建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)探討

1、建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)探討    摘要：我國是一個(gè)多地震的國家，尤其像“5·12”四川汶川大地震，對我國造成巨大的人員和財(cái)產(chǎn)損失。地震的破壞力是驚人的，它首先破壞的是建筑物，直接危害的是人的生命和財(cái)產(chǎn)，伴隨的是對環(huán)境的破壞。本文闡述了建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的重要性，介紹了抗震設(shè)防的目標(biāo)和抗震設(shè)計(jì)的內(nèi)容，有助于設(shè)計(jì)人員在實(shí)際工程中加以應(yīng)用。關(guān)鍵詞：建筑結(jié)構(gòu),抗震設(shè)計(jì),抗震驗(yàn)算l建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的重要性地震是一種人類無法避免的自然災(zāi)害，而我國處于環(huán)太平洋地震帶及歐亞地震帶之間，歷史上全國除個(gè)別省份外，都發(fā)生過里氏6級以上地震。地震造成的建筑物及各類工程設(shè)施的破

2、壞、倒塌，給國家和人民的生命財(cái)產(chǎn)造成了無法統(tǒng)計(jì)的巨大損失。為了努力減輕地震造成的破壞，避免人員傷亡，減少經(jīng)濟(jì)損失，我國政府和相關(guān)部委陸續(xù)頒布了一系列防震減災(zāi)的法律、法規(guī)條文，并強(qiáng)制規(guī)定設(shè)防烈度為6度以上地區(qū)的建筑必須進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。2 抗震設(shè)防的目標(biāo)日前，我國抗震設(shè)防為“三水準(zhǔn)”目標(biāo)，即“小震不壞，中震可修、大震不倒”，具體含義為：當(dāng)遭受低于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的多遇地震時(shí)，建筑物不受損壞或不需修理仍可使用，建筑處于正常使用狀態(tài)，從結(jié)構(gòu)抗震分析角度，可以視為彈性體系，采用彈性反應(yīng)譜進(jìn)行分析;當(dāng)遭受相當(dāng)于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的地震影響時(shí)，建筑物可能損壞，經(jīng)一般修理或不需修理仍可繼續(xù)使用，結(jié)構(gòu)在地震影響

3、時(shí)進(jìn)入非彈性工作階段，但非彈性變形或結(jié)構(gòu)體系損壞控制在可修復(fù)的范圍;當(dāng)遭受高于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的罕遇地震時(shí)，建筑物不致倒塌或發(fā)生危及生命安全的嚴(yán)重破壞，此階段結(jié)構(gòu)有較大的非彈性變形，但人員可以逃離。3 抗震設(shè)計(jì)內(nèi)容抗震設(shè)計(jì)包括三個(gè)層次的內(nèi)容： 概念設(shè)計(jì)、抗震計(jì)算與構(gòu)造措施。概念設(shè)計(jì)在總體上把握抗震設(shè)計(jì)的基本原則;抗震計(jì)算為建筑抗震設(shè)計(jì)提供定量手段;構(gòu)造措施可以在保證結(jié)構(gòu)整體性、加強(qiáng)局部薄弱環(huán)節(jié)等方面上保證抗震計(jì)算結(jié)果的有效性?？拐鹪O(shè)計(jì)上述三個(gè)層次的內(nèi)容是一個(gè)不可分割的整體， 忽略任何一個(gè)部分都可能造成抗震設(shè)計(jì)的失敗。3.1抗震概念設(shè)計(jì)抗震概念設(shè)計(jì)在總體上要求把握的基本原則可以概括為：注意場地

4、的選擇，把握建筑體型，選擇有利的結(jié)構(gòu)抗震體系，利用結(jié)構(gòu)延性，設(shè)置多道抗震防線，重視非結(jié)構(gòu)因素，合理選擇結(jié)構(gòu)材料。3.1.1建筑場地選擇的基本原則選擇有利地段，避開不利地段，不在危險(xiǎn)地段建造甲類、乙類和丙類建筑。3.1.2建筑體型的確定(1)建筑及抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的平面布置宜規(guī)則對稱，并應(yīng)具有良好的整體性。(2)建筑物的立面布局宜采用矩形、梯形和三角形等變化均勻的幾何形狀，盡量不要采用帶突然變化的階梯形立面、大底盤建筑，甚至倒梯形立面。(3)建筑物應(yīng)盡量減小高度，尤其是限制高寬比。3.1.3結(jié)構(gòu)抗震體系的選取(1)結(jié)構(gòu)體系應(yīng)具有明確計(jì)算簡圖和合理地震作用傳遞途徑。(2)結(jié)構(gòu)布置應(yīng)具備多道抗震防線，盡量

