試述建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)

1、    試述建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)    李加斌 吳琳摘要：房屋建設(shè)中，抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一個重要環(huán)節(jié)。設(shè)計(jì)的合理與否直接影響房屋的質(zhì)量和人民的生命財(cái)產(chǎn)安全。我國屬地震多發(fā)國，應(yīng)在民用房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中對抗震技術(shù)提出更高的要求。關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu)；抗震設(shè)計(jì)；原則中圖分類號：tu3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：a1建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的基本要求1.1結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)具有必要的承載力剛度穩(wěn)定性延性等方面的性能結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)遵守“強(qiáng)柱弱梁、強(qiáng)剪弱彎、強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱、構(gòu)件強(qiáng)底層柱（墻）”的原則；對可能造成結(jié)構(gòu)的相對薄弱部位，應(yīng)采取措施提高抗震能力；承受豎向荷載的主要構(gòu)件不宜作為主要耗能構(gòu)件。1.2盡可能

2、設(shè)置多道抗震防線1.2.1一個抗震結(jié)構(gòu)體系應(yīng)由若干個延性較好的分體系組成，并由延性較好的結(jié)構(gòu)構(gòu)件連接協(xié)同工作 例如框架剪力墻結(jié)構(gòu)由延性框架和剪力墻兩個分體組成，雙肢或多肢剪力墻體系組成。1.2.2強(qiáng)烈地震之后往往伴隨多次余震，如只有一道防線，則在第一次破壞后再遭余震，將會因損傷積累導(dǎo)致倒塌 抗震結(jié)構(gòu)體系應(yīng)有最大可能數(shù)量的內(nèi)部外部冗余度，有意識地建立一系列分布的屈服區(qū)，主要耗能構(gòu)件應(yīng)有較高的延性和適當(dāng)剛度，以使結(jié)構(gòu)能吸收和耗散大量的地震能量，提高結(jié)構(gòu)抗震性能，避免大震時倒塌。1.2.3適當(dāng)處理結(jié)構(gòu)構(gòu)件的強(qiáng)弱關(guān)系，同一樓層內(nèi)宜使主要耗能構(gòu)件屈服后，其他抗側(cè)力構(gòu)件仍處于彈性階段，使有效屈服保持較長階

3、段，保證結(jié)構(gòu)的延性和抗倒塌能力。1.2.4在抗震設(shè)計(jì)中某一部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)超強(qiáng)，可能造成結(jié)構(gòu)的其他部位相對薄弱，因此在設(shè)計(jì)中不合理的加強(qiáng)以及在施工中以大帶小，改變抗側(cè)力構(gòu)件配筋的做法，都需要慎重考慮。2建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中概念設(shè)計(jì)所謂建筑抗震概念設(shè)計(jì)是指根據(jù)地震災(zāi)害和工程經(jīng)驗(yàn)等所形成的基本設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)思想，是進(jìn)行建筑和結(jié)構(gòu)總體布置并確定細(xì)部構(gòu)造的過程地震動是一種隨機(jī)振動，有難于把握的復(fù)雜性和不確定性，要準(zhǔn)確預(yù)測建筑物所遭遇的特性和參數(shù)，目前尚難做到在結(jié)構(gòu)分析方面，由于未能充分考慮結(jié)構(gòu)的空間作用非彈性性質(zhì)材料時效阻尼變化等諸多因素，也存在著不確定性 因此抗震問題不能完全依賴計(jì)算結(jié)果而是應(yīng)該立足于工程

