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序論:在您撰寫高層建筑抗震設計規(guī)范時,參考他人的優(yōu)秀作品可以開闊視野,小編為您整理的7篇范文,希望這些建議能夠激發(fā)您的創(chuàng)作熱情,引導您走向新的創(chuàng)作高度。
關鍵詞:建筑抗震設計;發(fā)展與背景;最新修訂;注意的方面
中圖分類號:TU2文獻標識碼: A
引言
繼唐山大地震,近年來我國陸續(xù)又發(fā)生大規(guī)模的嚴重地震,不斷在敲響建筑抗震的警鐘,《建筑抗震設計規(guī)范》也在我過建筑科技科研人員的精心研究下,做出了一次又一次的改動變更。隨著科技的進步與經(jīng)濟的發(fā)展,在人民政府的帶動下,越來越多的高層住宅,高層辦公用樓等高層建筑陸續(xù)出現(xiàn)在了我們的視線中。所以為了人民更安全的生活,我們需要在高層建筑的設計上響應規(guī)范的微調,做出一些變化。本文結合了《建筑抗震設計規(guī)范》的發(fā)展進程與最新的修改,對于高層建筑的抗震設計給出了一些新的見解。
1 《建筑抗震設計規(guī)范》的發(fā)展與背景
我國最早期的建筑工程抗震設計主要參考蘇聯(lián)的《地震區(qū)建筑抗震設計規(guī)范》。1959年和1964年,我國曾兩次起草并擬定了包括各類工程結構的《地震區(qū)建筑抗震設計規(guī)范》(草案),雖然未正式頒布,但對以后的工程抗震設計仍起了重要的作用[1]。而后,隨著國力的發(fā)展與技術的提高,我國于1974年正式頒布了第一本工程抗震設計規(guī)范――TJ11―74《工業(yè)與民用建筑抗震設計規(guī)范》(試行)。1978年,TJ11―78《工業(yè)與民用建筑抗震設計規(guī)范》(簡稱《78規(guī)范》)[2],國家建委批準頒布。1989年,GBJ11―89《建筑抗震設計規(guī)范》(簡稱《89規(guī)范》)[3],建設部批準頒布。1990年開始實施,并于1993年作局部修訂。2001年,GB50011―2001《建筑抗震設計規(guī)范》(簡稱《2001規(guī)范》)[4],建設部和國家質檢總局聯(lián)合。于2008年5?12汶川地震后作了局部修訂,成為GB50011―2001《建筑抗震設計規(guī)范》(2008版本)[5]。2010年,GB50011―2010《建筑抗震設計規(guī)范》,目前已完成報批手續(xù)。我國在建筑工程抗震設計領域的規(guī)范基本成型。
2 建筑抗震設計規(guī)范的最新修訂
修訂主要依據(jù)住房和城鄉(xiāng)建設部建標[2006]77號文件通知進行的。于2007年7月對《2001規(guī)范》開始修訂,2008年4成初稿。而2008年5月12日發(fā)生了汶川地震,面向全國征求意見的修訂計劃工作暫時中斷,但是編制組成員迅速進入災區(qū)開展震害調查,取得大量的建筑破壞資料數(shù)據(jù),為規(guī)范修訂提供寶貴而珍重的參考。震害資料顯示,建設規(guī)劃選址應充分考慮各種地質情況影響,中、小學校舍和醫(yī)院等重要建筑應提高抗震設防類別,各類結構的重要部位和薄弱部位、例如樓梯間等應予加強,結構防止連續(xù)倒塌和強柱弱梁設計問題應予重視等等。根據(jù)住房和城鄉(xiāng)建設部落實國務院《汶川地震災后恢復重建條例》的要求,在認真總結建筑震害經(jīng)驗的基礎上,對《2001規(guī)范》作了應急的局部修訂,于2008年7月30日頒布了GB50011―2001(2008版)《建筑抗震設計規(guī)范》。局部修訂的修訂內容有:
(1)依據(jù)地震動參數(shù)區(qū)劃圖的局部修訂,對四川、陜西、甘肅地震災區(qū)的設防烈度予以變更;
(2)增加山區(qū)場地建筑抗震設計的專門要求;
(3)從概念設計的角度,提出建筑結構體系需要注意和改進之處;
(4)提高樓梯間抗震安全性的對策;
(5)抗震結構材料性能和施工要求的局部調整;
(6)增加一定數(shù)量的強制性條文。
在完成2008版局部修訂之后,《2001規(guī)范》的修訂工作步入正軌,認真吸取汶川地震的震害經(jīng)驗,按要求于2009年12月完成審查并報批。2008版和2009年修訂基本延續(xù)了《2001規(guī)范》的主要抗震設計理念和方法。
3 高層建筑抗震設計中應該注意的方面
3.1結構體系與材料的選用
在地震常發(fā)區(qū),建筑結構體系或材料的選用是否合理是人們特別關注的事情。在我國,低于150 米的建筑采用的結構體系主要有三種:筒中筒、框―筒和框架―支撐體系。其它國家的高層建筑也常采用這些體系。但國外建筑大多都是鋼結構建筑,而我國鋼筋混凝土建筑的比例高達9 成。如此高的鋼筋混凝土結構及混合結構,國內外對如此高比例的鋼筋混凝土建筑的抗地震作用并沒有很好的經(jīng)驗。混式結構的鋼筋混凝土內筒常常要承受70%至90%的震層剪力。采用鋼筋混凝土核心筒結構,則應將鋼筋混凝土結構的位移限值作為變形控制的基準;但因為此結構的彎曲變形側移比較大,采用剛度較小的鋼框架協(xié)助減小側移的方式,不僅效果不明顯,而且會使鋼結構負擔顯著增大,有時必須通過設置伸臂結構或增加混凝土筒的剛度的方式產生加強層才能達到規(guī)范的側移限值;如果柱距或結構體系發(fā)生變化時,就應設置結構轉換層。轉換層和加強層產生的大剛度容易造成結構剛度的突變,往往會造成柱構件剪力的突然加大,外框架柱連接處與轉換層構件或加強層伸臂之間很難保證強柱弱梁。因此要慎重選擇轉換層和加強層的結構模式,盡可能降低它們的剛度,避免其造成的不利影響