5、避免部分結(jié)構(gòu)或構(gòu)件破壞而導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)喪失抗震能力或?qū)χ亓奢d的承載能力。(3)結(jié)構(gòu)應(yīng)具備必要的抗震承載力，良好的變形能力和耗能能力。(4)對結(jié)構(gòu)薄弱部位應(yīng)采取有效的措施予以加強(qiáng)，防止出現(xiàn)過大的應(yīng)力集中和變形集中。(5)結(jié)構(gòu)平面兩個(gè)主軸方向的動(dòng)力特能宜相近，并盡可能與場地的卓越周期錯(cuò)開。3.1.4結(jié)構(gòu)延性的實(shí)現(xiàn)(1)提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的延性。砌體結(jié)構(gòu)應(yīng)按規(guī)定設(shè)置鋼筋混凝土圈梁、構(gòu)造柱、芯柱或采用配筋砌體;混凝土應(yīng)合理選擇尺寸，配置縱、箍筋，避免剪切破壞先于彎曲破壞，混凝土的壓潰先于鋼筋的屈服，鋼筋的錨固粘結(jié)失效先于構(gòu)件的破壞;預(yù)應(yīng)力混凝土的抗側(cè)力構(gòu)件，應(yīng)該配置足夠的非預(yù)應(yīng)力鋼筋;鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)該合理控制

6、截面尺寸，避免局部失穩(wěn)或整個(gè)構(gòu)件失穩(wěn)。(2)提高延性的重點(diǎn)部位。在結(jié)構(gòu)豎向應(yīng)提高房屋中可能出現(xiàn)塑性變形集中的相應(yīng)柔弱樓層的構(gòu)件的延性;在平面位置上應(yīng)著重提高房屋周邊轉(zhuǎn)角處平面突變處以及復(fù)雜平面各翼相接處構(gòu)件延性;具有多道抗震防線的抗側(cè)力體系，應(yīng)著重提高第一道防線中構(gòu)件的延性;在同一構(gòu)件中，應(yīng)著重提高關(guān)鍵桿件的延性，重點(diǎn)提高延性的部位應(yīng)該是預(yù)期該構(gòu)件地震時(shí)首先屈服的部位。(3)改善構(gòu)件延性的途徑?？刂茦?gòu)件破壞形態(tài)，爭取更多構(gòu)件彎曲破壞，避免剪切破壞;減小構(gòu)件軸壓比;高墻混凝土和鋼纖維混凝土的應(yīng)用。為了保證結(jié)構(gòu)的延性，各構(gòu)件之間的連接不能過早破壞，構(gòu)件之間的連接應(yīng)符合下列要求：構(gòu)件節(jié)點(diǎn)破壞不應(yīng)先于

7、其連接構(gòu)件，預(yù)埋件的錨固破壞不應(yīng)先于其連接件，裝配式結(jié)構(gòu)構(gòu)件的連接應(yīng)保證結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件的預(yù)應(yīng)力筋宜在節(jié)點(diǎn)核心區(qū)外錨固。3.1.5多道抗震防線的設(shè)置(1)優(yōu)先采用具有多道抗震防線的結(jié)構(gòu)體系。(2)純框架采用強(qiáng)柱弱梁的延性框架。(3)利用贅余構(gòu)件增加結(jié)構(gòu)的抗震防線。3.1.6非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的處理(1)建筑幕墻等盡量考慮結(jié)構(gòu)在地震中的變形，并采用可靠的連接措施， 建筑非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的預(yù)埋件錨固部位應(yīng)采取加強(qiáng)措施， 以承受建筑非結(jié)構(gòu)構(gòu)件傳給主體的地震力。(2)墻體材料：優(yōu)先采用輕質(zhì)材料。(3)剛性護(hù)墻沿縱向宜均勻?qū)ΨQ布置， 與主體可靠連接，能適應(yīng)結(jié)構(gòu)不同方向的層間位移。(4)各類頂棚的構(gòu)件

