法较为保守,缺乏新的设计理念,很大程度上阻碍了新的设计技术的实施。同时,在设计时候,缺乏对建筑结构性能的考虑,而只是根据我国一些曾经制定的抗震设计规范而行,只从刻板的标准出发,没有能综合考虑到各种实际状况。
2.2我国的设计理论和设计方法在很多抗震指标上规定不清晰,抗震设计理念不明确,加上很多建筑的使用者缺乏一定的抗震建筑知识,难以对所使用的建筑结构的抗震性能和抗震能力做出一个很明确的评判。
2.3目前,我国的建筑抗震设计多是重视对建筑的整体承载力和建筑的结构强度来进行,而忽视了对其他因素的考虑比如建筑结构的性能设计。同时,很多现行设计理论在进行建筑的设计时候,更多的注意着建筑的主题结构的抗震损失,而忽视了很多细节,对损失的控制力度不强。经济评估准则并没有在建筑业中得到广泛应用。
3 性能抗震设计理念的特点
通过对现行抗震设计理论的实践,可以对两者进行对比,以得到性能抗震设计理念的特点。
3.1多级设防。
相对于现行的三阶段设防目标(小震不坏、中震可修、大震不倒),性能抗震设计注重多级设防,保护非结构件与内部设施,后者的设计理念既保证使用者安全,又减轻业主和社会的经济损失与压力。
3.2投资效益准则。
性能抗震设计偏重于安全、经济等多方面。在安全与经济之间找到合理、平衡的切入点,确定最佳方案,以优化设计为目的。
3.3自由度大。
相比较传统抗震设计刻板的被动状态,性能抗震设计可根据业主的要求确定目标,给设计带来新的动力。
4 建筑结构基于性能的抗震设计方法
作为性能设计理论的重要内容,基于性能的抗震设计方法显得尤为重要。那么怎样合理的运用基于性能抗震设计理念则引起了人们的广泛关注,为了能够把它有效地运用到实际中来,有很多学者都对此进行了思考,但是却还没有统一的认识,通过他们的总结,我们可以知道让性能设计思想运用到实际设计中来主要有以下步骤和方法:
4.1性能抗震设计阶段
4.1.1概念设计。根据用途和业主的要求,合理确定设防目标,通过场地、建筑平面等进行初步设计。
4.1.2 计算设计。根据预定的设防目标,计算出能影响各类因素的抗震参数,参数与预定目标不符要及时修改,直至满足参数需求。以基于位移的抗震性能设计为例,主要包括步骤有确定不同强度地震作用下性能目标;根据初步设计,确定结构内的位移的极限值;通过等效阻尼比等各类等效数值,确定等效刚度;设计采用必需的构造措施;评价结构强度要求和变形能力。以严谨、科学、合理的态度进行评估,如计算阶段有不符合,则需重复计算设计步骤,以不断完善结构设计。
4.1.3性能评估。通过各类的分析法得出设计结果来确定该建筑结构的性能。
4.2 性能抗震设计方法
目前大致主要有:位移影响系数、能力谱、直接位移设计等方法。
4.2.1位移影响系数法。基于结构性能设计方法,通过分析得出的最大期望位移值,利用等效方法、模态进行确定。以达到此系数的修正作用。此方法还存在着由于它是整体抗震评估方法,无法具体体现主要结构、楼层的损坏情况与抗震水准等问题。
4.2.2能力谱法。1975年被提出,随后不断改进。能力谱设计是将能力谱曲线与地震反应谱转化而来的需求谱,进行比较来评估其抗震性能。此方法侧重对结构的实际性能进行验算、评估。另外,能力谱设计法比较适用于平面结构可简化且分布较均匀的结构,否将会产生不小的误差。
4.2.3直接位移设计法。侧重于结构性能设计,概念简单,根据地震等级来预期位移计算,使结构达到预定位移。此方法也存在着只能从建筑结构材料的极限变化得到数值,而不能考虑到预期以外的强震效应的不足。
5 结语
建筑结构基于性能的抗震设计是比较宽泛的体系,它是现行抗震设计的延续与发展,以结构性能分析作为基础,建筑物的性能目标以全面、科学的因素来确定,使建筑物在面对不同等级的地震时,能达到预期的抗震目标。与传统抗震设计相比,优点明显:基于性能抗震相较于以往更系统化;性能抗震设计的适应性、连贯性更好,应用意义更大;灵活性的加大,使设计人员能发挥创造性,增加对新技术、新材料的推广应用等。性能抗震设计方法也需要解决一些设防水准数据化的划分,合理的参数取值范围介定等问题,才能更好的服务于社会经济建设,达到符合我国国情的设计规范。
参考文献:
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关键词:钢筋混凝土框架;强柱弱梁;抗震
中图分类号:TU37文献标识码: A
引言
钢筋混凝土框架体系,随着材料性能和制作工艺的不断提高和改善,应用范围逐渐扩大。其建筑布置比较灵活,可以设计成具有较大空间的各类建筑。但是,由于其整体结构刚度小、冗余度低, 造成其抵抗强震和抗倒塌能力弱,在强震中易造成较大损失, 震后修复困难, 修复费用较高。鉴于以上原因,为了在地震区建设符合“小震不坏、中震可修、大震不倒”设防水准的框架结构房屋,《建筑抗震设计规范》做了相应的规定和要求, “强柱弱梁”就是保证“中震可修、大震不倒”的重要技术措施之一。由于框架结构一般不具备多道抗震防线, 因此延性框架塑性铰要求发生在不影响整体稳定的梁上,使柱得到保护,从而保证整体结构的稳定, 做到“大震不倒”,降低危害。
1国内对“强柱弱梁”理念的研究现状
“强柱弱梁”是钢筋混凝土框架结构抗震设计的基本原则之一,即在地震作用下,梁先于柱发生破坏。 因为梁破坏通常是局部的,且如果梁端出现塑性铰可以消耗掉一部分地震能量,从而更好的保证整个结构的安全。 而柱破坏则可能导致结构整体的倒塌,后果严重。我国现行《建筑抗震设计规范》也对“强柱弱梁”的实现做出了具体规定,即除框架顶层和柱轴压比小于0.15及框支梁与框支柱的节点外,对于考虑地震作用组合的一、二、三级框架柱,柱端组合的设计弯矩应乘以相应的增大系数。
清华大学、西安交通大学、北京交通大学土木工程专家组[1]通过对汶川地震的震害分析指出: 由于楼板的增强作用、框架梁上增加砌体或填充墙的增强作用、增大上部结构的刚度等,使得框架梁或屋盖的实际刚度增大, 在实际框架结构震害中, 很少看到“ 强柱弱梁”型破坏。由于地震的复杂性,现浇楼板的影响和钢筋屈服时的超强等因素的影响, 难以实现“ 强柱弱梁”的破坏机制, 这也引出应该根据这些因素来提高柱端弯矩增大系数从而达到梁铰机制。从单质点体系理想的荷载- 变形关系曲线[2]出发: “ 强柱弱梁”原则是延性框架结构设计的关键, 围绕这个问题来进行“ 强柱弱梁”设计, 那么“ 强柱弱梁”设计原则不是通过增加柱梁刚度比,而是通过降低梁的相对强度、提高柱的相对强度来实现的。从构件层次和结构体系层次对“ 强柱弱梁”进行概率分析[3]:抗震等级越高,柱弯矩增大,系数越大,轴压比限值越小,梁的界限受压区高度越小, 从而使柱端形成塑性铰的概率减小, 梁端出现塑性铰的概率增大, 从而增大了“ 强柱弱梁”的形成概率。通过对“ 强柱弱梁”的影响因素的分析[4]:为了满足“ 强柱弱梁”的抗震设计要求,柱端设计弯矩均应按梁端截面实配钢筋的抗震受弯承载力进行调整放大,而且在进行抗震设计时, 应考虑框架梁的塑性内力重分布,对梁端负弯矩进行适当调幅,同时应采用柱边缘所对应的梁端弯矩设计值进行截面配筋及裂缝验算。另外需要合理控制框架梁底部钢筋伸入框架柱的数量,来避免钢筋过多带来的超强刚度的影响,尤其应该考虑现浇楼板及其配筋对梁端截面受弯承载力的影响。
2 影响“强柱弱梁”实现的因素
“ 强柱弱梁”措施作为建筑抗震设计的一项重要设计原则, 在工程设计中占有重要的地位和作用,其最终目的就是形成延性框架设计, 从而为保证生命和财产的安全做贡献, 将灾害损失降到最低。综上所述,影响“ 强柱弱梁”破坏机制的因素众多,其中关键四个因素如下:
