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中圖分類號(hào):TU973+.31 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):
一.引言
樓梯是建筑的一個(gè)重要組成部分,是最重要的疏散工具,在抗震防災(zāi)中起著舉足重輕的作用。所以樓梯的設(shè)計(jì)是十分重要的工作,樓梯設(shè)計(jì)的好壞也直接影響到建筑的抗震能力。從地震被損壞的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)房屋來(lái)看,其中一個(gè)特點(diǎn)是樓梯構(gòu)件的破壞,影響了逃生通道安全,造成人員傷亡。根據(jù)2008年汶川地震震害的相關(guān)報(bào)告,樓梯對(duì)結(jié)構(gòu)安全以及疏散時(shí)人身安全的意義非常重大。因此,我們有必要認(rèn)真研讀規(guī)范的有關(guān)要求,結(jié)合工程實(shí)際情況,認(rèn)真對(duì)待抗震設(shè)計(jì)時(shí)的樓梯設(shè)計(jì)。
二.抗震設(shè)計(jì)樓梯參與結(jié)構(gòu)計(jì)算的重要性
現(xiàn)代建筑工程抗震性能的需求要求建筑工程設(shè)計(jì)過(guò)程中必須考慮抗震設(shè)計(jì)樓梯參與結(jié)構(gòu)計(jì)算工作的重要性。以抗震樓梯設(shè)計(jì)對(duì)建筑物主體結(jié)構(gòu)抗震性能的促進(jìn)作用促進(jìn)建筑物的抗震性能提升。建筑工程設(shè)計(jì)單位應(yīng)根據(jù)現(xiàn)代建筑工程設(shè)計(jì)過(guò)程中樓梯設(shè)計(jì)對(duì)建筑物主體工程的影響強(qiáng)化抗震設(shè)計(jì)樓梯參與結(jié)構(gòu)計(jì)算工作,實(shí)現(xiàn)建筑物抗震性能的提高,促進(jìn)現(xiàn)代建筑工程設(shè)計(jì)目標(biāo)的達(dá)成
在現(xiàn)代建筑工程的設(shè)計(jì)中,鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)所具有的優(yōu)勢(shì)使得其在現(xiàn)代建筑工程的設(shè)計(jì)中有著極為廣泛的應(yīng)用。在鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)中,樓梯能夠?qū)翘蓍g結(jié)構(gòu)起到斜撐作用,增加主體結(jié)構(gòu)的剛度。在傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,由于計(jì)算方式與設(shè)計(jì)理論的限制使得樓梯及樓梯間不參與整體結(jié)構(gòu)的計(jì)算。隨著現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)理論的日趨成熟以及建筑物抗震等級(jí)要求的不斷提高,建筑工程抗震樓梯設(shè)計(jì)參與整體結(jié)構(gòu)計(jì)算已經(jīng)納入相關(guān)規(guī)范要求。在抗震樓梯與樓梯間增加剛度的同時(shí),還應(yīng)與水平隔板、樓蓋板等做好鏈接,以此形成整體、提高建筑物的抗震性能。在汶川地震震后調(diào)查中,樓梯梯段板斷裂的情況非常普遍,嚴(yán)重影響了震后的自救與救災(zāi)。而且,樓梯系統(tǒng)的斷裂也造成了對(duì)主體結(jié)構(gòu)抗震性能的影響,造成了余震中建筑物抗震性能的下降。
三.樓梯和結(jié)構(gòu)主體
樓梯對(duì)主體結(jié)構(gòu)的影響主要表現(xiàn)有兩個(gè)方面,樓梯對(duì)豎向構(gòu)件的影響以及樓梯自身的傳力。由于樓梯傳力,豎向構(gòu)件往往會(huì)出現(xiàn)短柱或錯(cuò)層。而樓梯本身傳力需得到保障,從而實(shí)現(xiàn)疏散功能。
理論研究以及一些震害調(diào)查表明,樓梯對(duì)主體結(jié)構(gòu)的影響大小,主要取決于樓梯與主體結(jié)構(gòu)的相對(duì)剛度比。主體結(jié)構(gòu)整體剛度越大,比如抗震墻結(jié)構(gòu),框架一抗震墻結(jié)構(gòu),由于結(jié)構(gòu)主體自身的剛度很大,整體性能好,樓梯剛度對(duì)于主體而言相對(duì)很小,那么它對(duì)主體影響就很小,有時(shí)可以忽略不計(jì);而當(dāng)采用框架結(jié)構(gòu),裝配式結(jié)構(gòu),特別是砌體結(jié)構(gòu)的時(shí)候,樓梯對(duì)其主體的影響就不容小視了,在多遇地震作用下,結(jié)構(gòu)基本是處于彈性工作狀態(tài),填充墻、砌體承重墻沒(méi)有開(kāi)裂或者開(kāi)裂程度不高,剛度尚未退化,樓梯剛度在主體結(jié)構(gòu)中依舊可以認(rèn)為不大,而在超出設(shè)防烈度及罕遇地震的時(shí)候,結(jié)構(gòu)一般進(jìn)入彈塑性狀態(tài),墻體開(kāi)裂,剛度驟然降低,樓梯剛度在主體剛度中所占的比重就越加增大,現(xiàn)澆梯板可視為剛性樓板,承擔(dān)傳遞水平地震作用的重任,從而導(dǎo)致樓梯梯板拉裂,樓梯間短柱破壞,最終導(dǎo)致主體破壞甚至坍塌。
經(jīng)過(guò)工程實(shí)例對(duì)比發(fā)現(xiàn),樓梯構(gòu)件是否參與結(jié)構(gòu)整體計(jì)算,不僅影響地震作用效應(yīng)的計(jì)算結(jié)果,也可能由于改變恒載、活載的傳遞途徑而對(duì)相關(guān)構(gòu)件計(jì)算產(chǎn)生影響。
對(duì)比發(fā)現(xiàn)當(dāng)其他區(qū)域荷載小于樓梯間時(shí),不考慮樓梯影響計(jì)算結(jié)果顯示位移比較大,考慮樓梯剛度后剛心與質(zhì)心的重合程度有所改善,位移比有所減小。
結(jié)合條文說(shuō)明,規(guī)范允許根據(jù)不同的具體結(jié)構(gòu),判斷樓梯構(gòu)件對(duì)整體的可能影響很大或不大,然后區(qū)別對(duì)待,并不要求一律參與整體結(jié)構(gòu)的計(jì)算,但樓梯構(gòu)件自身應(yīng)計(jì)算抗震。現(xiàn)行規(guī)范對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)樓梯間抗震設(shè)計(jì)的基本要求可歸納為:是否參與整體抗震計(jì)算,視情況而定;樓梯構(gòu)件應(yīng)進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)計(jì)算;加強(qiáng)樓梯間填充墻與主體結(jié)構(gòu)的拉結(jié)。
由于地震動(dòng)的不確定性、地震的破壞作用、結(jié)構(gòu)地震破壞機(jī)理的復(fù)雜性,以及結(jié)構(gòu)計(jì)算模型的各種假定與實(shí)際情況的差異,.目前,依據(jù)所規(guī)定的地震作用進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗震驗(yàn)算,不論計(jì)算理論和工具如何發(fā)展,計(jì)算怎樣嚴(yán)格,計(jì)算的結(jié)果還是比較粗略,過(guò)分地追求數(shù)值上的精確是不必要的。然而,從工程的震害看,這樣的抗震驗(yàn)算是有成效的,不可輕視。
四.樓梯抗震設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)建議
考慮樓梯對(duì)主體結(jié)構(gòu)的影響時(shí),應(yīng)根據(jù)主體結(jié)構(gòu)與樓梯的側(cè)向剛度大小,采取相應(yīng)的設(shè)計(jì)措施:
1.樓梯采用現(xiàn)澆式或者裝配整體式混凝土結(jié)構(gòu),不應(yīng)采用裝配式結(jié)構(gòu)。
2.對(duì)框架結(jié)構(gòu),砌體結(jié)構(gòu)及其他整體性不好的結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)計(jì)算中應(yīng)注意考慮樓梯對(duì)主體結(jié)構(gòu)的影響和主體結(jié)構(gòu)對(duì)樓梯的影響,采用包絡(luò)設(shè)計(jì)的方法。基于現(xiàn)行規(guī)范,在對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行規(guī)則性判斷和位移計(jì)算時(shí),可不計(jì)樓梯的影響。而構(gòu)件設(shè)計(jì)則需要考慮樓梯的作用,按計(jì)入和不計(jì)人樓梯分兩種情況進(jìn)行設(shè)計(jì)。
3.對(duì)主體結(jié)構(gòu)剛度很大,整體性較好的結(jié)構(gòu),如抗震墻結(jié)構(gòu)、框架一抗震墻結(jié)構(gòu)等,一般不考慮樓梯的影響,不過(guò)在結(jié)構(gòu)平面布置時(shí),應(yīng)重視樓梯間周圍的豎向構(gòu)件,類似于電梯井,盡量使抗震墻位置合理,這樣,既可以使樓梯對(duì)主體結(jié)構(gòu)的影響減小,同時(shí)也保護(hù)了樓梯構(gòu)件。
4.需特別注意設(shè)置樓梯形成的框架短柱或錯(cuò)層柱,柱箍筋除應(yīng)滿足計(jì)算要求外,箍筋應(yīng)全高加密,宜按抗震等級(jí)提高一級(jí)配置。
5.樓梯處梁上立柱時(shí),柱子截面一般都很難做大,但該柱也應(yīng)按照框架柱要求設(shè)計(jì),保證其截面面積不小于300mmX300mm,柱最小邊長(zhǎng)不應(yīng)小于200mm,并相應(yīng)增加另一邊高度。£在以往的設(shè)計(jì)中,當(dāng)?shù)讓訜o(wú)地下室時(shí),樓梯直接支撐在孤立的樓梯梁上,而根據(jù)震害調(diào)查發(fā)現(xiàn),此做法不妥,地震時(shí)樓梯板吸收的水平地震作用在樓梯梁處的水平傳力路徑中斷,孤立的樓梯梁很難擔(dān)當(dāng)由梯板傳遞的水平推力,梯板邊緣的梁截面處往往開(kāi)裂甚至破環(huán),設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量避免。
五.結(jié)束語(yǔ)
樓梯是建筑的一個(gè)重要組成部分,是最重要的疏散工具,在抗震防災(zāi)中起著舉足重輕的作用。從地震被損壞的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)房屋來(lái)看,其中一個(gè)特點(diǎn)是樓梯構(gòu)件的破壞,影響了逃生通道安全,造成人員傷亡,所以建筑樓梯設(shè)計(jì)是非常重要的工作。綜上所述,不管是對(duì)規(guī)范理解出發(fā),還是結(jié)合工程實(shí)際,樓梯設(shè)計(jì)對(duì)建筑抗震的影響應(yīng)當(dāng)被廣大設(shè)計(jì)師高度重視。目前來(lái)看,各種軟件的樓梯參與建筑抗震計(jì)算情況并不夠理想,不能過(guò)分依賴。設(shè)計(jì)可在比較合理的基礎(chǔ)上利用計(jì)算軟件,不拘泥于細(xì)節(jié),不追求過(guò)高的計(jì)算精度,強(qiáng)調(diào)按概念設(shè)計(jì)進(jìn)行各種調(diào)整。讓樓梯參與建筑抗震計(jì)算和加強(qiáng)抗震措施,使得樓梯對(duì)建筑抗震的影響降到最低,從而讓建筑結(jié)構(gòu)更為合理。
參考文獻(xiàn):
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新年伊始,鄭州市商業(yè)技師學(xué)院舉行第五屆教師論文大賽。經(jīng)過(guò)近6個(gè)小時(shí)的角逐,商業(yè)貿(mào)易系師利君老師和旅游烹飪系周芳老師分獲一等獎(jiǎng),數(shù)控車焊系李林義等3名教師分獲二等獎(jiǎng),醫(yī)藥化工系赫中魁等5名教師分獲三等獎(jiǎng),機(jī)電工程系王金有等6名教師分獲優(yōu)秀獎(jiǎng)。大賽自2012年4月啟動(dòng)以來(lái),共征集到論文285篇。大賽組委會(huì)對(duì)各系篩選出的32篇論文進(jìn)行了認(rèn)真評(píng)審,最終確定16篇論文進(jìn)入決賽。
大連理工大學(xué)
孔憲京教授主持項(xiàng)目獲國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)
在2012年度國(guó)家科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)勵(lì)大會(huì)上,大連理工大學(xué)孔憲京教授主持完成的“高土石壩抗震設(shè)計(jì)理論研究與工程應(yīng)用”獲得國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。這是孔憲京教授繼2010年榮獲核電廠工程抗震領(lǐng)域的國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)之后,再攀科技高峰,率領(lǐng)團(tuán)隊(duì)在土石壩抗震研究方面取得的又一項(xiàng)重大科研成果。孔憲京教授科研團(tuán)隊(duì)的科研項(xiàng)目研究成果對(duì)有效保障我國(guó)高土石壩抗震安全、優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、采取有效抗震措施、節(jié)約工程投資等發(fā)揮了重要作用,創(chuàng)造了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
鹽城技師學(xué)院
