抗震設防論文匯總十篇

時間:2023-03-23 15:05:12

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抗震設防論文

篇(1)

1前言

我國位于四川西部的南北地震構造帶,其地震的頻度高、強度大。我國大陸地震活動目前正處于本世紀以來的第五個活躍期。四川已經缺震7級以上地震近23年,缺震6級以上地震近10年。目前,四川的地震形勢十分嚴峻。

地震造成人民生命財產損失的主要原因,是由地震引起的建筑物(絕大部分是磚房)和工程設施的破壞,以及次生災害。國內外歷次地震的經驗告訴我們:抓好抗震設防地區建設工程的抗震設計,是減輕未來地震災害損失最積極、最有效和最根本的措施。

據文獻[4]記載,全國城鎮民用建筑中以磚砌體作為墻體材料的占90%以上;據有關部門近兩年對四川省的16個城鎮各類公建房屋統計顯示,多層磚房(含底框磚房)所占(面積)比例達89%;筠連縣城的這類房屋,預計所占比例在90%以上。所以,磚房是我國房屋建筑的主體。同時,磚房在歷次地震中的震害又是嚴重的。據對1976年我國唐山7.8級地震震害統計,磚房是100%破壞,其中85%以上倒塌。磚房之所以地震破壞比例如此大,主要原因是磚砌體是一種脆性結構,其抗拉和抗剪能力均低,在強烈地震作用下,磚結構易于發生脆性的剪切破壞,從而導致房屋的破壞和倒塌。如果在多層磚房的設計中再過度追求大開間、大門洞、大懸挑,甚至通窗效果等,必將大大削弱房屋的抗震能力

2目前多層磚房抗震設計中存在的主要問題

(1)城市住宅磚房建設中,房屋超高或超層時有發生,尤其是底層為“家帶店”的磚房,高度超過限值1m以上。

(2)在“綜合樓”磚房中,底層或頂層有采用“混雜”結構體系的,即為滿足部分大空間需要,在底層或頂層局部采用鋼筋砼內框架結構。有的僅將構造柱和圈梁局部加大,當作框架結構。

(3)住宅磚房中為追求大客廳,布置大開間和大門洞,有的大門洞間墻寬僅有240mm,并將陽臺作成大懸挑(懸挑長度大于2m)延擴客廳面積;部分“局部尺寸”不滿足要求時,有的不采取加強措施,有的采用增大截面及配筋的構造柱替代磚墻肢;住宅磚房中限于場地或“造型”,布置成復雜平面,或縱、橫墻沿平面布置多數不能對齊,或墻體沿豎向布置上下不連續等等。

(4)多層磚房抗震設計中,未作抗震承載力計算的占多數,加之缺乏工程經驗,使相近的多層磚房采用的砌體強度等級相距甚遠。

(5)多層磚房抗震設計中,所采取的抗震措施區別較大。構造柱和圈梁的設置:多數設計富余較大,部分設計設置不足(含大洞口兩側未設構造柱);抗震連接措施:多數設計不完整或未交待清楚,有的設計還采用“一本圖集打天下”的作法,不管具體作法和適用與否,全包在“圖集”身上。

3多層磚房抗震設計意見

我國建筑抗震設防的目標是三個水準。多層磚房可通過一階段設計達到下列要求:滿足抗震承載力要求,房屋可“小震不裂”;滿足結構體系、平立面布置和抗震措施等要求,房屋可符合“中震可修”;滿足房屋高度和層數及構造柱和圈梁等要求,房屋可做到“大震不倒”。

確保多層磚房抗震設計質量,主要有以下三個方面的內容。

3.1抗震概念設計

3.1.1房屋的高度和層數

實心粘土磚的多層磚房,墻厚不小于240mm,總層數不應超過文獻[1]表5.1.2的規定,總高度不宜超過表5.1.2的規定,高度允許稍有選擇的范圍應不大于0.5m。需要特別指明的是,表5.1.2是適用于橫墻較多的多層磚房。橫墻較多是指同一層內開間大于4.2m的房間占該層總面積的1/4以內。對于醫院、教學樓等橫墻較少的多層磚房總高度,應比表5.1.2的規定降低3m,層數相應減少一層;對橫墻很少的多層磚房,應根據具體情況,在橫墻較少的基礎上,再適當降低總高度和減少層數;對抗震橫墻最大間距超過文獻[1]表5.1.5要求的多層磚房,已不屬于側力作用下的剛性房屋,不能按多層磚房設計,應按空曠房屋進行抗震設計。多層磚房總高度與總寬度的最大比值,不應超過文獻[1]表5.1.3的要求。

