抗震概念是设计 篇1
一、结构抗震概念设计的提出原因及必要性
每栋建筑物都是一个空间结构体, 在荷载作用下各构件并非是以脱离体系的单一构件独自工作, 而是以相当复杂的方式共同工作, 精确计算其作用和受力是相当困难的, 在计算地震作用时尤其如此, 由于地震作用下的结构构件受力状态的复杂性及不确定性、人们对地震时结构响应认识的局限性和模糊性、理论计算中的假定与实际情况的差异性, 注定了在现阶段无论计算工具再如何发展, 计算过程再如何严格, 其结果也只能是一种比较粗略的估计, 甚至有时还根本无法计算。显然在结构设计中, 仅依靠现有理论进行抗震计算往往不能满足结构安全性、可靠性的要求, 无法达到预期的设计目标。因此在不确定因素众多, 受力状况复杂的结构抗震设计中, 抗震概念设计的提出和应用就显得尤为重要了。
二、结构抗震概念设计的涵义
所谓抗震概念设计, 一般是指不经过计算, 尤其在难以做出精确理性分析或在规范中难以规定的问题中, 依据整体结构体系与分结构体系之间的力学关系、结构破坏机理、震害、实验现象和工程经验中所获得的基本设计原则和设计思想, 从总体的角度来进行建筑结构的总体布置和抗震细部措施的宏观控制, 从而从根本上保证结构的抗震性能。
三、结构抗震概念设计的基本原则和具体要求
(一) 建筑场地的选择
地震造成建筑的破坏, 除地震动直接引起结构破坏以外, 还有场地条件的原因, 诸如:地震引起的地表错动与地裂, 地基土的不均匀沉陷、滑坡和土体液化等。因此选择有利于抗震的建筑场地是减轻建筑物地震灾害的第一道重要工序。
(二) 建筑物的平面、立面及竖向剖面的布置
建筑物平面和立面的规则性是抗震概念设计中需要考虑的一个重要因素。规则的建筑方案体现在:建筑物的平面布置基本对称;结构体型简单;抗侧力体系的刚度和承载力上下变化连续、均匀。因为, 简单、对称的结构容易估算其在地震时的反应, 容易有针对性的采取抗震措施并对其进行细部处理。因此, 这就要求建筑专业的设计人员具有一定的抗震知识素养, 应该对所设计的建筑的抗震性能有所估计, 避免采用抗震性能差的严重不规则的设计方案。
(三) 结构体系的确定和结构布置
结构体系的确定是结构设计中头等重要的大事。结构设计时应通过综合分析使结构体系尽量合理且经济, 应优先采用抗震能力强、延性好、耗能能力强、便于施工且具有多道防线的结构体系 (如框架-剪力墙结构, 框架-筒体结构, 设置耗能连梁的剪力墙结构等) , 避免采用抗震能力较低的结构体系 (如板柱-剪力墙结构, 单跨框架结构等) , 尤其应避免采用看似“合法” (符合规范) 但不合理的结构体系 (如当房屋高度接近规范框架结构类适用高度上限时, 仍采用框架结构, 震害表明, 框架结构的侧向刚度较小, 整体性较差, 结构的抗震性能较差, 此情况下应采用抗震性能较好的框架-剪力墙结构为宜) 。而在结构布置时, 应采用概念清晰、传力途径明确的布置方式, 尽量避免造成结构扭转、平面和立面的里出外进、竖向传力杆件的间断与不连续等问题。
(四) 多道抗震防线的设置
单一结构体系只有一道抗震防线, 一旦破坏就会造成建筑物倒塌的严重后果。特别是当建筑物的自振周期与地震动卓越周期相近时, 建筑物由此而发生的共振, 更加速其倒塌进程。而如果建筑物采用的是多重抗侧力体系时, 第一道防线的抗侧力构件在强烈地震作用下遭到破坏后, 第二道乃至第三道防线的抗侧力构件立即接替, 抵挡住后续的地震动的冲击, 可保证建筑物最低限度的安全, 免于倒塌。在遇到建筑物基本周期与地震动卓越周期相同或接近的情况时, 多道防线就更显示出其优越性。当第一道抗侧力防线因共振而破坏, 第二道防线接替工作, 建筑物自振周期将出现较大幅度的变动, 与地震动卓越周期错开, 使建筑物的共振现象得以缓解, 避免再度严重破坏。
在双重结构体系中一般应优先选择不负担或少负担重力荷载的竖向支撑或填充墙, 或轴压比值较小的抗震墙、实墙筒体等构件作为第一道防线的抗侧力构件, 如框架-剪力墙结构中的剪力墙, 框架-填充墙结构中的填充墙, 单层厂房纵向体系中的柱间支撑, 均可作为各自体系中的第一道抗震防线。
如因条件限制, 只能采用单一的框架体系, 则框架就成为整个体系中唯一的抗侧力构件, 此时应采用“强柱弱梁”型的延性框架。在地震作用下, 框架梁成为第一道抗震防线, 框架柱为第二道抗震防线, 用框架梁的变形去消耗地震能量, 使框架梁的屈服先于框架柱的屈服, 从而保护了框架柱的相对完整, 最终达到“大震不倒”的要求。
(五) 结构抗震设计关键点的把握
在结构抗震概念设计中, 还应注重对结构体系中的关键部位 (如薄弱层, 加强层等) 、关键部位中的关键构件 (如加强层的重要竖向构件、转换层的水平转换构件等) 、关键构件中的关键节点 (如梁柱节点, 柱根部位等) 几个关键点的把握, 从而实现“强柱弱梁、强剪弱弯、强节点强锚固、强柱根弱杆件”的设计理念。
结语
结构抗震概念设计不是拒绝进行复杂结构设计, 而是要求在处理复杂结构设计时明确:什么是结构设计的最佳选择?采用不合理的结构方案或结构布置可能会带来什么样的后果?需要采取哪些补救或加强措施, 并对这些措施的合理性和有效性做出客观的评价, 以保证结构性能目标的实现, 确保房屋安全。结构抗震概念设计不是指手画脚的空洞说教, 而是具有丰富内涵的实实在在的工作。
摘要：本文根据地震作用的特点, 阐述了结构抗震设计中“概念设计”的重要性, 并结合工作实际提出了“概念设计”的基本原则和具体要求, 为工程设计人员在今后的设计工作中提供思路。
关键词：建筑结构,抗震,概念设计
参考文献
[1]GB 50011-2010, 建筑抗震设计规范[S].
[2]JGJ 3-2010, 高层建筑混凝土结构技术规程[S].
[3]JGJ 3-2010, 高层建筑混凝土结构技术规程应用与分析[S].