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近日,鹽城技師學(xué)院與常熟觀致汽車有限公司舉行了校企合作簽約儀式。常熟觀致汽車有限公司初始注冊(cè)資本為34億元,由奇瑞汽車有限公司與世界500強(qiáng)企業(yè)以色列集團(tuán)共同投資成立。院長(zhǎng)呂成鷹充分肯定了觀致公司對(duì)校企合作工作所做的貢獻(xiàn)。她說(shuō),鹽城技師學(xué)院的辦學(xué)宗旨就是為企業(yè)服務(wù),為現(xiàn)代企業(yè)提供需要的綜合素質(zhì)高的技能人才,希望雙方樹(shù)立起“招生即招工,員工即學(xué)生”的理念,真正實(shí)現(xiàn)“專家進(jìn)課堂、教師進(jìn)企業(yè)”的深層次合作。
唐山勞動(dòng)技師學(xué)院
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日前,唐山勞動(dòng)技師學(xué)院舉行了河北聯(lián)合大學(xué)唐山勞動(dòng)高級(jí)技工學(xué)校函授站首屆函授大專生畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯啟動(dòng)儀式。唐山勞動(dòng)技師學(xué)院院長(zhǎng)、黨委書(shū)記兼函授站站長(zhǎng)李,河北聯(lián)合大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院副院長(zhǎng)王治國(guó),負(fù)責(zé)畢業(yè)答辯的評(píng)委教師以及200多名即將畢業(yè)的首批函授大專生參加了啟動(dòng)儀式。本次啟動(dòng)儀式標(biāo)志著唐山勞動(dòng)技師學(xué)院函授站自2010年初建站以來(lái),在河北聯(lián)合大學(xué)的支持下,經(jīng)過(guò)全院師生的共同努力,迎來(lái)采擷豐收的時(shí)刻——第一屆215名函授大專生即將順利畢業(yè)。
廣西南寧高級(jí)技工學(xué)校
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為了活躍校園文化氛圍,豐富同學(xué)們的第二課堂活動(dòng),增強(qiáng)班級(jí)團(tuán)結(jié)力和凝聚力,廣西南寧高級(jí)技工學(xué)校醫(yī)藥校區(qū)學(xué)生科、團(tuán)總支聯(lián)合舉辦第二屆“趣味競(jìng)技拓展活動(dòng)周”。此次活動(dòng)周活動(dòng)分三周舉行,每周舉辦一個(gè)項(xiàng)目,這三個(gè)項(xiàng)目分別為袋鼠跳、貼長(zhǎng)龍、夾氣球。同學(xué)們以班級(jí)為單位組隊(duì)參賽,每個(gè)項(xiàng)目參加人數(shù)上限為20人,以三個(gè)項(xiàng)目的總分計(jì)算成績(jī),共設(shè)一等獎(jiǎng)2名、二等獎(jiǎng)6名、三等獎(jiǎng)8名。學(xué)生們紛紛表示很喜歡趣味競(jìng)技拓展活動(dòng),豐富了自己的課余生活,密切了自己和同學(xué)間的交流,希望學(xué)校今后能繼續(xù)舉辦類似的活動(dòng)。
大連市房地產(chǎn)高級(jí)技工學(xué)校
多位老師在全國(guó)職業(yè)學(xué)校教學(xué)設(shè)計(jì)及說(shuō)課比賽中獲獎(jiǎng)
為了提高教學(xué)質(zhì)量,更好地貫徹“做中學(xué),做中教”的職教方針,引進(jìn)更好的教學(xué)方法并實(shí)現(xiàn)與外校的交流,大連市房地產(chǎn)高級(jí)技工學(xué)校教師積極參加全國(guó)中等職業(yè)學(xué)校教師教學(xué)設(shè)計(jì)和說(shuō)課比賽,并取得了驕人的成績(jī)。吳麗媛老師參加機(jī)械類專業(yè)課程“創(chuàng)新杯”教師教學(xué)設(shè)計(jì)和說(shuō)課大賽獲得二等獎(jiǎng),李雯老師參加數(shù)學(xué)課程“創(chuàng)新杯”教師教學(xué)設(shè)計(jì)和說(shuō)課大賽獲得一等獎(jiǎng),侯曉寧老師參加工藝美術(shù)類專業(yè)課程“創(chuàng)新杯”教師教學(xué)設(shè)計(jì)和說(shuō)課大賽獲得一等獎(jiǎng)。
五四一高級(jí)技工學(xué)校
一、抗震技術(shù)提出背景
基于抗震性能的設(shè)計(jì)理論,在20世紀(jì)90年代由美國(guó)提出并開(kāi)始這方面的研究。隨后該項(xiàng)理論研究在日本,澳大利亞,中國(guó)等國(guó)家開(kāi)始受到重視。該種理論重在對(duì)建筑物的抗震能力的研究,對(duì)于如何預(yù)防強(qiáng)大的破壞力極強(qiáng)的地震,是該項(xiàng)研究面臨的主要問(wèn)題。目前,世界上建筑物抗震能力相對(duì)較高的應(yīng)數(shù)日本了。這個(gè)國(guó)家由于地理位置很是特殊,他處于世界上兩大地震活躍帶之一的環(huán)太平洋地震帶。活躍的地殼運(yùn)動(dòng)經(jīng)常為日本帶來(lái)災(zāi)難性的打擊,整個(gè)日本島國(guó)甚至面臨毀滅的境地。盡管如此,日本還是依然在頑強(qiáng)地和自然災(zāi)害做抗?fàn)帯?qiáng)大的具有毀滅性的地震成就了日本抗震建筑設(shè)計(jì)的輝煌。為了抵御地震發(fā)生后帶來(lái)的毀滅性破壞,日本國(guó)內(nèi)的建筑物大都經(jīng)過(guò)精心設(shè)計(jì),抗震能力相當(dāng)高,一般的地震根 本就不足為慮的。日本這樣一個(gè)彈丸之國(guó),雖然有些時(shí)候狂妄自大,但其自身確實(shí)是具備很多值得我們借鑒的東西,建筑物防震技術(shù)就很值得我們學(xué)習(xí)和借鑒。
我國(guó)地理位置比較特殊,處于世界兩大地震活躍帶之間——環(huán)太平洋地震帶和環(huán)地中海喜馬拉雅地震帶。因此,我國(guó)的地震多發(fā)性相對(duì)于世界其他國(guó)家來(lái)說(shuō)也是很頻繁的,如1976年唐山大地震、2008年汶川大地震、2010年玉樹(shù)地震。每一次地震破壞性都相當(dāng)大,每一次都是慘痛的教訓(xùn)。在地震中,許多居民房屋倒塌,流離失所,無(wú)家可歸。雖然事后國(guó)家舉全國(guó)之力恢復(fù)了重建,但慘痛的教訓(xùn)是無(wú)法抹去的。每一個(gè)人或許都在思考:為什么有的房屋倒塌了而有的房屋依然矗立?答案明確得再明確不過(guò)。關(guān)心這一問(wèn)題除了大眾輿論之外,恐怕最為關(guān)心的莫過(guò)于建筑設(shè)計(jì)師們。于是,在建房屋必須具備抗震能力的要求在建筑行業(yè)成了明確的理念。
二、房屋抗震技術(shù)的概念及其特征
(一)房屋抗震技術(shù)的概念
房屋抗震技術(shù)主要是指建筑物或者構(gòu)筑物在設(shè)計(jì)和施工中必須應(yīng)用到的具備預(yù)防和抵抗破壞性地震的技術(shù)能力。現(xiàn)代建筑業(yè)的發(fā)展引入了抗震防震的理念,并且抗震強(qiáng)度提升,不再是一般的震級(jí),而是能夠抵抗強(qiáng)度更大的地震。目前,國(guó)內(nèi)有相當(dāng)一部分學(xué)者致力于抗震技術(shù)的研究,并取得了豐碩的成果。相關(guān)的文獻(xiàn)資料為抗震技術(shù)的應(yīng)用提供了理論指導(dǎo)和技術(shù)支撐。
(二)房屋抗震技術(shù)的特征
1.房屋結(jié)構(gòu)的合理性。建筑物需要能夠具備抵抗地震的能力,設(shè)計(jì)者首先應(yīng)當(dāng)追求房屋結(jié)構(gòu)的合理性設(shè)計(jì)原理。房屋設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的合理性要求建筑材料的選取,建筑物的設(shè)計(jì)、施工都應(yīng)當(dāng)有步驟,有計(jì)劃的進(jìn)行,追求每一個(gè)環(huán)節(jié),每一個(gè)角度的精密性。
2.房屋主體的抗震性。房屋抗震技術(shù)的應(yīng)用主要就是預(yù)防地震,因?yàn)榈卣鸬钠茐牧Ψ浅4螅軌虼輾У孛娌环€(wěn)固的一切建筑物。房屋的設(shè)計(jì)施工注入抗震理念后,首先應(yīng)當(dāng)具備的能力就是抗震能力。而抗震性主要體現(xiàn)在房屋的主體結(jié)構(gòu)上面,只有把建筑物的主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工好了,才能夠從根本上具備抗震的基本要求,然后才是對(duì)建筑物墻體等設(shè)施的要求。
3.設(shè)計(jì)施工的復(fù)雜性。對(duì)于建筑物的抗震防震要求,首先就得從設(shè)計(jì)上面下功夫,要使其真正具備抵御強(qiáng)度較大的地震破壞,設(shè)計(jì)者們?cè)谠O(shè)計(jì)的前期需要做大量的論證工作,做到合理、充分的論證,使其具備科學(xué)性和合理性。設(shè)計(jì)者們完成了論證和設(shè)計(jì)工作后,這就需要施工者在施工中嚴(yán)格按照建筑的設(shè)計(jì)模式進(jìn)行施工,并且精確度要求很高。要知道,再好的設(shè)計(jì)圖紙,如果沒(méi)有精良的施工者也是徒勞。
三、建筑行業(yè)引入抗震技術(shù)的意義
(一)提高人類抵御自然災(zāi)害的能力
經(jīng)過(guò)我國(guó)幾代人不懈努力地發(fā)展,我國(guó)人民居住的房屋的安全性能越來(lái)越高,特別是抗震技術(shù)的應(yīng)用更是提升了我國(guó)居民對(duì)建筑物抗震的理解與控制的能力。回望歷史,一個(gè)多世紀(jì)以來(lái)的歷次大地震總是給人類社會(huì)造成出乎意料的損失,尤其是特大地震中房屋建筑的倒塌所造成的重大人員傷亡。1976年唐山大地震與2008年汶川大地震對(duì)我國(guó)簡(jiǎn)直是破壞性的打擊,這使得我國(guó)建筑設(shè)計(jì)者們不得不考慮房屋建筑結(jié)構(gòu)的抗震安全性問(wèn)題。抗震技術(shù)的應(yīng)用,使得我國(guó)房屋建筑結(jié)構(gòu)性能大大提高,并且提升了抵御大地震的能力。
(二)改善我國(guó)居民的生存環(huán)境
現(xiàn)代工業(yè)飛速發(fā)展,無(wú)論是城市還是農(nóng)村,一座座高樓拔地而起。這一切既預(yù)示著現(xiàn)代化的發(fā)展進(jìn)程,同時(shí)也為人們的生存帶來(lái)危機(jī)。因?yàn)榈卣鸹顒?dòng)的頻繁,高樓要是發(fā)生倒塌,那就等于是致命的攻擊。而隨著抗震技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用,使得房屋建筑的抗震能力大大提升,這直接改善了人們的生存環(huán)境。有了牢固的建筑,人們不用再惶惶不可終日。人們可以在較為安全的環(huán)境下學(xué)習(xí)、工作,而不用擔(dān)心建筑物隨時(shí)倒塌。
(三)促進(jìn)我國(guó)建筑行業(yè)的新發(fā)展
我國(guó)的建筑業(yè)一直停留在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)施工技術(shù)上。傳統(tǒng)的建筑安全性能較低,那時(shí)對(duì)于抗震性能的要求不是很高,或者說(shuō)是還沒(méi)有引入抗震的理念。隨著地震活動(dòng)的頻繁,災(zāi)害性帶來(lái)的損失的巨大,建筑設(shè)計(jì)、施工者們意識(shí)到了必須提高房屋的抗震性能,這時(shí)候,抗震理念應(yīng)運(yùn)而生。抗震理念在維持現(xiàn)行結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)原則的前提下,更加突出地明確結(jié)構(gòu)在強(qiáng)烈地震下的損傷破壞部位,并通過(guò)這些預(yù)期部位的損傷與破壞,達(dá)到保證建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)人員安全的目標(biāo),從而大大提高房屋內(nèi)人員的安全性。隨著抗震理念應(yīng)用的日趨推廣,這就促使建筑行業(yè)邁上了新的臺(tái)階,不斷向著更好的方向發(fā)展。
Abstract: the world's population increased continuously, make the per capita living space gradually reduce, and then make the emergence of the high-rise building become an inevitable result. In recent years, such as earthquake disaster for high-rise building with the great damage and loss makes people have to of high-rise building in the design and construction of the construction of the seismic performance increase of consideration. This article describes and analyzes the structure of the high-rise building aseismic design of many of the idea of the foundation, and further puts forward the specific methods of seismic design.