房屋的總高度指室外地面到檐口的高度,半地下室可從地下室室內地面算起,全地下室和嵌固條件好的半地下室(符合文獻[2]第250頁半地下室在地面下嵌固的條件)可從室外地面算起;頂層利用閣樓坡屋面設躍層時應算到山尖墻的半高處。多層磚房的層高不宜超過4m。房屋總寬度的確定,可分下列四種情況:對于規則平面,可按房屋的總體寬度計算,不考慮平面上局部凸出或凹進;對于凸出或凹進的較規則平面,房屋寬度可按加權平均值計算或近似取平面面積除以長度;對懸挑單邊走廊或單邊由外柱承重的走廊房屋,房屋寬度不包括走廊部分的寬度;對設有外墻的單面走廊房屋,房屋寬度可以包括1/2走廊部分的寬度。

3.1.2結構體系

應優先采用橫墻承重或縱橫墻共同承重的結構體系。同一結構單元中應采用相同的結構類型,不應采用磚房與底框磚房或內框架磚房或框架結構等“混雜”的結構類型。墻體布置應滿足地震作用有合理的傳遞途徑。縱橫向應具有合理的剛度和強度分布,應避免因局部削弱或突變造成薄弱部位,產生應力集中或塑性變形集中;對可能出現的薄弱部位,應采取措施提高其抗震能力。

3.1.3平、立面布置

建筑的平面布置和抗側力結構的平面布置宜規則、對稱,平面形狀應具有良好的整體作用??v、橫墻沿平面布置不能對齊的墻體較少,樓梯間不宜設在房屋的盡端和轉角處;建筑的立面和豎向剖面力求規則,結構的側向剛度宜均勻變化,墻體沿豎向布置上下應連續,避免剛度突變;豎向抗側力結構的截面和材料強度等級自下而上宜逐漸減小,避免抗側力構件的承載力突變。8度和9度時,當房屋的立面高差較大、錯層較大和質量及剛度截然不同時,宜采用防震縫將結構分割成平面和體形規則的獨立單元。房屋的頂層不宜設置大會議室、舞廳等空曠大房間,房屋的底層不宜設鋪面等通敞開大門洞。當確需設置時,應采取彌補薄弱部位的加強型措施或進行專門研究。

多層磚房門窗間墻的局部尺寸宜符合文獻[1]表5.1.6的要求。當部分的局部尺寸不滿足要求時,如該部位已設構造柱,可對已設構造柱增大截面及配筋;如該部位原未設構造柱,則可用增設構造柱來滿足要求。房屋轉角處的門窗間墻承受雙向側向應力,其局部尺寸應不小于1m;其余外縱墻的門窗間墻局部尺寸部分不滿足1m要求時,其限值可放寬到0.8m;內墻門間墻局部尺寸不滿足要求時,可用設構造柱來滿足。

值得指出的是,近幾年在多層磚房的抗震設計中,較普遍存在為了客廳開大門洞,不惜犧牲門間墻寬度的現象。這是個對局部尺寸認識不足的概念設計問題,一是認為部分不滿足局部尺寸要求關系不大;二是認為只要用擴大了的構造柱替代門間墻就沒有問題了,在設計中將構造柱當作“靈丹妙藥”到處使用。應當明白,磚砌體和砼的變形模量差別很大,雖然磚砌體與構造柱和圈梁可以協同工作,增加房屋的延性,但是它們不能同時段進入工作狀態,在“中震”階段的抗震承載力主要由磚砌體承擔。因此,砌體結構中過多配置砼的桿系構件,其作用是有限的。

3.2抗震計算

抗震計算是抗震設計的重要組成部分,是保證滿足抗震承載力的基礎。多層磚房的抗震計算,可采用底部剪力法。對平面不規則和豎向不規則的多層磚房,宜采用考慮地震扭轉影響的分析程序。目前,多層磚房的抗震設計中,不作抗震驗算是較普遍的現象,這樣就必然存在一是不安全二是浪費的問題。多層磚房的抗震計算比較容易,文獻[2]中有較完整的計算實例,可供手算時參考。筆者經對7度區若干幢規則的7層住宅磚房抗震計算分析顯示,底層所用混合砂漿的強度等級不能低于M10。

3.3抗震措施

保障多層磚房的抗震措施,是多層磚房“大震不倒”和不作“二階段設計”的關鍵。多層磚房的抗震措施內容較多,概括起來,可分為三部分。

3.3.1構造柱和圈梁的設置

對橫墻較多的多層磚房,應按文獻[1]表5.3.1的要求設置構造柱;對橫墻較少或橫墻很少的多層磚房,應根據房屋增加一層或二層后的層數,按表5.3.1的要求設置構造柱。表中的“較大洞口”,設計中可界定為:門洞寬不小于2m和窗洞寬不小于2.3m;“大房間”可界定為:層高超過3.6m或長度大于7.2m。