3.2場地和地基的選擇
建筑的場地以及地基的選擇對于高層建筑的抗震能力具有直接的影響,是建筑抗震設計的基礎,在進行建筑場地以及地基的選擇時,應該充分了解當?shù)氐牡卣鸹顒忧闆r,對當?shù)氐牡刭|情況進行有效性、科學性的勘察,在收集豐富資料的基礎之上對場地進行綜合的分析和評價,評估當?shù)氐目拐鹪O計等級,對一些不利于抗震設計的場地應該盡可能的進行規(guī)避,而實在無法規(guī)避的應該有針對性的做好相應的處理措施,在高層建筑地基選擇過程當中應該盡可能的選擇巖石或是其它具有較高密實度的基土,從而提高建筑地基的抗震能力,盡可能的避開不利于抗震的軟性地基土,對于一些達不到抗震要求的地基應該采取相應的措施進行加固和改造,使其能夠符合相應的標準。
3.3建筑結構的規(guī)則性
在進行建筑結構設計的過程當中,應該盡可能的按照規(guī)則來,尤其是抗側力結構應該盡可能的簡單化,從而保證可靠性和承載力分布的均勻性;建筑結構的平面布置應該選擇形狀比較規(guī)則的圖形,這樣在發(fā)生地震的時候能夠確保建筑整體的承載力均勻分布;應該盡可能的避免不規(guī)則的結構平面,造成建筑結構質心和剛心出現(xiàn)交錯,這樣一旦出現(xiàn)地震;一些和剛心距離比較大,剛度不足的構件就會發(fā)生側移,受到較大的地震力的影響,有可能因為承受不住而發(fā)生損壞,最終導致建筑由于某個構件的損壞而發(fā)生傾斜和倒塌,為了防止抗側力結構橫向剛度突然出現(xiàn)變化,應該使垂直方向的抗側力的截面積從上到下逐漸的遞減。
3.4樓梯間設計的加強
樓梯的結構是直接或間接與主體結構相連的,例如,對于框架結構房屋,樓梯事實上是主體框架結構的一部分,在地震作用下,斜向構件梯段板也要承受剪力,這有可能導致梯段板斷裂。梯段板通常有半個層高,兩個標高處的水平位移有差值,容易使梯段板拉裂。另外,其各跑段梯段板的振型不一定相同和同步,容易導致梯段板底部受力鋼筋與梯段板分離,鋼筋斷裂,還可能導致平臺梁受扭破壞。在框架結構樓梯中由于存在休息平臺,易形成短柱*除此以外,樓梯間高度相當于1.5個層高,這也會對樓梯間的穩(wěn)定性造成影響.施工縫的留置也可能會影響樓梯的穩(wěn)定性。多層民用房屋結構中,樓梯多為現(xiàn)澆板式結構,樓梯的施工應與樓房其他主體結構的施工同步進行,才能保證房屋的主體結構安全和抗震效果。這樣,在樓梯中就不可避免地留置一定數(shù)量的施工縫,施工縫的留置位置和支模方法直接關系到主體工程質量和施工難易程度。
為加強樓梯間的整體性及墻體的穩(wěn)定性,以增強其空間剛度,應加強縱橫墻體之間的可靠連以限制墻體裂縫的產生,發(fā)展及倒塌。
(1)頂層樓梯間墻體應沿墻高每隔500mm設2Φ6通長鋼和Φ4分布短鋼筋平面內點焊組成的拉結網(wǎng)片或Φ4點焊網(wǎng)片;7~9度時,其他各層樓梯間墻體在休息平臺或樓層半高處設置60mm厚、縱向鋼筋不應少于2Φ10的鋼筋混凝土帶或配筋磚帶;配筋磚帶不少于3皮,每皮的配筋不少于2Φ6,砂漿強度等級不應低于M7.5且不低于同層墻體的漿強度等級。
(2) 樓梯間及門廳內墻陽角處的主梁支承長度不應小于500mm并應與圈梁連接。
(3)突出屋頂?shù)臉翘蓍g,除其構造柱應伸到頂部!并與頂部圈梁連接外,所有墻體應沿墻高隔2Φ6通長鋼和Φ4分布短鋼筋平面內點焊組成的拉結網(wǎng)片或Φ4點焊網(wǎng)片。
4 結語
我國的《建筑抗震設計規(guī)范》還會在今后的實踐中吸取更多的經(jīng)驗,從而成長的更加成熟,而高層建筑的成熟也將稱為這我國走向小康社會的鮮明符號。在高層建筑的設計上積極響應《建筑抗震設計規(guī)范》是對人民群眾安全的責任。從長遠角度看,開發(fā)各種合理的實用可行抗震設計策略,是一件非常重要且有意義的事情。
參考文獻
[1]TJ11-74 工業(yè)與民用建筑抗震設計
[2]GB 50011-2001 建筑抗震設計規(guī)范[S].2008版
[3]王亞勇 《建筑抗震設計規(guī)范》的發(fā)展沿革和最新修訂 《建筑結構學報》 2010年6月
關鍵詞:抗震設計高層建筑性能設計
Abstract: now China construction industry's rapid development, China's construction industry standards and industry standards have been continuously improved and updated in reform. Contemporary, put forward higher requirements of people on the use of building function. Now, in this paper is that the problem of design for high-rise building seismic elaboration, and proposed some standardized measures.