Keywords: high building; Seismic performance; Ideas; The specific method
中圖分類號(hào):[TU208.3]文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):
地震因?yàn)槠涓咂茐牧透卟淮_定性兩個(gè)特征成為一種危害人類正常生活的重大自然災(zāi)害。同時(shí)也成為包括高層建筑在內(nèi)的絕大部分建筑設(shè)計(jì)和施工項(xiàng)目都必需考慮的一個(gè)重要因素之一[1]。因?yàn)樵谌祟惖陌l(fā)展歷史上,地震這一自然災(zāi)害給人們帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)和人身安全的損失,于是在很早以前抗震設(shè)計(jì)就成為了建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)里的一個(gè)重要考慮因素,而建筑結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)理念和方法也隨著歷史的進(jìn)步在不斷的發(fā)展。雖然人類目前還無(wú)法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)地震災(zāi)害并確保建筑物在地震中免受損失和破壞,但是已經(jīng)形成了一套比較完整的理論和方法體系,在一定程度上能做到“小震不壞,中震不修,大震不倒”,并盡大可能的做到了減少因地震建筑物倒塌而給人們生命和財(cái)產(chǎn)帶來(lái)的的嚴(yán)重?fù)p失。
高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)理念
一直以來(lái),對(duì)于建筑物的抗震設(shè)計(jì)理念和方法的研究都是建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的一個(gè)必要考慮因素,而增強(qiáng)建筑物的抗震性能是理論研究者為之奮斗不懈的的目標(biāo)。現(xiàn)有的抗震設(shè)計(jì)理念是經(jīng)過(guò)以下幾個(gè)重要的階段而總結(jié)得來(lái)的。
一是剛性設(shè)計(jì)理念。這是人們應(yīng)對(duì)地震這一自然災(zāi)害所總結(jié)和研究出的第一個(gè)設(shè)計(jì)的理念。當(dāng)時(shí)的地震工程學(xué)者對(duì)地震和抗震理論知識(shí)的了解還很少,很貧乏。學(xué)者普遍認(rèn)為建筑物在地震中損壞甚至倒塌的主要原因是因?yàn)榻ㄖ锏膭偠炔粔颍荒艿挚沟卣鸬木薮竽芰坎艜?huì)倒塌。按照這一設(shè)計(jì)理念人們?cè)诜课莸氖┕そㄔO(shè)工程中就通過(guò)增加剪力墻的厚度和承重墻的鋼筋和水泥的比例,以此來(lái)保證墻體結(jié)構(gòu)有足夠的剛度,從而時(shí)地基與整個(gè)主體建筑形成一個(gè)剛性的有機(jī)整體。但是這一理念有其自身所具備的局限性,因?yàn)閺?qiáng)調(diào)對(duì)建筑物剛度的要求,使得建筑物在高度和跨度上的發(fā)展收到限制。
二是柔性設(shè)計(jì)理念。因?yàn)榭吹搅藙傂栽O(shè)計(jì)理念的先天性不足,在剛性設(shè)計(jì)理念之后,抗震設(shè)計(jì)專家和學(xué)者們又提出了一個(gè)與剛性設(shè)計(jì)理念全然不同的柔性設(shè)計(jì)理念。這一理念放棄了對(duì)建筑物剛性的追求并且利用柔性建筑在地震中建筑物可以有效的側(cè)移和形變的優(yōu)點(diǎn)來(lái)減少地震對(duì)建筑物的損害。事實(shí)表明,這一設(shè)計(jì)理念具備了剛性設(shè)計(jì)理念所無(wú)法具備的優(yōu)勢(shì),并且在一些小的低等級(jí)的地震中能比較好的保證建筑物的完好[2]。但是也僅僅是限于應(yīng)對(duì)低等級(jí)的地震,事實(shí)表明,當(dāng)遇到較高等級(jí)的地震時(shí),在這一設(shè)計(jì)理念的指導(dǎo)下所建設(shè)的房屋是沒(méi)有任何抵抗力的。
三是結(jié)構(gòu)控制設(shè)計(jì)理念。這一設(shè)計(jì)理念主要是通過(guò)對(duì)建筑物的控制結(jié)構(gòu)的設(shè)置使已有的結(jié)構(gòu)和新生的結(jié)構(gòu)共同抵御地震。最近這些年以來(lái),這一設(shè)計(jì)理念被廣泛應(yīng)用于橋梁和高層建筑物的抗震設(shè)計(jì)中。
第四個(gè)是性能設(shè)計(jì)理念。這一設(shè)計(jì)理念的主要思想是讓建筑物在面對(duì)不同等級(jí)地震的時(shí)候能有不一樣的與之對(duì)應(yīng)的抗震能力與性能,體現(xiàn)了多級(jí)抗震設(shè)防的重要思想[3]。該理論是在之前剛性設(shè)計(jì)理念、柔性設(shè)計(jì)理念和結(jié)構(gòu)控制設(shè)計(jì)理念的基礎(chǔ)之上發(fā)展的全新的理論,因?yàn)槠漭^大的抗震優(yōu)勢(shì),使得它成為現(xiàn)階段實(shí)際應(yīng)用最為廣泛的抗震設(shè)計(jì)理念。它具體表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面:①盡可能增加多道抗震防線。每一個(gè)抗震機(jī)構(gòu)的體系都不是一個(gè)單一的體系,而一般都是右多個(gè)有良好延性的系統(tǒng)構(gòu)成,而每一個(gè)分系統(tǒng)又是通過(guò)有較好延伸性能和柔性的構(gòu)件相互連接配合作用的。比如說(shuō)有剪力墻-框架體系是由具有良好延性的剪力墻和柔性較高的框架組成,而剪力墻又是分為雙肢剪力墻和多肢剪力墻分體系。一般的,強(qiáng)地震都伴隨著一系列的余震,這就要求建筑物節(jié)構(gòu)具備抵抗強(qiáng)震的第一道防線之后還能有第二道,第三道防線來(lái)抵抗接下來(lái)的余震,只有這樣,才能保證建筑物在強(qiáng)震之后仍舊能夠不倒塌。這就要求每一樓層里的主要抗震耗能構(gòu)建在強(qiáng)震中屈服后其他的輔助構(gòu)建仍具有彈性性能,從而延長(zhǎng)構(gòu)件的“有效屈服時(shí)間”。 ②增強(qiáng)薄弱部位的抗震性能。構(gòu)件的實(shí)際承受能力和計(jì)算承受能力是對(duì)構(gòu)件合理布置的基礎(chǔ),當(dāng)在實(shí)際地震過(guò)程中,構(gòu)件的實(shí)際承受里高于計(jì)算承受力,也就是構(gòu)件面臨承受力的不定集中的情況,這時(shí)候就需要通過(guò)其他的與之相連的輔助構(gòu)件對(duì)它的承受力完成轉(zhuǎn)移[4]。在薄弱部位(很有可能出現(xiàn)力的集中的部位)增強(qiáng)抗震設(shè)計(jì),提高其抗震性能,能夠有效做到保證建筑物在地震中變形小,不倒塌。
二、高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法
對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì),通常要考慮高層建筑物的剛度、強(qiáng)度,和延性,因?yàn)椴粌H要保證整體結(jié)構(gòu)在地震中能夠承受一定范圍內(nèi)的軸壓力和剪力,同時(shí)還要做到在力過(guò)大的時(shí)候在允許結(jié)構(gòu)有一定的變形但是不至于嚴(yán)重倒塌。這是抗震的主要內(nèi)容,也是抗震的核心內(nèi)容。而現(xiàn)在具體的設(shè)計(jì)方法有以下這些。
一是多采用強(qiáng)剪弱彎結(jié)構(gòu)。建筑結(jié)構(gòu)中的梁和柱子簡(jiǎn)剪力破壞比軸向扭力破壞所帶來(lái)的后果要嚴(yán)重的多,所以在設(shè)計(jì)之中要增強(qiáng)粱柱和墻體的剪力弱化軸向彎力。另外與此類似的還應(yīng)該多采用強(qiáng)柱弱梁和強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件的設(shè)計(jì)方法。
二是改善高層建筑結(jié)構(gòu)均勻性設(shè)計(jì)。首先是高層建筑是一個(gè)三維結(jié)構(gòu),在地震中作用力的方向是任意的,使其側(cè)向兩軸在剛度上均勻是保證其抗震性和抗風(fēng)性的重要因素[5];然后是在沿豎直方向的層剪力剛性性能盡量不要發(fā)生突變;最后就是沿同一軸的各向抗側(cè)力結(jié)構(gòu)要避免出現(xiàn)剛度較大而延性較低的結(jié)構(gòu)。
三是加強(qiáng)短柱抗震性能。①改善建筑物整個(gè)結(jié)構(gòu)的抗震性能可以通過(guò)縮小短柱的截面積,增大剪跨比進(jìn)而提高短柱的計(jì)算受壓載重力的方式達(dá)到。具體的方法是增強(qiáng)混泥土的實(shí)際等級(jí),降低其軸壓比。②采用鋼管混泥土的方式澆灌短柱。在由圓形鋼管構(gòu)成的構(gòu)件體系里澆筑混泥土保證了混泥土能夠在三個(gè)方向都能受到足夠強(qiáng)度的壓力,從而提高了混泥土本身的抗壓能力和極限應(yīng)力,進(jìn)而在保證剛度和強(qiáng)度的前提下增強(qiáng)了其延性。③采用分體柱結(jié)構(gòu)。這種方法是通過(guò)人為的將柱子的抗彎性能降低到其抗剪性能之下,從而用短柱在地震中的延性破壞代替它的水平斷裂進(jìn)而保證建筑物不易倒塌。
結(jié)語(yǔ)
隨著社會(huì)和科技的進(jìn)步和發(fā)展,專家學(xué)者對(duì)建筑物結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的理念也在不斷的更新進(jìn)步,進(jìn)步和先進(jìn)的理念給我們帶來(lái)的是可靠的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。雖然人類在戰(zhàn)勝地震這一自然災(zāi)害的路上還是任重而道遠(yuǎn),但是我們有理由相信,隨著人們對(duì)已有地震經(jīng)驗(yàn)的總結(jié),我們的抗震工程學(xué)者會(huì)研究出更好的高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念理念和方法,進(jìn)而進(jìn)一步保證人類生命和財(cái)產(chǎn)不受損失。
參考文獻(xiàn):
[1] 張彭,解林偉.試析高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念及方法[J].陜西建筑,2011(08)
[2] 王欣.淺談高層建筑結(jié)構(gòu)選型要點(diǎn)[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào),2010,(15)
abstract
combining with performance grades of reinforced concrete structures at home and abroad, the seismic
performance of steel reinforced concrete (src) structures can be induced into four levels: normal service, temporary service, life safety and collapse prevention. the failure modes and characteristics of src columns are introduced, and limit states of the four seismic performance levels and their dominating parameters are put forward. on the basis of the experiments and results of src frames and columns, the story drifts angle limitation and range of crack width on the column end are obtained for four different seismic performance levels. finally considering ideas of performance based seismic design, problems needed much further study about src structures are proposed.
keywords: steel reinforced concrete (src) structures, seismic performance levels, tolerantdeformation values, quantitative index
1. 引 言
型鋼混凝土結(jié)構(gòu)(src 結(jié)構(gòu))又叫勁性鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)或鋼骨混凝土結(jié)構(gòu),是鋼-混凝 土組合結(jié)構(gòu)的一種形式。src 結(jié)構(gòu)通過(guò)把鋼和混凝土巧妙地組合在一起,充分發(fā)揮了這兩 種材料的特性,其具有比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)承載力高、強(qiáng)度剛度大、穩(wěn)定性和抗震性能好等優(yōu)點(diǎn)。隨 著超高層建筑的發(fā)展和理論研究的深入,src 結(jié)構(gòu)在我國(guó)將具有非常廣闊的應(yīng)用前景。目 前國(guó)內(nèi)外對(duì) src 結(jié)構(gòu)的研究工作和成果主要集中在構(gòu)件的承載能力,即針對(duì)強(qiáng)度計(jì)算開(kāi)展 研究[1]。隨著基于性能抗震設(shè)計(jì)理論的提出和發(fā)展,人們意識(shí)到這種傳統(tǒng)基于力的設(shè)計(jì)方 法還存在缺陷,開(kāi)展基于性能的 src 結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)理論則更加科學(xué)合理,既符合當(dāng)代抗震 設(shè)計(jì)理念的發(fā)展趨勢(shì),又為工程實(shí)踐應(yīng)用和推廣型鋼混凝土結(jié)構(gòu)提供基礎(chǔ)。
確定 src 結(jié)構(gòu)在不同性能水平下的容許變形值是實(shí)現(xiàn)其基于性能抗震設(shè)計(jì)理論的前提 和關(guān)鍵。由于結(jié)構(gòu)的性能與破壞狀態(tài)有關(guān),而結(jié)構(gòu)的破壞狀態(tài)又可由結(jié)構(gòu)的反應(yīng)參數(shù)或者某 些定義的破壞指標(biāo)來(lái)確定,所以,結(jié)構(gòu)性能水平可以用這些主要的參數(shù)來(lái)劃分。容許變形值 被認(rèn)為是比較重要的反應(yīng)參數(shù),但對(duì)此方面的研究還比較欠缺,本文即在此背景下研究 src 結(jié)構(gòu)功能失效的判別參數(shù)和容許變形值的大小。
2. src 結(jié)構(gòu)的性能水平和抗震設(shè)防目標(biāo)
