抗震設(shè)計中應(yīng)注意的若干問題

抗震設(shè)計中應(yīng)注意的若干問題第1頁，共13頁，2023年，2月20日，星期一抗震設(shè)計作為結(jié)構(gòu)設(shè)計的一個重要組成部分,越來越受到工程師們的關(guān)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(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足、過大變形、連接破壞,構(gòu)件失穩(wěn)或整體傾硬而破壞。因此,結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計應(yīng)從上述兩個方面保證結(jié)構(gòu)的安全。下面,我們結(jié)合結(jié)構(gòu)設(shè)計中常見的若干間題進(jìn)行討論：第2頁，共13頁，2023年，2月20日，星期一一、場地問題1．場地選擇應(yīng)避開危險地段抗震規(guī)范規(guī)定,場地地質(zhì)勘察,除應(yīng)按國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定執(zhí)行外,尚應(yīng)根據(jù)需要劃分為對建筑有利、不利和危險地段。提供建筑的場地類別及巖土的地質(zhì)穩(wěn)定性如滑坡、崩塌等評價,規(guī)范進(jìn)一步要求宜選擇有利地段、避開不利地段,當(dāng)無法避開時應(yīng)采取適當(dāng)?shù)目拐鸫胧?不應(yīng)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(fù)雜,現(xiàn)有的設(shè)計經(jīng)驗不足,只能作原則規(guī)定,即“應(yīng)詳細(xì)查明地質(zhì)、地貌、地形條件、并依據(jù)具體情況采取適當(dāng)?shù)目拐鸫胧?。因?如果條件允許,應(yīng)盡可能避開,因為此類地基大多是屬部局性的。第3頁，共13頁，2023年，2月20日，星期一2、場地類別判定場地類別判定是決定設(shè)計地震作用的主要依據(jù)之一,判斷的正確與否決定了結(jié)構(gòu)設(shè)計是否經(jīng)濟(jì)與安全?？拐鹨?guī)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(quán)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：①依據(jù)全部土層剪切波速按厚度加權(quán)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(jié)果,通常是將Ⅲ類場地判為Ⅱ類場地,給結(jié)構(gòu)設(shè)計帶來安全隱患。第4頁，共13頁，2023年，2月20日，星期一②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(zhì)較好的粘土層,由于鉆探單位依據(jù)地面下15米范圍內(nèi)土層剪切波速簡單平均值,導(dǎo)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Ⅱ類場地,而依據(jù)加權(quán)平均計算的VSM小于140M/S,應(yīng)判定為Ⅲ類場地,同樣給結(jié)構(gòu)設(shè)計造成安全隱患。③對于平均剪切波速位于臨界值的情況,宜結(jié)合場地地脈動測試的結(jié)果,綜合進(jìn)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Ⅱ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(jié)果,該場地地脈動周期約0.39S,由此可判斷其卓越周期遠(yuǎn)大于0.4S,因此,該場地判定為Ⅲ類場地較為合適。第5頁，共13頁，2023年，2月20日，星期一二、結(jié)構(gòu)的概念設(shè)計地震是一種隨機(jī)運動,有著難以把握的復(fù)雜性和不確定性,要準(zhǔn)確預(yù)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(jié)構(gòu)分析方面,由于未能充分考慮結(jié)構(gòu)的空間作用,非彈性性質(zhì),材料時效,阻尼變化,非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的材料性能及其提供的強(qiáng)度儲備,連接構(gòu)造等多種因素,存在著不準(zhǔn)確性,在建筑抗震理論遠(yuǎn)未達(dá)到科學(xué)嚴(yán)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(shè)計,愈來愈受到國內(nèi)外工程界的普遍重視。實踐證明,在設(shè)計一開始就把握好的房屋體形,結(jié)構(gòu)體系,剛度分布,構(gòu)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(gòu)造措施,才有可能使設(shè)計出的建筑具有良好的抗震性能和足夠的可靠度。第6頁，共13頁，2023年，2月20日，星期一概念設(shè)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(chǔ)埋深等概念。2.