多層及高層鋼筋混凝土房屋抗震設(shè)計(jì)_工程管理

1、多層及高層鋼筋混凝土房屋抗震設(shè)計(jì)論文地震區(qū)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)防與不設(shè)防,震后結(jié)果大不一樣。要使工程建設(shè)真正達(dá)到能夠減輕以至避開地震災(zāi)難,把握好抗震設(shè)計(jì)關(guān)是減輕地震災(zāi)難的根本措施。文章依據(jù)實(shí)踐閱歷和對(duì)有關(guān)資料的總結(jié),對(duì)多層及高層鋼筋混凝土房屋的抗震設(shè)計(jì)問題進(jìn)行了討論和探討。地震是人類在繁衍生息、社會(huì)進(jìn)展過程中遇到的一種可怕的自然災(zāi)難。劇烈地震經(jīng)常以其猝不及防的突發(fā)性和巨大的破壞力給社會(huì)經(jīng)濟(jì)進(jìn)展、人類生存平安和社會(huì)穩(wěn)定、社會(huì)功能帶來嚴(yán)峻的危害。據(jù)統(tǒng)計(jì),歷史上各種自然災(zāi)難曾毀滅了世界各地52個(gè)城市,其中因地震而毀滅的城市有27個(gè)。地震之外的其它各種災(zāi)難,如水災(zāi)、火災(zāi)、火山噴發(fā)、風(fēng)災(zāi)、沙災(zāi)、旱災(zāi)等毀滅的城市為

2、25座。因此,地震占災(zāi)難總數(shù)的52%?？梢姷卣馂?zāi)難確系“群害之首”。討論表明,在地震中造成人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失最主要的因素就是房屋倒塌及其引發(fā)的次生災(zāi)難(約占95%)。很多次的震害告知我們,抗震設(shè)防是防備和減輕地震災(zāi)難最有效、最根本的措施。另一方面,我國作為進(jìn)展中國家,人口稠密,建筑物抗震力量低。因此,我國的地震災(zāi)難可謂全球之最。上個(gè)世紀(jì),全球因地震而死亡的人數(shù)為110萬人,其中我國就占55萬人之多,為全球的一半。因此,粗略地說,我國的國土面積占全球的1/14,人口占1/4,地震占1/3,地震災(zāi)難占1/2。因此,建筑物的抗震設(shè)防問題是我國減輕自然災(zāi)難、保障國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)持續(xù)進(jìn)展,特殊是保障人

3、民群眾生命平安的一個(gè)重要問題。一、震害多發(fā)點(diǎn)地震作用具有較強(qiáng)的隨機(jī)性和簡(jiǎn)單性,要求在劇烈地震作用下結(jié)構(gòu)仍保持在彈性狀態(tài),不發(fā)生破壞是很不實(shí)際的;既經(jīng)濟(jì)又平安的抗震設(shè)計(jì)是允許在劇烈地震作用下破壞嚴(yán)峻,但不倒塌。因此,依靠彈塑性變形消耗地震的能量是抗震設(shè)計(jì)的特點(diǎn),提高結(jié)構(gòu)的變形、耗能力量和整體抗震力量,防止高于設(shè)防烈度的“大震”不倒是抗震設(shè)計(jì)要達(dá)到的目標(biāo)。(一)結(jié)構(gòu)層間屈服強(qiáng)度有明顯的薄弱樓層鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)在整體設(shè)計(jì)上存在較大的不勻稱性,使得這些結(jié)構(gòu)存在著層間屈服強(qiáng)度特殊薄弱的樓層。在劇烈地震作用下,結(jié)構(gòu)的薄弱層領(lǐng)先屈服,彈塑性變形急劇進(jìn)展,并形成彈塑性變形集中的現(xiàn)象。如1976年唐山大地震中