4、抗震基本理論及長期工程抗震經(jīng)驗(yàn)總結(jié)的工程抗震基本概念，往往是構(gòu)造良好結(jié)構(gòu)性能的決定性因素抗震概念設(shè)計(jì)主要有如下幾點(diǎn)：2.1建筑選址避免抗震危險(xiǎn)地段，選擇對抗震有利的場地地基和基礎(chǔ)在進(jìn)行設(shè)計(jì)時，應(yīng)根據(jù)工程需要，掌握地震活動情況和工程地質(zhì)的有關(guān)資料，作出綜合評價(jià)，宜選擇堅(jiān)硬土或開闊平坦密實(shí)均勻的中硬土等有利地段；避開軟弱土液化土河岸和邊坡邊緣，平面分布上成因巖性狀態(tài)明顯不均勻的土層等不利地段；同一結(jié)構(gòu)單元不宜設(shè)置在性質(zhì)截然不同的地基土上，也不宜部分采用天然地基，部分用樁基，當(dāng)?shù)鼗熊浫躔ば酝烈夯列陆钔粱驀?yán)重不均勻土層時，宜加強(qiáng)基礎(chǔ)的整體性和剛度。2.2合理的平立面布置建筑物的動力性能基本上取決

5、于它的建筑布局和結(jié)構(gòu)布置建筑布局簡單合理，結(jié)構(gòu)布置符合抗震原則，從而確保房屋具有良好的抗震性能建筑物的平立面布置宜規(guī)則對稱，質(zhì)量和剛度變化均勻，避免樓層錯層 但事實(shí)上，由于城市規(guī)劃建筑藝術(shù)和使用功能等多方面的要求，建筑不可能都設(shè)計(jì)成方形或圓形我國高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程，對地震區(qū)高層建筑平面形狀作了明確規(guī)定；并提出對平面的凹角處應(yīng)采取加強(qiáng)措施對體形復(fù)雜的建筑物合理設(shè)置變形縫，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時要進(jìn)行水平地震作用計(jì)算和內(nèi)力調(diào)整，并應(yīng)對薄弱部位采取有效的抗震構(gòu)造措施，嚴(yán)格控制建筑物的高度和高寬比。2.3結(jié)構(gòu)選型和結(jié)構(gòu)布置結(jié)構(gòu)選型根據(jù)建筑的重要性設(shè)防烈度房屋高度場地地基基礎(chǔ)材料和施工等因素，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)條

6、件比較綜合確定單從抗震角度考慮，作為一種好的結(jié)構(gòu)形式，應(yīng)具備下列性能：延性系數(shù)高；勻質(zhì)性好；正交各向同性；構(gòu)件的連接具有整體性連續(xù)性和較好的延性，并能發(fā)揮材料的全部強(qiáng)度結(jié)構(gòu)布置遵循的原則是平面布置力求對稱，使構(gòu)件分配的力均勻；豎向布置力求均勻，盡可能使其豎向剛度強(qiáng)度變化均勻，避免出現(xiàn)薄弱層，并應(yīng)盡可能降低房屋的重心。3抗震墻磚房的抗震設(shè)計(jì)3.1底層框架抗震墻的設(shè)計(jì)目前，底層框架抗震墻磚房的底層設(shè)計(jì)歸納起來存在以下三方面的問題：底層為大商場等有大空間使用要求時，底層抗震墻(一般為磚墻)設(shè)置得很少，其底層的側(cè)移剛度比縱橫墻較多的第二層小得多。這種結(jié)構(gòu)由于其地震傾覆力矩主要由鋼筋砼框架柱承擔(dān)，使得底

7、層鋼筋砼框架柱的承載能力大為降低，底層成為較薄弱的樓層；在強(qiáng)烈地震作用下底層成為彈塑性變形和破壞集中的樓層，危及整個房屋的安全。要解決以上問題，首先，建筑平面布置時，應(yīng)考慮在適當(dāng)部位布置一些墻體其次，采用鋼筋砼抗震墻來代替磚抗震墻，一片相同厚度、高度和長度砼墻的抗側(cè)剛度是磚墻的好幾倍，既可減少墻面數(shù)又能保證底層的側(cè)移剛度。建筑一面臨街，且縱向臨街面一般不布置抗震墻，使得抗震墻數(shù)量過少，底層平面布置不對稱，導(dǎo)致在地震時產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)效應(yīng)而加重房屋的破壞。解決這個問題，應(yīng)在沿街側(cè)外縱墻上布置一定數(shù)量的鋼筋砼抗震墻，另一側(cè)外縱墻上布置剛度相當(dāng)?shù)拇u抗震墻，使底層的剛度中心與形心基本重合。底層沿縱向分成幾個較