抗震概念是设计 篇2
一、地震及建筑抗震设防
1、地震浅析
地震按其成因划分为构造地震、火山地震、陷落地震和诱发地震。由于地壳运动推挤地壳岩层使其薄弱部位发生断裂错动而引起的地震叫构造地震。构造地震分布最广、危害最大。由于火山爆发, 岩浆猛烈冲出地面而引起的地震叫火山地震, 火山地震在我国很少见。由于地表或地下岩层如石灰岩地区较大的地下溶洞或古旧矿坑等突然发生大规模的陷落和崩塌时所引起小范围内的地面震动叫陷落地震。这种地震很少造成破坏, 其震级也很小。由于水库蓄水或深井注水等引起的地面震动叫诱发地震。
每次大地震的发生一般都不是孤立的, 大地震前后, 在发震地区, 总有很多次中小地震发生。在一定时间内 (一般是几十天至数月) 相继发生在相邻地区的一系列大小地震称为地震序列。在某一地震序列中, 其中最大的一次地震叫做主震。主震发生之前的地震叫做前震, 之后发生的地震叫做余震。在一个地震序列中, 若主震震级很突出, 其释放的能量占序列中绝大部分的叫做主震型, 这是破坏性地震中常见的一种类型。若主震震级不突出, 主要能量是由多个震级相近地震释放出来的叫做震群型或多发型。若前震和余震都很稀少, 甚至没有, 绝大部分能量基本上是通过主震一次释放出来的叫做孤立型或单发型。
地质构造运动中, 在断层形成的地方大量释放能量, 产生剧烈振动, 此处就叫震源。震源不是一个点, 而是有一定深度和范围的。震源正上方的地面位置叫震中。按震源的深浅不同, 地震又可分为:浅源地震 (震源深度在70km以内, 一年中全世界所有地震释放能量的约85%来自浅源地震) 、中源地震 (震源深度在70-300km范围内, 一年中全世界所有地震释放能量的约12%来自中源地震) 、深源地震 (震源深度超过300km, 一年中全世界所有地震释放能量的约3%来自深源地震) 。
地震强度通常用震级和烈度表示。震级是表示一层地震本身强弱程度和大小的尺度。地震烈度是指地震时某一地区的地面和各类建筑物遭受一次地震影响的强弱程度。一次地震只有一个震级, 但距离震中不同的地点, 地震的影响是不一样的, 即地震烈度不同。
地震引起的振动以波的形式从震源向各个方向传播并释放能量, 这就是地震波。它包含在地球内部传播的体波和只限于在地球表面传播的面波。体波又包括纵波和横波两种。地震波的传播以纵波最快, 横波次之, 面波最慢。就振幅而言, 面波最大。纵波使建筑物产生上下颠簸, 横波使建筑物产生水平方向摇晃, 而面波则使建筑物既产生上下颠簸又产生左右摇晃, 一般在横波和面波都到达时振动最激烈。面波的能量比体波大, 造成建筑物和地表的破坏主要以面波为主。
2、建筑物抗震设防
抗震设防是指对建筑物进行抗震设计并采取一定的抗震构造措施, 以达到结构抗震的效果和目的。抗震设防的依据是抗震设防烈度。抗震设防烈度是一个地区作为抗震设防依据的地震烈度, 应按国家规定权限审批或颁发的文件 (图件) 执行, 一般情况下, 采用国家地震局颁发的地震烈度区划图中规定的基本烈度。
近年来, 国内外抗震设防目标的发展总趋势是要求建筑物在使用期间, 对不同频率和强度的地震, 应具有不同的抵抗能力, 即“小震不坏、中震可修、大震不倒”。
我国《抗震规范》中抗震设防的目标如下:
(1) 在遭受低于本地区设防烈度 (基本烈度) 的多遇地震影响时, 建筑物一般不受损坏或不需修理仍可继续使用。
(2) 在遭受本地区规定的设防烈度的地震影响时, 建筑物 (包括结构和非结构部位) 可能有一定损坏, 但不致危及人民生命和生产设备的安全, 经一般修理或不需修理仍可继续使用。
(3) 在遭受高于本地区设防烈度的预估罕遇地震影响时, 建筑物不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。
二、建筑抗震概念设计
建筑抗震设计要求是通过地震作用的取值和抗震措施的采取来实现的。由于地震动的随机性, 加之建筑物的动力特征、所在场地、材料以及结构内力的不确定性, 地震时造成的破坏程度很难准确预测。因此为了保证结构具有足够的抗震可靠性, 在进行结构的抗震设计时, 必须综合考虑多种因素的影响, 着重从建筑物的总体上进行抗震设计, 这就是结构的概念设计。概念设计主要考虑以下因素:场地条件和场地土的稳定性;建筑物的平、立面布置及其外形尺寸;抗震结构体系的选取, 抗侧力构件的布置以及结构质量的分布;非结构构件与主体结构的关系及其两者之间的锚拉;材料与施工质量等。
1、场地选择
(1) 避开地震危险地段, 抗震危险地段不得在其上建房。建筑抗震危险地段, 一般是指地震时可能发生崩塌、滑坡、地陷、泥石流等地段。断层、陡峭的山区、存在液化或润滑夹层的坡地、采空区属抗震危险地段。
(2) 选择有利于抗震的地段。抗震有利地段一般是指位于开阔平坦地带的坚硬场地土或密实均匀中硬场地土。抗震不利地段, 就地形而言, 一般是指条状突出的山嘴, 孤立的山包和山梁的顶部, 高差较大的台地边缘, 非岩质的陡坡, 河岸和边坡的边缘;就场地土质而言, 一般指软弱土、易液化土。
2、建筑物平立面布置
建筑物的平立面布置宜规则、对称, 质量和刚度变化均匀, 避免楼层错层。建筑的竖向体形宜规则、均匀, 避免有过大的外挑和内收。应符合一定的高宽比要求。合理设置防震缝。
3、结构选型与结构布置
常见建筑结构类型, 依据其抗震性能优劣而排列的顺序为:钢结构、型钢混凝土结构、混凝土-钢混合结构、现浇钢筋混凝土结构、预应力混凝土结构、装配式钢筋混凝土结构、配筋砌体结构、砌体结构等。结构体系应具有明确的计算简图和合理的地震作用传递途径, 应具备必要的强度, 良好的变形能力和耗能能力, 宜有合理的刚度和强度分布, 宜有多道抗震防线。
结构平面布置力求对称, 竖向布置应使其强度、刚度变化均匀, 避免出现薄弱层, 并应尽可能降低房屋的重心。
4、多道抗震防线
多道抗震防线指的是:
(1) 一个抗震结构体系, 应由若干个延性较好的分体系组成, 并由延性较好的结构构件连接起来协同工作。
(2) 抗震结构体系应有最大可能数量的内部、外部赘余度, 有意识的建立起一系列分布的屈服区, 以使结构能够吸收和耗散大量的地震能量, 一旦破坏也易于修复。
多道抗震防线对抗震结构是必要的, 当第一道防线的抗侧力构件在强烈地震袭击下遭到破坏后, 后备的第二道乃至第三道防线的抗侧力构件立即接替, 抵挡住后续的地震动的冲击, 可保证建筑物最低限度的安全, 免于倒塌。