2.1 性能水平劃分
結(jié)構(gòu)的抗震性能水平是指建筑物在某一特定設(shè)防地震水準(zhǔn)下預(yù)期達(dá)到的最大破壞程度, 或容許的損壞極限狀態(tài)。目前對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)性能水平的劃分比較明確,比如我國(guó)現(xiàn)行抗 震規(guī)范[2]將其分為三檔,美國(guó) vision2000、fema273 和 atc-40 分為四檔,當(dāng)然還有學(xué)者 提出其他不同的劃分標(biāo)準(zhǔn)。
性能水平為基于性能的抗震設(shè)計(jì)和震后修復(fù)加固提供依據(jù),對(duì)于 src 結(jié)構(gòu),結(jié)合已有 的劃分方法和試驗(yàn)理論研究成果[2],將其性能水平分為四檔,見(jiàn)表 1 所示。
表 1 src 結(jié)構(gòu)四個(gè)性能水平及其宏觀描述
tab.1 target performance levels and damage control of src structures
2.2 抗震性能目標(biāo)確定
結(jié)構(gòu)的性能目標(biāo)是指一定超越概率的地震發(fā)生時(shí),結(jié)構(gòu)期望達(dá)到的某種功能水平。我國(guó) 現(xiàn)行抗震規(guī)范采用小震不壞、中震可修、大震不倒的三水準(zhǔn)設(shè)防目標(biāo),但在表 1 提出的 src 結(jié)構(gòu)性能水平背景下,已有的三水準(zhǔn)抗震設(shè)防目標(biāo)需要更加細(xì)化。按照小中大三個(gè)地震作用 水平和“四檔”性能水平,可對(duì) src 結(jié)構(gòu)建立表 2 所示的抗震性能目標(biāo)。
表 2 src 結(jié)構(gòu)抗震性能目標(biāo)
tab.2 seismic performance objectives
(其中:①為基本目標(biāo),指一般使用要求的建筑應(yīng)具備的最基本性能目標(biāo);②為重要目標(biāo),指重要性很高
或地震后危險(xiǎn)性較大的性能目標(biāo);③為非常重要目標(biāo),指對(duì)安全有十分危險(xiǎn)影響的性能目標(biāo))
可以看出,排除掉不符合實(shí)際工程的情況,這里對(duì) src 結(jié)構(gòu)建立了 10 個(gè)抗震性能目標(biāo),
其比鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的三水準(zhǔn)設(shè)防目標(biāo)有所提高,且“中震可修”的性能目標(biāo)變得更加具體 化。以上三個(gè)地震作用水平、四檔結(jié)構(gòu)性能水平和 10 個(gè)抗震設(shè)防目標(biāo)的提出為實(shí)現(xiàn) src 結(jié) 構(gòu)基于性能的抗震設(shè)計(jì)理論奠定了基礎(chǔ)。
3. src 框架柱的破壞模式及描述
src 構(gòu)件是在混凝土中主要配置型鋼,同時(shí)配有受力和構(gòu)造鋼筋。型鋼分為實(shí)腹式和 空腹式,實(shí)腹式型鋼主要有 i 字鋼、h 形鋼和 l 形鋼等。理論和實(shí)踐均證明,實(shí)腹式 src 構(gòu)件具有較好的抗震性能,而空腹式 src 構(gòu)件的抗震性能與普通 rc 構(gòu)件的抗震性能基本 相同。因此,這里主要研究含鋼率為 4%~8%的實(shí)腹式 src 構(gòu)件。
3.1 破壞模式和特點(diǎn)
src 柱在水平荷載作用下主要產(chǎn)生三種破壞模式,破壞形態(tài)按剪跨比的不同大致分為 三種。當(dāng)剪跨比小于 1.5 時(shí),src 柱發(fā)生剪切斜壓破壞,首先剪跨段產(chǎn)生許多大致平行的斜 裂縫,將混凝土分成斜向受壓短柱,鋼骨腹板此時(shí)基本處于純剪應(yīng)力狀態(tài),最后鋼骨腹板在
近似純剪應(yīng)力狀態(tài)下達(dá)到屈服強(qiáng)度,剪壓區(qū)混凝土壓碎而破壞;當(dāng)剪跨比為 1.5~2.5 時(shí),src
柱在反復(fù)荷載作用下發(fā)生剪切粘結(jié)破壞,首先在最大彎矩處出現(xiàn)剪切斜裂縫或豎向粘結(jié)裂 縫,隨著荷載的增加與往復(fù)循環(huán),粘結(jié)裂縫擴(kuò)展成兩條沿型鋼翼緣的豎向粘結(jié)主裂縫,最后 裂縫處混凝土保護(hù)層剝落,剪切承載力下降,構(gòu)件破壞;當(dāng)剪跨比大于 2.5 時(shí),src 柱的承 載力往往由彎曲應(yīng)力起作用,一般發(fā)生彎曲破壞,其首先在最大彎矩截面處形成水平裂縫, 隨著荷載增加,柱底縱筋屈服,緊接著型鋼翼緣屈服,隨之腹板屈服,外圍混凝土不斷剝落, 縱筋和型鋼翼緣壓屈,最后 src 柱達(dá)到最大承載力而破壞。
3.2 與 rc 柱破壞的主要區(qū)別
試驗(yàn)研究表明,src 柱比 rc 柱具有更優(yōu)越的抗震性能,其優(yōu)越性主要在于型鋼的影響。 型鋼的存在使構(gòu)件的變形能力增強(qiáng),破壞時(shí)吸收的能量增大,延性也相應(yīng)得到提高。rc 柱 的最終破壞是由于壓區(qū)混凝土的壓酥,src 柱由于設(shè)置較強(qiáng)勁的鋼骨,壓區(qū)混凝土逐漸壓 酥后,rc 部分的承載力將向鋼骨轉(zhuǎn)移,其后期仍有相當(dāng)大的變形能力來(lái)延緩破壞。可見(jiàn), 無(wú)論在承載能力和剛度方面,還是在延性和耗能能力方面,src 構(gòu)件均體現(xiàn)了良好的抗震 性能,其在不同性能水平下的變形容許值也將大于傳統(tǒng) rc 結(jié)構(gòu),這方面的研究工作值得深 入開(kāi)展。
4. src 結(jié)構(gòu)功能失效的判別標(biāo)準(zhǔn)和容許變形值大小
4.1 四個(gè)性能水平及其極限狀態(tài)
目前關(guān)于結(jié)構(gòu)性能水平的劃分方法很多,美國(guó) vision2000、fema273 和 atc-40 均將 其劃分為四種性能水平,日本和墨西哥則采取三重性能水準(zhǔn),參照已有的劃分標(biāo)準(zhǔn)和我國(guó)新 的“建筑工程抗震性態(tài)設(shè)計(jì)通則(試用本)”,本文按照我國(guó)抗震設(shè)計(jì)的需要和建筑損傷加重 的程度,對(duì) src 結(jié)構(gòu)采用正常使用、暫時(shí)使用、生命安全和接近倒塌四個(gè)性能水平。
傳統(tǒng)基于力的抗震設(shè)計(jì)理論將 rc 結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)分為承載能力極限狀態(tài)和正常使用 極限狀態(tài),基于性能的抗震設(shè)計(jì)考慮到“投資-效益”因素,從結(jié)構(gòu)受力和業(yè)主損失兩方面出 發(fā),對(duì)應(yīng)于所提的四個(gè)性能水平,將 src 結(jié)構(gòu)的破壞極限狀態(tài)分為正常使用極限狀態(tài)、暫 時(shí)使用極限狀態(tài)、生命安全極限狀態(tài)和接近倒塌極限狀態(tài)。
4.2 不同性能水平的失效判別標(biāo)準(zhǔn)和參數(shù)
為了確定 src 框架柱在四個(gè)性能水平下的容許變形值,首先應(yīng)該能夠?qū)Ω鞣N性能水平 的損壞極限狀態(tài)進(jìn)行描述,相應(yīng)的就必須建立 src 柱不同性能水平的失效判別標(biāo)準(zhǔn)和參數(shù)。 傳統(tǒng)的 rc 結(jié)構(gòu)采用層間位移角這種單一指標(biāo)作為量化參數(shù),對(duì)于 src 結(jié)構(gòu),可以利用層 間位移角、裂縫寬度、塑形耗能、塑形轉(zhuǎn)角和延性系數(shù)等加以描述和量化。
src 壓彎構(gòu)件經(jīng)歷了混凝土開(kāi)裂、裂縫延伸擴(kuò)展,直到壓區(qū)混凝土剝落,受壓縱筋和 型鋼受壓翼緣屈服,承載力達(dá)到峰值的一系列過(guò)程,構(gòu)件最終以受壓區(qū)混凝土破碎作為喪失 承載力的標(biāo)志。為了與上述四檔性能水平相對(duì)應(yīng),可將其整個(gè)受力過(guò)程劃分為彈性階段、帶 裂縫工作階段、彈塑性工作階段和破壞階段。
在前述 src 柱破壞形態(tài)與剪跨比的定量關(guān)系基礎(chǔ)上,可以建立 src 柱三種破壞模式各 自的失效判別標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)過(guò)分析,發(fā)現(xiàn)得出的三種失效判別標(biāo)準(zhǔn)之間有很多共同點(diǎn),因此可將 其歸納為統(tǒng)一的判別標(biāo)準(zhǔn)以便應(yīng)用。對(duì)于 src 柱,從開(kāi)始加載到沿柱身出現(xiàn)剪切斜裂縫或 彎曲裂縫為正常使用性能階段,此為彈性工作階段,以開(kāi)始出現(xiàn)斜裂縫或彎曲裂縫為正常使
用性能極限狀態(tài);從混凝土開(kāi)始出現(xiàn)裂縫到受拉鋼筋或型鋼受拉翼緣屈服為暫時(shí)使用性能階
段,此階段是帶裂縫工作階段,以受拉縱筋或型鋼翼緣屈服為暫時(shí)使用性能極限狀態(tài);從型 鋼開(kāi)始出現(xiàn)屈服到外圍混凝土剝落,縱筋壓屈且水平荷載達(dá)到最大值為生命安全性能階段, 此為彈塑性工作階段,以水平荷載達(dá)最大值為生命安全性能極限狀態(tài);從 src 柱承載力達(dá) 最大值到混凝土保護(hù)層嚴(yán)重剝落,直至核芯混凝土發(fā)生局部破碎且承載力嚴(yán)重下降為接近倒 塌性能階段,此階段為塑形階段,以核芯混凝土發(fā)生局部破碎為接近倒塌性能極限狀態(tài)。
4.3 不同性能水平的容許變形值
結(jié)合上述判別標(biāo)準(zhǔn),可分別以層間位移角、裂縫寬度、塑形耗能和延性系數(shù)等作為 src 結(jié)構(gòu)四個(gè)性能水平極限狀態(tài)的判別參數(shù)。考慮到其中一些指標(biāo)計(jì)算的難度,并為了與我國(guó)抗 震規(guī)范的性能指標(biāo)相一致,這里以層間位移角和框架柱的裂縫寬度作為各種性能水平極限狀 態(tài)的判別指標(biāo)。
為了得到各種性能水平的層間位移角范圍,本文對(duì)國(guó)內(nèi)外 src 試驗(yàn)柱、src 平面框架 試驗(yàn)共約 90 個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析,試驗(yàn)框架柱大部分為實(shí)腹式 src 構(gòu)件,軸壓比范圍為
0.3~0.8,體積配箍率為 0.8%~2.2%。通過(guò)分析文獻(xiàn)[4]-[20]中試驗(yàn)柱和平面框架的變形性能, 以及對(duì)各個(gè)性能水平極限狀態(tài)的層間位移角統(tǒng)計(jì)結(jié)果來(lái)看,所有試件在未開(kāi)裂彈性階段的層 間位移角分布范圍為 1/400~1/185,其中 1/400 對(duì)應(yīng)的 src 柱僅有不到 4%的配鋼率且軸壓 比較高,大部分試件的彈性位移角集中在 1/350~1/200 范圍內(nèi);僅有少數(shù)試件測(cè)到 src 柱 受拉鋼筋或型鋼屈服時(shí)的層間位移角,分布范圍為 1/120~1/100,有的學(xué)者統(tǒng)計(jì)為 1/133~
1/100,但大部分集中在 1/120 左右;所有試件均得到了 src 構(gòu)件在接近倒塌極限狀態(tài)的層 間位移角,其分布范圍為 1/53~1/11。
表 3 src 結(jié)構(gòu)各性能水平的層間位移角分布范圍及分布比
tab. 3 distribution range and proportion of inter-storey drift
正常使用階段
從上表各性能階段的層間位移角分布情況來(lái)看,src律性較好。按照各個(gè)性能水平層間位移角的分布比例,在達(dá)到一定安全保證率的情況下,將
src 框架結(jié)構(gòu)正常使用、暫時(shí)使用和接近倒塌三個(gè)性能水平極限狀態(tài)的層間位移角限值定
為 1/350、1/120 和 1/35;同時(shí),將生命安全狀態(tài)的層間位移角限值設(shè)在 1/120 和 1/30 之間, 取為 1/75。
另外,框架柱的裂縫寬度也易于作為各種性能水平極限狀態(tài)的判別指標(biāo)。文獻(xiàn)[4]-[20]
所做的 src 框架柱抗震性能試驗(yàn)中,在對(duì)層間和柱端位移角測(cè)量的同時(shí),考察到的柱端裂
縫寬度 在正 常使用 、暫 時(shí)使用 、生 命安全 和接 近倒塌 四個(gè) 性能水 平的 分布范 圍為
0.05~0.1mm、0.5~1mm、1~2mm 和大于 2mm。
綜上所述,本文提出的 src 框架結(jié)構(gòu)在不同性能水平時(shí)的層間位移角限值和柱端裂縫 寬度可總結(jié)為表 4。
表 4 src 框架結(jié)構(gòu)性能水平量化指標(biāo)限值
tab. 4 limit value of quantitative index for src structures
5. 結(jié)論及建議
1) 提出基于性能的 src 結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)理論這一新課題,結(jié)合國(guó)內(nèi)外對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu) 性能水平的劃分標(biāo)準(zhǔn),將 src 結(jié)構(gòu)的性能水平劃分為正常使用、暫時(shí)使用、生命安全和接 近倒塌四個(gè)等級(jí),在此基礎(chǔ)上建立了 src 結(jié)構(gòu)的 10 個(gè)抗震設(shè)防目標(biāo);
2) 總結(jié)了 src 柱在不同剪跨比時(shí)的破壞形態(tài),提出了四個(gè)性能水平的失效判別標(biāo)準(zhǔn)和 參數(shù),建議各自的層間位移角限值分別取 1/350、1/120、1/75 和 1/35,并將對(duì)應(yīng)的柱端裂縫 寬度范圍定為 0.05~0.1mm、0.5~1mm、1~2mm 和>2mm;
3) 本文所提四個(gè)性能水平的容許變形值僅建立在少量試驗(yàn)基礎(chǔ)上,還需要將試驗(yàn)量測(cè) 結(jié)果和大量數(shù)值模擬結(jié)合起來(lái),從理論上建立容許變形值的計(jì)算公式;同時(shí),已有的 src 結(jié)構(gòu)試驗(yàn)研究主要針對(duì)框架結(jié)構(gòu),目前迫切需要開(kāi)展型鋼混凝土組合件和型鋼混凝土剪力墻 的試驗(yàn)研究,以便為全面實(shí)現(xiàn) src 結(jié)構(gòu)性態(tài)抗震設(shè)計(jì)提供依據(jù)。
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1 引言
