郑建
身份证号:3712021985101615** 山东 济南莱芜区 271100
摘要:在当前经济发展的推动下,我国城市化进程正在加快,城市规模的扩大和城市人口的增加使得人地矛盾日益突出,在这种背景下,高层建筑迅速成为城市建筑发展的主流方向,但是,建筑物的高度越高,其自身重量越大,抗振性越差,如果高层建筑的设计遵循普通建筑设计的方法,一旦遇到地震,必然会导致建筑的损坏或倒塌,造成严重后果。因此,设计人员应充分重视建筑的抗震结构设计,确保结构能够达到最佳的强度、刚度、延性等,从而达到“小震不动,中震可修,大震不倒”的目的,从而保证建筑物的使用安全,因此,对建筑物进行抗震结构设计是非常必要的。
关键词:建筑;结构;抗震;设计
前言:目前,我国建筑结构抗震设计已经发展到很高的水平,相关技术标准也比较成熟,随着动力学、地震学、结构试验和结构分析的进步,经历了从无到有的变化,借鉴了许多国家在震害调查和强震观测方面的先进经验,然而,我国建筑结构的抗震水平有待提高,抗震设计的实用性有待进一步提高,只有这样,才能全面提高我国建筑结构的抗震等级。
1建筑结构抗震设计的原则
建筑结构应尽可能对称,以满足建筑的垂直均匀性,建筑竖向布置存在统一性问题,布局不均匀导致刚度和强度突变,产生竖向应力集中或变形集中,导致中小地震破坏,大地震倒塌,比如由于结构的竖向不规则性,上部结构的刚度大于底部结构,形成所谓的“鸡腿”建筑,地震时底层完全坍塌,上部结构基本完好;结构中间某一层刚度和承载力的突变,可能形成薄弱层或薄弱层。此层在地震时塑性变形过大,超过结构的变形能力或承载力,造成结构构件严重破坏,楼板坍塌,结构倒塌;结构顶部回缩较多或顶部刚度很小,结构顶部因地震的鞭梢效应变形过大,造成破坏。
2建筑结构抗震设计涉及的主要问题
2.1地下部分
(1)在满足规范的前提下,保证建筑上部荷载在所有地下部分均匀分布,从而保证受力构件的布置更加连续,受力更加均匀。(2)当建筑物平面形状复杂,无法调整其平面形状和结构布置使其成为规则结构时,可通过设置抗震缝,将其划分为若干个简单的规则平面。(3)如果上部结构构件与地下结构构件对齐,上部塔架可以通过使用抗震接头与地下位置和地下部分连接。(4)当上下构件呈现不同结构时,会呈现转换构件,应满足相应规范要求。(5)注意转换层的高度控制,杜绝薄弱层的出现。
2.2延性设计工作
对于延性设计工作,在抗震设计中,其原则是小震不坏,中震可修,大震不倒。结构系统应设计成在强震下表现出非线性响应并进入屈服状态。利用结构的延性,可以耗散地震能量,从而保证建筑不倒塌,工程造价更加合理。墙柱轴压比是影响结构延性的关键部分,因此在抗震设计中,应调整其允许范围,以保证这项工作的有效开展。
2.3施工方法
不同施工方法的应用会对建筑结构体系的抗震性能,尤其是结构的整体性产生一定的影响。对于钢筋混凝土结构,现浇法可以保证结构的连续性,使构件之间的连接更加可靠,进而增强其整体性。对于预制构件和现浇接缝的整体结构,接缝处的混凝土不易浇筑和压实,接缝的强度难以进一步保证,因此整体性相对较差。然而,装配式结构的整体性较差。因此,对于抗震要求强的建筑,应采用现浇施工进行施工。
3建筑结构抗震设计方法
3.1选择有利于抗震的场地
避开地震危险地段,选择有利于抗震的场地、基础、地基,设计时应根据工程需要掌握地震活动和相关工程地质资料,进行综合评价,选择坚硬土或开阔、平坦、密实甚至中等坚硬土等有利地段;避开软土、液化土、河岸、边坡边缘等不利地段,以及平面分布上来源、岩性、状态明显不均匀的土层;同一结构单元不应设置在性质完全不同的地基土上,部分天然地基和部分桩基不应使用。当局部地基有弱粘性土、液化土、新填土或土层严重不均匀时,应加强地基的完整性和刚度。