5、确保结构的整体性
结构的整体性是保证结构各部件在地震作用下协调工作的必要条件, 应使结构具有连续性, 构件间应可靠连接。
我国是多地震国家, 地震区分布广大, 强烈的地震在瞬息间就可对地面建筑物造成严重破坏, 历次大地震使人民生命财产遭受了巨大损失。我们在与大自然的不断斗争中吸取经验教训, 以多少生命为代价换取了我们今日的人类文明, 我们更要不断进步、不断创新, 以抵御来自大自然的挑战。
摘要：地震对建筑物的破坏及建筑抗震概念设计
浅谈建筑抗震概念设计 篇3
关键词：建筑抗震，概念设计
一、地震相关概念简介
1）地震：地震又称地动、地振动，是地壳快速释放能量过程中造成振动，期间会产生地震波的一种自然现象。全球每年发生地震约五百五十万次。地震常常造成严重人员伤亡，能引起火灾、水灾、有毒气体泄漏、细菌及放射性物质扩散，还可能造成海啸、滑坡、崩塌、地裂缝等次生灾害。地震分为三大类：火山地震，诱发地震和构造地震，目前世界上90%的地震是构造地震。
2）震级：是指地震的大小，是以地震仪测定的每次地震活动释放的能量多少来确定的。中国目前使用的震级标准，是国际上通用的里氏分级表，共分9个等级，在实际测量中，震级则是根据地震仪对地震波所作的记录计算出来的。地震愈大，震级的数字也愈大，震级每差一级，通过地震被释放的能量约差32倍。由于其与震源的物理特性没有直接的联系，因此现在多用矩震级来表示。
3）烈度：地震烈度是表示地面及房屋等建筑物遭受地震影响破坏的程度。同一地震发生后，不同地区受地震影响的破坏程度不同，地震烈度也不同。判断烈度的大小，是根据人的感觉、家具及物品振动情况、房屋及建筑物受破坏的程度，以及地面出现的破坏现象等。
4）地震基本烈度：地震基本烈度是指未来50年内在一般场地条件下可能遭遇的超越概率为10%的地震烈度值。。
二、建筑设防目的和要求
1）设防目的：在一定经济条件下， 最大限度地限制和减轻建筑物的地震破坏。
2）设防要求：“小震不倒，中震可修，大震不倒”---三水准设防要求。
3）三水准设防具体要求：
a）第一水准：当遭受低于本地区抗震设防烈度的多遇地震（重现期约50年）影响时，一般不受损坏或不需修理可继续使用。结构仍处于弹性状态，可以用弹性反应谱进行地震作用计算，按承载力要求进行截面设计，并控制结构弹性变形符合要求。
b）第二水准：当遭受相当于本地区抗震设防烈度的地震（重现期约475年）影响时，可能损坏，经一般修理或不需修理仍可继续使用。结构产生塑性变形，依靠塑性耗能能力，使结构保持稳定得以保存下来，此时结构抗震设计应按变形要求设计。
c）第三水准：当遭受高于本地区抗震设防烈度的预估的罕遇地震（重现期约1600～2400年）影响时，不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。结构进入弹塑性大变形状态，此时应考虑防倒塌设计。
三、建筑抗震的概念设计
1）抗震概念设计是指一些在计算中或在规范中难以作出具体规定的问题，必须由工程师运用“概念”进行分析，作出判断，以便采取相应的措施。例如结构破坏机理的概念，力学概念以及由震害试验现象等总结提供的各种宏观和具体的经验等，这些概念及经验要贯穿在方案确定及结构布置过程中，也体现在计算简图或计算结果的处理中。建筑结构的抗震设计，是以现有科学水平和经济条件为前提的。
2）概念设计主要内容：
a）.选择对建筑抗震有利的场地，宜避开对建筑抗震不利的地段，不应在危险地段建造 甲、乙、丙类建筑。对于不利地段，结构工程师应提出避开要求，当无法避开时，应采取有 效措施，这就考虑了地震因场地条件间接引起结构破坏的原因，诸如地基土的不均匀沉陷、 地震引起的地表错动与地裂。
b）.建筑的平立面布置应符合概念设计的要求，不应采用严重不规则的方案。不规则的 建筑，在结构设计时要进行水平地震作用计算和内力调整，并应对薄弱部位采取有效的抗震 构造措施。借鉴国际的通行做法，参考外国规范，使我们的设计更加完善合理。
c）.结构材料选择与结构体系的确定应符合抗震结构的要求。采用哪一种结构材料，什么样的结构体系，经技术经济条件比较综合确定。同时力求结构的延性好、强度与重力比值 大、匀质性好、正交各向同性，尽量降低房屋重心，充分发挥材料的强度，并提出了结构两个主轴方向的动力特性（周期和振型 ）相近的抗震概念。4.尽可能设置多道抗震防线。地震有一定的持续时间，而且可能多次往复作用，根据 地震后倒塌的建筑物的分析，我们知道地震的往复作用使结构遭到严重破坏，而最后倒塌则是结构因破坏而丧失了承受重力荷载的能力。适当处理构件的强弱关系，使其形成多道防线，是增加结构抗震能力的重要措施。例如单一的框架结构，框架就成为唯一的抗侧力构件，那么采用“强柱弱梁”型延性框架，在水平地震作用下，梁的屈服先于柱的屈服，就可 以做到利用梁的变形消耗地震能量，使框架柱退居到第二道防线的位置。
d）具有合理的刚度和承载力分布以及与之匹配的延性。提高结构的抗侧移刚度，往往 是以提高工程造价及降低结构延性指标为代价的。要使建筑物在遭受强烈地震时，具有很强 的抗倒塌能力，最理想的是使结构中的所有构件及构件中的所有杆件都具有较高的延性，然 而实际工程中很难做到。有选择地提高结构中的重要构件以及关键杆作的延性是比较经济有 效的办法。例如上刚下柔的框支墙结构，应重点提高转换层以下的各层的构件延性。对于框架和框架筒体，应优先提高柱的延性。在工程设计中另一种提高结构延性的办法是结构承载 力无明显降低的前提下，控制构件的破坏形态，减小受压构件的轴压比（同时还应注意适当降低剪压比），提高柱的延性。
e）确保结构的整体性。各构件之间的连接必须可靠，符合下列要求 ：1 ）构件节点的承 载力不应低于其连接构件的承载力，当构件屈服、刚度退化时，节点应保持承载力和刚度不变。2 ）予埋件的锚固承载力不应低于连接件的承载力。3 ）装配式的连接应保证结构的整体 性，各抗侧力构件必须有可靠的措施以确保空间协同工作。4）结构应具有连续性，注重施 工质量，避免施工不当使结构的连续性遭到削弱甚至破坏。
四、结语
建筑抗震概念设计是根据地震灾害和工程经验等所形成的基本设计原则和设计思想，进行建筑和结构总体布置并确定细部构造的过程，是一种基于震害经验建立的抗震基本设计原则和思想。设计人员应在工程中应灵活运用概念设计，设计出经济可靠的建筑。
参考文献
[1] 邓文旭.建筑抗震概念设计初探.山西建筑，2007，33（24）..
