抗震設計作為結構設計及一個重要組成部分

1、抗震設計作為結構設計的一個重要組成部分, 越來越受到工程師們的關注。地震造成房屋的損壞, 其直接原因可以分為以下二種：1.地震引起的山崩、滑坡、地陷、地面裂縫或錯位等地面變形和地震引起的砂土液化、軟土震陷等地基失效對其上部建筑物的直接危害。2.建筑物在地面運動的激發(fā)下而產(chǎn)生劇烈震動的過程中, 因結構強度不足、過大變形、連接破壞, 構件失穩(wěn)或整體傾硬而破壞。因此, 結構抗震設計應從上述兩個方面保證結構的安全。 下面, 我們結合結構設計中常見的若干間題進行討論：一、場地問題1場地選擇應避開危險地段抗震規(guī)范規(guī)定, 場地地質勘察, 除應按國家有關標準的規(guī)定執(zhí)行外, 尚應根據(jù)需要劃分為對建筑有利、不利和

2、危險地段。提供建筑的場地類別及巖土的地質穩(wěn)定性如滑坡、崩塌等評價, 規(guī)范進一步要求宜選擇有利地段、避開不利地段, 當無法避開時應采取適當?shù)目拐鸫胧? 不應在危險地段建造甲、乙、丙類建筑。對于不利地段所采取的措施, 規(guī)范除了對液化土提出較明確的處理方法外, 對于不均勻地基, 由于分布面廣, 情況復雜, 現(xiàn)有的設計經(jīng)驗不足, 只能作原則規(guī)定, 即“ 應詳細查明地質、地貌、地形條件、并依據(jù)具體情況采取適當?shù)目拐鸫胧薄Ｒ虼? 如果條件允許, 應盡可能避開, 因為此類地基大多是屬部局性的。2、場地類別判定場地類別判定是決定設計地震作用的主要依據(jù)之一, 判斷的正確與否決定了結構設計是否經(jīng)濟與安全。抗震規(guī)

3、范規(guī)定場地類別的判定, 是依據(jù)土層平均剪切波速及場地夜蓋層厚度綜合評定, 土層平均剪切波速是取地面下15米且不深于場地搜蓋層范圍內(nèi)各土層剪切波速, 按土層厚度的加權平均值, 由于部分鉆探單位對于規(guī)范理解的差異, 出現(xiàn)下列三類常見間題： 依據(jù)全部土層剪切波速按厚度加權平均值判定場地類別, 由于通常情況下場地覆蓋層底部土層的剪切波速都較大, 因此, 按此方法判定的場地類別的結果, 通常是將類場地判為類場地, 給結構設計帶來安全隱患。 依據(jù)地面15內(nèi)各土層的剪切波速平均值簡單平均判定場地類別某工程場地淤泥厚約10米, 在地面下15米范圍內(nèi)含有一層性質較好的粘土層, 由于鉆探單位依據(jù)地面下15米范圍內(nèi)

4、土層剪切波速簡單平均值, 導致計算出的土層剪切波速平均值大于140M/S, 并由此判斷該場為類場地, 而依據(jù)加權平均計算的VSM小于140M/S, 應判定為類場地,同樣給結構設計造成安全隱患。 對于平均剪切波速位于臨界值的情況, 宜結合場地地脈動測試的結果, 綜合進行判斷某工程平均剪切波速為146M/S, 覆蓋層厚約47米, 判定為類,實際上, 由于測點選擇及測量上的誤差, 計算的平均剪切波速誤差可能超出6M/S, 參照地脈動測試結果, 該場地地脈動周期約0.39S, 由此可判斷其卓越周期遠大于0.4S, 因此, 該場地判定為類場地較為合適。二、結構的概念設計地震是一種隨機運動, 有著難以把握

5、的復雜性和不確定性, 要準確預測建筑物所遭遇的地震的特性和參數(shù), 一時難以做到。在結構分析方面, 由于未能充分考慮結構的空間作用, 非彈性性質, 材料時效, 阻尼變化, 非結構構件的材料性能及其提供的強度儲備, 連接構造等多種因素, 存在著不準確性, 在建筑抗震理論遠未達到科學嚴密程度的今天, 單靠計算很難使建筑具有良好的抗震性能因此, 著眼于建筑總體抗震能力的概念設計, 愈來愈受到國內(nèi)外工程界的普遍重視。實踐證明, 在設計一開始就把握好的房屋體形, 結構體系, 剛度分布, 構造延性, 多道防線, 能量耗散等幾個重要方面, 從根本上消除建筑中的抗震薄弱環(huán)節(jié),再輔以必要的計算和構造措施, 才有可