Keywords: Design of aseismic design of high-rise building performance
中圖分類號:TU97 文獻標識碼:A文章編號:
高層建筑抗震設計的特點
1、水平荷載是地震荷載中的最重要因素
水瓶荷載會造成建筑物產生不平衡,并且會在建筑的結構之中產生很大的軸力,這些都會和建筑物高度的兩次方成一個正比的關系。所以,隨著建筑高度的慢慢增加,水平的荷載就會完全不同。對一些高度不是很高的建筑物來說,,向荷載一般都是不會變的。但是如果隨著建筑物的剛度和質量等等動力 特點的不同,水平地震荷載和風荷載的轉變一般都是較大的。
2、建筑結構的延伸審計必須要得到重視
一般而言,高層建筑結構的剛度會隨著高度的增加而減少,顯得越來越柔,在地震荷載的作用下會導致變形嚴重。所以,就必須要要求建筑結構一定要有強大的變形能力,這樣才能就算結構產生塑性變形也不會有危險。一定要在建筑結構的延伸設計上采取實用的措施,才使得建筑結構的延性穩(wěn)定。
高層建筑抗震設計一般遇到的問題
在高層建筑的抗震設計中,抗震問題的研究的就是遇到的最根本的問題。在這些問題中,最主要的問題就是中短柱的問題?,F(xiàn)在,我就抗震設計中一般都會遇到的幾個問題作一個簡單的介紹。
1、缺乏充足資料數(shù)據(jù)
在巖石的探察中,由于缺乏充足的資料數(shù)據(jù)。很多時候,有些工程在擴初設計的階段都還沒有能夠得到準確的巖土工程的探察數(shù)據(jù),在這個時候就已經(jīng)直接的進入的施工設計的階段。沒有巖土工程的探察數(shù)據(jù)和相關資料,設計就缺少了一些必要的數(shù)據(jù)。
2、平衡面布置不規(guī)整
對于結構平衡面的布置。例如不規(guī)則的外形,不對稱的外形和凹凸的變化很大,還有結構平面的形狀和剛度在同一結構的單元里面顯得不均勻而且不對稱。
3、抗震構造柱布置不完善
例如,在外墻的轉角處,大廳的四個角的構造柱設置不成對和甚至沒有設置構造柱,有些以構造柱來代替磚墻去承山重力,在山墻和縱墻的交接點沒有設計抗震構造柱,或者設置的抗震構造柱太多等等。
4、豎向布置結構不當
對于高層建筑,豎向體型過大而產生外挑和內收的情況,便要進行調整。立面收進部分的尺寸的比值一般是B1/B不滿足》=0.75的要求。
高層建筑抗震設計的規(guī)范化措施
選擇合正確的高層建筑結構體系
正確的高層建筑結構體系可以有效的實現(xiàn)建筑物的安全,并且經(jīng)濟劃算。首先,我們在進行高層建筑的時候,一定要把抗震的概念融合在自己的設計中,一定要對建筑物的外形尺寸有一個全面的考慮,每一個因素都要考慮清楚。例如抗側力的構件布置,承載力的分布和質量分布等等這些常見的因素。我提倡平立面的簡單對稱,對于構建規(guī)則的布置,我們要采取相對應的抗震結構措施,并且對細部要進行一些處理。要確??箓攘w系的剛度的承載力可以實現(xiàn)上下變化的自動性和均勻性。其次,還要對建筑的承載力和彈性等等這些方面有一些嚴謹?shù)挠嬎?,不可出錯,要建立一個完整精細的抗震結構圖的框架。最后,要對結構的剛度,承載力和穩(wěn)定性采取一些必要的輔助的措施。如下圖所示為高層建筑抗震設計規(guī)范表:
圖一
圖二
選擇抗震性能比較好的材料
一般來說,抗震功能比較好的高層建筑都是和所選擇的材料有莫大的關系。好的建筑材料在面對地震的襲擊的時候,承載能力和延展的能力一般都高于材料一般的建筑。這就要求我們,在進行高層建筑的時候,要嚴格根據(jù)建筑工程所需要的條件,去選擇抗震性能比較好的材料。一般比較好的材料是鋼結構的材料?,F(xiàn)在,我國鋼材市場的產量還是很充裕的,所以要盡可能的采用多一些鋼結構材料去建設高層建筑。根據(jù)數(shù)據(jù)研究表明,在相同的地基下建造高層建筑,采用鋼材料的建筑物可以把承重柱的重量減少百分之65左右,為此可以大大的降低建筑體的重心,在地震時的傾覆力矩也會大大的得到減少,從而提高高層建筑的穩(wěn)定性。
要構造多種不同的抗震技術措施
首先,可以改變結構的特性,采取軟墊防震和擺動防震等方式去減少地震的能量輸入:其次,還可以采用鋼管材料的混凝土柱,利用他們良好的塑性去提高混凝土的延性。鋼材料和混凝土的結合,抗壓強度可以明顯的提高還可以使得極限壓得到應變;最后,在高層建筑的建設中,要使建筑結構體系保持一個比較大的內部空間,對于結構構件的強弱關系,要進行適當?shù)奶幚砗驼{節(jié)。除此之外,還要建立一系列的區(qū)服區(qū),建立區(qū)服區(qū),可以把有效區(qū)服的階段大大的延長,從而達到吸收和耗散地震的能量的功能。