地震給人類造成的最大危害是房屋倒塌,危度生命和財(cái)產(chǎn)安全。磚房在歷次地震中的震害很嚴(yán)重,農(nóng)村、城鎮(zhèn)房屋建筑的主體為多層砌體結(jié)構(gòu)。在地震力的作用下,磚結(jié)構(gòu)易發(fā)生脆性的剪切破壞,從而導(dǎo)致房屋的破壞和倒塌。全國(guó)城鎮(zhèn)民用建筑中,以磚砌體作為墻體材料的占90%以上,多層砌體(含底框磚房)所占(面積)比例達(dá)89%。抓好抗震設(shè)防地區(qū)建設(shè)工程的抗震設(shè)計(jì),對(duì)減輕地震災(zāi)害有積極的作用。因此加強(qiáng)抗震地區(qū)合理的進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)是十分重要的工作。
2 農(nóng)村房屋設(shè)計(jì)中存在的主要問(wèn)題
(1)在建多層砌體住宅中,房屋出現(xiàn)超高現(xiàn)象。有些底層還出現(xiàn)店面屋
(2)有的房屋為設(shè)置大客廳,犧牲門間墻寬度,開(kāi)大門洞,大門洞間墻寬僅有240mm,并將陽(yáng)臺(tái)做成大懸挑從而擴(kuò)展客廳面積,當(dāng)部分地方尺寸滿足不了要求,也不注意采取措施,采用增大截面及配筋的構(gòu)造柱替代磚墻肢,把布局改得亂七八糟的,不僅不美觀,平面改成層次不齊,墻體沿豎向布置上下不連續(xù)。
(3)在房屋設(shè)計(jì)中沒(méi)有對(duì)抗震承載力進(jìn)行計(jì)算。
(4)房屋在抗震設(shè)計(jì)中,采取的抗震措施不到位。很多設(shè)計(jì)不完整,設(shè)置不足,細(xì)節(jié)不清楚,不管能實(shí)效不,就靠圖紙來(lái)施行。
(5)在建多層樓房屋中,為了滿足部分大空間需要,底層或頂層采用“混雜”結(jié)構(gòu)體系的,在底層或頂層局部采用鋼筋砼內(nèi)框架結(jié)構(gòu),有的僅將構(gòu)造柱和圈梁局部加大,當(dāng)作結(jié)構(gòu)的框架。
3.農(nóng)村建筑抗震設(shè)計(jì)的基本原則
(1)選擇對(duì)抗震有利的場(chǎng)地和地基,從地形地貌看,應(yīng)選擇地勢(shì)平坦開(kāi)闊的地方作為建筑場(chǎng)地。
(2)合理規(guī)劃,避免地震時(shí)發(fā)生次生災(zāi)害。房屋不要建得太密,房屋的間距以不小于1~1.5倍房屋的高度為宜。
(3)抗震結(jié)構(gòu)方案一般應(yīng)采用矩形、方形、圓形的平面布置。要選擇經(jīng)濟(jì)合理的設(shè)計(jì)方案
(4)保證結(jié)構(gòu)的整體性,并使結(jié)構(gòu)和聯(lián)結(jié)部分具有較好的塑性。
(5)盡量不做建筑突出屋面的磚煙囪、女兒墻等,以免引起房屋破壞
(6)減輕建筑物的自重,降低它的重心位置。建筑物所受的地震荷載的大小和它的重量成正比。減輕建筑物的重量,是減少地震荷載最經(jīng)濟(jì)最有效措施。
(7)購(gòu)置正規(guī)合格材料。材料強(qiáng)度應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求,按設(shè)計(jì)圖紙施工,并嚴(yán)格按照施工規(guī)范施工。
4農(nóng)村房屋抗震設(shè)計(jì)
4.1房屋坐落設(shè)計(jì),布局要合理
房屋布局要緊湊,美觀合理。盡量設(shè)計(jì)為正房,從而加大才光亮。區(qū)位選址要合理,建筑物與周圍環(huán)境相協(xié)調(diào),有足夠的人均建筑面積,充分利用土地資源,使住宅具有足夠的抵抗自然災(zāi)害能力。房間設(shè)備亮度足夠,通風(fēng)良好,南北朝向?yàn)榧眩虻拈g距在凈高1.5倍以上。房屋總高度與總寬度的最大比值,不能超過(guò)抗震規(guī)范要求。
4.2結(jié)構(gòu)體系設(shè)計(jì)
首先應(yīng)采用橫墻承重或縱橫墻共同承重的結(jié)構(gòu)體系。縱橫向應(yīng)應(yīng)具有合理的剛度和強(qiáng)度。對(duì)出現(xiàn)薄弱的地方應(yīng)采取相應(yīng)措施提高其抗震能力。墻體布置應(yīng)滿足地震作用有合理的傳遞途徑。同一結(jié)構(gòu)單元不應(yīng)采用磚房與底框磚房或內(nèi)框架磚房或框架結(jié)構(gòu)等“混雜”的結(jié)構(gòu)類型。應(yīng)采用相同的結(jié)構(gòu)類型。
4.2.1外墻維護(hù)設(shè)計(jì)。優(yōu)先采用陶粒空心砌塊、陶粒聚苯砌塊作為外墻圍護(hù)。
4.2.2窗戶設(shè)計(jì)。要針對(duì)地區(qū)特點(diǎn)、窗的位置、朝向及室外遮擋等情況,進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)。農(nóng)村住房可采用現(xiàn)行建筑設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定的窗地比。科技論文。窗應(yīng)布置在房間或開(kāi)間中部。這樣可以使室內(nèi)照明度均勻,窗臺(tái)高度高度一般為900mm,不能過(guò)高或過(guò)低。科技論文。
4.2.3抗震設(shè)計(jì)。抗震性能好壞取決于建筑地點(diǎn)、地質(zhì)條件;建筑物的設(shè)計(jì)是否符合抗震設(shè)計(jì)規(guī)范;施工質(zhì)量的優(yōu)劣。建造中適當(dāng)配以構(gòu)造柱、圈梁及拉結(jié)筋,以增強(qiáng)建筑物的抗震能力。
4.2.4平、立面布置。有的沒(méi)抗震設(shè)計(jì)理念,為開(kāi)大門洞,縮小門間墻寬度。建筑的平面布置和抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的平面布置要對(duì)稱,有規(guī)則。縱、橫墻沿平面布置不能對(duì)齊的墻體較少,樓梯間不宜設(shè)在房屋的轉(zhuǎn)角處,房屋轉(zhuǎn)角處的門窗間墻承受雙向側(cè)向應(yīng)力,其局部尺寸應(yīng)不小于lm;其余外縱墻的門窗間墻局部尺寸部分不滿足1m要求時(shí),其限值可放寬到0.8m;內(nèi)墻門間墻局部尺寸不滿足要求時(shí),可用設(shè)構(gòu)造柱來(lái)滿足。建筑的立面和豎向剖面力求規(guī)則,結(jié)構(gòu)的側(cè)向剛度宜均勻變化,墻體沿豎向布置上下應(yīng)連續(xù),避免剛度突變。當(dāng)房屋的立面高差較大、錯(cuò)層較大,采用防震縫將結(jié)構(gòu)分割成平面和體形規(guī)則的獨(dú)立元。雖然磚砌體與構(gòu)造柱和圈梁可以增加房屋的延性。但它們不能同時(shí)發(fā)揮作用。
4.3抗震計(jì)算
抗震計(jì)算是抗震設(shè)計(jì)中的重要內(nèi)容,是保證滿足抗震承載力的基礎(chǔ)。對(duì)平面和豎向不規(guī)則的多層磚房采用考慮地震扭轉(zhuǎn)影響的分析程序。多層磚房的抗震計(jì)算可采用底部剪力法。
4.4抗震措施
為保證房屋在地震中有良好的抗震能力,以下介紹了幾點(diǎn)抗震措施內(nèi)容。
4.4.1構(gòu)造柱和圈梁的設(shè)置
現(xiàn)在農(nóng)村很多房屋是多層砌體房屋。對(duì)橫墻較多或較少的要采取不同設(shè)置,對(duì)橫墻較少的應(yīng)根據(jù)房屋增加一層或二層后的層數(shù)。對(duì)橫墻較多應(yīng)按要求設(shè)置構(gòu)造柱。對(duì)橫墻承重或縱橫墻共同承重的裝配式鋼筋砼樓、木樓、屋蓋應(yīng)按抗震規(guī)范要求設(shè)置圈粱。圈梁的截面和配筋不能太大。
4.4.2構(gòu)件間的連接措施
(1)構(gòu)造柱與樓、屋蓋連接:當(dāng)為現(xiàn)澆樓、屋蓋時(shí),在樓、屋蓋處設(shè)240mmx120mm拉梁與構(gòu)造柱連接。為屋蓋時(shí).構(gòu)造柱應(yīng)與每層圈梁連接。
(2)構(gòu)造柱與磚墻連接:構(gòu)造柱與磚墻連接處應(yīng)砌成馬牙槎。并沿墻高每隔500mm設(shè)2Φ6拉結(jié)鋼筋,每邊伸入墻內(nèi)不小于1m。
(3)墻與墻的連接:抗震設(shè)防烈度為7度時(shí),層高超過(guò)3.6m或長(zhǎng)度大于7.2m的大房間,外墻轉(zhuǎn)角及內(nèi)外墻交接處,當(dāng)未設(shè)構(gòu)造柱時(shí),應(yīng)沿墻高每隔500mm設(shè)2Φ6拉結(jié)鋼筋,每邊伸入墻內(nèi)不小于lm。
(4)屋頂間的連接:突出屋面的樓梯間,構(gòu)造柱應(yīng)從下一層伸到屋項(xiàng)間頂部,并與頂部圈粱連接。
(5)后砌墻體的連接:應(yīng)沿墻商每隔500mm設(shè)2Φ6拉結(jié)鋼筋與承重墻連接。每邊伸入墻內(nèi)不小于0.5m。抗震設(shè)防烈度為8度到9度時(shí)。長(zhǎng)度大于5.1m的后砌墻頂,應(yīng)與樓、屋面板或梁連接。科技論文。
(6)欄板的連接:磚砌欄板應(yīng)配水平鋼筋,并且壓項(xiàng)臥梁應(yīng)與砼立柱相連。
(7)構(gòu)造柱底端連接:構(gòu)造柱可不單獨(dú)設(shè)基礎(chǔ),但應(yīng)伸入室外地面下500mm,或錨入室外地面下不小于300mm的地圈梁。
4.4.3懸臂構(gòu)件的連接
(1)女兒墻的穩(wěn)定措施:抗震設(shè)防烈度為6~7度時(shí),240mm厚無(wú)錨固女兒墻(非出入口處)的高度不能超過(guò)0.5m,當(dāng)超過(guò)時(shí),女兒墻應(yīng)按抗震構(gòu)造圖集要求采取措施。女兒墻的計(jì)算高度可從屋蓋的圈梁頂面算起。當(dāng)屋面板周邊與女兒墻有鋼筋拉結(jié)時(shí)。計(jì)算高度可從板面算起。
(2)懸挑構(gòu)件:懸臂陽(yáng)臺(tái)挑梁的最大外挑長(zhǎng)度不能大于1.8m.不應(yīng)大于2m。并且不能采用墻中懸挑式踏步或豎肋插入墻體的樓梯。
5農(nóng)村新建房屋的措施
新建房屋要從當(dāng)?shù)丨h(huán)境、設(shè)計(jì)方案、機(jī)構(gòu)、材料、人員等方面進(jìn)行控制,從而提高房屋的施工質(zhì)量和房屋抗震水平。
對(duì)于當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境做一個(gè)系統(tǒng)的調(diào)查,做到因地制宜。合理采用設(shè)計(jì)方案,加強(qiáng)新型房屋結(jié)構(gòu)的抗震能力的技術(shù)措施。在房屋建造區(qū)域建立地勘資料,為農(nóng)民服務(wù)。作為地震行政主管部門應(yīng)加強(qiáng)對(duì)農(nóng)民地震知識(shí)的宣傳,加強(qiáng)地震防范意識(shí)。對(duì)于建筑的用料要嚴(yán)格進(jìn)行控制,防止使用不合格的建筑材料,以免建造質(zhì)量低劣的房屋。無(wú)論是村民還是施工人員應(yīng)具備一些基本的抗震知識(shí)。
6.結(jié)束語(yǔ)
隨著我國(guó)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)水平的提高,農(nóng)村住宅數(shù)量越來(lái)越多,越來(lái)越多的農(nóng)民建新房,多層房屋,在建房中,應(yīng)重視房屋抗震設(shè)計(jì)中的各個(gè)環(huán)節(jié),將工程質(zhì)量放在首位,嚴(yán)格按照施工規(guī)范要求施工,加強(qiáng)規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工方面的管理,從而降低房屋的地震程度。
參考文獻(xiàn):
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引言
房屋的抗震性能最大程度上取決于房屋的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn),抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)越高,房屋的抗震性能就越強(qiáng)。目前,已有數(shù)百位專家在研究討論新的房屋抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn),以期修改沿用多年的房屋建造抗震標(biāo)準(zhǔn),增強(qiáng)新建房屋的抗震能力。北京地區(qū)近日已率先將農(nóng)房抗震要求提高到了能抵御8級(jí)地震的高標(biāo)準(zhǔn)。據(jù)測(cè)算,抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)每提高一級(jí),建筑成本將隨之提高8%-10%。 房屋的選址是房屋抗震性能的外部主要條件,初步總結(jié)四川地震的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)可以發(fā)現(xiàn),遭遇同等強(qiáng)度地震的不同位置的房屋,其抗震性能有所不同。位于地質(zhì)斷層附近的房屋比其他房屋更易被震塌。我國(guó)是一個(gè)地震多發(fā)國(guó)家,發(fā)生過(guò)破壞性地震的城市占全國(guó)城市總數(shù)的10%以上。因此,各地今后在房屋建筑設(shè)計(jì)與施工之前,必須充分重視房屋的選址應(yīng)遠(yuǎn)離地質(zhì)斷層,防患于未然。 房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工質(zhì)量、房屋裝修是決定房屋抗震性能中受人為影響最大的兩個(gè)因素。在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,一般而言,剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震性能優(yōu)于框架結(jié)構(gòu),框架結(jié)構(gòu)優(yōu)于磚混結(jié)構(gòu)。在施工質(zhì)量中,建筑物必須嚴(yán)格根據(jù)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范施工。 居住者在房屋裝修時(shí)不得隨意更改房屋結(jié)構(gòu),尤其是不可隨意更改房屋承重墻等一些關(guān)鍵部位,更改結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)得到專業(yè)人士的指導(dǎo)或相關(guān)許可,任何擅自改動(dòng)都有可能降低房屋抗震性能,造成致命隱患。
1 建筑物的重要性決定了其不同程度上的抗震性能
不同結(jié)構(gòu)型式是不同建筑物功能需求和性價(jià)比所決定的,不能單單片面的說(shuō)地震來(lái)臨時(shí),哪種結(jié)構(gòu)型式就一定好哪種結(jié)構(gòu)型式就一定不好;因?yàn)榘茨壳暗目拐鹪O(shè)防標(biāo)準(zhǔn),它們有一個(gè)共同的設(shè)防目標(biāo):小震不壞 、中震可修 、大震不倒。
國(guó)家按建筑物發(fā)生災(zāi)害時(shí)對(duì)人民生命財(cái)產(chǎn)可能造成損失的程度,按建筑物分為甲乙丙丁四類。主要的、重要的水電站、醫(yī)院、電力、通訊等生命救援保障和人員密集建筑被定為甲類或乙類,一般的住宅、辦公等均定義為乙類,設(shè)防的目標(biāo)也不同:丙類建筑在設(shè)計(jì)時(shí)按設(shè)防目標(biāo)進(jìn)行;甲乙類建筑設(shè)計(jì)時(shí)至少要提高1度,請(qǐng)注意,這里均指是烈度而不是震級(jí),這也很好理解,好的地基要比差的地基抗震性能好,處在地震活動(dòng)帶的建筑自然發(fā)生地震的幾率大,抗震性能也很難保證。