3.2设置多重抗震防线,增强抗震能力
高层建筑设置多层抗震防线,第一道防线被破坏后,还有备用的第二道、第三道甚至更多的防线来阻挡地震力量,避免高层建筑倒塌,高层建筑结构抗震设计时,可采用带墙框架的框架-剪力墙结构,因此,为了承受剪力墙开裂后重新分布的地震作用,框架和墙体在任意一层分布的地震剪力不应小于结构底部总地震剪力的20%和框架各层最大地震剪力的1.5倍中较小者。通过合理设置连梁,剪力墙结构中的剪力墙可以具有优异的多抗震防线性能。
3.3建筑布局应简单合理。
建筑的动态性能基本上取决于其建筑布局和结构布局。建筑布局简单合理,结构布局符合抗震原则,保证了建筑良好的抗震性能。建筑物的平面和立面布置应规则对称,质量和刚度变化均匀,避免错层。由于城市规划、建筑艺术和使用功能的要求,建筑不能都设计成正方形或圆形。在我国相关文件中,明确了地震区高层建筑的平面形状;建议在平面凹角处采取加强措施。对于复杂建筑,应设置合理的变形缝,在结构设计中进行水平地震作用计算和内力调整,对薄弱部位采取有效的抗震构造措施,严格控制建筑的高度和高宽比。
3.4结构选择和布局。
结构选型根据建筑重要性、设防烈度、建筑高度、场地、基础、地基、材料、施工等因素,由技术经济条件综合决定。从抗震的角度来看,作为一种良好的结构形式,它应该具有以下特性:延性系数高、均匀性好、正交各向同性、构件连接的整体性、连续性和良好的延性,能够发挥材料的全部强度。结构布置的原则是在平面布置上力求对称,使构件受力分布均匀;竖向布置应均匀,竖向刚度和强度尽量均匀变化,避免薄弱层,尽量降低房屋重心。
3.5建筑结构的消能减震设计。
传统的结构抗震是通过增强结构本身的抗震性能来抗震,是一种被动和被动的抗震对策。消能减震设计是指在结构体系中设置隔震层来隔离地震能量,或者在抗侧力结构中设置消能工来吸收地震能量,从而达到减少地震破坏的目的。我国已经在相关文件纳入了隔震与消能的内容,由于它是一种新型的结构体系,并且对隔震层以上结构的要求高于非隔震建筑,所以在目前的设计中很少使用。其主要原理是:在建筑底部设置橡胶隔震支座和阻尼器,以延长自振周期,增加阻尼,或者在结构中设置耗能器,通过局部变形提供附加阻尼,消耗抗震能力,从而保护上部结构。
3.6抗震构造措施的设置。
抗震结构措施在结构设计中起着非常重要的作用,结构设置是否合理,直接影响结构的抗震效果,由于上部主体结构类型不同,结构措施也不同。下面列出了常见结构类型的一般结构措施,砖混结构房屋内沿楼层标高设置水平圈梁,加强了内外墙的连接,增强了房屋的整体性,圈梁能有效抑制预制板的散射,降低砖墙平面外坍塌的可能性;此外,环梁作为边缘构件,可以提高建筑物和屋顶的水平刚度,在地震作用下,墙体斜裂缝的张开和延伸受到限制,减小了不均匀沉降对房屋的影响,此外,构造柱布置合理,可以增强建筑的整体性,改善结构的脆性,增加延性,每一面有构造柱的墙都可以大大提高变形能力,即使墙体开裂后,也可以利用其塑性变形、滑动和摩擦来消耗地震能量,但设置圈梁和构造柱后,多层砖混结构的抗裂能力并没有多大提高,保证了砖混结构能够达到“小震”的目标,在设计中应予以重视。
结论:地震的发生和发展是不可预测的,自古以来人们就在研究防震抗震设计,虽然取得了很大的进展,但仍然很难有效地提前预测地震,作为一个复杂系统,当地震发生时,建筑物的结构会发生许多相对复杂的演化,建筑结构的抗震设计需要充分结合建筑的规划设计、建筑结构的抗震经验和建筑工程的相关理论,才能有效提高建筑结构的抗震强度。
参考文献:
[1]曲哲,张甜,叶列平,摇摆墙在框架结构抗震加固中的应用[J],建筑结构学报,2011(09);
[2]周颖,吕西林.摇摆结构和自复位结构研究综述[J].建筑结构学报,2011(09).