Ⅰ)现浇楼板的影响。在现浇结构中,楼板是与框架梁一起浇筑的, 两者结合良好,共同工作的能力强,楼板可以显著的提高框架梁的抗弯刚度和抗弯承载力。
Ⅱ)填充墙的影响。填充墙是一个最复杂因素, 对结构的刚度影响很大,如果是把强柱弱梁作为包括填充墙在内的整体结构抗震的屈服机制设计目标时,那么预期出铰的框架梁上则不应设置填充墙,或者在填充墙与框架柱之间留有足够的缝隙。
Ⅲ) 钢筋超配置的影响。钢筋超配会引起梁端超强,原因有以下几点:一是实际采用的钢筋屈服强度比设计的钢筋屈服强度高; 二是钢筋屈服后的应变硬化指标较高; 三是设计配筋构造, 满足最大或最小构造要求,导致的梁端抗弯承载力提高; 四是设计人员为了保证安全系数,人为地加大梁的配筋率。
Ⅳ)轴压比的影响。在进行结构设计时,多是根据轴压比来确定柱的截面尺寸,规范中为保证柱有一定的延性,对柱的轴压比规定了上限。 在设计中,由于建筑美观或者降低造价等各方面的要求,设计人员常常在满足轴压比的前提下尽量缩小柱截面尺寸,尤其是在结构底层柱。 因此规范中规定的轴压比限值过高,框架柱截面尺寸偏小,也是造成实际震害中出现“强梁弱柱”的原因之一。
3 实现“强柱弱梁”的讨论
通过以上分析可知, 若想实现“强柱弱梁”破坏机制,我们应该综合各种因素来分析,使“ 强柱弱梁”原则更加明确化、具体化、规范化。
首先,严格控制梁端钢筋的超配。利用概率分析的方法来确定截面超配筋对梁或柱的影响,来具体确定截面的超配筋系数以及控制伸入框架柱钢筋的数量, 而且还要明确的确定弯矩的调幅系数或参数,以便满足结构的“ 强柱弱梁”的设计要求, 从而最终确定最佳的柱端弯矩增大系数,减少过多钢筋在梁柱节点区的锚固,保证节点区的混凝土的质量。
其次,应具体考虑现浇楼板对“ 强柱弱梁”机制的具体影响来提取影响参数。这里主要是综合考虑剪跨比、轴压比、横向梁刚度、板内配筋情况等因素等效来确定板的有效宽度。根据最大层间位移角来计算板的有效宽度,即:T形梁的有效翼缘宽度, 主要通过考虑楼板对梁端抗负弯矩能力的贡献、对受弯承载力的影响以及结构内力重分布的影响,来确定柱端弯矩增大系数。
此外,增加柱子的非弹性变形和耗能能力。按照现行抗震规范进行框架结构设计,无法保证框架在地震中一定不发生柱铰破坏,而对“强柱弱梁”的设计规定也主要是为了防止框架发生倒塌。若框架柱有足够的变形和耗能能力,就可以一定程度上防止框架发生倒塌。 增加框架柱抗震能力的措施有很多,如采用钢套管或纤维增强复合塑料等材料对框架柱进行侧向约束或者采用高强螺旋箍筋,增加对柱核心混凝土的约束,提高柱的抗倒塌能力;另外,在技术条件和工程造价允许的前提下,采用型钢混凝土柱、钢管混凝土柱等组合结构柱,亦可大大提高结构的抗震性能。
参考文献:
[1] 清华大学、西安交通大学、北京交通大学土木工程结构专家组. 汶川大地震建筑震害分析[ J] . 建筑结构学报, 2008, 29( 4) : 1- 9.
[2] 朱少云, 曹维琪. “强柱弱梁”设计原则在建筑结构设计中的应用[ C] . 中国建筑学会. 第八届全国混凝土结构基本理论及工程应用学术论文集, 重庆: 重庆大学出版社, 2004: 356- 359.
摘要:我国是一个地震多发的国家。因此,现在越来越多的人非常重视建筑结构的抗震设计问题。所以,本文主要就建筑结构的抗震设计中关键问题、具体的抗震设计举措进行研究与分析。
关键词:建筑结构;抗震设计;关键问题;具体举措
【中图分类号】TU318【文献标识码】A【文章编号】2236-1879(2017)20-0217-01
引言:随着我国经济快速发展,一栋栋高楼大厦拔地而起,但与此同时,在我国是地震多发国家的背景下,建筑抗震等安全因素成为设计需要考虑的因素之一,现阶段,我国的建筑抗震水平较高,但因地震导致房屋倒塌的情况时有发生,为了能更好的提高建筑抗震水平,在建筑抗震设计方面更加合理,作为中学生了解建筑结构的抗震设计中关键问题、具体的抗震设计举措是很有必要的。建筑结构抗震设计关键问题
(一)场地的科学选择。
建筑场地的科学选择,直接关系到建筑结构抗震设计的水平与质量。因此,有关的工程设计人员需要对于建筑物建设的场地进行全面的考察工作,选择具有土质松软、地质元素分布不均衡的区域来进行地段的选择,避免地震发生时产生出地裂或者是地表错动问题。
(二)建筑结构的合理化抗震设计。
建筑结构的合理化设计也对于提升建筑抗震设计的质量与水平发挥着重要的作用。比如:使用高强度的建筑材料使得建筑物的结构框架具有完整性的构造。而高质量设计图纸的应用,可以使得建筑物的各个部位进行更加合理、科学的布局,最终形成强有力的抗震效果。
(三)建筑平面布置的规则性。
进行满足有关抗震设计要求的施工,可以极大提高建筑的抗震水平与能力。比如:综合的考虑到各个方面的因素,应用现代的网络信息技术进行对称性的结构设计,将会对于建筑的抗震实际效果进行科学的提升。同时,我们需要清楚的了解到各种科学的设计需要真正的落实到施工实践中,使得设计的成果真正转变为实际的应用成果[1]。
一、建筑结构抗震设计的具体举措
(一)基础隔震措施。
所谓的基础隔震指的是应用各种各样的减震装置来完成有关建筑物的结构抗震设计。具体来讲,将有效的抗震、隔震的装置应用到建筑物自身的部位中,从而达到保护建筑物,使其具有良好抗震、隔震效果的一种方式。但是,这种方式不适用于高大的建筑物中。原因在于,在高大建筑物中应用抗震装置会导致建筑物产生出自振周期问题,无法达到应有的抗震效果。在我国的生活中常见的抗震装置有橡胶垫装置、混合隔震装置等。对于这些装置应用摩擦移动或者是粘弹性隔震的方式就可以进行有效的防震,保障建筑物具有良好的防震要求[2]。
(二)特殊材料在地基隔震中的应用。
应用特殊的材料全面保障建筑物的地基具有良好的防震性能,也是一个重要的防震举措。具体来讲,应用高效的沥青原料与粘土、砂子等进行混合性的应用,可以提高建筑物整体的质量与水平,保障建筑物的安全。目前这种方法已经在建筑物的防震设计中进行了一定程度的应用,并且取得了不错的应用效果[3]。
(三)建筑结构悬挂隔震。
所谓的建筑结构悬挂隔震指的是在进行建筑物结构设计工作中,应用悬挂的方式来对于建筑物大部分结构或者是整体的结构进行有效减震处理,使得地震发生时地震灾害的破壞力量对于悬挂的建筑结构没有非常大的影响,最终减轻地震对建筑的破坏程度,避免重大的人员伤亡与财产损失。比如:在一些大型钢结构建筑中应用悬挂的方式来进行有关的设计,使得有关的子框架通过锁链或者是吊杆方式的应用悬挂在主框架上。这种设计方式应用的意义在于地震发生之后,地震一部分破坏力量会传导在这些锁链或者是吊杆上,降低了地震对于建筑物地基以及墙面的影响,提高了建筑物地基抗震的实际效果[4]。
(四)建筑层间的隔震。
对于建筑物层间进行有效的隔震是一种操作简单、工序简单的应用方式。但是,这种方式与其它方面的隔震使用举措比较起来只能对于地震破坏力量的10%到30%进行有效的预防,无法从根本上形成强有力的抗震效果。因此,这种方式需要与其它模式的抗震举措进行综合性的应用,形成对于建筑物的有力保护,全面提高其应对地震破坏力量的能力。
(五)建筑结构的加固隔震。