2 建筑物得抗震性能首先取決于建筑物的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)
國(guó)家根據(jù)地震發(fā)生的可能性和震害的嚴(yán)重性確定各地區(qū)基本設(shè)防烈度,這是各地區(qū)抗震設(shè)計(jì)的基本參數(shù),主要代表地面加速度的大小。設(shè)防烈度一般分6~9度,上海地區(qū)設(shè)防烈度主要為7度,崇明、金山為6度。對(duì)具體建筑物,需要結(jié)合建筑使用功能的重要性確定建筑的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn),即確定設(shè)計(jì)烈度和抗震等級(jí)。對(duì)一般建筑,設(shè)計(jì)烈度就是本地區(qū)設(shè)防烈度。設(shè)計(jì)烈度愈高,抗震能力愈強(qiáng),但建筑物造價(jià)也愈高。
2.1 房屋結(jié)構(gòu)的抗震性能與合理的抗震設(shè)計(jì)密切相關(guān)。
抗震設(shè)計(jì)就是要選擇合適的結(jié)構(gòu)形式,確定合理的抗震措施,保證結(jié)構(gòu)的抗震性能,確保建筑物滿足“小震不壞、中震可修、大震不倒”的抗震目標(biāo)。所謂中震,指設(shè)防烈度,小震比中震小約1.55度,而大震則比中震增加約1度。合理的抗震設(shè)計(jì)主要基于先進(jìn)的抗震理念、系統(tǒng)的分析計(jì)算和恰當(dāng)?shù)目拐鸫胧<纫⒁饪刂瓶拐鹬笜?biāo)如軸壓比、相對(duì)變形等,又要采取合適的抗震構(gòu)造措施。
目前高層住宅主要采用現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu)、框架-核心筒或框架-剪力墻結(jié)構(gòu),具有較好的強(qiáng)度和變形能力,抗震性能相對(duì)較好。因此,無(wú)論板式住宅還是點(diǎn)式住宅,只要設(shè)計(jì)合理,都可滿足抗震要求。多層住宅大部分采用磚混結(jié)構(gòu),目前多采用現(xiàn)澆樓板,并采取設(shè)構(gòu)造柱和圈梁等抗震措施,或者采用框架結(jié)構(gòu),大大增強(qiáng)了抗震能力。部分建筑外形怪異,平立面不規(guī)則,傳力體系復(fù)雜甚至需要多次結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換,這既增加了建筑物造價(jià),也影響了建筑物的抗震性能。
2.2 房屋抗震性能還與施工質(zhì)量等其他因素有關(guān)。因此加強(qiáng)施工質(zhì)量監(jiān)督,規(guī)范既有建筑的使用管理是十分必要的。
3 建筑物抵抗地震的能力不確定性
為了搞好抗震結(jié)構(gòu)的施工,首先要了解地震力對(duì)建筑物可能引起的破壞作用。因?yàn)榈卣饡r(shí)不確定性和復(fù)雜性,我們很難用“數(shù)值設(shè)計(jì)”來(lái)有效控制結(jié)構(gòu)的抗震性能,因此不能完全依賴于計(jì)算。根據(jù)目前對(duì)地震規(guī)律的認(rèn)識(shí),抗震設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想是:房屋在使用期間,對(duì)不同強(qiáng)度的地震應(yīng)具有不同的抵抗能力,一般小震發(fā)生的可能性較大,因此,要求做到結(jié)構(gòu)不損壞,這在技術(shù)上,經(jīng)濟(jì)上是可以做到的。近幾年臺(tái)灣發(fā)生三次地震,福建沿海受其余震波影響,沒(méi)有造成建筑物嚴(yán)重?fù)p壞。如果要求結(jié)構(gòu)遭受大震時(shí)不損壞,這在經(jīng)濟(jì)上是不合理的,因此可以允許結(jié)構(gòu)破壞。但是在任何情況下,不應(yīng)導(dǎo)致建筑物倒塌,概括起來(lái)說(shuō),抗震設(shè)防的一般目標(biāo)就是要做到“小震不壞,大震不倒”。從另一方面看,一個(gè)地區(qū)的基本地震烈度也是難以準(zhǔn)確估計(jì)的,要根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡刂罚匦魏蜌v史地震情況等確定,因此房屋抗震能力很難確定。那就要在結(jié)構(gòu)強(qiáng)度上和構(gòu)造上下功夫,才能做到建筑物裂而不倒。這種危中脫險(xiǎn)的工作主要依賴于良好的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工質(zhì)量。
4 施工質(zhì)量和房屋抗震性能的關(guān)系
在強(qiáng)烈地震的作用下,要使建筑物裂而不倒,關(guān)鍵在施工過(guò)程的控制,以保證結(jié)構(gòu)本身具有足夠的強(qiáng)度和各部件間有可靠的連接。對(duì)混合結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō),一是砌體強(qiáng)度,也就是磚塊本身和砂漿標(biāo)號(hào)。二是內(nèi)外磚墻的咬槎以及構(gòu)造柱,圈梁和墻體的連接構(gòu)造。對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)一是混凝土和鋼筋本身的強(qiáng)度。二是節(jié)點(diǎn)間的連接構(gòu)造,兩者都和施工的質(zhì)量密切相關(guān),強(qiáng)度和構(gòu)造連接的施工質(zhì)量好,建筑就能抵抗地震,否則建筑物就要遭到嚴(yán)重破壞,以致倒塌,人民生命財(cái)產(chǎn)遭到嚴(yán)重?fù)p失。
5 目前影響建筑物抗震的施工質(zhì)量問(wèn)題
對(duì)于磚混結(jié)構(gòu)的建筑物,在材料選用、施工質(zhì)量上應(yīng)當(dāng)引起足夠重視。砌體強(qiáng)度不足,砂漿不飽滿,砂漿標(biāo)號(hào)低,砌筑前磚塊不濕潤(rùn),冬季施工不澆水都會(huì)降低砂漿的粘結(jié)力和砌體的抗剪強(qiáng)度;加之砌體結(jié)構(gòu)通常采用單塊的材料和砂漿砌筑,抗拉壓力低,且主要以手工操作,容易喪失承載能力。圈梁和構(gòu)造柱的配筋不合理:圈梁和構(gòu)造柱依靠其中的鋼筋將建筑上下各層,各片墻體連在一起,哪里連接不好,哪里就容易出問(wèn)題。我們?cè)谑┕がF(xiàn)場(chǎng)經(jīng)常發(fā)現(xiàn)鋼筋搭接長(zhǎng)度不夠,鋼筋接頭該錯(cuò)開(kāi)的不錯(cuò)開(kāi),該彎鉤的不彎鉤,鋼筋位置偏差大等等,都會(huì)直接影響到結(jié)構(gòu)整體連接。 構(gòu)造柱與墻體拉接筋放置不準(zhǔn)確,構(gòu)造柱混凝土振搗不密實(shí),都直接影響構(gòu)造柱的抗震能力,關(guān)系到磚混結(jié)構(gòu)建筑物能否滿足抗震要求。
對(duì)于混凝土結(jié)構(gòu)的建筑物,當(dāng)前鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的施工存在問(wèn)題比較多,對(duì)結(jié)構(gòu)的抗震性能極為不利。首先混凝土強(qiáng)度問(wèn)題,混凝土水泥用量,水灰比和含砂率控制不嚴(yán),對(duì)混凝土濕潤(rùn)養(yǎng)護(hù)不重視,振搗不密實(shí),柱頭施工縫遺留木屑、焊渣等造成柱的斷層,這些都是削弱結(jié)構(gòu)支撐豎向荷載能力的重要因素,嚴(yán)重影響房屋抗震能力。
6 總結(jié)
前面談到影響房屋抗震的施工質(zhì)量問(wèn)題,這些都不是很難做到,只要我們?cè)谑┕み^(guò)程中認(rèn)真負(fù)責(zé),引起重視,發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)整改,嚴(yán)格按照施工規(guī)程操作,控制好每一個(gè)分項(xiàng)、分部工程,絕不片面追求施工速度不顧工程質(zhì)量,對(duì)人民的生命財(cái)產(chǎn)要有高度負(fù)責(zé)的態(tài)度。只有這樣,才能使建筑物的抗震安全性能得到進(jìn)一步保證,人民生命財(cái)產(chǎn)免遭損失。
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中圖分類號(hào): TU2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A
前言:在建筑方案設(shè)計(jì)中,建筑物的抗震設(shè)計(jì)是一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié),它和人們的生產(chǎn)生活有著非常密切的關(guān)系。現(xiàn)有的研究和經(jīng)驗(yàn)表明,在建筑方案設(shè)計(jì)中全面貫徹抗震設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容,將二者結(jié)合到一起,能夠有力的提高建筑物的抗震能力。
1、建筑方案設(shè)計(jì)在建筑抗震設(shè)計(jì)中的幾個(gè)主要設(shè)計(jì)問(wèn)題分析
1.1建筑體型設(shè)計(jì)問(wèn)題
建筑體型包括建筑的平面形狀和立體的空間形狀的設(shè)計(jì)。震害表明,許多平面形狀復(fù)雜,例如平面上的外凸和凹進(jìn)、側(cè)翼的過(guò)多伸懸、不對(duì)稱的側(cè)翼布置等在地震中都遭到了不同程度的破壞。海城地震和唐山地震中有不少這樣的震例。而平面形狀簡(jiǎn)單規(guī)則的建筑(包括單
層和多層建筑)在地震中都未出現(xiàn)較重的破壞;有的甚至保持完好無(wú)損。沿高度立體空間形狀上的復(fù)雜ss和不規(guī)則,例如相鄰單元的高差過(guò)大、出屋面建筑部分的高度過(guò)高、有的建筑裝飾懸伸過(guò)大過(guò)高,這些沿高度形狀上的變化,在地震時(shí)都會(huì)造成震害,特別是在建筑結(jié)構(gòu)剛度發(fā)生突變的部位更易產(chǎn)生破壞。在歷次地震中工業(yè)與民用建筑都有此類震例。
所以,在建筑體型的設(shè)計(jì)中,應(yīng)盡可能的使平面和空間的形狀簡(jiǎn)潔、規(guī)則;在平面形狀上,矩形、圓形、扇形、方形等對(duì)抗震來(lái)說(shuō),都是較好的體型。盡可能少做外凸和內(nèi)凹的體形,盡可能少做不對(duì)稱的側(cè)翼和過(guò)長(zhǎng)的伸翼,在體型布置上盡可能使建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和剛度
比較均勻地分布,避免產(chǎn)生因體形不對(duì)稱導(dǎo)致質(zhì)量與剛度不對(duì)稱而引起建筑物在地震時(shí)發(fā)生對(duì)抗震極不利的扭轉(zhuǎn)反應(yīng)。在建筑方案設(shè)計(jì)中,特別是高層建筑的建筑方案設(shè)計(jì)中,為了建筑立面美觀和藝術(shù)上創(chuàng)意,復(fù)雜的建筑體型是難以避免的,但是,在設(shè)計(jì)時(shí)一定要把建筑藝術(shù)、建筑使用功能同結(jié)構(gòu)抗震安全很好的地結(jié)合起來(lái)。
1.2 建筑平面布置設(shè)計(jì)問(wèn)題
建筑物的平面布置在建筑方案設(shè)計(jì)中是十分重要的部分,它直接反映建筑的使用功能和要求。柱子的距離,內(nèi)墻的布置,空間活動(dòng)面積的大小,通道和樓梯的位置,電梯井的布置,房間的數(shù)量和布置等等,都要在建筑的平面布置圖上明確下來(lái);而且,由于建筑使用功能的不同,每個(gè)樓層的布置有可能差異很大。因此,這就帶來(lái)一個(gè)建筑平面布置的多樣化如何同時(shí)考慮結(jié)構(gòu)抗震要求的問(wèn)題。一個(gè)比較突出的問(wèn)題是,建筑平面上的墻體(包括填充墻、內(nèi)隔墻、有相應(yīng)強(qiáng)度和剛度的非承重內(nèi)隔墻)布置不對(duì)稱;墻體與柱的分布不對(duì)稱,不協(xié)調(diào);造成建筑結(jié)構(gòu)質(zhì)量與剛度在平面上分布的不對(duì)稱,不協(xié)調(diào);使建筑物在地震時(shí)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)地震作用,對(duì)抗震很不利。根據(jù)抗震設(shè)計(jì)審查結(jié)果統(tǒng)計(jì),有的城市在建筑平面布置上不合理的達(dá)17%,在墻體設(shè)置上不符合抗震要求的達(dá)24%。
1.3地展力問(wèn)題
在高層建筑方案設(shè)計(jì)中,除了考慮垂直荷載和水平荷載外,還要考慮地展力。往往由水平地震力產(chǎn)生的內(nèi)力,成為設(shè)計(jì)控制的主要因素。高層建筑的結(jié)構(gòu)體系有多種,當(dāng)?shù)卣鹆叶鹊陀?度時(shí),只要建筑物體型合理。垂直剛度均勻,九層以下的高層建筑,仍可采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。然而,由于高層建筑結(jié)構(gòu)體系自身的柔性較大。加上設(shè)計(jì)師在建筑方案設(shè)計(jì)時(shí)因商業(yè)要求,無(wú)法建筑結(jié)構(gòu)上進(jìn)行合理的設(shè)計(jì),從而引起建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理,造成這類建筑抗震性能先天不足,加上臨街一面底層抗震墻設(shè)簧減少,引起底層的側(cè)移剛度比縱橫墻較多的第二層要小,這種結(jié)構(gòu)的建筑物其地震傾覆力矩主要由鋼筋砼框架柱承擔(dān),使得底層鋼筋砼框架柱的承載能力大為降低,當(dāng)?shù)卣饡r(shí),因?yàn)橄氯嵘蟿偅瑥亩<罢ㄖ陌踩H绾尾拍芸朔@些閑難就是建筑方案設(shè)計(jì)者所面臨問(wèn)題。
1.4 缺乏理論指導(dǎo)和經(jīng)驗(yàn)
建筑抗震設(shè)計(jì)中缺乏科學(xué)規(guī)范的理論指導(dǎo),缺乏實(shí)際經(jīng)驗(yàn)的積累;我國(guó)對(duì)地質(zhì)地震的認(rèn)識(shí)尚不夠完善,對(duì)地震的成因,預(yù)測(cè),防治研究不夠深入,地震防治規(guī)范不夠科學(xué)。因此,在進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)時(shí)候,缺乏一定的科學(xué)依據(jù),或依據(jù)的是不完善的理論。因此,難以在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中完美融合防震設(shè)計(jì)理念。設(shè)計(jì)中,沒(méi)有能夠深入研究地震對(duì)建筑結(jié)構(gòu)破壞的層次和順序,難以做到重視主體的設(shè)計(jì)而兼顧細(xì)節(jié)問(wèn)題。沒(méi)有能根據(jù)實(shí)際情況靈活變通的運(yùn)用抗震設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。
2、建筑方案設(shè)計(jì)和抗震設(shè)計(jì)的關(guān)系分析