對橫墻承重或縱橫墻共同承重的裝配式鋼筋砼樓、屋蓋或木樓、屋蓋的多層磚房,應按文獻[1]表5.3.5的要求設置圈梁;對于隔開間或每開間設置構造柱的多層磚房,應沿設有構造柱的橫墻及內、外縱墻在每層樓蓋和屋蓋處均設置閉合的圈梁。

值得注意的是,圈梁的截面和配筋不宜過大,通常按文獻[1]第5.3.6條要求的數值或提高一個等級采用就可以了,不宜無限提高。同理,圈梁的作用也是有限的。

3.3.2構件間的連接措施

多層磚房各構件間的抗震構造連接是多層磚房抗震的關鍵??拐饦嬙爝B接的部位較多,重要部位的連接措施有下列幾項。

a)構造柱與樓、屋蓋連接

當為裝配式樓、屋蓋時,構造柱應與每層圈梁連接(多層磚房宜每層設圈梁);當為現澆樓、屋蓋時,在樓、屋蓋處設240mm×120mm拉梁(配4φ10縱筋)與構造柱連接。

b)構造柱與磚墻連接

構造柱與磚墻連接處應砌成馬牙槎,并沿墻高每隔500mm設2φ6拉結鋼筋,每邊伸入墻內不小于1m。

c)墻與墻的連接

7度時層高超過3.6m或長度大于7.2m的大房間,以及8度和9度時,外墻轉角及內外墻交接處,當未設構造柱時,應沿墻高每隔500mm設2φ6拉結鋼筋,每邊伸入墻內不小于1m。

d)屋頂間的連接

突出屋面的樓梯間等,構造柱應從下一層伸到屋頂間頂部,并與頂部圈梁連接。屋頂間的構造柱與磚墻以及磚墻與磚墻的連接,可按上述抗震措施采取。

(5)后砌體的連接

后砌的非承重砌體隔墻,應沿墻高每隔500mm設2φ6拉結鋼筋與承重墻連接,每邊伸入墻內不小于0.5m。8度和9度時,長度大于5.1m的后砌墻頂,應與樓、屋面板或梁連接。

(6)欄板的連接

磚砌欄板應配水平鋼筋,且壓頂臥梁應與砼立柱相連,壓頂臥梁宜錨入房屋的主體構造柱。

(7)構造柱底端連接

構造柱可不單獨設基礎(承重構造柱除外),但應伸入室外地面下500mm,或錨入室外地面下不小于300mm的地圈梁。

3.3.3懸臂構件的連接

(1)女兒墻的穩定措施

6~8度時,240mm厚無錨固女兒墻(非出入口處)的高度不宜超過0.5m,當超過時,女兒墻應按抗震構造圖集要求采取穩定措施。女兒墻的計算高度可從屋蓋的圈梁頂面算起,當屋面板周邊與女兒墻有鋼筋拉結時,計算高度可從板面算起。

(2)懸挑構件

懸臂陽臺挑梁的最大外挑長度不宜大于1.8m,不應大于2m。

不應采用墻中懸挑式踏步或豎肋插入墻體的樓梯。

4結語

多層磚房在城鄉建設中量大面廣,又是人類活動和生活的主要場所。因此,加強多層磚房抗震設計,重視多層磚房抗震設計中的三個環節,就能使多層磚房的地震破壞降低到最低限度。

參考文獻

1建筑抗震設計規范(GBJ11—89)及1993年局部修訂.中國建筑工業出版社,1989遼寧科學技術出版社,1993

2建筑結構設計手冊叢書編委會.建筑抗震設計手冊.中國建筑工業出版社,1994

篇(2)

地震動能量是刻畫地震強弱的綜合指標,它綜合體現了地面最大加速度和地震持時兩個反映地面運動特性的重要因素。結構地震反應的能量分析方法是一種能較好地反映結構在地震地面運動作用下的非線性性質及地震動三要素(幅值、頻譜特性和持時)對結構抗震性能影響的方法。地震時,結構處于能量場中,地面與結構之間有連續的能量輸入、轉化與耗散。研究這種能量的輸入與耗散,以估計結構的抗震能力,是結構抗震能量分析方法所關心的問題。結構在地震(反復交變荷載)作用下,每經過一個循環,加載時先是結構吸收或存儲能量,卸載時釋放能量,但兩者不相等。兩者之差為結構或構件在一個循環中的“耗散能量”(耗能),亦即一個滯回環內所含的面積。能量等于力與變形的乘積。一個結構(構件)所耗散的地震能量多,不僅因為它承擔了較大的地震作用,還因為它產生了較大的變形。從這個意義上來看,耗能構件是用它自身某種程度破壞所作的犧牲,來維持整個結構的安全。所以,每次大的地震作用之后,人們看到那些沒有其它途徑耗散所吸收的地震作用的能量的結構,只有通過結構自身的破壞來釋放所有的多余能量。因此,結構的抗震設計應當注意保證結構剛度、強度和變形能力的協調與統一,如結構的延性設計就是在傳統的單一強度概念條件下進行的彈性抗震設計的基礎上,充分考慮結構和構件的塑性變形能力,在設防烈度下允許結構出現可能修復的損壞,當地震作用超過設防烈度時,利用結構的彈塑性變形來存儲和消耗巨大的地震能量,保證結構裂而不倒。