結語
高層建筑防震設計是一種復雜的結構體系,本文以實際的工程作為背景,對高層建筑抗震設計體系作了一個深刻的研究,詳細的研究了在施工過程中要注意的問題和要選擇的材料。在跨度比較大的時候,可以選擇鋼析架,減輕結構的自重和方便施工。
參考文獻:
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關鍵詞:抗震;民用建筑
中途分類號:TU24 文獻標識碼:A 文章編號:1674-3520(2014)-01-0196-01
一、高層民用建筑設計特點
(一)控制建筑物的側移
在地震的作用下,建筑結構所產生的水平剪切力,是建筑物產生明顯的側移。隨著建筑物的高度不斷增加,結構的側向位移快速增大,結構變形也隨之增大,側向位移過大將使結構產生附加內力,當期超過一定限度值時將使整個結構倒塌。因此必須將側移限制在一定范圍之內,保證建筑結構應有的強度剛度穩(wěn)定性,才能結構安全以及其功能的使用。
(二)地震中產生的水平力
水平力會使建筑物產生傾覆力矩,而且在豎向結構中產生很大的軸力。對高度一定的建筑物而言,豎向荷載基本是不變的,而水平方向上地震作用的數(shù)值大小往往會隨著高層建筑結構動力特性的不同而存在較大幅度變化。
(三)建筑結構的延性設計
高層民用建筑隨著高度的增加,在地震的影響下易產生形變的可能性越大。所以就應該要求建筑結構有足夠的抗震以及變形能力,設計應遵循“強柱弱梁,強剪弱彎、強節(jié)點、強底層柱”的設計原則盡可能設置多道抗震防線,主要耗能應有較高的延性和適應的剛度。從而能使建筑結構能承受吸收和消耗大量的地震能量。同時要控制薄弱的部分有足夠的形變能力,又不使其發(fā)生位移。在結構上采取更精準的設計,使建筑結構具有足夠的延性。
二、高層民用建筑抗震設計
(一)場地、地基的選擇
選擇場地地基首先要根據(jù)實際工程的需要,同時還需考慮地震活動情況。分析天然地基的抗震承載力要根據(jù)不同的場地來進行,另外分析地震所造成的危害程度,也要根據(jù)不同的施工場地來進行。對避讓距離的確定可根據(jù)地震強度、斷裂的地質歷史、場地的土地厚度進行,進而有利于對場地范圍內地震斷裂的確定。必須確保避開那些對建筑物不利的地段進行地基的選擇。
(二)良好的抗震結構體系
高層民用建筑結構在抗震設計時應考慮選擇適當?shù)目拐鸾Y構類型,設計結構盡可能要考慮其抗震的安全特點以及它的經(jīng)濟性。
(三)結構隔震和消震
為了提高結構的的整體抗震性能,隔震和消能減震等抗震技術應用于設計使用功能有特殊要求的建筑,耗能元件及其體系可錯開地震動卓越周期,從而防止共振破壞,減輕地震振動及風振。隔震即在建筑物基礎與上部結構之間設置設置一層隔震層,使房屋與基礎隔開隔離地面運動能量向建筑物的傳遞,以減小房屋結構的地震反應實現(xiàn)地震時建筑物只發(fā)生較輕微運動和形變從而保證建筑物的安全。消能減震則是通過在建筑物中設置消能部件,使地震中輸入到建筑物的能量的一部分被消能部件所消耗,另一部分被結構的動能變形承擔以達到減振抗震的目的。
三、建筑抗震要點
(一)規(guī)則結構
建筑物尤其是高層建筑物設計應符合抗震概念設計要求,對建筑物進行合理布置。大量地震災害表明,平立面簡單且對稱的結構類型建筑物在地震時具有較好的抗震性能,因為該種建筑結構能夠容易估計出其地震反應,易于采取相應的抗震構造措施并進行細部處理。結構的規(guī)則是指建筑物平立面外形尺寸、抗側力構建布置承載力分布等多方面因素要求。要求建筑物平面對稱均勻、體型簡單、結構剛度,質量延建筑物豎向變化均勻,同時保證建筑物有足夠的抗扭轉剛度,以減小結構扭轉的影響。并且應該盡量滿足建筑物在豎向上重力荷載受力均勻,以減小結構內應力和豎向構件間差異變形對建筑結構產生的不利影響。
(二)減小地震能量輸入
具有良好抗震性能的高層建筑結構要求結構的變形能力滿足在預期的地震作用下的變形要求。因此在設計過程中除了控制構件的承載力外還應控制結構在地震作用下的層間位移或位移延性比,然后根據(jù)構件變形與機構位移的關系來確定構件的變形值,同時根據(jù)截面達到的應變大小及分布來確定構件的要求,選擇堅硬的場地土來建造高層建筑等方法減小地震能量輸入。
(三)減輕結構自重