为了全面提高建筑物结构的抗震能力,我们需要采取各种的方式对于建筑物进行必要的加固处理,提升建筑物的质量。具体来讲,第一,在建筑物竣工之后,有关的工程施工技术人员可以应用阻尼的方式对于建筑物进行全面的加固,最终使得建筑结构的抗震效果得到加强。第二,为了提高高层建筑的抗震效果,我们可以应用消能减震装置来提高其抗震的能力,使得高层建筑也可以在地震发生时具有对地震破坏力的抵御能力,避免重大的财产损失与人员伤亡。比如:消能减震装置在建筑物隔震夹层中进行应用,可以极大提高建筑物结构的抗震效果[5]。
二、结论:
通过上述几个方面,对于建筑物结构抗震若干问题进行科学的研究与探讨,有利于建筑物施工的企业应用众多的具体方法全面提高建筑物结构抗震的质量与水平,保障建筑物在地震发生时具有强有力抵御地震的能力,减少人员的伤亡与财产上的损失。如今总体的设计理念与方式比较先进,但也需要与时俱进,不断提高建筑抗震等级,为人们的生命和财产安全提高保障。
参考文献
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【关键字】钢框架,工业厂房,设计
中图分类号:TU398+.2文献标识码: A 文章编号:
一.多层钢框架工业厂房的设计理念
1、钢框架体系概念
框架体系是指沿纵横方向均由框架作为承重和抵抗水平抗侧力的主要构成所组成的结构体系。框架的梁柱宜采用刚性连接。钢框架结构一般可分为无支撑框架和有支撑框架两种形式。无支撑的纯框架体系,有钢柱和钢梁组成,在地震区框架的纵、横梁与柱一般采用刚性连接,纵横两方向形成空间体系,有一定的整体的空间作用功能,有较强的侧向刚度和延性,承担两个主轴方向的地震作用。
2、纯框架体系的主要特点是:
(1)可以形成较大使用空间,平面布置灵活,适用多种类型适用功能,结构各部分刚度比较均匀,构件易于标准化和定型化,构造简单,易于施工。对于层数不多的房屋而言,框架体系是一种比较经济合理的结构体系。
(2)重力二阶效应影响
钢框架的侧向刚度较柔,在风荷载或水平地震作用下将产生较大的水平位移,由于结构上的竖向荷载P的作用,使结构又进一步增加侧移值且因其结构的各构件产生附加内力。这使框架产生几何非线性的效应,称之为重力二阶效应。
由于重力二阶效应的影响,将降低结构的承载力和结构的整体稳定。
(3)由于框架结构体系中柱与各层梁为刚性连接,改变了悬臂柱的受力状态,从而使柱所承受的弯矩大幅度减小,使结构具有较大延性,自振周期长。自重较轻,对地震作用敏感小,是一种较好的抗震结构形式。但由于地震时侧向位移大,容易引起非结构性构件的破坏。
(4)框架结构体系的抗侧能力主要决定于梁和柱的受弯能力,若房屋层数过多,侧力增大,而要提高抗侧刚度,只有加大梁、柱截面。
三.工程概况
河南洛阳某选厂精矿过滤车间为多层钢结构厂房,总建筑面积为1852.2m2。首层层高4.5m,局部二层层高2.9m,三层层高7.6m,建筑高度17.1m。为满足工艺要求,纵向柱距为6m,9m;横向柱距为6mX5。框架柱与框架梁均为工字型截面,柱与独立基础刚性连接,框架柱与框架梁也是刚性连接。屋面采用薄壁C型钢双拼檩条,墙面采用外挂压型钢板。楼面采用6mm厚花纹钢板以节约造价。
四.钢框架工业厂房建筑设计
1. 维护结构的选用
钢结构厂房主要采用压型钢板围护结构。压型钢板具有自重轻、强度大、刚度较大、抗震性能较好、施工安装方便,易于维护更新,便于商品化、工业化生产的特点。而且压型钢板具有简洁、美观的外观,丰富多彩的色调一级灵活的组合方式,是一种较为理想维护结构用材。
压型钢板按波高分高波板、中波板和地波板三种板型。屋面宜采用波高和波距较大的压型钢板,墙角宜选用波高和波距较小的压型冈本。上述工程中压型钢板维护结构均选在国标01925-1,其中外墙面压型钢板选用YX28-150-750,屋面压型钢板屋面板选用YX130-300-600,屋面底板选用YX15-225-900。
2.屋面排水设计
屋面排水设计主要考虑屋面坡度、天沟形式、单坡屋面长度这些因素。
根据《屋面工程技术规范》的规定,屋面坡度最小为5%。然而在实际的操作中,屋面坡度远远低于这个标准。但是,考虑到很多企业的钢构的技术力量、节点的处理以及材料性能等方面的原因,我们通常会将屋面坡度保持在5%内。对于雨雪比较多的地区,屋面坡度可以适当的加大。如下图所示就是屋面设计示意图。
五.钢框架工业厂房结构设计
1、计算的一般规定
计算时对平面布置较规则的多层框架,其横向框架的计算宜采用平面计算模型,当平面不规则且楼盖为刚性楼盖时,宜采用空间计算模型。多层框架的纵向计算,一般可按柱列法计算,当个柱列纵向刚度差别较大且楼盖为刚性楼盖时,宜采用空间整体计算模型。多层框架在风荷载作用下,顶点的横向水平位移(标准值)不宜大于H/500(H为框架柱总高),层间相对位移(标准值)不宜大于h/400(h为层高),对隔墙的多层框架,可不验算其层间位移。
2、荷载
(1)恒载(永久荷载)
A、建筑物自重,按实际情况计算取值,分享系数r取为1.2;
B、楼(屋)盖上工艺设备荷载.包括永久性设备荷载及管线等,应按工艺提供的数据取值,其荷载分项系数r取为1.2;当恒荷载在荷载组合中为有利作用时,其分项系数r取为1.0.
(2)活荷载(可变荷载)
楼层活荷载(包括运输或起重设备荷载),按工艺提供的资料确定,荷载分项系数一般取r=1.4,但当楼面活荷载Q>4KN/M2时,r可取1.3.
3.多层框架的节点构造与计算
(1)梁、柱刚接连接节点
多层框架梁最常用的截面为轧制或焊接的H型钢截面,当为组合楼盖时,因优化截面,降低钢耗、可采用上下翼缘不对称的焊接工字型截面。多层框架柱最常用的截面亦为轧制或焊接的H型钢截面,当荷载及柱高均较大时,亦可采用方管截面,但其用钢量较大且制作亦较困难,当有外观等特别要求时亦矿用圆管截面。
在多层框架中框架与柱的连接节点一般都是刚性连接,这样可以增加框架的抗侧移刚度,减少框架横梁的跨中弯矩。梁与柱的刚性连接可以保证将梁端的弯矩和剪力可以有效地传给柱子,刚接节点的连接(焊接或高强度螺栓连接)应能保证所连接部分内力能可靠的传递,对与母材等强的熔透焊(加引弧板)焊缝可不再验算其强度。
本工程中框架柱与框架梁均为工字型截面,均为刚性连接。
(2)柱脚节点
柱脚的作用是将柱的下端固定于基础,并将柱身所受的内力传给基础。基础一般由钢筋混凝土做成,其强度远比钢材低。为此,需要将柱身的底端放大,以增加其与基础顶面的接触面积,使接触面上的压应力小于或等于基础混凝土的抗压强度设计值。
柱脚按其与基础的连接方式不同,可分为铰接和刚接两种型式。上述工程中柱脚采用刚性柱脚,柱脚通过预埋在基础上的锚栓来固定,在弯矩作用下,刚接柱脚底板中拉力由锚栓来承受,所以锚栓的数量和直接需要通过计算确定。
(3)屋盖支撑
屋盖支撑作用:
1)保证屋盖结构的空间几何不变性和稳定性
2)承受和传递水平荷载
支撑体系可有效地承受和传递风荷载、吊车的制动荷载及地震作用等水平荷载
本工程屋面设有5t电动葫芦,为保证承重结构在安装和使用过程中的整体稳定性,提高结构的空间作用,减少屋架杆件在平面外的计算长度,根据结构的形式、跨度、吊车吨位和所在地区的抗震设防烈度等设置支撑系统,在屋面2-3轴及5-6轴之间设水平支撑。
六.结束语
工业厂房的设计的好坏是由工艺、项目管理所决定的,而衡量一个设计院的水平则是通过对该设计院的综合管线的管理来评定的,因为对于综合管线的管理将会直接影响到设计的顺利进行。各专业协调的能力最直接、最表面的体现就是综合管线的布置。各专业协调的好,综合管线的布置就合理,厂房就会整齐、干净,否则就显得零乱。当然设计人员的素质也是厂房设计好坏的决定因素,因此,应该加强设计人员的素质建设。