[2] 闫晓爱.浅谈建筑抗震设计的特点.山西建筑，2010，36（22）.
结构设计全过程中的抗震概念设计 篇4
工程抗震的研究和实践已经走过了近百年的历程。特别是最近的半个世纪, 基于震害调查、强震观测、理论分析和抗震实验, 地震灾害经验总结, 抗震设计规范几次修订, 完善抗震概念设计和设计方法。然而, 地震是一种随机振动, 它有难于把握的复杂性和不确定性, 要准确预测建筑物未来将遭遇的地震的特性一时难以做到;其次, 在结构内力分析方面 (尽管目前各种内力分析程序很多) , 结构构件非弹性性质、材料的时效、阻尼变化等多种因素, 因而也存在着不确定性。故在建筑抗震理论远未达到很科学严密的今天, 单靠理论计算很难使建筑物具有良好的抗震能力;而着眼于建筑总体抗震能力的“概念”设计则愈来愈受到工程界的普遍重视。提高结构抗震能力。抗震设计理论和方法发展从静力阶段, 反应谱阶段, 到基于性能/位移设计。
2 抗震概念设计全过程
2.1 建筑方案设计阶段
在结构设计中, 抗震概念概设计必需贯穿工程设计的全过程。从建筑方案设计初期的概念设计, 在建筑环境分析, 建筑方案通过草图构思、模型初步分析, 将产生的多种可能结构设计方案, 结构工程师必需此时即介入:
(1) 参与建筑方案中的建筑物选址, 避开地震危险地段, 选择有利的抗震的场地。
(2) 在现时经济技术水平条件下, 满足建筑物使用功能, 景观以及诸多建筑因素要求下, 协助建筑师在建筑物平面, 体形设计布置符合抗震概念设计的要求:a 根据建筑物使用功能, 高度选择合适的结构形式.b 力求平面布置简单, 规则, 对称, 建筑平面布置上经常凸出凹进, 常见的解决方法:①是设置防震缝, 将建筑分割为较简单规则的结构单元;②是选取符合实际的计算模型, 进行较精细的抗震分析, 估计其应力集中及扭转影响.c立面均匀, 没有大的凸出及收进, 保持刚度从下到上渐变, 结构竖向抗側力上下连续贯通, 没有薄弱层产生。概念设计阶段应包括建筑师和结构工程师对方案的构思、初步筛选、发展与完善、经济比较等步骤。杜绝严重不规则的建筑方案产生。
2.2 结构设计计算阶段
长期以来, 在抗震设计方面, 设计人员往往偏重于在做施工图时利用计算机程序计算地震反应, 然后根据计算结果结合相应规范的构造措施进行抗震设计, 而在设计中如何确定合理的抗震方案, 设置多道抗震防线则更加重要。
(1) 现行抗震规范中对大多数结构只要求进行第一阶段设计, 即承载力验算, 其结构设计的弹性计算是按多遇地震考虑, 50年内超越概率为63%, 比设防烈度低一1.55度。这是对应于抗震设防目标小震不坏.而中震可修, 即设防烈度地震, 50年内超越概率为10%;大震不倒, 大震比中震高1度。这两个目标都靠抗震概念设计来实现.可见抗震概念设计的重要性。下面就如何设计延性框架结构进一步说明如何在结构计算阶段贯彻抗震概念设计:
a.明确计算简图, 结构布置有合理, 直接的传力途径, 结构竖向抗側力宜上下连续贯通.
b.设置多道抗震防线.框架结构:框架有填充墙在早期弹性阶段具有很大刚度, 会吸收很大的地震力, 当地震力进一步加大时, 填充墙首先破坏, 削耗一定地震能量, 刚度大大减弱。因此填充墙可假设为第一道防线。框架结构为第二道防线。所以要避免设计底部大空间, 无墙体, 层高较大, 上部住宅办公等较多填充墙, 层高较小, 刚度突变的具有簿弱层的结构。如确实建筑功能要求, 实在无法避免, 则要应考虑二层以上砌体的侧面刚度, 底层应布置适量的剪力墙或支撑, 控制底层和二层的刚度比, 底层竖向构件地震剪力应乘以1.15的放大系数.由于层高相差引起的相邻层侧向刚度比值不应小于60%.
c.实现延性结构与延性构件.使结构中的所有构件及构件中的所有杆件都具有较高的延性, 在实际工程中很难做到。有选择地提高结构中的重要构件以及关键杆件的延性是比较经济有效的办法。下面就如何设计延性框架结构进行进一部说明。应优先提高柱的延性, 特别是角柱及底层柱
①“强柱弱梁”“ 强核心区弱构件”
“强柱弱梁”:通过调整构件之间的承载力的相对大小, 实现合理的屈服机制, 即“强柱弱梁”。 实现梁铰机制, 避免柱铰出现.∑Mc=η∑Mb (η>1) , 考虑现浇楼板板筋的作用, 计算梁端弯距配筋时可采中梁刚度放大系数1.0, 而柱配筋采用中梁刚度放大系数2.0.
“ 强核心区弱构件”:通过抗震构造措施配置足够的箍筋达到核心区受剪承载力大于节点的两侧梁端达到受弯承载力时对应的核心区的剪力.并保证梁纵筋在核心区的锚固长度.避免核心区出现剪压破坏和粘结锚固破坏.
②通过调整构件斜截面承载力和正截面承载力之间的相对大小, , 实现构件延性破坏形态, 即“强剪弱弯”, 限制最大剪力设计值, 限制剪压比.
柱:V=ηvc (Mundefined+ Mundefined) /Hn; V≤1/rRE (0.2βcfcbh0)
梁:V=ηvb (Mundefined+ Mundefined) /ln+ VGb; V≤1/rRE (0.2βcfcbh0)
③通过抗震构造措施, 使构件自身具有大的延性和耗能能力.