對于同樣的地基條件下的建筑結構設計,若減輕結構自重則可相應增加層數(shù)或減少地基處理造價,尤其是在軟土基礎上進行結構設計這一作用更為明顯,同時由于地震效應與建筑質量成正比,而高層建筑物由于其高度大、重心高等特點,在地震作用時期傾覆力矩也隨之增加,因此,為了盡量減少其傾覆力矩應對高層建筑物的填充墻及隔墻盡量采用輕質材料以減輕結構自重。
補充:建筑抗震的相關理論主要包括擬靜力理論、反應譜理論、動力理論。
四、結束語
我國對建筑結構抗震設計的研究有很多,但這些研究一致認為高層民用建筑的抗震設計的重要技術政策就是經(jīng)濟與安全的關系。因此抗震設計就要抓好經(jīng)濟與安全的關系。
參考文獻:
[1]胡聿賢 地震工程學{m}北京:地震出版社,2005
關鍵詞:結構設計高層建筑 安全性
中圖分類號:TU208文獻標識碼: A
隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展,城市用地日趨緊張,這使得高層建筑成為了目前階段建筑設計的主要形式。高層建筑的廣泛出現(xiàn),既節(jié)約了建筑的占地面積,增加了使用空間,又豐富了城市的景觀。但高層建筑美化城市的同時,也給建筑設計師們在安全設計性方面提供了諸多挑戰(zhàn)。其中,結構安全設計就是一個十分重要的部分。
建筑結構設計是整個建筑的精髓,是整個建筑工程的骨骼,因此對于建筑結構的設計至關重要。其合理的設計是保證建筑質量及安全性的重要方法。高層建筑的結構特點是需同時承受水平和豎向的荷載或間接作用。低層建筑結構通常以抵抗豎向荷載為主,水平荷載和作用的影響較小。如風荷載和地震作用,它們所產生的內力和位移較小,一般可以忽略。因此在低層建筑結構中,豎向荷載往往就是設計的控制因素。但在高層建筑結構中,較大的建筑高度造成了完全不同的受力情況,水平荷載和作用不僅是主要荷載的一種,跟豎向荷載共同起作用,而且往往還成為設計中的控制因素。因此,在水平荷載作用下,若高層建筑結構的抵抗側向變形能力或側向剛度不足,將會產生過大的側向變形,不僅使人產生不舒服的感覺,而且會使結構在豎向荷載作用下產生附加內力,會使填充墻、建筑裝修和電梯軌道等服務設施出現(xiàn)裂縫、變形,甚至會導致結構性的損傷或裂縫,從而危及結構的正常使用和耐久性。因此設計高層建筑結構時,不僅要求結構有足夠的強度,而且要求結構有合理的剛度,使水平荷載所產生的側向變形限制在規(guī)定的范圍內。同時,有抗震設防要求的高層建筑還應具有良好的抗震性能,使結構在可能的強震作用下當構件進入屈服階段后,仍具有良好的塑性變形能力,即具有良好的延性性能。綜合高層建筑的上述受力特點可知,與低層結構不同,高層建筑結構在強度、剛度和延性三方面要滿足更多的設計要求??箓攘Y構的設計成為高層建筑結構設計的關鍵。
【關鍵詞】建筑設計,抗震工程,問題,應用
對于建筑抗震設計,至今仍然存在著一種誤解,似乎建筑抗震只是結構工程師的事,與建筑師關系不大。因而,長期來只有對結構設計的抗震設計規(guī)范和規(guī)定,卻沒有一本專門談建筑設計的抗震設計規(guī)范或規(guī)定。建筑抗震的實踐表明,一個地震區(qū)的工業(yè)建設項目(建筑物),如果沒有良好的建筑總體布置方案,單靠結構抗震計算和抗震構造措施,在較強烈地震作用下,仍是難以取得建筑抗震的較好效果,甚至減輕不了建筑物的震害程度?!督ㄖ拐鹪O計規(guī)范》的新修訂內容中,在抗震設計的基本要求一章里,增加了針對建筑師建筑設計應遵守的有關規(guī)定。有了這方面的規(guī)定,就可以使建筑設計與建筑抗震要求有機地結合起來,使建筑抗震設計水平達到一個新的比較完善的高度。
建筑設計中需重視的幾個抗震問題
1.建筑構件(非結構構件)設計及建筑連接節(jié)點構造設計問題隨著建筑立面和室內空間裝飾標準的提高和發(fā)展,在建筑設計上采用的建筑構件品種、材料和形式越來越多。例如,立面上大量采用的外貼瓷磚,外貼、外掛大理石,花崗巖板材,還有外掛的玻璃幕墻等;室內裝飾普遍采用的空中吊燈、吊頂,較高裝飾標準采用的人工藝術造景,壁雕,懸挑的裝飾畫,豎立的雕塑制品等。所有這些立面和室內的裝飾,都有一個其本身材料和構造是否能抗御住地震的震動而不壞的問題,同時還有與建筑物主體結構相牢固連接的問題。多次地震的震害表明,國外有不少高層建筑的外立面裝飾玻璃幕墻在地震時出現(xiàn)了“玻璃雨”的破壞。其原因就是所采用的玻璃幕墻(包括材料性能及其與主體結構的連接構造)不能適應建筑物在地震中產生大變形的要求。所以,在采用玻璃幕墻時,在建筑設計要求上,必須使玻璃幕墻具有足夠的強度和變形能力,在其與主體結構的連接構造上,要將連接節(jié)點設計成能沿水平向有相應變位能力的節(jié)點構造,使其與建筑物的地震變形脫開,不給外掛的玻璃幕墻造成變形破壞。