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(湖北省长江产业投资集团有限公司,武汉430060)
摘要院本章基于情景分析法,对震后交通需求进行了初步分析,提出道路网络防灾评价指标,构建了城市道路防灾规划基本流程,提出了道路防灾等级概念,为城市道路网络的抗震防灾规划提供了新的视角和可行方法。
关键词 院道路;防灾;规划
中图分类号院TU984 文献标识码院A 文章编号院1006-4311(2015)27-0152-02
0 引言
城市道路系统是城市抗震救灾系统的重要组成部分,震后应急救援活动都依赖道路系统的正常运行。由于道路系统本身也受到地震的损害,如何增强道路系统的抗震性能,从而满足震后交通需求,保证灾区救灾、救护和物资运输的高效性,是一个十分重要的课题。
1 道路系统防灾评价指标
地震往往造成道路通行能力下降,甚至完全阻塞。因此,路段是否连通是评价路网抗震防灾性能的主要指标,也即路段通行是否安全。而在地震应急救援中,救援车辆的路径选择不仅考虑路段是否连通,也十分关注路段的通行效率。因此,路网的抗震防灾评价需要综合考虑安全性和效率性。安全性是目前评价震后道路性能最常用的指标,此类指标主要是震前对道路防灾条件进行评估。效率性主要考虑地震救援过程中的时间。由于震后道路缩减可能导致道路通行能力下降,假定交通量不变,路段的饱和度必然提高,从而使得旅行时间延滞。因此,震后救通兼顾安全和效率,才能充分发挥道路防灾的功能。过去地震防灾的焦点是根据道路易损性评估震后道路的连通概率,给出路网的薄弱环节,而较少考虑地震发生时的实际交通需求。本章以单一路段为基本单元,综合考虑安全和效率指标,基于震时交通需求,分别考虑路段完好、部分阻塞和完全阻塞情况下的震后交通服务性能,给出合理的路网抗震性能评价。
2 基于震后交通需求的防灾路网
根据震后交通活动的特点和优先级,本文将震后应急救援的交通需求归纳为市政抢修、物资供应、消防救火、医疗救护等四类。基于用户均衡分配理论,将震后救援活动的交通需求分配到路段上,得出路段的使用次数和路段交通量,进而得出基于防灾性能的路段重要性。同时根据城市重要设施点、救援点的层次性,根据震后交通服务要求(如路网的连通可靠性、救援效率性和服务覆盖性等),得出城市道路网络防灾规划的总体框架,从而为道路防灾设施的建设提供了依据,如图1 所示。
3 道路系统防灾规划
对于具体城市来说,城市重要设施和防救灾据点是已定的,城市本身的防救灾空间系统的层次性也是划分好的。防灾系统的层次性越高,其防灾功能越强。因此,在一定的地震作用和道路投资约束下,首先要保证连接最高层次防灾系统的道路保持畅通,其次保证连接较低层次防灾系统的道路畅通,依次类推。因此,在进行道路防灾规划时,首先进行城市其它防灾空间系统的层次划分,然后通过道路系统连接这些设施点,进行路网性能评价和道路防灾等级划分。
同时,在城市道路防灾规划时,如何判断基于防灾功能的路段重要度是一个很困难的问题。已有的研究仅仅从路网的连通可靠度的角度来评判路段的重要度,难以反映路段防灾功能的重要度。本文根据震后交通需求特点,计算了震后交通需求的空间分布,得到震后路段的救通量和路段使用次数,并根据震后救援效率得到路段的重要度指标。因此,城市道路网络防灾规划的思路是:首先根据城市现有重大设施和其它防灾空间系统的层次性,确定道路防灾功能的层次性;其次是基于震后交通需求特点,计算震后路段的交通量和路段的重要度指标,作为第二层次的指标。则城市道路的防灾等级计算如下:
RI=琢Ra+茁Rc (1)
式中,RI 为道路的防灾等级,初步分为高、中、普通、低四个等级;Ra 为基于震后救援效率的路段重要度;Rc 为路段的层次性,由路段连接的城市防救灾系统的层次性决定,一般按照防灾规模、防灾功能等划分为十分重要、重要、一般等级别;琢,茁为相应的指标权重,琢+茁=1。
根据城市道路的防灾等级,可以初步给出不同地震烈度下,需要保证的道路通行能力,以保证城市震后尽快恢复运转。
本文以某市路网为例,运用GIS 系统,分层给出消防队、医院、市政抢修公司和物资供应站等特殊设施的位置;同时将道路划分为主干路、次干路和支路,给出路段编号、节点编号和路段长度等。按照城市地理区位、行政区划和人口密度等,将城市路网划分为15 个交通小区,如图2 所示。根据震后交通服务性能要求,基于连通可靠度、行程时间可靠度等指标,采用Dijkstra 演算法寻找震后救灾活动的最短路径,找出震后路网关键路段和薄弱环节。
以震后消防救援为例,当地震作用下,消防车辆难以通行的路段,称为该路段完全阻塞。根据路网完好状态下的路段消防交通量排序,假定249 号路段为完全阻塞。计算表明,249 号路段的完全阻塞导致路网交通量的分布发生了变化,消防车辆到达各着火点的最小行程时间也发生了变化。表1 给出路网状态完好与路段完全阻塞下的最佳救援点和最小行程时间。通过累计震后消防队与交通小区的最小行程时间,可以得出249 号路段对震后消防救火效率的影响程度为(75原68)/68越0.1029。同样道理,可以求出每个路段阻塞造成的消防救火效率的延误程度,从而得出基于震后消防活动的路段重要度排序。图3 为基于路段阻塞的消防救火最佳路线分布示意图。
综合分析上述四类震后救灾活动可以发现,基于不同的应急救援活动,其路段重要度的排序是不同的,上述研究结论为各个职能部门的路网抗震防灾性能改造提供了思路。地震发生后,上述四类应急救援需求可能会同时产生,并相互之间影响。因此,综合考虑震后四类救通需求特点,评价路段对于震后应急救援效率的影响,找出应急救援中的关键路段,对于城市抗震防灾规划具有更加实际的意义。
Abstract: In accordance with the different characteristics of people's living environment, on the basis of enhancing seismic foundation of building, the important safety precaution measures for building earthquake construction need to be taken into account. Based on the analysis of factors affecting the seismic performance of the building, this paper explored technology applications in the construction process. In architectural design specification, the seismic standards for different architectural structure of building are the same, and the building structural engineers will ensure seismic performance. In this paper, combining with actual work experience, the author discussed several building structures related to the seismic performance and the influencing factors.