4、,13層蒸吸塔框架,由于該結(jié)構(gòu)樓層屈服強(qiáng)度分布不勻稱,造成第6層和第11層的彈塑性變形集中,導(dǎo)致該結(jié)構(gòu)6層以上全部倒塌。(二)柱端與節(jié)點(diǎn)的破壞較為突出框架結(jié)構(gòu)的構(gòu)件震害一般是梁輕柱重,柱頂重于柱底,尤其是角杜和邊柱易發(fā)生破壞。除剪跨比小的短柱易發(fā)生柱中剪切破壞外,一般柱是柱端的彎曲破壞,輕者發(fā)生水平或斜向斷裂;重者混凝土壓酥,主筋外露、壓屈和箍筋崩脫。當(dāng)節(jié)點(diǎn)核芯區(qū)無箍筋約束時(shí),節(jié)點(diǎn)與柱端破壞合并加重。當(dāng)柱側(cè)有強(qiáng)度高的砌體填充墻緊密嵌砌時(shí),柱頂剪切破壞嚴(yán)峻,破壞部位還可能轉(zhuǎn)移至窗洞上下處,甚至消失短柱的剪切破壞。(三)砌體填充墻的破壞較為普遍砌體填充墻剛度大而變形力量差,首先承受地震作用而患病破

5、壞,在8度和8度以上地震作用下,填充墻的裂縫明顯加重,甚至部分倒塌,震害規(guī)律一般是上輕下重,空心砌體墻重于實(shí)心砌體墻,砌塊墻重于磚墻。二、抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較合理的框架地震破壞機(jī)制,應(yīng)當(dāng)是節(jié)點(diǎn)基本不破壞,梁比柱屈服可能早發(fā)生、多發(fā)生,同一層中各柱兩端的屈服歷程越長(zhǎng)越好,底層柱底的塑性鉸宜最晚形成。即:框架的抗震設(shè)計(jì)應(yīng)使梁、柱端的塑性鉸消失盡可能分散,充分發(fā)揮整個(gè)結(jié)構(gòu)的抗震力量。(一)抗震計(jì)算中的延性保證從用樓層水平地震剪力與層間位移關(guān)系來描述樓層破壞的全過程可反映出,在抗震設(shè)防的其次、三水準(zhǔn)時(shí),框架結(jié)構(gòu)構(gòu)件已進(jìn)入彈塑性階段,構(gòu)件在保持肯定承載力條件下主要以彈塑性變形來耗散地震能量,所以框架結(jié)構(gòu)需有足

6、夠的變形力量才不致抗震失效。試驗(yàn)討論表明,“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)”、“強(qiáng)柱弱梁、“強(qiáng)底層柱底”和“強(qiáng)剪弱彎”的框架結(jié)構(gòu)有較大的內(nèi)力重分布和能量消耗力量,極限層間位移大,抗震性能較好。規(guī)范通過構(gòu)件承載力調(diào)整方法在肯定程度上可以體現(xiàn)上述的強(qiáng)弱要求,且考慮了設(shè)計(jì)者的使用便利,采納地震組合內(nèi)力的抗震承載力驗(yàn)算表達(dá)式,只是要對(duì)地震組合內(nèi)力的設(shè)計(jì)值按有關(guān)公式進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。綜合大量試驗(yàn)討論成果,影響不同受力特征節(jié)點(diǎn)延性性質(zhì)的主要綜合因素有:相對(duì)作用剪力、相對(duì)配筋率、貫穿節(jié)點(diǎn)的梁柱縱筋的粘結(jié)狀況。(二)構(gòu)造措施上的延性保證四川大地震實(shí)踐證明,當(dāng)建筑結(jié)構(gòu)在大地 震中要求保持足夠的承載力量來汲取進(jìn)入塑性階段而產(chǎn)生的巨大能量,