8、與樓板的連接應(yīng)能承受頂棚懸掛重物和有關(guān)機(jī)電設(shè)備的自重和地震附加作用，其錨固承載力應(yīng)大于連接件的承載力。3.1.7建筑材料的選擇和施工質(zhì)量材料和施工質(zhì)量的要求應(yīng)在設(shè)計(jì)中詳細(xì)注明，并應(yīng)保證切實(shí)執(zhí)行。作為良好的建筑材料應(yīng)具備如下的性能：(1)材料本身延性好，延性系數(shù)高。(2)材料強(qiáng)度和質(zhì)量的比值要大， 材料質(zhì)量均勻。(3)材料的性質(zhì)為各項(xiàng)同性。(4)構(gòu)件的連接具有整體性和較好的延性，能夠充分發(fā)揮材料的強(qiáng)度和變形。(5)滿足最低要求。3.2抗震計(jì)算結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算可分為地震作用計(jì)算和結(jié)構(gòu)抗震驗(yàn)算兩個(gè)部分。3.2.1地震作用計(jì)算各類建筑結(jié)構(gòu)的地震作用， 應(yīng)按下列原則考慮：(1)一般情況下，應(yīng)允許在建筑結(jié)構(gòu)的

9、兩個(gè)主軸方向分別計(jì)算水平地震作用并進(jìn)行抗震驗(yàn)算，各方向的水平地震作用應(yīng)由該方向抗側(cè)力構(gòu)件承擔(dān)。(2)有斜交抗側(cè)力構(gòu)件的結(jié)構(gòu)，當(dāng)相交角度大于15°時(shí)， 應(yīng)分別計(jì)算各抗側(cè)力構(gòu)件方向的水平地震作用。(3)質(zhì)量和剛度分布明顯不對稱的結(jié)構(gòu)，應(yīng)計(jì)入雙向水平地震作用下的扭轉(zhuǎn)影響 其它情況，應(yīng)允許采用調(diào)整地震作用效應(yīng)的方法計(jì)入扭轉(zhuǎn)影響。(4)8度、9度時(shí)的大跨度結(jié)構(gòu)和長懸臂結(jié)構(gòu)及度時(shí)的高層建筑，應(yīng)計(jì)算豎向地震作用。底部剪力法和振型分解反應(yīng)譜法是結(jié)構(gòu)抗震計(jì)算的基本方法，而時(shí)程分析法作為補(bǔ)充計(jì)算方法，僅對特別不規(guī)則、特別重要的和較高的高層建筑才要求采用。抗震計(jì)算方法的采用應(yīng)符合：(1)高度不超過40m，

10、以剪切變形為主且質(zhì)量和剛度沿高度分布比較均勻的結(jié)構(gòu)，以及近似于單質(zhì)點(diǎn)體系的結(jié)構(gòu)，可采用底部剪力法等簡化方法。(2)除第1條外的建筑結(jié)構(gòu)，宜采用振型分解反應(yīng)譜法。(3)特別不規(guī)則的建筑、甲類建筑，應(yīng)采用時(shí)程分析法進(jìn)行多遇地震下的補(bǔ)充計(jì)算，可取多條時(shí)程曲線計(jì)算結(jié)果的平均值與振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算結(jié)果的較大值。3.2.2 抗震變形驗(yàn)算(1)多遇地震下的抗震變形驗(yàn)算各類結(jié)構(gòu)應(yīng)進(jìn)行多遇地震下的抗震變形驗(yàn)算，其樓層內(nèi)最大的彈性層間位移應(yīng)符合下式要求: (2)罕遇地震下的抗震變形驗(yàn)算下列結(jié)構(gòu)應(yīng)進(jìn)行彈塑性變形驗(yàn)算：8 度I、V類場地和9 度時(shí)，高大的單層鋼筋混凝土柱廠房的橫向排架;79 度時(shí)樓層屈服強(qiáng)度系數(shù)小于0.5 的鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu);高度大于150m 的鋼結(jié)構(gòu);甲類建筑和9 度時(shí)乙類建筑中的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu);采用隔震和消能減震設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)。下列結(jié)構(gòu)宜進(jìn)行彈塑性變形驗(yàn)算：7 度I、V類場地和8 度時(shí)乙類建筑中的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu);板柱- 抗震墻結(jié)構(gòu)和底部框架磚房;高度不大于150m 的高層鋼結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)薄弱層(部位)彈塑性層間位移應(yīng)符合下式要求：3.3 抗震構(gòu)造構(gòu)造措施是梁、柱、墻塑性鉸區(qū)達(dá)到實(shí)際需要的塑性轉(zhuǎn)動(dòng)能力和耗能能力的保證。它與“強(qiáng)剪弱彎”、“強(qiáng)柱弱梁”相互關(guān)聯(lián)，一起保證結(jié)構(gòu)的延性?？傮w應(yīng)該注意：(1)構(gòu)件截面尺寸的要