除应满足以上①②的要求外, 在结构及结构构件具备足够大的刚度, 承载力的同时具有大的延性和耗能能力。
梁:在“强柱弱梁”的前提下, 应符合“强剪弱弯”, 限制最大剪力设计值, 限制梁端塑性铰区受拉钢筋的配筋率, 配置受压钢筋以减小框架梁端塑性铰区截面的相对受压高度, 使梁弯曲破坏为适筋破坏。梁端塑性铰区箍筋加密。采用加大以下两种方式使梁塑性铰外移离开核心区见图1图2。
柱:在“强柱弱梁”的前提下, 符合“强剪弱弯”, 限制最大剪力设计值还要注意采用大剪比柱, λ=Mc/Vchc0应大于2, 避免短柱的出现。应限制轴压比。以实现大偏心受压破坏。提高柱纵筋配筋率, 满足体积配箍率, 使柱提高承载力和延性, 推迟屈服。
3 结论
综上所述, 概念设计贯穿于抗震设计的全过程, 其内容涉及建筑物体形, 结构构件主次, 节点构造等综合性极强。概念设计决定着建筑物的抗震性能, 如果该设计不适宜于抗震, 那么, 不管多“精密”的计算也无济于事。建筑师和结构工程师应加强沟通, 尤其在方案阶段。任何一个建筑设计方案, 都会对具体的结构设计产生影响, 而有限的结构设计技术水平又制约着建筑设计的多样化。只有两者的有机融合, 才能创造出真正优秀的建筑设计作品。当然, 在做好概念设计的基础上, 也要认真计算, 做好定量分析, 才能有效避免及减轻地震给人类带来的巨大灾难。
参考文献
[1]GB50011-2001, 建筑抗震设计规范[S].
[2]龚思礼.建筑抗震设计手册 (第二版) [M].北京:中国建筑工业出版社, 2003.
[3]高层建筑结构概念设计.高立人, 方鄂华, 钱稼茹中国计划出版社, 2005.
抗震概念是设计 篇5
地震灾害不仅会造成人员伤害,而且会产生经济损失。当前地震灾害愈发频繁,并带来惨重的人员伤亡。建筑物倒塌是造成这一现象的根本原因,其中在高层建筑中更为显著。若能在结构设计过程融入抗震概念设计,便可降低上述损失。现阶段,建筑设计人员更加重视抗震概念设计,并将其作为主要研究内容。
1 抗震概念设计的现实价值
抗震概念设计实际上是一种宏观控制。从最初的场地选取至平立面形式、基本结构规划等着手,有效消除建筑内部抗震薄弱点,外加科学计算与可行的构造措施,便可保障抗震性能,提升抗震可靠性。对于高层建筑而言,其结构设计一般较为关注抗震概念设计,这是因为高层建筑具有繁琐的结构,一旦遭遇地震灾害,具有动力不可预测特性,且结构认识存在不足,外加材料性能的制约与施工安装等的作用,使得计算结果背离实际。片面凭借数值计算获取基本结构无法有效应对实际抗震,特别是地质特征的不同,使得大部分国家颁布的抗震规范存在显著差异。另外,抗震概念设计除参照数值计算外,还提高了实践性,同时,由于结构抗震设计突出于分析计算,促使该抗震设计理念可达到区域差别背景下结构设计的基本需求。突显抗震概念设计,借此在建筑结构设计过程中引起人们对结构规程的关注,明确抗震概念设计主要规范,以此来攻克传统结构设计片面关乎计算结果这一问题,要求工程师依据设计原则,联系地区抗震规定,进而增强抗震性能。
2 抗震概念设计基本要点
2.1 挑选规则的结构
建筑体形的综合规划与结构设计至关重要,并在抗震结构设计中占据主要位置,因为大部分倒塌建筑均是因不适宜规划产生的。适宜的水平面与合理的垂直面可促进抗震。综合来说,平面形状自身的规则性决定着抗震性。其中平面形状越平整,则抗震性能越强。水平地震的具体作用见图1。由于规则平面可稳步承担荷载作用,其结构整体性越突出。在高度方向中,应确保结构布置具有连续性,以此来让侧向刚度由上至下保持连续,防范薄弱层。
2.2 挑选适宜的传力路线
现阶段,在大部分高层建筑中,其抗震概念设计均较为依赖计算机程序,一般情形中,为增加计算结果的精准性,结构设计师需掌握简便计算。依托计算机获取受力状态情况下结构件的具体计算简图,然后通过力学以及数学模型围绕地震反应展开详细剖析,以此来明确最终结果,要求结构传力路径应便捷、直白。
2.3 挑选可行的场地与理想的基地
经大地震调查研究发现,建筑物的损毁和局部地形密切相关。另外,还关乎地基和断层等其余因素。房屋破坏率和覆盖土层厚度具体呈现关系见图2。若场地表层自身的覆盖层厚度不大,则表明土质偏硬,且具有优良的稳定性。遭遇地震时,便不会轻易出现倒塌现象。因此,开展抗震概念设计活动时,需选取硬质基地,以此来降低地震产生的放大效应。
2.4 配备多条抗震防线
在开展抗震概念设计活动时,应配备多条抗震防线。由于地震时间存在差异,还伴随余震,所以,连续的地震将反复冲击,在建筑物中形成累积性破坏。若高层建筑物单纯配备一道防线,便会遭遇一次破坏,无法抗衡连续破坏。若配备多条抗震防线,待第一道防线遭遇破坏时,仍可通过第二、第三道防线发挥保护作用,以此来保障建筑物。此种设计既经济,又实用,值得应用。
2.5 增加结构的整体性
发生地震时,若想让建筑物的每一个部件有机协调工作,这要求建筑物具备优良的整体性。对建筑物而言,当遭受地震后仍具有整体性,方可有较强的抗震能力。简而言之,空间结构自身的稳定性与综合刚度影响着抗震能力,关乎着施工质量。优质的钢筋混凝土能够防范散落滑移、改善楼板的刚度,最终增加结构的整体性。
3 抗震概念设计在高层建筑结构设计活动的具体运用
3.1 抗震概念设计需明确结构规律
对高层建筑而言,利用抗震概念设计时需合理调节高层建筑自身的体型设计,有效保障质量,使其在规则上科学分布,增强设计整体性,以免在局部产生刚度过大现象。结构布局和抗震概念设计密切相关,以简约、对称建筑为例,发生地震时,其应力分析较为容易达成,实际反映便于促成,同时,可保持一致,然而,错层高层建筑却恰恰相反,当遭遇地震,出现地震效应时,具有复杂性,无法精准评判抗震效果。由此可知,抗震概念设计需明确结构规律。