7、由于此時(shí)的結(jié)構(gòu)在震中進(jìn)入到一個(gè)塑性階段,簡(jiǎn)單產(chǎn)生變形。所以,依據(jù)這種特點(diǎn)和抗震的要求,多發(fā)地震的國家鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)均要求按延性框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì),所以建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)必需保證結(jié)構(gòu)局部薄弱區(qū)的承載力與剛度,保證了建筑構(gòu)造的整體性,延性的增加也就提高了變形力量,這樣可以削減地震的破壞性,提高了建筑的抗震力量。在結(jié)構(gòu)布置上,按擴(kuò)大了的柱端抗彎承載力進(jìn)行設(shè)計(jì),理論上可將柱屈服的可能性削減,保證“強(qiáng)柱弱梁”的設(shè)計(jì)原則。但因各種緣由,如梁的實(shí)際抗彎承載力可能增大,高振型使柱中反彎點(diǎn)的轉(zhuǎn)移等綜合因素影響,要使柱中完全避開塑性鉸是困難的,同時(shí)為實(shí)現(xiàn)“強(qiáng)剪弱彎”的要求,保證塑性鉸區(qū)域的局部延性,也必需通過肯

8、定的構(gòu)造措施來保證結(jié)構(gòu)的延性,詳細(xì)做法如下:1.限制軸壓比與縱筋最大配筋率合理的受力過程可明顯提高構(gòu)件延性,為實(shí)現(xiàn)受拉鋼筋的屈服先與受壓區(qū)混凝土壓碎的破壞形態(tài),以提高塑性鉸區(qū)域的轉(zhuǎn)動(dòng)力量,規(guī)范限制軸壓比與縱筋最大配筋率,同時(shí)對(duì)混凝土受壓區(qū)高度也提出相應(yīng)要求。2.限制約束配筋和配筋形式。加密塑性鉸區(qū)內(nèi)的箍筋間距是很重要的一點(diǎn),為保證“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)”、“強(qiáng)柱弱梁”、“強(qiáng)底層柱底”和“強(qiáng)剪弱彎”的設(shè)計(jì)原則及塑性鉸區(qū)域的局部延性,有必要加密塑性鉸區(qū)內(nèi)的箍筋間距,這不但可提高柱端抗剪力量,還可約束核心區(qū)內(nèi)混凝土,對(duì)縱向鋼筋供應(yīng)側(cè)向支承,防止大變形下縱筋壓曲,從而改善塑性鉸區(qū)域的局部延性。規(guī)范對(duì)約束區(qū)縱筋的最小

9、直徑、最大間距、塑性鉸區(qū)域的最小長(zhǎng)度等做出了具體的規(guī)定,并對(duì)箍筋肢距及箍筋形式提出了相應(yīng)要求。隨著工程應(yīng)用中箍筋強(qiáng)度和混凝土強(qiáng)度不斷提高,對(duì)塑性鉸區(qū)域內(nèi)箍筋布置的要求是抗震構(gòu)造措施的一個(gè)重要方面,這一狀況將導(dǎo)致高強(qiáng)度混凝土中約束箍筋配筋率的削減而降低結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)牢靠度,建議以配筋特征值代替原體積配筋率,同時(shí)鑒于約束配筋對(duì)柱端塑性鉸區(qū)的良好約束作用,建議適當(dāng)增大配筋量。3.限制材料。拒絕豆腐渣工程的第一關(guān)就是把握好材料質(zhì)量,材料延性對(duì)確保構(gòu)件(結(jié)構(gòu))延性極為重要,為此規(guī)范對(duì)材料也提出了相應(yīng)的限制,如保證鋼筋強(qiáng)屈比、延長(zhǎng)率及混凝土強(qiáng)度等級(jí)等,同時(shí)對(duì)施工過程中可能消失的鋼筋代換也提出了相應(yīng)的限制。三、結(jié)語鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)是我國大量存在的建筑結(jié)構(gòu)形式之一,歷年震害資料表明:鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的柱端與節(jié)點(diǎn)的破壞較為嚴(yán)峻,其抗震設(shè)計(jì)中必需滿