关键词: 住宅建筑;建筑技术;抗震施工;抗震应用
Key words: residential buildings;construction technology;seismic construction;seismic applications
中图分类号:U45 文献标识码:A 文章编号:1006-4311(2012)32-0117-02
0 引言
围绕研究怎么样通过建筑的室内区域划分、陈设和家具的安排设计、材料的选择等各个方面做了不同的详细考虑,主要目的就是要保障建筑物居住者的生命和财产安全。目前,在建筑施工的框架中有很多的优点,比如,抗震性能良好、整体性能好、围护的墙体轻便、施工运行速度较快、布局设置灵活等等。在实际的工程中,抗震施工已经成为非常重要的结构构成。因此,要求工程的负责技术人员严格依据图纸进行施工和操作,从而确保施工的安全和质量。尤其要注意在施工环节中重视对防震设施的建筑质量,要加强对防震设施建筑的监督和专项部门检查,将抗震设防纳入到规范化管理,只有保证建筑施工的质量,才能满足抗震设防对房屋结构的要求,才能杜绝抗震隐患。
1 住宅建筑抗震施工技术及应用的影响因素分析
住宅建筑的抗震施工技术及应用能够取得成功,其中诸多的影响因素起到至关重要的作用,同时,能够直接或者间接影响到住宅建筑抗震性能的因素也是有许多的,各种复杂因素之间通过相互作用共同构成住宅建筑的抗震性能。比如,在影响住宅建筑抗震施工技术及应用的主要外部原因就是住宅建筑的设计是否始终按照规范的程序进行建设,其中包含住宅建筑的抗震构造设计是否合理、在住宅建筑施工过程中施工质量是否较高、住宅建筑选择的地位是否合理等诸多原因。对于住宅建筑本身的抗震性能来说,更多的需要考虑住宅建筑的房屋结构、使用年限、后期改造等方面的问题。
从抗震施工技术及应用的角度来看,主要包括以下几个方面的原因:
首先,最主要的就是住宅建筑的结构是否合理,整体建筑结构是否符合规则,在特性方面是否呈现出均匀、对称等特点,在上述特点之下,住宅建筑的抗震性能会比较强大。反之,那种不规则的住宅建筑,甚至头重脚轻式的住宅建筑,扭转的不规则住宅建筑,等等此类情况,其建筑的抗震性能都比较差。这里需要修正一个近年来通常认为的误区,那就是随着生活水平的提升,人们对于跃层、错层和复式等类型的住宅建筑情有独钟,诚然此类结构的住宅建筑在提升居住舒适度等方面有其不可比拟的优势,但是从增强住宅建筑抗震性能的角度上来讲,平层的住宅建筑的抗震性能更胜一筹。
其次,还需要考虑住宅建筑施工技术及应用的时间长短,有的住宅建筑虽然符合建筑规则,但是因为建造的时间较长,以往的住宅建筑的施工过程中虽然考虑抗震性能,但是由于技术水平等方面的限制,当时的住宅建筑抗震标准相对较低,导致住宅建筑的抗震性能相对较弱。而且随着人们对于自然灾害的认识越来越深刻,因此在住宅建筑抗震标准上也会随着实际情况的变化而进行相应的调整,总起来说,住宅建筑的抗震标准越来越严格,标准越来越高。
再次,住宅建筑的抗震施工技术及应用受到当时当地的建筑材料及施工质量的影响。有的住宅建筑抗震标准要求较高,因此对于建筑材料的标准、型号等要求也相对较高,比如建材质量的好坏,混凝土标号是否合理,钢筋是否合格等诸多因素,都能够在一定程度上影响抗震施工技术及应用。施工队伍的施工技术的高低也是影响施工技术及应用的重要因素,有的施工队伍技术高超,因此建造的房屋质量就高,抗震性能相应的就好。最后,住宅建筑的抗震施工技术及应用受到住宅建筑的后期改造的影响较大。在住宅建筑的初期设计过程中,大多数住宅建筑均会充分考虑到房屋的抗震需要,因此对于建筑内的有些部分是不能够进行改动的,因为一旦破坏建筑的整体防震设计和抗震结构,那么就会较大程度的降低建筑的抗震性能,甚至在发生强烈地震的时候,住宅建筑很有可能会发生整体坍塌的情况。
2 住宅建筑抗震施工技术及应用的几点对策建议
近年来,住宅建筑抗震施工技术及应用日益完善和提升,但是在实施过程中仍然面临着这样或者那样的弊端和缺陷。因此,结合实际工作经验,现对加强住宅建筑的抗震施工技术及应用提出几点粗浅的建议。
一是,加强住宅建筑墙体砌筑的抗震性能。因为,通常认为,住宅建筑的墙体框架结构是决定住宅建筑抗震施工技术及应用的关键所在,其所采用的围护构件属于承重构件的范畴,其所能够产生的抗震性能的高低,也重点取决于建筑施工材料的质量,以及建筑承重结构的连接方式,还要考虑到建筑施工的质量和建筑地基状态。比如,在实际的抗震施工技术及应用的过程之中,墙体的需要通过砂浆的粘结构共同构成墙面的整体,才能够有效实现住宅建筑的抗震要求,因此需要在抗震施工过程中采用高标号水泥,严格合理控制砂浆配比等方面,严格住宅建筑施工规范的要求,整个墙体的砌筑砂浆饱满度达到相应的标准。有的住宅建筑墙体的砌筑经常采用的是“三一”的砌砖方法,其中在竖向灰缝这一个环节上需要较高的技术和技巧。另外,在住宅建筑的框架结构施工过程之中,需要事先将墙体内的短钢筋埋置好,然后再进行砌筑前的焊接等各项工作,坚决避免那些拉结筋在墙体之中任意摆放,导致其弯折严重影响了住宅建筑结构的质量等问题的存在。针对上述几种情况,需要在住宅建筑施工之前,即对所需要的各种型号的配筋一次性备齐备足,动态检查是否有遗漏的情况。
二是,加强住宅建筑构造柱的抗震性能。在抗震施工技术之中构造柱和圈梁的施工处于比较重要的位置,必须予以加强和改进技术。因为,在众多的砖混结构的住宅建筑的抗震施工中,重点通过科学合理设计构造柱和圈梁等方式来确保抗震性能,从而实现整个住宅建筑的最大抗震效果和能力,特别是要高度重视构件之间的连接部分,需要更加注重采取强有力的施工措施。因为,这两者共同构成了住宅建筑的骨架,充分发挥着有效约束墙体的重要作用,进一步增强了纵横砖墙之间的有效连接,进一步增强了住宅建筑的整体抗震性。
三是,加强住宅建筑框架节点的抗震性能。因为住宅建筑的框架节点发挥着连接框架柱和梁之间的作用,因此框架节点比较符合抗震标准才能够实现整体抗震性能的提升。如果框架节点遭到破坏,直接就可能导致住宅建筑的整体结构出现位移甚至倾倒,由此可以看出,框架节点抗震技术施工的重要性和现实性。要全面加强框架节点及其周边区域的混凝土的强度,相关的配置应当采取积极有效的抗震性能保护措施。在实际的抗震技术施工过程中,一般情况下是将混凝土浇筑到梁底的标高位置,然后将框架节点的混凝土,连同梁板进行浇筑。对于施工队伍来说,要进一步增强抗震施工技术应用的超强意识,从坚决杜绝施工隐患的角度入手,严格遵守住宅建筑施工过程中的施工图纸要求,严格按照住宅建筑抗震构造图进行施工,确保建筑的整体框架柱的始终处于高强度的状态。在框架节点及其周边区域,住宅建筑框架柱的横断截面通常会包含梁的横断截面,这就要求在配置住宅建筑的柱箍筋和梁箍筋等环节上,更加的小心谨慎,坚决避免“形式箍筋”的情况出现,务必采取焊接封闭箍筋等方式,确保框架节点及其周边区域的箍筋整体质量。如果在施工过程中将配筋的材料改为采用拉筋的方式,那么拉筋的位置应该是紧紧贴近纵筋,同时加紧钩住封闭的箍筋,确保箍筋可以发挥对整体混凝土抗压作用发挥更大的作用。
3 结束语
就当前来说,大多数人对地震等自然灾害的了解甚少,因此和抗震有关的建筑设计情况也是基本处在探寻摸索的阶段,当前抗震的相关设计也未达到相当科学的程度。我国人口分布广泛,单纯的依靠建筑物来提高抗震性是不科学的、不全面的,并不能减少太大的地震损失。抗震设计的建筑物现在大都分布在新建建筑和大规模城市群中,而早期的一些建筑物尤其是农村的简陋建筑抗震设计几乎没有,从而导致最近几年我国发生地震损失伤亡尤为严重的就在这些地区。要求建筑物具备良好的抗震能力,应在做好建筑物的结构设计上实现良好的抗震,同时加上室内的抗震设计,共同实现建筑物的抗震性能,减少因建筑物自身质量、功能等问题而带来的地震损失。所以,如果对建筑物的室内设计也进行有序的科学的研究和设计安排,可以很好的保障人民在发生地震等自然灾害时造成的生命财产安全。这就给建筑物是设计要求提高了规范性和操作性,要加大多层砖房的建筑质量和抗震设计,把民用的建筑地震损害程度降到最低。同时,随着经济社会的飞速发展和人口的激增,在建筑物的质量和耗能等方面有了新的标准和要求。施工部门和单位就需要进一步打破传统建筑理念,不断的探索、学习和创新,努力实现建筑行业的健康快速高效发展。