3.2 在结构构件中的具体运用
实现抗震离不开构件支撑,由此可知,抗震结构体系包含的每一个构件均应具备较强的刚度和强度,同时,具有良好的连接性。从本质层面而言,高层结构体系属于多层次超静定结构。我们应面向其抗震结构添加不同的抗震防线,即便遭遇地震,部分构件发生损坏,其他构件仍可继续支撑,组建成抗震结构,以此来承受地震力、担负竖向荷载。综合来说,准确预测先屈服部位,有效调整,构建多道抗震防线,达到全面控制,这是可行、合理的结构抗震耗能手段,也是抗震概念设计的核心内容。
3.3 在结构体系中的具体运用
在抗震概念设计中,结构体系尤为重要,其实际应用需结合高层建筑物的实际高度,结合抗震等级,科学挑选抗侧力体系,借助概念计算掌握主要构件的实际尺寸,增加方案的可行性。抗震结构方案界定着抗震概念设计,因此,我们应选择适宜的结构体系,通常应注意下述内容:其一,对由于部分结构作用所引发整体建筑结构体系实际抗震能力下降或荷载承受能力降低,需遵循赘余度功能,遵守内力重新划分功能。该原则经建筑实践得到了有效证实;其二,选取结构体系时,除需保证建筑体系受力清晰、传力规范、传力路线适宜外,还需具备精准的地震作用传递路线和完整的计算简图,上述均应满足抗震分析;其三,延性作为建筑结构的基本特性,它关乎着结构体系的整体变形能力。增强构件延性是优化抗震概念设计实际应用的主要内容,借助混凝土构件可进一步限制砌体结构,即便经由地震作用,配筋砌体出现裂缝,依然不会出现倒塌现象,增强荷载承受能力。
4 结语
对高层建筑而言,抗震概念设计在建筑结构设计过程中占据着重要位置,经由科学的设计,可增强抗震稳定性。由此可知,设计人员一定要认识到抗震概念设计的现实价值,掌握并精通抗震概念设计,有效运用,综合考虑每一项因素,最终打造牢固、优质的高层建筑。
摘要：分析了抗震概念设计的现实意义,介绍了抗震概念设计的基本要点,并阐述了抗震概念设计在高层建筑结构设计中的应用,旨在增强高层建筑结构的抗震性能。
关键词：抗震概念设计,高层建筑,结构体系,抗震性能
参考文献
[1]陈琳琳.高层建筑结构设计中抗震概念设计的应用[J].江西建材,2014(9):30-31.
[2]叶敬明,李永亮.高层建筑结构设计中抗震概念设计的重要性[J].建筑工程技术与设计,2015(22):502-503.
[3]段陆阳.对于高层建筑结构设计中抗震概念设计的分析[J].城市建筑,2014(33):56.
[4]罗旭.高层建筑结构设计中抗震概念设计的应用[J].城市建设理论研究(电子版),2014(27):79.
抗震概念是设计 篇6
2013年4月20日8时02分, 四川省雅安市芦山县发生了7.0级地震, 震源深度13公里, 这是即2008年以来, 四川发生的第二次大地震。
当年的汶川地震是我国目前为止破坏力最大、范围最广的一次地震, 当时, 山河颤动、大地移位、满目疮痍。
在2011年11日, 日本东北部也发生了9.0级地震, 造成了日本核电站爆炸, 辐射物质外泄, 周边人员受到威胁。
伴随着社会经济的逐渐进步, 城市范围逐渐扩张, 地震所带来的经济损失也越来越高。所以, 怎样准确的对地震进行预防, 降低所产生的经济损失, 并且防止地震出现后衍生的次生灾害 (例如:核电站爆炸、火灾等) , 就变成了当前建筑工程部门首要处理的问题。人们在对数次的地震灾害进行分析, 总结出:对于建筑抗震性能的设计来讲, 其结构概念设计比计算设计更为关键。
一、建筑设计中抗震概念的必要性
当前, 我国正处于飞速发展的阶段, 其建筑速度及建筑规模都超越了以往。那么, 增强先进计算理论的发展、提高计算机的使用、发展新型轻质、高强、环保的建筑材料利用, 将建筑结构设计同安全、可靠、经济相关联就成为了建筑部门首要解决的问题。但是, 在飞速提升的背后, 隐藏的是粗糙、盲目的建筑设计, 其对于建筑结构设计是十分危险的事情。对于当前的情况, 应倡导利用概念设计的方法帮助设计师发挥创造性, 同时推动建筑行业的发展, 所以, 概念设计是十分重要的理念。
那么, 抗震概念设计又是什么呢?抗震概念设计是鉴于地震灾害和工程经验建立的抗震设计基本原则和思想, 进行建筑和结构的总体布置并确定细部构造的过程。对于建筑结构的抗震设计来讲, 概念设计、抗震计算和构造措施三个层次同等重要, 缺一不可。那么, 也可以说“概念设计”是建筑结构的抗震设计中最为关键的问题。
这里说的“概念设计”指的是在进行建筑结构设计时, 不但要对建筑整体结构的抗震性能进行关注, 同时要根据结构的破坏过程及机制, 灵活将抗震标准应用到设计中。不仅要把握整体布局, 并且还要兼顾重要部位, 进而使结构抗震设计中的问题得到根本的解决, 更好的提升建筑整体结构的抗震性能。
建筑设计中, 抗震概念设计的内容主要包含工程整体结构及细部的布置构造;对于地震灾区建筑工程的结构概念设计中, 抗震概念设计、结构抗震计算及抗震构造措施三方面内容应进行关注;从建筑及构造方面进行综合设计。
对于建筑结构中的抗震概念的设计来说, 基本为规范。当前, 世界各国都将建筑思想逐渐转变为应用多级设防的观念。当前的建筑抗震设计标准通过修改及设定已经趋于完善。在设计规范中, 应用了“两个阶段、三个水准”的概念, 即“小震不坏、中震可复、大震不倒”。
在建筑结构的抗震概念设计中, 包含着一些不确定或模糊不清的条件。例如:地震作用是一种循环往复且随机性很强的荷载, 建筑物受到地震破坏的原因也比较复杂, 想要准确预测遭受地震后的情况并进行计算是十分困难的。
二、建筑设计应注重场地的选择