建筑方案設(shè)計(jì)對(duì)建筑抗震起重要的基礎(chǔ)作用。建筑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難以對(duì)建筑方案設(shè)計(jì)有很大的改動(dòng),建筑方案設(shè)計(jì)已經(jīng)初步形成了,建筑結(jié)構(gòu)就必須按照原則服從建筑方案設(shè)計(jì)的要求。設(shè)計(jì)師在建筑方案能夠全面的考慮到抗震設(shè)計(jì)的要求,那么結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員按照建筑方案
對(duì)結(jié)構(gòu)部件進(jìn)行科學(xué)、合理的布置,保證建筑結(jié)構(gòu)質(zhì)量與結(jié)構(gòu)剛度均勻分布,結(jié)構(gòu)受力和結(jié)構(gòu)變形共同協(xié)調(diào),提高建筑結(jié)構(gòu)抗震性能和抗震承載能力;如果建筑方案沒(méi)有考慮到抗震的要求,直接給結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)帶來(lái)更大的難題,建筑布局設(shè)計(jì)限制結(jié)構(gòu)抗震布局設(shè)計(jì)。為了進(jìn)
一步提高結(jié)構(gòu)部件抗震承載能力,就必須增大結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面面積,這樣又會(huì)造成很多不必要的浪費(fèi)。所以,在建筑抗震設(shè)計(jì)的過(guò)程中建筑單位要對(duì)建筑體型設(shè)計(jì)、建筑平面布置設(shè)計(jì)、屋頂建筑抗震設(shè)計(jì)等問(wèn)題加以關(guān)注。
3、在建筑方案設(shè)計(jì)中考慮抗震問(wèn)題的作用
3.1體型設(shè)計(jì)中能夠避免質(zhì)量和剛度分布不均
建筑體型包括建筑的平面形狀和主體的空間形狀的設(shè)計(jì)。震害表明,許多平面形狀復(fù)雜,如平面上的外凸和凹進(jìn)、側(cè)翼的過(guò)多伸懸、不對(duì)稱的側(cè)翼布置等在地震中都遭到了不同程度的破壞。唐山地震就有不少這樣的震例。平面形狀簡(jiǎn)單規(guī)則的建筑在地震中未出現(xiàn)較重的破壞,有的甚至保持完好無(wú)損。沿高度立體空間形狀上的復(fù)雜和不規(guī)則在地震時(shí)都會(huì)造成震害。特別是在建筑結(jié)構(gòu)剛度發(fā)生突變的部位更易產(chǎn)生破壞。因此在建筑體型的設(shè)計(jì)中,應(yīng)盡可能地使平面和空間的形狀簡(jiǎn)潔、規(guī)則:在平面形狀上,矩形、圓形、扇形、方形等對(duì)抗震來(lái)說(shuō)都是較好的體型。盡可能少做外凸和內(nèi)凹的體型,盡可能少做不對(duì)稱的側(cè)翼和過(guò)長(zhǎng)的伸翼。在體型布置上盡可能使建筑結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和剛度比較均勻地分布,避免產(chǎn)生因體型不對(duì)稱導(dǎo)致質(zhì)量與剛度不對(duì)稱的扭轉(zhuǎn)反應(yīng)。
3.2屋頂建筑的抗震設(shè)計(jì)作用
屋頂建筑的抗震設(shè)計(jì)人員常被人們忽視,這是因?yàn)槲蓓敳⒉皇墙Y(jié)構(gòu)承重的重要部分。所以人們并不重視這一方面的設(shè)計(jì)。事實(shí)上恰恰相反。屋頂建筑是建筑方案設(shè)計(jì)的非常重要的一部分,根據(jù)現(xiàn)在一些地震的破壞來(lái)看。屋頂建筑是地震破壞最嚴(yán)重的地方之一。在這一部
分的設(shè)計(jì)中應(yīng)該盡量降低屋頂建筑的高度,在材質(zhì)上選擇用高強(qiáng)輕質(zhì)的建筑材料和輕型的建筑造型,保證屋頂建筑的結(jié)構(gòu)質(zhì)量和剛度的均勻分布,這樣就能保證地震作用沿結(jié)構(gòu)方向的均勻傳遞。同時(shí)在設(shè)計(jì)的過(guò)程中,要注意屋頂建筑與整體建筑的重心應(yīng)該保持一致,這樣能
夠顯著提高屋頂建筑的抗震穩(wěn)定性。減少地震過(guò)程中扭轉(zhuǎn)、變形等情況對(duì)建筑物自身的破壞。
結(jié)語(yǔ):
總之,建筑方案設(shè)計(jì)在建筑的抗震設(shè)計(jì)中非常重要,二者之間有著非常密切的關(guān)系。因此,對(duì)于建筑方案的抗震設(shè)計(jì),我們要有足夠的重視并且使其能夠發(fā)揮它的作用。從而保證建筑的抗震能力,保障人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。
參考文獻(xiàn):
中圖分類號(hào):TU323文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A 文章編號(hào):
引言
鋼筋混凝土框架體系,隨著材料性能和制作工藝的不斷提高和改善,應(yīng)用范圍逐漸擴(kuò)大。其建筑布置比較靈活,可以設(shè)計(jì)成具有較大空間的各類建筑。但是,由于其整體結(jié)構(gòu)剛度小、冗余度低, 造成其抵抗強(qiáng)震和抗倒塌能力弱,在強(qiáng)震中易造成較大損失, 震后修復(fù)困難, 修復(fù)費(fèi)用較高。鑒于以上原因,為了在地震區(qū)建設(shè)符合“小震不壞、中震可修、大震不倒”設(shè)防水準(zhǔn)的框架結(jié)構(gòu)房屋,《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》做了相應(yīng)的規(guī)定和要求, “強(qiáng)柱弱梁”就是保證“中震可修、大震不倒”的重要技術(shù)措施之一。由于框架結(jié)構(gòu)一般不具備多道抗震防線, 因此延性框架塑性鉸要求發(fā)生在不影響整體穩(wěn)定的梁上,使柱得到保護(hù),從而保證整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定, 做到“大震不倒”,降低危害。
1國(guó)內(nèi)對(duì)“強(qiáng)柱弱梁”理念的研究現(xiàn)狀
“強(qiáng)柱弱梁”是鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的基本原則之一,即在地震作用下,梁先于柱發(fā)生破壞。 因?yàn)榱浩茐耐ǔJ蔷植康模胰绻憾顺霈F(xiàn)塑性鉸可以消耗掉一部分地震能量,從而更好的保證整個(gè)結(jié)構(gòu)的安全。 而柱破壞則可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)整體的倒塌,后果嚴(yán)重。我國(guó)現(xiàn)行《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》也對(duì)“強(qiáng)柱弱梁”的實(shí)現(xiàn)做出了具體規(guī)定,即除框架頂層和柱軸壓比小于0.15及框支梁與框支柱的節(jié)點(diǎn)外,對(duì)于考慮地震作用組合的一、二、三級(jí)框架柱,柱端組合的設(shè)計(jì)彎矩應(yīng)乘以相應(yīng)的增大系數(shù)。
清華大學(xué)、西安交通大學(xué)、北京交通大學(xué)土木工程專家組[1]通過(guò)對(duì)汶川地震的震害分析指出: 由于樓板的增強(qiáng)作用、框架梁上增加砌體或填充墻的增強(qiáng)作用、增大上部結(jié)構(gòu)的剛度等,使得框架梁或屋蓋的實(shí)際剛度增大, 在實(shí)際框架結(jié)構(gòu)震害中, 很少看到“ 強(qiáng)柱弱梁”型破壞。由于地震的復(fù)雜性,現(xiàn)澆樓板的影響和鋼筋屈服時(shí)的超強(qiáng)等因素的影響, 難以實(shí)現(xiàn)“ 強(qiáng)柱弱梁”的破壞機(jī)制, 這也引出應(yīng)該根據(jù)這些因素來(lái)提高柱端彎矩增大系數(shù)從而達(dá)到梁鉸機(jī)制。從單質(zhì)點(diǎn)體系理想的荷載- 變形關(guān)系曲線[2]出發(fā): “ 強(qiáng)柱弱梁”原則是延性框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵, 圍繞這個(gè)問(wèn)題來(lái)進(jìn)行“ 強(qiáng)柱弱梁”設(shè)計(jì), 那么“ 強(qiáng)柱弱梁”設(shè)計(jì)原則不是通過(guò)增加柱梁剛度比,而是通過(guò)降低梁的相對(duì)強(qiáng)度、提高柱的相對(duì)強(qiáng)度來(lái)實(shí)現(xiàn)的。從構(gòu)件層次和結(jié)構(gòu)體系層次對(duì)“ 強(qiáng)柱弱梁”進(jìn)行概率分析[3]:抗震等級(jí)越高,柱彎矩增大,系數(shù)越大,軸壓比限值越小,梁的界限受壓區(qū)高度越小, 從而使柱端形成塑性鉸的概率減小, 梁端出現(xiàn)塑性鉸的概率增大, 從而增大了“ 強(qiáng)柱弱梁”的形成概率。通過(guò)對(duì)“ 強(qiáng)柱弱梁”的影響因素的分析[4]:為了滿足“ 強(qiáng)柱弱梁”的抗震設(shè)計(jì)要求,柱端設(shè)計(jì)彎矩均應(yīng)按梁端截面實(shí)配鋼筋的抗震受彎承載力進(jìn)行調(diào)整放大,而且在進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)時(shí), 應(yīng)考慮框架梁的塑性內(nèi)力重分布,對(duì)梁端負(fù)彎矩進(jìn)行適當(dāng)調(diào)幅,同時(shí)應(yīng)采用柱邊緣所對(duì)應(yīng)的梁端彎矩設(shè)計(jì)值進(jìn)行截面配筋及裂縫驗(yàn)算。另外需要合理控制框架梁底部鋼筋伸入框架柱的數(shù)量,來(lái)避免鋼筋過(guò)多帶來(lái)的超強(qiáng)剛度的影響,尤其應(yīng)該考慮現(xiàn)澆樓板及其配筋對(duì)梁端截面受彎承載力的影響。
2 影響“強(qiáng)柱弱梁”實(shí)現(xiàn)的因素
“ 強(qiáng)柱弱梁”措施作為建筑抗震設(shè)計(jì)的一項(xiàng)重要設(shè)計(jì)原則, 在工程設(shè)計(jì)中占有重要的地位和作用,其最終目的就是形成延性框架設(shè)計(jì), 從而為保證生命和財(cái)產(chǎn)的安全做貢獻(xiàn), 將災(zāi)害損失降到最低。綜上所述,影響“ 強(qiáng)柱弱梁”破壞機(jī)制的因素眾多,其中關(guān)鍵四個(gè)因素如下:
Ⅰ)現(xiàn)澆樓板的影響。在現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)中,樓板是與框架梁一起澆筑的, 兩者結(jié)合良好,共同工作的能力強(qiáng),樓板可以顯著的提高框架梁的抗彎剛度和抗彎承載力。
Ⅱ)填充墻的影響。填充墻是一個(gè)最復(fù)雜因素, 對(duì)結(jié)構(gòu)的剛度影響很大,如果是把強(qiáng)柱弱梁作為包括填充墻在內(nèi)的整體結(jié)構(gòu)抗震的屈服機(jī)制設(shè)計(jì)目標(biāo)時(shí),那么預(yù)期出鉸的框架梁上則不應(yīng)設(shè)置填充墻,或者在填充墻與框架柱之間留有足夠的縫隙。
Ⅲ) 鋼筋超配置的影響。鋼筋超配會(huì)引起梁端超強(qiáng),原因有以下幾點(diǎn):一是實(shí)際采用的鋼筋屈服強(qiáng)度比設(shè)計(jì)的鋼筋屈服強(qiáng)度高; 二是鋼筋屈服后的應(yīng)變硬化指標(biāo)較高; 三是設(shè)計(jì)配筋構(gòu)造, 滿足最大或最小構(gòu)造要求,導(dǎo)致的梁端抗彎承載力提高; 四是設(shè)計(jì)人員為了保證安全系數(shù),人為地加大梁的配筋率。
Ⅳ)軸壓比的影響。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),多是根據(jù)軸壓比來(lái)確定柱的截面尺寸,規(guī)范中為保證柱有一定的延性,對(duì)柱的軸壓比規(guī)定了上限。 在設(shè)計(jì)中,由于建筑美觀或者降低造價(jià)等各方面的要求,設(shè)計(jì)人員常常在滿足軸壓比的前提下盡量縮小柱截面尺寸,尤其是在結(jié)構(gòu)底層柱。 因此規(guī)范中規(guī)定的軸壓比限值過(guò)高,框架柱截面尺寸偏小,也是造成實(shí)際震害中出現(xiàn)“強(qiáng)梁弱柱”的原因之一。
3 實(shí)現(xiàn)“強(qiáng)柱弱梁”的討論
通過(guò)以上分析可知, 若想實(shí)現(xiàn)“強(qiáng)柱弱梁”破壞機(jī)制,我們應(yīng)該綜合各種因素來(lái)分析,使“ 強(qiáng)柱弱梁”原則更加明確化、具體化、規(guī)范化。
首先,嚴(yán)格控制梁端鋼筋的超配。利用概率分析的方法來(lái)確定截面超配筋對(duì)梁或柱的影響,來(lái)具體確定截面的超配筋系數(shù)以及控制伸入框架柱鋼筋的數(shù)量, 而且還要明確的確定彎矩的調(diào)幅系數(shù)或參數(shù),以便滿足結(jié)構(gòu)的“ 強(qiáng)柱弱梁”的設(shè)計(jì)要求, 從而最終確定最佳的柱端彎矩增大系數(shù),減少過(guò)多鋼筋在梁柱節(jié)點(diǎn)區(qū)的錨固,保證節(jié)點(diǎn)區(qū)的混凝土的質(zhì)量。
其次,應(yīng)具體考慮現(xiàn)澆樓板對(duì)“ 強(qiáng)柱弱梁”機(jī)制的具體影響來(lái)提取影響參數(shù)。這里主要是綜合考慮剪跨比、軸壓比、橫向梁剛度、板內(nèi)配筋情況等因素等效來(lái)確定板的有效寬度。根據(jù)最大層間位移角來(lái)計(jì)算板的有效寬度,即:T形梁的有效翼緣寬度, 主要通過(guò)考慮樓板對(duì)梁端抗負(fù)彎矩能力的貢獻(xiàn)、對(duì)受彎承載力的影響以及結(jié)構(gòu)內(nèi)力重分布的影響,來(lái)確定柱端彎矩增大系數(shù)。
此外,增加柱子的非彈性變形和耗能能力。按照現(xiàn)行抗震規(guī)范進(jìn)行框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),無(wú)法保證框架在地震中一定不發(fā)生柱鉸破壞,而對(duì)“強(qiáng)柱弱梁”的設(shè)計(jì)規(guī)定也主要是為了防止框架發(fā)生倒塌。若框架柱有足夠的變形和耗能能力,就可以一定程度上防止框架發(fā)生倒塌。 增加框架柱抗震能力的措施有很多,如采用鋼套管或纖維增強(qiáng)復(fù)合塑料等材料對(duì)框架柱進(jìn)行側(cè)向約束或者采用高強(qiáng)螺旋箍筋,增加對(duì)柱核心混凝土的約束,提高柱的抗倒塌能力;另外,在技術(shù)條件和工程造價(jià)允許的前提下,采用型鋼混凝土柱、鋼管混凝土柱等組合結(jié)構(gòu)柱,亦可大大提高結(jié)構(gòu)的抗震性能。
參考文獻(xiàn):
[1] 清華大學(xué)、西安交通大學(xué)、北京交通大學(xué)土木工程結(jié)構(gòu)專家組. 汶川大地震建筑震害分析[ J] . 建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào), 2008, 29( 4) : 1- 9.