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关键词:桥梁设计;隔震设计;重要性
中图分类号:TU997文献标识码: A
引言
桥梁是我国城市建设非常重要的构成要素,其有着非常强的社会性特征,其建设投资非常多,同时后续的管控活动开展的也不是很顺畅。除此之外,其是危机管控体系中非常关键的一个要素,要具有很高的抗震性特点,由于该项特征的提升能够显著的降低震后的不利现象。
1、开展抗震设计的优势和关键的意义
1.1 开展该项设计的意义
在开展该项设计的时候,其中的隔振设计具体的说就是指在其建设的时候,设置隔振装置,其能够确保桥梁在水平方向中获取柔性的力,此时就会横向的时间增加,除此之外,还要设置阻尼器,此举是为了提升器阻尼的反应力,进而能降低地震力。
最近一些年间,外国的一些区域对于该项抗震设计做了很多的探索,不过在我们国家其并非非常的先进。该项探索还是处在一种初期时间,同时没有体系性,关键的措施是国外的一些探索成就。
1.2 优势
开展该项设计能够显著的改善震后的力对于结构间的力的布局状态,此举能够确保桥梁基础稳定,同时还能够起到非常好的支撑力。在开展该项设计的时候,其能够起到一种水平方向的刚度调节的意义,此时就能够完善构造的平衡型特征,进而减弱该力。
在桥梁设计中的上部结构时,采用隔震减少甚至消除地震后桥梁的上下部结构出现的超出建设弹性范围的现象,防止超出弹性范围后局部部位发生变形。开展该项设计,能够比一般的设计具有更加显著的意义,此时就可以在不添加费用的前提下,提升项目的品质。
当开展该项设计的时候,其使用的防震支座,假如在平时的状态中,因为气温的改变或者是别的形状的改变而出现一定的变动,此时其形变就变低了,这样就能为城市建设中高架桥梁设计中多跨连续梁桥的采用,即减小伸缩缝的使用提供了方便。
和那种没有开展该项设计的项目比对来看,使用了该项设计之后在历经了非常久的地震之后,能够非常容易的换置设计等,而且其维护用时也不长,所需的资金也不多。
2、关于隔震的理论
2.1 隔震技术的原理
防震措施前进到特定的时期之后就出现了隔震。其意义是为了经由降低而并不是抵挡地震的力,而对构造起到一种强化的意义。在平时的设计和建设时期,提升抗震力的措施一般是提升其总体的强度等。比对来看,该项设计关键是添加了柔性要素,此举就能够确保其关键的构件能够和横向的活动在特定的时期之中降低关联,确保关键的构造在震后不会出现破损性的问题,此时构造的相应速率会较之于地表的速率要低一些。除此之外,由于采用了阻尼设计,这样阻尼就有效地将地震带来的能量得到消耗,当能量传递到桥梁上部以及隔震结构时作用力已大大减小。
2.2 隔震技术的特点
对于桥梁的隔震设计,其主要原因是为了缓冲地震造成的危害,在桥梁进行隔震设计时,最关键的因素就是要求要有合理的设计,使相关的抗震系统构件能够具有较强的弹性和可塑性。关于该项技术在设计中的使用性,其不仅仅能够发挥出降低成本的功效,还能够显著的提升利润,其较之于一般的设计更加的具有效益,能够维护墩柱,此举能够起到减弱延性需要的意义。除此之外,上方构造中的一些抗震的方法能够降低震后桥梁的下部结构超出弹性范围的反映和现象,对于那些在地震后难以检查或者修复的地方,隔震设计可以避免在这些部位发生严重的非弹性变形。
2.3 桥梁隔震设计的基本原则
桥梁隔震设计是加强桥梁抗震性能的重要要求,不过在开展该项设计的时候,要切实的按照如下的一些理念来进行,必须切实的结合此类要素,才可以有效地提升抗震的水平,具体的原则有以下的一些:要对桥梁是不是适合采用该项设计认真的分析,该项分析要以其时间变久之后是不是可以显著的提升地震力为参考信息。针对那些不应该开展该项设计的区域,不应该胡乱的进行建设活动。当设计的时候,如果使用了隔震设备的话,其上方的构造会在震后出现一定的位置的偏移,此时就会干扰到它的使用,所以在震后,要认真的对其处理。
若在桥梁设计时采用了相关的隔震措施,那么应当保证桥梁的抗震性能不低于那些采用普通抗震设计所起到的抗震性能的大小。应当对采用隔震措施桥梁附近的地质环境以及桥梁地基进行科学地研究和勘测,隔震桥梁附近应当具有较为坚实的地质条件。在采用隔震装置时,应当尽可能地选择和采用那些结构简单且同时符合所需隔震性能的装置,且应当保证在其力学性能的范围内科学地采用。
3、桥梁的隔震设计
3.1 隔震装置的设计
隔震装置是设计的出发点,设计出来的隔震装置是桥梁隔震最主要的措施,隔震装置的设计是隔震设计的中心,当前,在桥梁的隔震设计中较为普遍采用的方法是弹性反应谱法,这种方法被大部分国家采用,但有不同的规范,主要有美国的、日本的和欧洲的规范,它们之间区别不大,主要在于计算公式的不同,这些计算公式是指隔震装置等效刚度的计算和和等效阻尼的计算,与之相对比,那些复杂性强或较为不规则的桥梁,较为常用的方法是时程方法。通过分析我们得知,弹性措施能够得到有序使用的原因有两类。
第一是由于建设时期计算非常的简便。另外是由于其和目前的规范的运算措施很相似,此时就可以更加的便于接受,除此之外,隔震装置的等效刚度和等效阻尼的计算是与隔震装置在地震中的最大变形程度有关的,继而隔震装置的变形又与整个桥梁的地震响应程度有关系,所以客观上要求我们对于采用弹性反应谱方法进行的隔震设计应当是一个不断完善和变化的过程。由于在具体的计算中,对于目标的实现和达到没有直接的公式可采用,因此这就要求设计人员对桥梁结构地震响应的程度有较好的掌握和预估,地震发生后,较为熟练的工程师可以依据其长期工作的经验初步地制定设计方案,方案完成后,再用一系列的时程来分析和验证其设计是否合理。
3.2 细部构造的设计
根据实际检验来看,桥梁的的细部结构对于桥梁隔震来说有着非常重要的作用,这些附属结构和构件主要包括限位装置、伸缩缝、防落梁装置等,通过对诸多震害调查的分析和动力时程分析我们发现这些细部构造是影响桥梁结构动力响应和隔震效果的重要方面。不过现在面对较多的不利现象是很多的设计工作者不关注细节性的设计,把它放到一种不关键的地位之中分析,除此之外,其亦是由于在开展响应分析的时候,其运算措施较为繁琐而导致的。在开展细部的分析的时候,其要具有非常优秀的持续性特点。
4、桥梁设计中的隔震设计需要注意的问题
为了协调基础隔震桥梁的基部体积,在建造有隔震功能的桥梁时,和普通的桥梁一样,让基础隔震结构的下部结构与地基直接结合,在隔震层下再做一些抗震措施。即在设计桥梁的隔震结构时,需要注意保持桥梁结构和隔震层平移一致,然后设计成水平缝,还要注重桥梁美感。在布置隔震装置时要做到:
① 隔震层的水平刚度要适应水平方向的地面震动的影响。不管桥梁遇到强风状况,还是遇到剧烈的地面震动,桥梁的隔震层都要保持足够的刚度,可以发生柔软性的变形。
② 水平刚度中心位置与隔震层上部结构保持重心一致,防止两者之间发生偏差。
③ 根据隔震装置的竖向刚度,设计好隔震装置竖向承载的效果,使隔震装置的竖向水平移动值可以在一定的范围内波动。
④ 在隔震装置设备水平变形能力的基础上,还要加大其竖向的承受能力,只有这样,才能在桥梁遇到强烈的地面震动时具有强大的桥梁隔震效果,使桥梁可以保持坚固,避免桥梁受到地面震动的影响而倒塌。
⑤ 保持桥梁隔震装置的自动复位功能,在桥梁经受了强烈的地面震动后,可以在一定程度上还原到原来的位置,也能防止余震的影响。
⑥ 设置好隔震装置的阻尼,使之保持一定的稳定性,削弱桥梁受到承载力以及温差的影响。
⑦ 保持桥梁隔震装置的耐久性,可以让隔震装置在桥梁的使用年限内发挥出较高的隔震效果,此外还要注意隔震装置的抗老化性、抗变异性以及抗劳损性。
结束语
隔振设计能够显著的提升项目的品质,虽说我们国家的该项技术目前还处在一种初始时间段中,不过还要积极的吸收国外优秀的技术要素,不断的提升我国的该项设计力度,切实的提升抗震的水平。
参考文献:
[1]朱东生.桥梁抗震设计中几个问题的研究(博士学位论文)西南交通大学,1999.
[2]韩鹏,孟领新.浅谈桥梁抗震设计方法与减隔震技术[J].山西建筑,2009(16).
[3]刘鹏.桥梁抗震的减隔震技术[J].科技资讯,2006(33).
[4]王德胜.关于桥梁设计中抗震问题研究[J].科技信息,2008(6).