我国现行抗震规范按场地上建筑物的震害轻重程度把建筑场地划分为对建筑抗震有利、一般、不利和危险的地段。地震造成建筑的破坏, 除地震直接引起结构破坏外, 还有场地条件的因素;因此抗震设防区的建筑工程宜选择有利和一般地段, 避开不利地段, 并不在危险的地段进行建设。
工程地质条件对地震破坏影响很大, 常有地震烈度异常现象, 即“重灾区里有轻灾, 轻灾区里有重灾”, 其产生的原因是局部地区的工程地质条件不同。例如:芦山县太平镇一座百年老宅, 在“4.20”地震中地处震中9度烈度区, 震后建筑安然无恙、毫发未损, 该宅地处位置就是老百姓常说的“风水宝地”。实际上就是抗震规范中提到的有利地段的一种体现。
三、合理把握建筑的体型
无数次的地震灾害表明, 规则、简单、对称的建筑在地震时较不容易破坏, 对建筑设计规则性的要求, 已普遍得到了高度重视。在设计建筑方案时, 建筑形体和布置应符合抗震概念设计原则, 尽量采用规则的建筑方案。也就是说, 建筑的平面、立面应力求规则、简单、对称, 抗侧力体系的刚度和承载力, 材料强度和质量分布应均匀、连续、无突变。震害表明, 不规则的建筑在地震作用下容易产生扭转振动, 进而破坏。
规则性在抗震概念设计中是一个重要的概念。然而建筑设计创作是工程技术和人文艺术的结合, 可构造某种认为环境体系, 以满足人们物质和精神上的要求。为达此目的, 建筑设计不可避免会出现一些复杂的建筑体型, 这些复杂的建筑体型很难准确的用若干简单的定量指标来划分不规则程度。因此, 就需要有经验的、有抗震知识素养的建筑师和结构工程师相互配合, 区分不规则、特别不规则和严重不规则等不规则程度;对所设计的建筑的抗震性能有所估计, 这样才能设计出抗震性能良好的建筑。并按实际需要合理设置建筑抗震缝, 可以将体型复杂的建筑物划分为“规则”的建筑, 从而降低抗震设计的难度, 提高抗震设计的可靠度。
四、利用结构的延性
一个结构的抗震性能, 主要取决于对地震“能量吸收和耗散”能力的大小, 而又取决于结构延性的大小。延性好, 则结构通过弹塑性变形耗散大量地震能量, 使结构免于倒塌。利用结构的塑性变形的发展来抗御地震, 吸收地震能量, 因此增加结构的延性, 不仅能削弱地震反应, 而且提高了结构抗御强烈地震的能力。
在结构设计中, 对于框架结构体系, 按规定应采用梁端屈服型框架, 使框架结构塑性铰出现在梁端, 这就是所谓“强柱弱梁”型的延性框架;以提高结构整体的变形能力和抗地震倒塌能力, 防止建筑物在强烈地震作用下倒塌。同时要求, 使钢筋混凝土构件正截面受剪承载力大于构件弯曲时实际达到的剪力, 即“强剪弱弯”, 用以改善构件自身的抗震性能, “强柱弱梁、强剪弱弯”是结构抗震概念设计中的两个重要概念。
对于砌体结构房屋, 按规定应优先采用现浇钢筋混凝土楼、屋盖, 设置圈梁和构造柱, 或采用配筋砌体, 加强对砌体的约束, 提高砌体结构的延性和整体性, 使砌体结构在地震力的作用下, 发生裂缝后不致倒塌。
五、设置多道防线
多道抗震防线对结构在强震作用下的安全性是极其重要的, 在建筑结构中建立多重抗侧力体系, 当第一道防线的抗侧力构件在强烈地震袭击下遭到破坏后, 后备的第二道及至第三道防线的抗侧力构件立即接替, 抵挡后续的地震力的冲击, 可保证建筑物最低限度的安全, 免于倒塌, 赢得救援时间, 便于救援人员及时施救, 提高了对生命的保护。
例如目前广泛采用的框架-剪力墙结构体系, 主要抗侧力构件是剪力墙, 也就是第一道防线, 一旦剪力墙开裂或屈服, 框架部分将起到第二道防线的作用;又例如框架-填充墙结构体系, 如设计得当, 在地震作用下, 填充墙就是第一道防线, 一旦填充墙遭到破坏, 框架梁将起到第二道防线的作用, 框架柱则为第三道防线。
六、注重非结构因素
根据芦山“4.20”地震破坏现象分析, 多数钢筋混凝土框架结构建筑的砌体填充墙率先破坏, 耗散了大部分地震能量, 拖延了震害过程, 限制了框架变形, 减少了整体结构的地震侧移幅值, 使主体结构免遭厄运, 确实充当了抗震防线的“第一卫士”。
在建筑抗震设计中, 设计师应注重填充墙对整个结构抗震性能的影响, 填充墙的布置在建筑平面上, 应力求对称均匀, 以免造成结构偏心;沿房屋的竖向, 填充墙应连续贯通, 以避免在填充墙中断的楼层出现框架剪力的骤增。
结语
总而言之, 抗震概念设计是决定建筑安全性能的关键所在, 从建筑整体方案设计起始, 就应利用对建筑结构抗震标准去应对工程中将出现的问题, 例如:建筑体型、结构体系、刚度分布、构件延性等。从宏观角度去进行思考、判断、选择, 再辅助必要的计算和构造措施, 从根本上消除建筑中的薄弱环节, 提升建筑整体抗震性能。也可以说, 抗震概念的设定是基于建筑整体空间及地理问题基础上, 运用整体概念总结构件方案, 依据力学原理选取设计思路, 更好的保证建筑整体性能, 维护人民生命、财产安全。对建筑设计过程中如何把握抗震概念设计进行探讨是值得相关工作人员深入思考的事情。
摘要：地震, 是危害人们自身生命、财产安全的自然灾害, 前期没有任何特殊征兆。最近几年, 全世界因为地震灾害导致的建筑工程破损情况越来越严重, 甚至危及到了人们的生命。本文简述了建筑设计过程中应怎样把握抗震概念设计, 目的在于提升建筑质量, 为人们的生命、财产等提供保障。
关键词：抗震概念是设计,建筑结构,分析及讨论
参考文献
[1]范红兵, 浅谈建筑设计过程中如何把握抗震概念设计[J].广东科技, 2012 (19) .
[2]段敬民, 钱永久, 张方, 底部框剪砌体及结构房屋抗震分析及抗震概念设计;
[3]四川建筑科学研究, 2008 (02) .