6、能使設計出的建筑具有良好的抗震性能和足夠的可靠度。概念設計的基本要點包括：1.有利的房屋體形, 包括平面要簡單, 立面變化要均勻, 房屋高度要合適, 不大的房屋高寬比, 足夠的基礎埋深等概念。2.合理的結構布置, 包括結構平面剛度應力求均勻對稱, 豎向要等強即各樓層屈服強度系數(shù)大致相等（樓層屈服強度系數(shù)是樓層實際受剪承載力標準值與結構彈性地震反應樓層剪力的比值）。3.應控制結構的變形。4.適宜的結構剛度, 既不太剛, 也不太柔。5.盡量減輕房屋的自重, 因地震作用直接與房屋質量有關, 減輕自重, 能有效地減少地震作用。6.確保結構的整體性, 如構件間的可靠造接, 現(xiàn)澆混凝土施工縫的處理等。 三

7、、結構計算1、常用計算程序目前常用的結構計算程序大致可分為以下四類：平面框架結構平面框架（壁式柜架）空間協(xié)同空間薄壁桿系空間墻板單元平面框架結構系截取結構的一片進行計算, 僅適用于較為規(guī)則的框架結構, 在7度區(qū)以上使用時, 應按雙向地展作用進行計算在審查過程中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)采用此類程序計算時, 設計人員只進行單向地展作用計算,另外一向按連系梁進行計算及配筋, 另外, 也發(fā)現(xiàn)對復雜的空間框架強行分片計算的不合理現(xiàn)象。平面框架（壁式框架）空間協(xié)同適用于比較規(guī)則的框剪結構, 對于較復雜的筒體及框筒體系, 該程序無法準確反映其受力特性?？臻g薄壁桿系依據(jù)符拉索夫開口薄壁桿件理論編制, 實際使用中存在剛度偏大的

8、間題, 同時, 對于肢數(shù)較多的墻體, 與該墻體有關的構件的計算結果, 與該墻體所選用的計算簡圖有較大的關系, 實用上經(jīng)常發(fā)現(xiàn)與墻體關聯(lián)的構件出現(xiàn)結果異?，F(xiàn)象?？臻g墻板單元計算程序是新近推出的新一代分析程序, 它采用墻板單元模擬剪力墻結構, 較好地解決了剪力墻的計算模式問題, 通過引進了結構概念, 使程序具備計算較復雜結構的能力, 但計算機的工作量相應增加。2、計算參數(shù)的確定在設計審查過程中, 經(jīng)常發(fā)現(xiàn)由于計算參數(shù)選用不合理而導致計算結果的差異, 列舉如下： 場地類別選擇錯誤。場地類別直接影響結構計算中的反應譜曲線, 場地類別選擇不當, 直接影響計算的地震力的大小。 計算周期未予折減。由于考慮到

9、填充墻等非結構構件的剛度在結構計算中未予考慮, 因此, 計算的結構自振周期較實際結構周期偏長, 如未進行周期折減, 則計算的地震力偏小結構偏于不安全。 梁剛度放大。程序輸入梁的斷面通常是矩形斷面, 未考慮樓板對結構剛度的貢獻, 因此, 應通過對梁剛度放大, 考慮樓板對結構剛度的影響。 對于局部有搭樓的結構, 為考慮其鞭梢效應,應選用足夠多的計算振型數(shù), 一般應取6個振型數(shù)以上（非藕連）。3、計算結果的選用對于計算結果的判斷, 應考慮計算周期是否在合理的范圍內(nèi), 以保證結構剛度合適。地震力計算是否適當, 如地震力力偏小, 應適當放大地震力。另外, 還應對變形進行復核, 應該注意, 許多程序提供的

10、位移數(shù)值是結構形心處的數(shù)值, 而不是最不利位置的數(shù)值, 應進行轉換后與規(guī)范限值進行比較。四、常見的設計失誤1、縫寬不符合要求。部分設計人員依然沿襲沉降縫的設計方法, 而未考慮沉降縫應按抗震縫要求設置。2、不同的基礎方式混用（包括部分設置地下室部分未設置地下室）, 應注意兩部分的地震激勵存在差別, 因此應盡量避免采用。3、不同的結構形式混用, 如部分采用框架部分采用磚混結構, 因為兩種形式的地震反應是不同的, 因此應避免混用。4、短柱的判斷。規(guī)范規(guī)定柱凈高與柱長邊的比值小于4的柱為短柱, 應采取措施。部分設計人員對柱凈高的理解存在偏差, 對于底層地面以為不是支點, 因而對于底層為雜物間的框架結構, 未能對底層存在的短柱進行處理另外, 對于樓梯間因層間平臺引起的短柱問題也未給予充分注意。5