合理的結(jié)構(gòu)布置,包括結(jié)構(gòu)平面剛度應(yīng)力求均勻?qū)ΨQ,豎向要等強(qiáng)即各樓層屈服強(qiáng)度系數(shù)大致相等（樓層屈服強(qiáng)度系數(shù)是樓層實際受剪承載力標(biāo)準(zhǔn)值與結(jié)構(gòu)彈性地震反應(yīng)樓層剪力的比值）。3.應(yīng)控制結(jié)構(gòu)的變形。4.適宜的結(jié)構(gòu)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(zhì)量有關(guān),減輕自重,能有效地減少地震作用。6.確保結(jié)構(gòu)的整體性,如構(gòu)件間的可靠造接,現(xiàn)澆混凝土施工縫的處理等。第7頁，共13頁，2023年，2月20日，星期一三、結(jié)構(gòu)計算1、常用計算程序目前常用的結(jié)構(gòu)計算程序大致可分為以下四類：①平面框架結(jié)構(gòu)②平面框架（壁式柜架）空間協(xié)同③空間薄壁桿系④空間墻板單元平面框架結(jié)構(gòu)系截取結(jié)構(gòu)的一片進(jìn)行計算,僅適用于較為規(guī)則的框架結(jié)構(gòu),在7度區(qū)以上使用時,應(yīng)按雙向地展作用進(jìn)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(shè)計人員只進(jìn)行單向地展作用計算,另外一向按連系梁進(jìn)行計算及配筋,另外,也發(fā)現(xiàn)對復(fù)雜的空間框架強(qiáng)行分片計算的不合理現(xiàn)象。

第8頁，共13頁，2023年，2月20日，星期一平面框架（壁式框架）空間協(xié)同適用于比較規(guī)則的框剪結(jié)構(gòu),對于較復(fù)雜的筒體及框筒體系,該程序無法準(zhǔn)確反映其受力特性。空間薄壁桿系依據(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間題,同時,對于肢數(shù)較多的墻體,與該墻體有關(guān)的構(gòu)件的計算結(jié)果,與該墻體所選用的計算簡圖有較大的關(guān)系,實用上經(jīng)常發(fā)現(xiàn)與墻體關(guān)聯(lián)的構(gòu)件出現(xiàn)結(jié)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(jié)構(gòu),較好地解決了剪力墻的計算模式問題,通過引進(jìn)了結(jié)構(gòu)概念,使程序具備計算較復(fù)雜結(jié)構(gòu)的能力,但計算機(jī)的工作量相應(yīng)增加。第9頁，共13頁，2023年，2月20日，星期一2、計算參數(shù)的確定在設(shè)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(dǎo)致計算結(jié)果的差異,列舉如下：①場地類別選擇錯誤。場地類別直接影響結(jié)構(gòu)計算中的反應(yīng)譜曲線,場地類別選擇不當(dāng),直接影響計算的地震力的大小。②計算周期未予折減。由于考慮到填充墻等非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的剛度在結(jié)構(gòu)計算中未予考慮,因此,計算的結(jié)構(gòu)自振周期較實際結(jié)構(gòu)周期偏長,如未進(jìn)行周期折減,則計算的地震力偏小結(jié)構(gòu)偏于不安全。③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(jié)構(gòu)剛度的貢獻(xiàn),因此,應(yīng)通過對梁剛度放大,考慮樓板對結(jié)構(gòu)剛度的影響。④對于局部有搭樓的結(jié)構(gòu),為考慮其鞭梢效應(yīng),應(yīng)選用足夠多的計算振型數(shù),一般應(yīng)取6個振型數(shù)以上（非藕連）。第10頁，共13頁，2023年，2月20日，星期一3、計算結(jié)果的選用對于計算結(jié)果的判斷,應(yīng)考慮計算周期是否在合理的范圍內(nèi),以保證結(jié)構(gòu)剛度合適。地震力計算是否適當(dāng),如地震力力偏小,應(yīng)適當(dāng)放大地震力。另外,還應(yīng)對變形進(jìn)行復(fù)核,應(yīng)該注意,許多程序提供的位移數(shù)值是結(jié)構(gòu)形心處的數(shù)值,而不是最不利位置的數(shù)值,應(yīng)進(jìn)行轉(zhuǎn)換后與規(guī)范限值進(jìn)行比較。第11頁，共13頁，2023年，2月20日，星期一四、常見的設(shè)計失誤1、縫寬不符合要求。部分設(shè)計人員依然沿襲沉降縫的設(shè)計方法,而未考慮沉降縫應(yīng)按抗震縫要求設(shè)置。2、不同的基礎(chǔ)方式混用（包括部分設(shè)置地下室部分未設(shè)置地下室）,應(yīng)注意兩部分的地震激勵存在差別,因此應(yīng)盡量避免采用。3、不同的結(jié)構(gòu)形式混用,如部分采用框架部分采用磚混結(jié)構(gòu),因為兩種形式的地震反應(yīng)是不同的,因此應(yīng)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(yīng)采取措施。部分設(shè)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(jié)構(gòu),未能對底層存在的短柱進(jìn)行處理另外,對于樓梯間因?qū)娱g平臺引起的短柱問題也未給予充分注意。第12頁，共13頁，2023年，2月20日，星期一5、《鋼筋混凝土規(guī)范》規(guī)定柱斷面不大于40