抗震概念是设计 篇7
关键词：异形柱结构,抗震性能,概念设计
混凝土异形柱结构由于既避免了普通框架结构露梁露柱影响美观的情况, 又可满足人们对住宅空间灵活性的要求, 因而得到了业主与房产开发商的肯定和欢迎。在我国许多省市地区, 住宅建筑有普遍采用混凝土异形柱结构的趋势, 甚至在抗震设防烈度为8度及以上的高烈度地区也开始有所应用。然而, 广大结构设计人员更为关心的是:混凝土异形柱结构在满足建筑功能要求的同时, 其抗震性能是否也能满足高烈度地区的抗震设防要求, 因此本文针对混凝土异形柱结构抗震设计时应该注意的问题进行了探讨, 这应该是关注的内容。
1 混凝土异形柱结构的概念
异形截面柱相对常用普通的矩形截面而言, 简称为异形柱, 所谓异形截面是指柱截面的几何形状不是简单规则的矩形, 而采用诸如T, L, 十字形等不规则形状截面, 根据建筑使用功能和建筑布置的要求, 可以采取不同的几何形状截面。异形柱指在具有不规则形状柱截面, 且各肢的肢高与肢厚之比小于4的柱, 各肢肢长可能相等或不相等。异形柱结构包括异形柱框架结构和异形柱框剪结构。钢筋混凝土框架梁、抗震墙及楼板与各种截面形式的异形柱现浇成为能够承担各类荷载的结构, 当这种结构采用填充墙体进行灵活分隔空间时, 具有梁柱棱边隐蔽的特点, 最终实现建筑功能, 同时满足保温、隔热要求的框架结构或框剪结构。
2 异形柱的抗震受力性能分析
2.1 异形柱的延性较差
异形柱截面的剪切中心往往位于截面范围之外, 其抗扭性能差, 不同方面的柱肢结合部有明显的应力集中现象。受力时异形柱要靠各柱肢交点处核心混凝土的协调变形和内力, 并产生相当大的翘曲应力和剪应力, 翘曲现象随肢长与肢宽比变大而越来越严重。剪应力易造成柱肢先出现裂缝, 也使核心混凝土处于三向剪力状态, 降低柱变形能力, 使得脆性破坏明显;异形柱常属薄壁短柱构件, 弯曲变形性能有限, 延性较差;对异形柱需严格控制轴压比值, 较大轴压比下异形柱的延性下降更快;异形柱还存在着单纯翼缘柱肢受压的情况, 其延性更差。
2.2 异形柱承载能力为各向异性
异形柱各柱肢长度及厚度的差异, 导致其平面内外各向抗弯刚度相异, 其各向抗震承载能力也相差较大。研究表明, 当与异形柱形心轴线不同角度的荷载作用于异形柱时, 其截面曲率延性差异很大, 其中L形截面柱的差异最大, 可达50%以上;相比双轴对称的方形截面柱, L形、T形截面柱的抗弯延性系数分别低约1/10~1/7及1/15~1/10, 而十字形截面柱与方形截面柱的延性系数则相近。
2.3 异形柱抗震承载力相对普通柱较低
由于异形柱的多肢特点, 当一个方向的肢件受剪承载时, 另一个方向的与作用力相垂直的肢件不能充分发挥受剪承载力, 造成异形柱混凝土项的受剪承载力小于矩形柱;而对于箍筋项受剪承载力, 异形柱各方向的肢件通常只能设置成双肢箍, 其受剪箍筋面积小于方形柱配置的复合箍或中间拉条, 以致它的箍筋项受剪承载力仅能为方形柱箍筋项受剪承载力的约2/3。
研究表明:在相同条件下, 相等节点水平截面积的L形、T形和十字形截面异形柱的节点承载力分别约为矩形柱的节点承载力的2/3, 1/6和1/12, 而T形柱的抗扭承载力约为矩形柱的1/2。这主要是节点区翼缘肢面积, 特别是肢边缘处混凝土, 在节点核心区破坏时无法充分发挥作用所致。另外异形柱节点区域因截面尺寸小, 更容易发生纵向钢筋粘结破坏。
2.4 梁柱节点区域相对薄弱
按照强节点、强锚固的抗震设计原则, 节点为框架结构的重点部位。相对普通柱, 由于异形柱各肢截面厚度与填充墙等厚, 多为200 mm或300 mm, 各肢交汇节点区域截面尺寸较小, 一般为200 mm×200 mm或300 mm×300 mm, 同时节点区域为异形柱同框架梁钢筋交汇部位, 特别是节点弯矩较大时, 负弯矩受力纵向钢筋数量多, 排列密, 间距小, 施工时混凝土难以振捣密实, 施工质量难以保证, 必然导致节点区域抗剪承载能力下降。地震时, 相比普通截面框架柱, 异形柱框架节点区的混凝土钢筋保护层更容易剥落, 并且导致节点区抗弯、抗剪刚度的严重下降。影响异形柱节点抗弯、抗剪能力的因素包括:轴压比、节点核心配箍率、柱截面高度变化。
3 异形柱结构抗震概念设计
根据结构抗震概念设计要求, 若要在8度以上的高烈度地区实现“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设防目标, 异形柱结构和构件必须具备足够的承载力、刚度、延性、鲁棒性和耗能能力。首先应该从结构选型及平面布置方面进行合理设计, 同时应注意抗震构造措施。
震害表明, 地震中因结构平面或竖向不规则带来的扭转效应和传力路线中断等原因将造成结构的严重震害。因此异形柱结构的平面和竖向布置宜简单、规则、均匀。
边柱常选用T形截面柱, 角柱常选用L形截面柱, 中柱常选用十字形截面柱。试验和理论分析表明, 异形柱截面承载力, 十字形截面优于T形截面, 而T形截面又优于L形。异形柱截面各肢最宜等厚度、等长度, 避免混合使用截面差异较大的异形柱, 否则在地震作用下非常不利。针对建筑上柱网轴线发生偏移的情况, 可考虑采用一字形、Z形、槽形或矩形柱截面, 并宜将柱肢、墙厚与梁宽的尺寸统一设计;当L形截面柱的一肢长度小于0.5 m时, 可考虑将另一较长肢适当加长。对处于受力复杂、不利部位的角柱或框支柱或底部框架柱, 宜采用矩形截面框架柱, 以改善结构的整体受力性能, 既保证良好的建筑效果, 又能增强底层的抗震能力, 避免纯异形柱框架中常出现的底部薄弱现象。对于异形柱—剪力墙结构体系, 应通过试算布置抗震墙的位置及数量, 尽量增加结构的抗扭转, 并符合平面和竖向布置宜简单、规则、均匀的原则, 设计成竖向规则和平面扭转规则的结构体系。当平面布置较为复杂或有斜交抗侧力构件时, 应通过计算找出最不利方向角, 并补充该方向验算。
4 结语
由于混凝土异形柱结构在异形柱构件和节点区域的抗震受力性能上的特殊性和薄弱性, 因此在异形柱结构设计中应特别重视结构抗震概念设计, 从设计初期做好结构选型与结构布置的工作, 从根本上避免结构薄弱抗震环节的缺陷, 同时重视抗震构造措施, 实现结构抗震设防目标, 满足国家防灾减灾的要求。
参考文献
[1]郭猛, 姚谦峰.地震区多层异形框架柱—框架结构体系应用研究[J].世界地震工程, 2009, 25 (1) :71-76.
[2]丁晓玲.钢筋混凝土异形柱框架结构的抗震分析[J].工业建筑, 2010, 40 (5) :51-54.
[3]黄东辉, 王小鹏.高层建筑短肢剪力墙与异形柱结构受力分析与设计探讨[J].陕西建筑, 2007 (149) :10-11.