對于外掛的大型石材面板與主體結構的連接構造也應按上述要求考慮處理。對直接外貼的板材和瓷磚,則必須使其與主體結構能牢固錨拉和粘結,使其在地震時不脫開不墜落。我國則有的直貼得很高。需要重視其抗震的構造連接問題。對室內的各種裝飾工程,尤其是懸吊的大型燈具,浮掛的雕塑,各種懸桃的人工藝術造景等,在建筑設計上,一定要重視其在地震發(fā)生時的抗震穩(wěn)定性,在其與主體結構的連接構造上也宜考慮它有一定的相對于建筑物的變形能力和必要的節(jié)點連接強度,防止其在地震中發(fā)生墜落或倒塌傷人。在建筑設計中,還有相當多的屬于建筑布置的非結構構件,保障其抗震穩(wěn)定性,不發(fā)生倒塌破壞,或采用與主體結構脫開的保障自身穩(wěn)定的抗震措施。
2.建筑上應滿足的設計限值控制問題
根據(jù)大量震害的經(jīng)驗總結,現(xiàn)行《建筑抗震設計規(guī)范》(GBJ11-89)對房屋建筑在建筑設計中應考慮的一些抗震要求的限值控制提出了規(guī)定。這些規(guī)定,建筑設計應予遵守。一是房屋的建筑總高度和層數(shù)。例如,在設防烈度為8度時,粘土磚多層房屋的總高度不宜超過18m,層數(shù)不宜超過六層;底層框架多層磚房的總高度不超過16m,層數(shù)不超過五層;鋼筋混凝土框架房屋總高度不超過45m,框架抗震墻的高層建筑的總高度不宜超過100m等的規(guī)定。而在目前實際設計中,有的總高度超過,有的層數(shù)超過;還有的在建筑設計中總高度雖未超過,但房屋的高寬比超過規(guī)定,如在8度地區(qū)有的超過2.2。所有這些超規(guī),都可能對建筑物的抗震安全帶來不利,特別是對于高寬比過大的多、高層建筑更是不利。因為在這種情況下,存在房屋的整體抗震穩(wěn)定問題。應該說,這些限值的控制在建筑設計上只要重視抗震是完全可以做到的。而在某市的抗震設計審查中發(fā)現(xiàn),建筑超高和高寬比過大的設計達14%之多。這說明在建筑設計中未能嚴格按照《規(guī)范》規(guī)定進行設計的問題不是個別的,應引起建筑設計的重視。二是對房屋抗震橫墻間距和局部墻體尺寸的限值控制。這是根據(jù)多層砌體房屋和底層為框架的多層砌體房屋在歷次地震中所出現(xiàn)的破壞特征所提出來的規(guī)定。對抗震橫墻間距的最大限值控制,是因為當橫墻間距過大時,使縱墻的側向變形加大,抗震承載力降低,甚至導致縱墻的側向失穩(wěn)破壞倒塌。對房屋局部墻體尺寸最小限值的控制,是因為這些部位的墻體(包括承重和非承重外墻的盡端墻,內墻的陰角,高出屋面的女兒墻)在小于規(guī)定的最小限值時,墻體截面的抗震強度(抗彎、抗剪)就不能滿足要求,就會導致墻體的開裂和倒塌破壞。所以,在建筑進行平立面布置設計時,要考慮這些來自實際震害經(jīng)險的設計控制規(guī)定,使建筑設計為建筑抗震提供良好的基礎。
3.屋頂建筑的抗震設計問題
關鍵詞:高層建筑;剪力墻;抗震設計;研究
中圖分類號: TU208 文獻標識碼: A
隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高,越來越多的高層建筑物出現(xiàn)在我們的視野里面,建筑物結構的形式和布置也出現(xiàn)了多樣化。剪力墻結構是指用鋼筋混凝土墻代替框架結構中的柱,以承受豎向荷載、抵抗水平荷載的結構。其最大特點是能夠有效控制結構水平作用?!督ㄖ拐鹪O計規(guī)范》(2010年版,以下未注明處相同)稱之為抗震墻,本文按照工程界習慣稱作剪力墻。多數(shù)情況下,剪力墻截面高度大于其厚度8倍,厚度相對而言較薄,一般僅為200~300mm。因此,從墻體尺寸可以看出,其墻身平面內抗側剛度很大,相反,平外面剛度卻很小。根據(jù)這一特點,在進行結構方案布置時,墻體應當沿建筑物主軸方向均勻布置,利用平面內較大剛度承受縱橫兩個方向的水平和扭轉作用??拐鹪O計中,要求在正常使用及小震作用下,處于彈性工作狀態(tài);在中等強度地震作用下,允許進入彈塑性狀態(tài),但應具有足夠承載力、延性;在強震作用(罕遇烈度)下,不應出現(xiàn)倒塌。此外還應保證結構穩(wěn)定?,F(xiàn)通過對剪力墻結構中抗震設計的相關要素分析,希望和廣大結構設計人員進行交流,共同進步。