关键词:抗震规范
1.R-μ-T关系及其应用
在二十世纪五十年代,当美国的权威人士G.W.Houser导出了第一条地震反应谱和对地震激励下的弹性反应规律的研究很快被学术界接受后,人们很快发现了一个与当时的抗震设计方法相矛盾的问题,那就是例如对一个第一振型周期为0.5s~1.5s,阻尼比为0.05的结构,结构地震反应加速度约为地面运动峰值加速度的1.5~2.5倍,比如赋予上述结构一个不大的地面运动加速度0.15g,则根据反应谱导出的结构反应加速度已达到0.23g~0.375g,而世界各国当时的设计规定中一般用来确定水平地震力大小的加速度只有0.04g~0.15g,但让人不解是,震害表明,虽然设计用的反应加速度很小,但结构在地震中的损伤却不太大。这么大的差距是不能用安全性或设计误差来解释的,于是,各国的学术界加紧了对这一问题的研究,大家通过对单自由度体系的屈服水准、自振周期(弹性)以及最大非弹性动力反应之间的关系;同时还研究了当地面运动特征(包含场地土特征)不同时,给这种关系带来的变化,我们把这方面的研究工作关系其中R是指在一个地面运动下最大弹性反应力与非弹性反应屈服力之间的比值,称为弹塑性反应地震力降低系数,简称地震力降低系数或者反应调节系数;µ为最大非弹性反应位移与屈服位移的比值,称为位移延性系数;T则为按弹性刚度求得的结构自振周期。研究表明,对于长周期(指弹性周期且T>1.0s)的结构可以适用“等位移法则”,即弹性体系与弹塑性体系的最大位移反应总是基本相同的;而对于中周期(指弹性周期且0.12s<T<0.5s)的结构,则适用于“等能量法则”,即非弹性反应下的弹塑性变形能等于同一地震地面运动输入下的弹性变形能。
之所以存在上诉规律,我们应该注意到钢筋混凝土结构的一些相关特性。首先,通过人为措施可以使结构具有一定的延性,即结构在外部作用下,可以发生足够的非线性变形,而又维持承载力不会下降的属性。这样就可以保证结构在进入较大非线性变形时,不会出现因强度急剧下降而导致的严重破坏和倒塌,从而使结构在非线性变形状态下耗能成为可能。其次,作为非线弹性材料的钢筋混凝土结构,在一定的外力作用下,结构将从弹性进入非弹性状态。在非弹性变形过程中,外力做功全部变为热能,并传入空气中耗散掉。我们可以进一步以单质点体系的无阻尼振动来分析,在弹性范围振动时,惯性力与弹性恢复力总处于动态平衡状态,体系能量在动能、势能间不停转换,但总量保持不变。如果某次振动过大,体系进入屈服后状态,则体系在平衡位置的动能将在最大位移处转化为弹性势能和塑性变形能两部分,其中,塑性变性能将耗散掉,从而减小了体系总的能量。由此我们可以想到,在地震往复作用下,结构在振动过程中,如果进入屈服后状态,将通过塑性变性能耗散掉部分地震输给结构的累积能量,从而减小地震反应。同时,实际结构存在的阻尼也会进一步耗散能量,减小地震反应。此外,结构进入非弹性状态后,其侧向刚度将明显小于弹性刚度,这将导致结构瞬时刚度的下降,自振周期加长,从而减小地震作用。
2我国现行抗震设计规范中的不足之处
抗震规范规定,我国的抗震设防目标必须坚持“小震不坏,中震可修,大震不倒”的原则,而建筑应根据其使用功能的重要性分为甲类、乙类、丙类、丁类四个抗震设防类别。甲类建筑应属于重大建筑工程和地震时可能发生严重次生灾害的建筑,地震作用应高于本地区抗震设防烈度的要求,其值应按批准的地震安全性评价结果确定;抗震措施,当抗震设防烈度为6-8度时,应符合本地区抗震设防烈度提高一度的要求,当为9度时,应符合比9度抗震设防更高的要求。乙类建筑应属于地震时使用功能不能中断或需尽快恢复的建筑,抗震措施,一般情况下,当抗震设防烈度为6-8度时,应符合本地区抗震设防烈度提高一度的要求,当为9度时,应符合比9度抗震设防更高的要求。丙类建筑应属于甲、乙、丁类以外的一般建筑,地震作用和抗震措施应符合本地区抗震设防烈度的要求。我们知道,一栋建筑在大震下能否不倒,已经不是看其承载力的大了了,而是看它的延性是否能够到达设计要求。由上面的建筑物抗震类别划分可以看出,我们对甲、乙、丙、丁建筑物延性的要求是依次从高到低的,此时,结构的延性实际上是由其抗震措施来决定的,现以一栋乙类建筑和丙类建筑为例:
表1
设防烈度
抗震措施烈度
实际延性
6
7(6)
低
7
8(7)
中等
8
9(8)
稍高
9
比9度高(9)
高
说明:在抗震措施烈度中,括号外为乙类建筑,括号内的为丙类建筑。
由表1可以看出,如果按规范设计,就可能会出现9度(设防烈度)下的丙类建筑的延性比7度(设防烈度)下的乙类建筑延性还要高的情况出现,而根据上面所述的R-μ-T理论关系的研究可以知道,当R取值不变时,对结构的延性要求也应该是不变的,与处在什么烈度区没有关系,如果R-μ-T理论关系的研究结果是正确的,那么我国规范对甲、乙、丙三类建筑的要求就存在概念性矛盾。
我国取R=3.33,与国外规范相比较,我们对乙类和丙类建筑的是比较合理,而对于甲类建筑则过于偏松,对丁类建筑过于严格了。
目前,国际上逐步形成了一套“多层次,多水准性态控制目标”的抗震理念。这一理念主要含义为:工程师应该选择合适的形态水准和地震荷载进行结构设计。建筑物的性态是由结构的性态,非结构构件和体系的性态以及建筑物内容物性态的组合。目前性态水准一般分为:损伤出现(damageonset)、正常运作(operational)、能继续居住(countinuedoccupancy)、可修复的(repairable)、生命安全(lifesafe)、倒塌(collapse)。性态目标指建筑物在一定程度的地震作用下对所期望的性态水准的表述。对建筑抗震设计应采用多重性态目标,比如美国的“面向2000基于性态工程的框架方案”曾对一般结构、必要结构、对安全起控制作用的结构分别建议了相应的性态目标―基本目标(常遇地震下完全正常运作,少遇地震下正常运作,罕遇地震下保证生命安全,极罕遇地震下接近倒塌,相当与中国的丙类建筑)、必要目标(少于地震下完全正常运作,罕遇地震下正常运作,极罕遇地震下保证生命安全,相当与中国的乙类建筑)、对安全其控制作用的目标(罕遇地震下完全正常运作,极罕遇地震下正常运作,相当与中国的甲类建筑),目前中国正在进行用地震动参数区划分图代替基本烈度区画图的工作。对重要性不同的建筑,如协助进行灾害恢复行动的医院等建筑,应该按较高的性态目标设计。此外,也可以针对业主对建筑提出的不同抗震要求
2.钢筋混凝土结构的核心抗震措施
我国抗震设计对钢筋混凝土结构提出的基本上是“高延性要求”,也就是要求结构在较大的屈服后塑性变形状态下仍保持其竖向荷载和抗水平力的能力,对于有较高延性要求的钢筋混凝土结构必须使用能力设计法进行有关设计。“能力设计法”的要求是在设计地震力取值偏低的情况下,结构具有足够的延性能力,具体做法是通过合理设计使柱端抗弯能力大于梁端从而使结构在地震作用下形成“梁铰机构”,即塑性变形或塑性铰出现在比较容易保证具有较大延性能力的梁端;通过相应提高构件端部和节点的抗剪能力以避免构件发生非延性的剪切破坏。其核心是:
(1)“强柱弱梁”措施:主要是通过人为增大相对于梁的抗弯能力,使塑性铰更多的出现在柱端而不是梁端,让结构在地震引起的动力反应中形成“梁铰机构”或“梁柱铰机构”,通过框架梁的塑性变形来耗散地震能量。
“强柱弱梁”措施是“能力设计法”的最主要的内容。
根据对构件在强震下非线线动力分析可知,强震下,由于构件产生塑性变形,因此可以耗散部分地震能量,同时根据杆系结构塑性力学的分析知道,在保证结构不形成机构的要求下,“梁铰机构”或“梁柱铰机构”相对与“柱铰机构”而言,能够形成更多的塑性铰,从而能耗散更多的地震能量,因此我们需要加强柱的抗弯能力,引导结构在强震下形成更优、更合理的“梁铰机构”或“梁柱铰机构”。
