建筑结构设计中抗震设计探析徐国闻

建筑结构设计中抗震设计探析徐国闻

合肥工业大学设计院(集团)有限公司安徽合肥230041

摘要:建筑结构抗震设计的好坏是建筑物能否取得良好抗震效果的前提,因此,在进行抗震设计时,要根据理论分析,选择的结构布置和合理的材料运用,从多个方面慎重考虑,从而使高层建筑结构满足人们的使用要求,能够减轻甚至避免地震带来的危害。

关键词:建筑;结构设计;抗震设计;措施

引言:

随着我国经济社会的快速发展与科学技术的不断进步,我国的建筑行业也随之取得了突飞猛进的发展。然而,建筑的传统造型进行改变之后,出现的一系列新型的现代化建筑则面临着抗震方面的设计难题,这些全新的变化为建筑抗震设计的分析与研究带来了诸多麻烦。因此,只有将当前的这些困难与难题加以解决,才能够促使我国建筑施工中的抗震功能。

1、抗震设计在建筑结构设计中的重要性分析

随着全球化、城市化发展进程的加快,许多国家、城市高层建筑的数量不断的增加,城市人口密度也在不断的增加,过多的人和财富都集中在一个区域,一旦该区域发生地震灾害,其在成的人员伤亡和财产损失是不可估量的。地震是一种自然灾害,现阶段的科学技术手段并不能够完全准确的预测地震灾害的方法,并且也没有相应有效的防止对策。针对地震这种不确定、危害性的大自然灾害,世界各国的地震工程界都进行了深刻的反思——如何利用现有的抗震思想和技术降低地震给建筑带来的损失。目前,全球90%以上的国家进行建筑抗震设计坚持的原则为“小震不破坏建筑结构、中震建筑可加固、大震建筑不倒”,该抗震原则的广泛推广和应用,在很大程度上提高了建筑结构的抗震性能。但是,在小、中地震灾害发生时,会导致出现建筑部分结构功能丧失的现象,由于建筑内的技术装备、装饰等费用超过建筑结构本身的费用,其造成的经济损失是不可估量的,由此可见加强建筑结构抗震设计的重要性。

2、建筑抗震结构设计的基本原则

2.1抗震的防线要尽可能性地安排

抗震防线要尽可能地安排,这样让多个延展性相对好的分体也能够产生完整的抗震的结构与系统,应用这样一个具备延展性的结构构件实施一定的合作,也能够让这样的框架产生一个优良的结构。在通过了级数相对大的地震以后,随后还会有余震。假如只设计了第一道防线,那么余震非常可能会给建筑物再带来非常大的风险,也许会导致建筑物的倒塌。假如设计合理,能够在很大程度上提高建筑物的抗震强度。

2.2构件间的可靠连接要获得保障

确保每一个构件最大限度的发挥承载力,提高建筑物抗震功能,重点是增强构件间的连接,让其可以跟地震时大变形的延性要求和传递地震力时的强度要求相符。

2.3房屋要有足够的竖向刚度

设计时,构造沿纵、横两个方向的整体竖向刚度要充分,房屋基础的整体性要相对强,方便抵御地震产生时也许会形成的地面裂隙穿过房屋和地基不平均沉降所导致的危害。

3、建筑结构设计中抗震设计的措施

3.1选择适宜的建筑地点

根据地震对建筑的破坏特点,在建筑工程立项之初的选址上,就要注意建筑的抗震功能,在选址时要规避影响建筑结构抗震效果的地域,如非岩质的柔软沙土地,以及孤立的高耸山丘,河边或者易发生滑坡的丘陵地带等,无法避免在危险地带进行建筑施工时,要加强建筑过程中的抗震设计,但是往往会提高建筑的成本,因此在选址时尽量选择在开阔平坦的中硬度场地,建筑地点适宜可以方便建筑地基的施工,能够提高建筑结构的稳定性。

3.2优化的平面和立面布置

(1)结构的简单性。结构简单是指结构在地震作用下具有直接和明确的传力途径。只有结构简单,才能够对结构的计算模型、内力与位移分析,限制薄弱部位的出现易于把握,因而对结构抗震性能的估计也比较可靠。

(2)结构的刚度和抗震能力。水平地震作用是双向的,结构布置应使结构能抵抗任意方向的地震作用。通常,可使结构沿平面上两个主轴方向具有足够的刚度和抗震能力,结构的抗震能力则是结构强度及延性的综合反映。结构刚度的选择既要减少地震作用效应又要注意控制结构变形的增大,过大的变形会产生重力二阶效应,导致结构破坏、失稳。