1 受力性能
1.1 整體墻和小開口整體墻
由于沒有洞口或洞口很小,此類墻可以看作是一個整體懸臂墻。在軸向壓力和水平力作用下,懸臂墻破壞形態(tài)主要是彎曲破壞。彎曲破壞又分為大偏壓和小偏壓破壞,要設計成“延性剪力墻”就是要把剪力墻的破壞形態(tài)控制在彎曲破壞中的大偏心破壞范圍。從墻體尺寸而言,細高的剪力墻(高寬比大于)容易設計成彎曲破壞的延性剪力墻。另外,墻肢的平面長度(即墻肢截面高度)不宜大于8米。當一個結構單元中有少量長度大于瞇的大墻肢時,計算中樓層剪力主要由這些大墻肢承受。一旦地震,尤其是在罕遇烈度地震時,大墻肢容易首先遭受破壞,而小的墻肢又無足夠配筋,使整個結構可能形成各個擊破。當墻的長度很長時,可以開設洞口,將長墻分成較小長度、較均勻的肢墻,保證均勻受力。
1.2 連肢墻
實際工程中,剪力墻經(jīng)過門窗分割形成連肢墻。洞口上下部位是連梁,洞口左右部位是墻肢。連肢墻的設計應把連梁放在抗震第一道防線,在連梁屈服前,不讓墻肢破壞。連梁自身要做到受剪承載力高于彎曲承載力。目的就是“強肢弱梁”和“強剪弱彎”。無論是在整體的開洞剪力墻設計,還是在連梁、墻肢等局部構件上的設計,都體現(xiàn)上述原則,才能保證墻肢安全。當連梁破壞時,結構會繼續(xù)承載,直至墻肢截面屈服。
2 結構設計
2.1 強剪弱彎
為避免脆性剪切破壞,應按照”強剪弱彎”的要求設計剪力墻墻肢。一般的方法是將剪力墻底部加強部分的剪力設計值增大,提高抗剪承載力。《建筑抗震設計規(guī)范》6.2.8條規(guī)定了各個抗震等級剪力墻底部加強部位的剪力設計值應乘以不同的剪力增大系數(shù),以此進行抗剪配筋設計,從而實現(xiàn)“強剪弱彎”的結構受力性能。
2.2 加強底部塑性鉸區(qū)
一般在底部剪力墻彎矩最大,底截面鋼筋屈服后會形成塑性鉸區(qū)。而且,塑性鉸區(qū)(分布于一定范圍)是剪力最大部位,在反復荷載作用下,會形成交叉裂縫,可能出現(xiàn)剪切破壞。所以在塑性鉸區(qū)要采取加強措施,即底部加強部位?!督ㄖ拐鹪O計規(guī)范》6.1.10條規(guī)定了底部加強部位的具體高度要求。目的就是提高受剪承載力,加強抗震的構造措施,提升結構的彈塑性變形能力。
2.3 限制軸壓比
為保證剪力墻延性,避免截面上受壓區(qū)高度過大而出現(xiàn)小偏壓情況,應當控制剪力墻加強區(qū)截面相對受壓區(qū)高度,但截面受壓區(qū)高度與截面形狀有關,實際工程中剪力墻截面復雜,會增加計算受壓區(qū)高度的困難。為此,《建筑抗震設計規(guī)范》采用簡化方法,限制截面的平均軸壓比。計算軸壓比時,規(guī)范采用了重力荷載代表值作用下的軸力代表值,即考慮重力荷載分項系數(shù)1.2后的最大軸力設計值?!督ㄖ拐鹪O計規(guī)范》6.4.2條具體要求了各個抗震等級下的墻肢軸壓比限值。在這里筆者想說明,2010年版《建筑抗震設計規(guī)范》6.4.2條較之前版本規(guī)范,增加了剪力墻抗震等級三級時0.6的軸壓比限值要求(之前版本對抗震等級三級無軸壓比限值要求)。
2.4 設置邊緣構件
邊緣構件分為約束邊緣構件和構造邊緣構件兩類。約束邊緣構件是指用箍筋約束的暗柱,端柱和翼墻,其箍筋較多(配箍率特征值相對較大),對混凝土的約束較強;構造邊緣構件的箍筋較少,對混凝土約束較差或沒有約束。剪力墻墻肢的塑性變形能力和抗地震倒塌能力,除了與縱向鋼筋有關外,還與截面形狀、截面相對受壓區(qū)高度(軸壓比),墻梁端的約束范圍、約束范圍內的箍筋配箍特征值有關。當截面相對受壓區(qū)高度(軸壓比)大到一定時,需要設置約束邊緣構件,使墻肢端部成為箍筋約束混凝土?!督ㄖ拐鹪O計規(guī)范》6.4.5條對邊緣構件的尺寸、配筋都做了具體的說明。特別是6.4.5-2款規(guī)定了“一、二、三級抗震墻,以及部分框支抗震墻結構的抗震墻,應在底部加強部位及相鄰的上一層設置約束邊緣構件,在以上其他部位可設置構造邊緣構件。”這一點剛好就和本文之前提到的“加強底部塑性鉸區(qū)”一節(jié)相呼應,可以看出,通過設置約束邊緣構件,可以提高墻肢端部混凝土極限壓應變、改善剪力墻延性。
2.5 控制墻肢截面尺寸