这一套抗震措施理念已被世界各国所接受,但是对于耗能机构却出现了以新西兰和美国为代表的两种不完全相同的思路。这两种思路都承认应该优先引导梁端出塑性铰,但是双方对柱端塑性铰出现的位置和数量有分歧。
新西兰追求理想的梁铰机构,规范中底层柱的弯距增大系数比其它柱的弯距增大系数要小一些,这么做的目的是希望在强震下,梁端塑性铰形成较为普遍,底层柱塑性铰的出现比梁端塑性铰迟,而其余所有的柱截面在大震下不出现塑性铰的“梁铰机构”。但是新西兰人也不认为他们的理想梁铰方案是唯一可用的方法,因此他们在规范中规定可以选用两种方法,一种是上述的理想梁铰机构法,另一种就是类似与美国的方法。
美国规范的做法则希望在强震下塑性铰出现较早,柱端塑性铰形成较迟,梁端塑性铰形成得较普遍,柱端塑性铰可能要形成得要少一些的“梁-柱塑性铰机构”(柱端塑性铰可以在任何位置形成,这一点是与新西兰规范的做法是不同的)。中国规范和欧洲EC8规范也是采用与美国类似的方法。
(2)“强剪弱弯”措施:用剪力增大系数增大梁端,柱端,剪力墙端,剪力墙洞口连梁端以及梁柱节点中的组合剪力值,并用增大后的剪力设计值进行受剪截面控制条件验算和受剪承载力设计,以避免在结构出现脆性的剪切破坏。
我们在上学期学过,钢筋混凝土的抗剪能力由混凝土自身的抗剪能力、裂缝界面的骨料咬合力、纵筋销栓力和箍筋的拉力4部分构成,而通过对框架梁在强震下的抗剪分析可知,混凝土的梁端抗剪能力在形成塑性铰后会比非抗震时有所下降,主要原因有几下几个:
1由结构力学和材料力学的分析可知,梁端总是正剪力大于负剪力,如果发生剪切破坏时,剪压区一般都在梁的下部,而此时混凝土保护层已经剥落,且梁下端又没有现浇板,所以混凝土剪压区的抗剪能力会比非抗震时偏低
2由于在强震下剪切破坏要发生在塑性铰充分转动的情况下,而非抗震时的剪切破坏往往发生在纵筋屈服之前,因此在抗震条件下混凝土的交叉裂缝宽度会比非抗震情况偏大,从而使斜裂缝界面中的骨料咬合效应慢慢退化,加之斜裂缝反复开闭,混凝土体破坏更严重,这使得混凝土的抗剪能力进一步被削弱。
3混凝土保护层的剥落和裂缝的加宽又会使纵筋的抗剪销栓作用有所退化。
我们一般在计算钢筋混凝土的抗剪能力时,只计算了混凝土自身的抗剪能力和箍筋的抗剪能力(V=Vc+Vsv),而把斜裂缝界面中的骨料咬合能力及纵筋的销栓作用作为它多余的强度储备。在抗震下梁端的塑性铰的形成,使得骨料咬合力及纵筋的销栓作用有所下降,钢筋混凝土的抗剪强度储备也会下降,同时由于混凝土的抗剪能力(Vc)的下降,V也会比非抗震时小,如果咬使V不变,那么就只有使Vsv变大,即增加箍筋用量,所以我们可以得出这样的结论,在抗震情况下箍筋用量比非抗震时要大一些,这不是因为地震使梁的剪力变大了而增加箍筋用量,而是由于混凝土项的抗剪能力下降,相应的必须加大箍筋用量。其他构件的原理也相似。
(3)抗震构造措施:通过相应构造措施保证可能出现塑性铰的部位具有所需足够的延性,具体来说就是塑性转动能力和塑性耗能能力。
对于梁柱等构件,延性的影响因素最终可归纳为最根本的两点:混凝土极限压应变,破坏时的受压区高度。影响延性的其他因素实质都是这两个根本因素的延伸。
对于梁而言,无论是对不允许柱出现塑性铰(底层柱除外)的新西兰方案,还是允许柱出现塑性铰但控制其出现时间和程度的方案,梁端始终都是引导出现塑性铰的主要部位,所以都希望梁端的塑性变形有良好的延性(即不丧失基本抗弯能力前提下的塑性变形转动能力)和良好的塑性耗能能力。因此除计算上满足一定的要求外,还要通过的一系列严格的构造措施来满足梁的这种延性,如:
1控制受拉钢筋的配筋率。配筋率包括最大配筋率和最小配筋率,前者是为了使受拉钢筋屈服时的混凝土受压区压应变与梁最终破坏时的极限压应变还有一定的差距(梁的最终破坏一般都以受压区混凝土达到极限压应变,混凝土被压碎为标志的);后者是保证梁不会在混凝土受拉区刚开裂时钢筋就屈服甚至被拉断。
2保证梁有一定的受压钢筋。受压钢筋可以分担部分剪力,减小受压区高度,另外在大震下,梁端可能出现正弯距,下部钢筋有可能受拉,。
3保证箍筋用量,用法。箍筋的作用有三个,一是抗剪,这在前文已经说过,这里不再充分;二是规定箍筋的最小直径,保证纵筋在受压下不会过早的局部失稳;三是通过箍筋约束受压混凝土,提高其极限压应变和抗压强度。
4对截面尺寸有一定的要求。规范规定框架梁截面尺寸宜符合下列要求:1>截面宽度不宜小于200mm;2>截面高度与宽度的比值不宜大于4;3>净跨与截面高度的比值不宜大于4。在施工中,如梁宽度太小,而梁上部钢筋一般都比较多,会使混凝土的浇注比较困难,容易造成混凝土缺陷;在震害和试验中多次发生过腹板较薄的梁侧向失稳的事例,因此提出要求了2;一般我们把跨高比小于5的梁称为深梁,深梁的抗弯和抗剪机理与一般的梁(跨高比大于5的梁)有所不同,所以我们在设计中最好能避免设计成深梁,如果实在不能避免,就要去看专门的设计方法和规造措施。
柱的构造措施也和梁差不多,但是柱除了受弯距和剪力以外,还要承受轴力(梁的轴力一般都很小,在设计中都不予以考虑),尤其是高层建筑,轴力就更大了,所以柱还有对轴压比的限制,其中对不同烈度下有着不同延性要求的结构有着不同的轴压比限值;另外,柱端箍筋用量的控制条件不是简单的用体积配箍率,而是用配箍特征值,它同时考虑了箍筋强度等级和混凝土强度等级对配箍量的影响。
高强度混凝土(C60以上)的极限压应变都比一般混凝土(C60及其以下)要小一些,而且强度越高,小的越多;另外,强度越高,混凝土破坏时脆性特征越明显,这些对于抗震来说是不利的。
3.常用的抗震分析方法
结构抗震设计的首要任务就是是对结构最大地震反应的分析,以下是一些常用的抗震分析方法:
1.底部剪力法
底部剪力法实际上时振型分解反应谱法的一种简化方法。它适用于高度不超过40m,结构以剪切变形为主且质量和刚度沿高度分布比较均匀的框架结构,此时假设结构的地震反应将以第一振型为主且结构的第一振型为线性倒三角形,通过这两个假设,我们可近似的算出每个平面框架各层的地震水平力之和,即“底部剪力”,此方法简单,可以采用手算的方式进行,但精确度不高。
2.振型分解反应谱法
振型分解反应谱法的理论基础是地震反应分析的振型分解法及地震反应谱概念,它的思路是根据振型叠加原理,将多自由度体系化为一系列单自由度体系的叠加,将各种振型对应的地震作用、作用效应以一定方式叠加起来得到结构总的地震作用、作用效应。此法计算精度高,但计算量大,必须通过计算机来计算。
3.弹性时程分析
弹性时程分析法,也称为弹性动力反应分析。所谓时程分析法就是将建筑物作为弹性或弹塑性振动系统,直接输入地面地震加速度记录,对运动方程直接积分,从而获得计算系统各质点的位移,速度,加速度和结构构件地震剪力的时程变化曲线。而弹性时程分析法就是把建筑物看成是弹性振动系统。
4.非线(弹)性时程分析
非弹性时程分析法,也称为非线性动力反应分析。就是将建筑物作为弹塑性振动系统来输入地面地震加速度记录。上面所提到的基于地震反应谱进行设计的方法,可以求出多遇地震作用下结构的弹性内力和变形,同样可以求得罕遇地震作用下结构的弹塑性变形。但是它不能确切了解建筑物在地震过程中结构的内力与位移随时间的反应;同时也难以确定建筑结构在地震时可能存在的薄弱环节和可能发生的震害;由于计算简化,抗震承载力和变形的安全度也可能是有疑问的。而时程分析法就可以准确而完整的反映结构在强烈地震作用下反应的全过程状况。所以,它是改善结构抗震能力和提高抗震设计水平的一项重要措施。