中圖分類號(hào):TU318 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):
一.前言
由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度加快,社會(huì)需求不斷增多,使得建筑的高度不斷加高,形態(tài)愈加復(fù)雜,建筑結(jié)構(gòu)中抗震設(shè)計(jì)也趨于多樣化。我國(guó)作為一個(gè)多震國(guó)家,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)注重抗震設(shè)計(jì),良好的抗震設(shè)計(jì)和抗震措施至關(guān)重要。抗震設(shè)計(jì)中,要進(jìn)行地基基礎(chǔ)的抗震設(shè)計(jì)。抗震構(gòu)造措施是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。針對(duì)房屋建筑結(jié)構(gòu)中的抗震設(shè)計(jì)要求,進(jìn)行結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)和抗震措施,在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與建筑施工中,應(yīng)熟悉各種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的抗震構(gòu)造措施。
二.建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)的基本要求
地震作用越大,房屋抗震要求越高。不同設(shè)防烈度和場(chǎng)地上,結(jié)構(gòu)的實(shí)際抗震能力會(huì)有差別,結(jié)構(gòu)可能進(jìn)入彈塑性狀態(tài)的程度不同。震害表明,未經(jīng)抗震設(shè)計(jì)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),在7度區(qū)只有個(gè)別構(gòu)件破壞,8度、9度破壞增多,因此,對(duì)不同設(shè)防烈度和場(chǎng)地可以有明顯差別。結(jié)構(gòu)的抗震能力主要取決于主要抗側(cè)力構(gòu)件的性能,主、次要抗側(cè)力構(gòu)件的要求可以有區(qū)別。如框架結(jié)構(gòu)中的框架與框架――抗震墻結(jié)構(gòu)中的框架應(yīng)有所不同。房屋越高,地震反應(yīng)越大,其抗震要求越高。綜合考慮地震作用,結(jié)構(gòu)類型和房屋高度等因素劃分抗震等級(jí)進(jìn)行抗震設(shè)計(jì),可以對(duì)同一設(shè)防烈度的不同高度的房屋采用不同抗震等級(jí)設(shè)計(jì);對(duì)同一建筑物中結(jié)構(gòu)部分采用不同抗震等級(jí)。
三.影響建筑抗震的因素分析
1.建筑抗震取決于所選取建筑結(jié)構(gòu)形式
為實(shí)現(xiàn)“小震不壞、中震可修、大震不倒”的抗震目標(biāo),新版《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》中取消了磚混內(nèi)框架結(jié)構(gòu),提高了磚混結(jié)構(gòu)建筑的設(shè)計(jì)要求。目前普遍使用的框架-剪力墻結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)三種結(jié)構(gòu)形式中,框架-剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震性能最為突出,剪力墻次之。單純的框架結(jié)構(gòu)造價(jià)雖然抗震性能不如前兩種,但其造價(jià)較低,施工技術(shù)成熟,是目前最為常見(jiàn)的結(jié)構(gòu)形式。根據(jù)建筑當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況,結(jié)合建筑的使用功能,選取合適的結(jié)構(gòu)形式,對(duì)于建筑抗震意義重大。
2.建筑抗震取決于適宜的抗震措施
在場(chǎng)地類型不同的情況下,抗震措施主要由建筑的不同等級(jí)決定。在確定建筑等級(jí)及場(chǎng)地類型之后,將先進(jìn)的抗震理念和系統(tǒng)的分析計(jì)算納入到抗震措施設(shè)計(jì)中,即可改善建筑抗震設(shè)計(jì),提高建筑抗震效果。
3.影響房屋建筑抗震性能的因素
房屋建筑抗震性能取決于場(chǎng)地選擇、施工質(zhì)量等其他因素。建筑工程場(chǎng)地選擇不當(dāng)?shù)仍斐墒┕べ|(zhì)量下降,這些因素都可能對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能造成重要影響。選擇建好的工程場(chǎng)地、加強(qiáng)施工質(zhì)量監(jiān)督,對(duì)于提高建筑抗震性能是十分必要的。
四.建筑抗震設(shè)計(jì)具體分析
抗震設(shè)計(jì)的重要基本要求就是要確保房屋基礎(chǔ)構(gòu)造的延性設(shè)計(jì)要求得以保證,能夠在建筑結(jié)構(gòu)延性問(wèn)題上設(shè)立多道防線,以此才能避免建筑結(jié)構(gòu)脆性過(guò)大造成的構(gòu)造強(qiáng)度失衡、失控的現(xiàn)象發(fā)生,從而影響其抗震性能及成果。因此,這就需要做好以下幾點(diǎn)把握。
1.周全考慮房屋建筑選址問(wèn)題在房屋工程項(xiàng)目立項(xiàng)之初,就要周全考慮好能夠發(fā)揮抗震成果的選址問(wèn)題,如健全周到考慮好土體結(jié)構(gòu)、地質(zhì)、地貌等問(wèn)題,并要預(yù)測(cè)分析地震活動(dòng)發(fā)生時(shí)建筑構(gòu)造的承受能力,且要記錄相關(guān)技術(shù)資料檔案中,待實(shí)地考證時(shí)能夠綜合評(píng)價(jià)。此外,還要避開(kāi)影響建筑構(gòu)造抗震效果發(fā)揮的不利區(qū)域、地段等,當(dāng)避無(wú)可避時(shí)應(yīng)當(dāng)立足實(shí)際采取合理控制措施
2.加強(qiáng)建筑構(gòu)造規(guī)劃研究
由于地震發(fā)生時(shí)建筑結(jié)構(gòu)本身會(huì)發(fā)生應(yīng)力過(guò)于集中、突破塑性變形彈性極限等的可能,進(jìn)而形成結(jié)構(gòu)抗震薄弱部分。因此,建筑構(gòu)造設(shè)計(jì)應(yīng)能保證建筑結(jié)構(gòu)延性、安全度、以及選取合適的建筑平面、剖面進(jìn)行設(shè)計(jì),既要保證建筑結(jié)構(gòu)強(qiáng)度穩(wěn)定,又能避免建筑脆性過(guò)大而延性過(guò)小的負(fù)面現(xiàn)象發(fā)生。
3.保證地基與基礎(chǔ)設(shè)計(jì)要求當(dāng)房屋項(xiàng)目工程的地基土體為粘性土、軟土、液化土、以及不均勻沉降土?xí)r,應(yīng)當(dāng)評(píng)估好地基的基礎(chǔ)沉降是否在預(yù)控范疇之內(nèi),是否發(fā)生嚴(yán)重不規(guī)則沉降現(xiàn)象,從而才能有針對(duì)性的采取防控措施。
4.滿足建筑構(gòu)造體系設(shè)計(jì)要求
抗震性能價(jià)值體現(xiàn)是建筑構(gòu)造體系設(shè)計(jì)中的重要組成部分。因此在構(gòu)造設(shè)計(jì)上就要綜合分析、周全考慮、能夠統(tǒng)籌把握好各項(xiàng)綜合因素。如考慮好抗震防御等級(jí)、抗震強(qiáng)度控制指標(biāo)、項(xiàng)目建設(shè)場(chǎng)地、以及基礎(chǔ)地基處理、供應(yīng)材料的質(zhì)量體系要求、現(xiàn)有技術(shù)規(guī)模等問(wèn)題。
5.確保建筑構(gòu)造的構(gòu)件要求
(一)房屋建筑工程的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)構(gòu)件設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)滿足相關(guān)規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)、要求,如混凝土的圈梁、構(gòu)造柱、芯柱、或者配筋砌體等的質(zhì)量建設(shè)體系要求就必須能夠保證。
(二)要保證混凝土結(jié)構(gòu)合理設(shè)計(jì),在建筑的具體結(jié)構(gòu)構(gòu)件應(yīng)能具備尺寸合理、縱向承重鋼筋及箍筋的強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),目的是控制剪切破壞先于彎曲破壞發(fā)生的可能,以及防止鋼筋屈服而引起的構(gòu)件塑性變形遭受破壞發(fā)生。
(三)鋼結(jié)構(gòu)建筑施工時(shí)能夠保證其構(gòu)件尺寸、規(guī)格、數(shù)量合理,進(jìn)而才能避免整體構(gòu)造抗震成果發(fā)揮不利、結(jié)構(gòu)失穩(wěn)的現(xiàn)象發(fā)生。最后,還要周全考慮好建筑構(gòu)造構(gòu)件之間的鏈接、銜接性的體現(xiàn),控制好構(gòu)件節(jié)點(diǎn)的穩(wěn)定性,保證其在地震發(fā)生時(shí)的塑性破壞能夠晚于其他結(jié)構(gòu)構(gòu)件,進(jìn)而才能增強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性與安全度。
五.建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)抗震關(guān)鍵措施和設(shè)計(jì)方法
1.建筑結(jié)構(gòu)抗震措施要點(diǎn)
(一)房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要從建筑的全局出發(fā),全面考慮各種建筑部位的功能,在此基礎(chǔ)上,科學(xué)設(shè)計(jì)每個(gè)部分的構(gòu)件,保證每個(gè)部件之間的契合,促使每個(gè)部件或者是若干部件組合起來(lái)可以完成某一特定的設(shè)計(jì)要求,滿足一定的現(xiàn)實(shí)需求,同時(shí),通過(guò)抗震設(shè)計(jì),使得每個(gè)構(gòu)件都可以具有相應(yīng)的承載力,當(dāng)?shù)卣饋?lái)襲,每個(gè)構(gòu)件都可以有著一定的次序先后破會(huì),整體組合構(gòu)件將會(huì)有著更強(qiáng)大的承載力和柔性,從而延緩地震破壞的速度,消耗爆發(fā)的能量。增強(qiáng)建筑的整體抗震能力。
(二)要嚴(yán)格選擇地基選址,地基選址是進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ),因此,在建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中,要科學(xué)避開(kāi)山嘴,山包,陡坡,河流等不利因素,要本著堅(jiān)硬,牢固,平坦,開(kāi)闊的選址原則。親身實(shí)地,利用先進(jìn)技術(shù)設(shè)備,進(jìn)行地質(zhì)勘探,山石水土監(jiān)測(cè),并取樣論證,科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)分析。力求使得整個(gè)地基牢固可靠,地質(zhì)穩(wěn)定無(wú)滲漏,無(wú)坍塌,無(wú)暗河,無(wú)熔巖,無(wú)火山……從而保證整個(gè)地基不會(huì)因?yàn)槌休d而發(fā)生小范圍的坍塌。影響到整體承載能力和抗震能力設(shè)計(jì)。
(三)采用合理的建筑平立面。建筑物的動(dòng)力性能基本上取決于其建筑布局和結(jié)構(gòu)布置。建筑布局簡(jiǎn)單合理,結(jié)構(gòu)布置符合抗震原則,通過(guò)無(wú)數(shù)次的實(shí)驗(yàn)表明,簡(jiǎn)單、規(guī)則、對(duì)稱的建筑結(jié)構(gòu)抗震能力強(qiáng),對(duì)延緩地震烈度范圍延伸,消耗地震的能量,減少地震對(duì)整體結(jié)構(gòu)的破壞,而且,對(duì)稱結(jié)構(gòu)容易準(zhǔn)確計(jì)算其地震反應(yīng)。
(四)選擇合理的結(jié)構(gòu)形式。抗震結(jié)構(gòu)體系是抗震設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的關(guān)鍵問(wèn)題。建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中,不同結(jié)構(gòu)的抗震結(jié)構(gòu)體系的承載力受到抗震設(shè)防烈度、建筑高度、場(chǎng)地條件以及建筑材料、施工條件、經(jīng)濟(jì)條件等多種條件的影響,因此房建結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)要綜合考慮,做到科學(xué)選擇,嚴(yán)謹(jǐn)設(shè)計(jì)。
(五)結(jié)構(gòu)良好的延性有助于減小地震作用,吸收與耗散地震能量,避免結(jié)構(gòu)倒塌。因此,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)力求避免構(gòu)件的剪切破壞,爭(zhēng)取更多的構(gòu)件實(shí)現(xiàn)彎曲破壞。
六.結(jié)束語(yǔ)
因?yàn)樯婕暗饺祟惿?cái)產(chǎn)安全的重要問(wèn)題,建筑物的抗震問(wèn)題是目前建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)界討論比較多的話題之一。因此,我們?cè)趯?duì)建筑物進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的時(shí)候,必須把房屋建筑結(jié)構(gòu)中的抗震設(shè)計(jì)要求放到非常重要的位置,并采取適當(dāng)?shù)拇胧M量避免地震對(duì)建筑物的損壞,為保障人民的生命及財(cái)產(chǎn)作出應(yīng)有貢獻(xiàn)。
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