8、大空間，一些設(shè)計(jì)方案把分隔橫墻設(shè)計(jì)成為帶構(gòu)造柱、圈梁的磚墻，使得底層的橫向與縱向均不能形成完整的框架抗震墻體系。在地震作用下這些分隔墻因側(cè)移剛度大而先開裂，又因其承載能力和變形能力較鋼筋永框架差而破壞嚴(yán)重，并且過早的退出工作，產(chǎn)生彈塑性內(nèi)力重分布，導(dǎo)致底層框架抗震墻部分破壞嚴(yán)重。因此，結(jié)構(gòu)布置時必須將底層布置成縱橫向框架抗震墻體系，避免以上問題的產(chǎn)生。3.2過渡層的設(shè)計(jì)抗震墻磚房的二層稱為過渡層。此層擔(dān)負(fù)著傳遞上部的地震剪力和上部各層地震力對底層樓蓋的傾覆力矩引起樓層轉(zhuǎn)角對第二層層間位移的增大，因而此層受力復(fù)雜，也顯得非常重要對于底部框架抗震墻磚房，當(dāng)?shù)讓影纯拐鹨?guī)范要求設(shè)置一定數(shù)量的抗震墻后，

9、房屋底部的側(cè)向剛度和水平承載力有較大提高，此時如果忽略過渡層墻體的側(cè)向剛度和水平承載力的降低，可能使房屋的過渡層成為薄弱層；由于過渡層磚砌體的變形能力較底層相對較差，因而將降低這種房屋的抗震性能。為避免上述情況發(fā)生，應(yīng)加強(qiáng)過渡層墻體的抗震構(gòu)造措施。二層構(gòu)造柱配筋較上部同一位置構(gòu)造柱配筋加大一級，二層構(gòu)造柱下端箍筋適當(dāng)加密，構(gòu)造柱縱向鋼筋錨入底層框架柱、梁內(nèi)40d；除按抗震規(guī)范設(shè)置構(gòu)造柱外，應(yīng)根據(jù)房屋層數(shù)、設(shè)防烈度適當(dāng)增設(shè)構(gòu)造柱，尤其是在底層有抗震墻的位置，以改善整個結(jié)構(gòu)傳遞水平力的性能另在房屋四周外墻，在縱橫墻交接處均宜設(shè)構(gòu)造柱，以增加上部砌體結(jié)構(gòu)與底部鋼筋砼框架抗震墻結(jié)構(gòu)的連接和整體性，避免

10、由于房屋上部及底部材質(zhì)不同，結(jié)構(gòu)的自振頻率不完全一致，在地震作用下因上、下部連接不強(qiáng)而在二層樓面處形成脫接。4抗震構(gòu)造措施的設(shè)置抗震構(gòu)造措施在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中具有非常重要的作用，構(gòu)造設(shè)置是否合理，直接影響到結(jié)構(gòu)防震的效果，由于上部主體結(jié)構(gòu)類型不同，構(gòu)造措施也不盡相同，以下列出常見結(jié)構(gòu)類型所需采取的一般構(gòu)造措施。磚混結(jié)構(gòu)房屋中設(shè)置沿樓板標(biāo)高的水平圈梁，加強(qiáng)了內(nèi)外墻的連接，增強(qiáng)房屋的整體性。圈梁能夠有效地約束預(yù)制板的散落，使磚墻出平面倒塌的可能性降低；另外，圈梁作為邊緣構(gòu)件，可以提高樓屋蓋的水平剛度。在地震作用下限制了墻體斜裂縫的開度與延伸，減輕了不均勻沉降對房屋的影響并且構(gòu)造柱設(shè)置合理，可以起到增強(qiáng)房屋整體性改善結(jié)構(gòu)脆性和增加延性的作用。每間設(shè)置構(gòu)造柱的墻體，可以大大提高變形能力，即使墻體開裂以后，還可以利用其塑性變形和滑移摩擦，來消耗地震能量。但是，設(shè)置圈梁和構(gòu)造柱后，多層磚混房