(3)结构的整体性。在高层建筑结构中,楼盖对于结构的整体性起到非常重要的作用,楼盖相当于水平隔板,它不仅聚集和传递惯性力到各个竖向抗侧力子结构,而且要求这些子结构能协同承受地震作用,特别是当竖向抗侧力子结构布置不均匀或布置复杂或抗侧力子结构水平变形特征不同时,整个结构就要依靠楼盖使抗侧力子结构能协同工作。

3.3采用合理的结构形式

目前我国建筑常用结构形式有砖混结构、钢筋混凝土结构、钢-混凝土组合结构、钢结构。可根据不同的地区,不同设防烈度选择不同的结构形式。钢筋混凝土本身具有柔性,因而这种结构的建筑物变形能力好,承载能力高,一般来说抗震能力也强。在确定结构方案时,应根据建筑的功能要求和抗震要求进行合理选择。从抗震角度来说,结构的侧移度是选择结构体系时要考虑的重要因素,特别是对于高层建筑的设计,这一点起控制作用,随着多层和高层房屋高度的增加,结构在地震作用以及其他荷载作用下产生的水平位移迅速增大,要求结构的抗侧移刚度必须随之增大。而不同类型的钢筋混凝土结构体系,由于构件及其组成方式的不同和受力特点的不同,在抗侧移刚度方面有很大差别,他们具有各自不同的合理使用高度

3.4保证结构的延性抗震能力

合理选择了建筑结构后,就需要通过抗震措施来保证结构确实具有所需的延性抗震能力,从而保证结构在中震、大震下实现抗震设防目标,系统的抗震措施包括以下几个方面内容。强柱弱梁:人为增大柱相对于梁的抗弯能力,使钢筋混凝土框架在大震下,梁端塑性铰出现较早,在达到最大非线性位移时塑性转动较大;而柱端塑性铰出现较晚,在达到最大非线性位移时塑性转动较小,甚至根本不出现塑性铰。从而保证框架具有一个较为稳定的塑性耗能机构和较大的塑性耗能能力。强剪弱弯:剪切破坏基本上没有延性,一旦某部位发生剪切破坏,该部位就将彻底退出结构抗震能力,对于柱端的剪切破坏还可能导致结构的局部或整体倒塌。

3.5建筑结构消能减震与隔震设计

传统的结构抗震是通过增强结构本身的抗震性能来抵御地震作用,是被动消极的抗震对策。而消能减震隔震设计是指在结构体系中设置隔震层以隔离地震能量,或在抗侧力结构中设置消能器吸收地震能量,从而达到减轻震害的目的,是积极主动的抗震对策。我国已经在《建筑抗震设计规范》中纳入了隔震与消耗减震的内容,并制定了《建筑隔震橡胶支座标准》、《夹层橡胶垫隔震技术规程》。但由于它是一种新型的结构体系,且隔震层以上结构部分的使用要求高于非隔震建筑,因此,在目前的设计中应用较少。其主要原理为:在房屋底部设置橡胶隔震支座和阻尼器等,以延长构件的自振周期、增大阻尼,或在结构中设置消能装置,通过局部变形提供附加阻尼,消耗地震能力,而达到保护上部结构的目的。

3.6多道抗震防线的设置

(1)优先选择不负担或少负担重力荷载的竖向支撑或填充墙,或者选用轴压比较小的抗震墙、实墙筒体之类构件,作为第一道抗震防线的抗侧力构件。

(2)建筑物采用双重抗侧力体系,在建筑物中设置赘余杆件。当建筑物受到强烈地震动作用时,一方面利用结构中增设的赘余杆件的屈服和变形,来消耗输入的地震能量;另一方面利用赘余杆件的破坏和退出工作,实现结构周期的变化,避开地震卓越周期长时间持续作用所引起的共振效应。

4、结束语

地震灾害对建筑安全以及人们的生命、财产安全造成巨大的威胁,在进行建筑结构设计过程中必须充分的认识到抗震设计的重要性,并严格的控制抗震设计的各个要点,以便于更好的提高建筑结构的整体抗震性能,为建筑安全以及人们的生命、财产安全保驾护航,同时为促进整个建筑行业的健康、可持续发展做出应有的贡献。

参考文献:

[1]张志峰,姜歆瑗.刍议建筑结构抗震设计[J].房地产导刊,2014(7).

[2]杨晓波,胡珊珊.建筑结构工程在抗震设计中的探索[J].蚌埠学院学报,2013(2):5-8.

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