剪力墻墻肢截面厚度,除了要滿足承載力的要求外,還要滿足穩(wěn)定和避免過早出現(xiàn)斜裂縫的要求。一股情況下,把穩(wěn)定要求的厚度稱作最小厚度,通過構造滿足。在實際結構體系中,
樓板以及與剪力墻平面外相交的剪力墻,是剪力墻的側向支撐,可防止剪力墻失穩(wěn)。通常情況下,剪力墻最小厚度由樓層高度控制?!督ㄖ拐鹪O計規(guī)范》6.4.1條規(guī)定了剪力墻最小厚度要求。設計時需留意。另外,就是本文之前提到過的墻段高寬比不宜小于3,《建筑抗震設計規(guī)范》6.1.9條也做了具體的要求。
2.6 配置分布鋼筋
《建筑抗震設計規(guī)范》6.4.3條對剪力墻內分布鋼筋的配置提供了具體說明。特別是6.4.3-1款:“一、二、三級抗震墻的豎向和橫向分布鋼筋最小配筋率均不應小于0.25%,四級抗震分布鋼筋最小配筋率不應小于0.20%?!奔袅χ?,分布鋼筋的作用主要是:抗剪、抗彎、減小收縮裂縫等。如果豎向分布鋼筋過少,墻肢端部的縱向受力鋼筋屈服后,裂縫將迅速開展,裂縫的長度、寬度都較大;如果橫向分布鋼筋過少,斜裂縫一旦出現(xiàn)就發(fā)展成主要斜裂縫,剪力墻將沿斜裂縫被剪壞。因此,墻肢的豎向和橫向分布鋼筋最小配筋率是根據(jù)限制斜裂縫開展要求確定的。
3 結束語
剪力墻結構具有較好的抗震性能,且結構布置靈活,可以很大程度減小結構構件對建筑的使用影響,所以高層住宅較多使用這種結構形式。在抗震設計中,針對剪力墻結構受力體系及相關規(guī)范條文進行分析理解,合理采用計算分析方法,并采取相應構造措施,相信剪力墻結構能夠以更加經(jīng)濟、實用的優(yōu)勢展現(xiàn)在住宅設計中,具有更廣闊的發(fā)展前景。
參考文獻:
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[2] 李.高層建筑框架剪力墻結構設計中幾個問題的探討[J].中國高新技術企業(yè),2011,(16).
【關鍵詞】 彎曲變形;相對剛度;側向剛度比
【中圖分類號】 TU971 【文獻標識碼】 C【文章編號】 1727-5123(2011)02-132-03
1前言
為適應現(xiàn)代建筑體型造型日趨復雜的需要,保證建筑結構豎向剛度變化的均勻性,防止出現(xiàn)剛度突變的情況,國內外相關規(guī)范規(guī)程對建筑結構樓層側向剛度及其沿結構高度變化情況均作出明確規(guī)定,通過控制層剛度比可以直觀地把握結構樓層側向剛度沿豎向分布的不均勻程度,衡量結構豎向規(guī)則與否以及是否形成結構薄弱層、地下室能否作為嵌固端、轉換層剛度是否滿足要求等等。
本文通過分析以剪切變形為主和以彎曲變形為主的高層建筑結構在地震作用下樓層側向剛度及其比值,得到目前《建筑抗震設計規(guī)范》(GB50011-2001)中采用地震剪力和位移比值的剛度計算方法對彎曲變形為主的建筑結構是不太合適的。
2剛度計算方法
我國《建筑抗震設計規(guī)范》(GB50011-2001)和《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》(JGJ3-2002)為了控制建筑結構的豎向不規(guī)則性,提出了側向剛度比的控制指標,并根據(jù)不同的應用范圍,提出三種剛度比的計算方法,即地震剪力和地震層間位移比(以下簡稱有效剛度)、剪切剛度和剪彎剛度。
本文提出采用相對剛度的方法計算樓層側向剛度,即樓層剪力和層間位移角的比值。
2.1有效剛度(地震剪力和地震層間位移的比值)。根據(jù)《建筑抗震設計規(guī)范》第3.4.2和3.4.3條及《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》第4.4.2條的條文說明中建議的方法,樓層的側向剛度可取地震作用下的層剪力與層間位移的比值計算,其剛度的計算公式為:
4結論
由以上算例和工程實例可見,對于以剪切變形為主的結構,采用國內規(guī)范的有效剛度的方法判斷樓層側向剛度是否突變是合理的。而對于以彎曲變形為主的高層建筑結構,采用目前國內規(guī)范的相關條文均無法合理地控制樓層側向剛度變化;而按照相對剛的方法設計的結構、結構概念以及工程經(jīng)驗是一致的,可以有效的反映樓層側向剛度的變化。
參考文獻
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