篇(3)

單層磚柱廠房具有選價低廉、構造簡單、施工方便等優點,在中小型工業廠肩中得到廣泛應用。磚柱廠房是以磚柱(墻)做為承重和抗側力構件,由于材料的脆性性質,其抗震性能比鋼筋混凝土柱廠房差;由于磚往廠房內部空曠、橫墻問距大,地震時的抗倒塌能力不如砌體結構的民用建筑。因此根據磚柱廠房的震害特點,找出杭震的薄弱環節,提出相應的抗震措施,提高其抗震能力是必要的。

1.地震震害及其特點:

地震震害表明:6、7度區單層磚柱廠房破壞較輕,少數磚柱出現彎曲水平裂縫:8度區出現倒塌或局部倒塌,主體結構產生破壞;9度區廠房出現較為嚴重的破壞,倒塌率較大。

從震害特點看,磚柱是廠房的薄弱環節,外縱墻的磚柱在窗臺高度或廠房底部產主水平裂縫,內縱墻的磚柱在底部產生水平裂縫,磚柱的破壞是廠肩倒塌的主要原因。山墻在地震時產生以水平裂縫為代表的平面外彎曲破壞,山墻外傾、檁條拔出,嚴重時山墻倒塌,端開間屋蓋塌落。屋蓋形式對廠房抗震性能有一定的影響,重屋蓋廠房的震害普遍重子輕屋蓋廠房,楞攤瓦和稀鋪望板的瓦木屋蓋,其縱向水平剛度和空間作用較差,地震時屋蓋易產生傾斜。

2.適用范圍及結構布置

2.1單跨和等高多跨的單層磚柱廠房,當無吊車且跨度和柱頂標高均不大時,地震破壞較輕。不等高廠房由于高振型的影響,變截面柱的上柱震害嚴重又不易修復,容易造成屋架塌落。因此規定磚柱廠房的適用范圍為單跨或等高多跨且無橋式吊車的中小型廠房,6-8度時廠房的跨度不大子15m且柱頂標高下大于6.6m,9度時跨度不大于12m且柱頂標高不大于4.5m。

2.2廠房的平立面應簡單規則。平面宜為矩形,當平面為L、T形時,廠房陰角部位易產生震害,特別是平面剛度不對稱,將產生應力集中。對于立面復雜的廠房,當屋面高低錯落時,由于振動的不協調而發主碰撞,震害更為嚴重。

2.3當廠房體型復雜或有貼建的房屋(或構筑物)時,應設置防震縫將廠房與附屬建筑分割成各自獨立、體型簡單的抗震單元,以避免地震時產主破壞。針對中小型廠房的特點,鋼筋混凝上無檀屋蓋的磚柱廠房應設置防震縫,而輕型屋蓋的磚柱廠房可不設防震縫。防震縫處宜設置雙柱或雙墻,以保證結構的整體穩定性和剛度,防震縫的寬度應根據地震時最大彈塑性變形計算確定。一般可采用50~70mm。

3.結構體系

3.1地震時廠房破壞程度與屋蓋類型有關,一般來說重型屋蓋廠房震害重,輕型屋蓋廠房震害輕,在高烈度區影響更為明顯。因此要求6-8度時宜采用輕型屋蓋,9度時應采用輕型屋蓋。人之地震震害調查表明:6、7度時的單跨和等高多跨磚柱廠房基本完好或輕微破壞,8、9度時排架柱有一定的震害甚至倒塌。因此《建筑抗震設計規范》(G8Jll一89)規定:6、7度時可采用十字形截面的無筋磚柱,8度1、2類場地應采用組合磚柱,8度3、4類場地及9度時邊柱宣采用組合磚柱,中柱直采用鋼筋混凝土柱。經過地震震害分析發現:非抗震設計的單層磚柱廠房經過8度地震也有相當數量的廠房基本完好,所倒塌的廠肩大部份在設計和施工上也存在先天不足,因此正常設計正常施工和正常使用的無筋磚柱單層廠后,在8度區仍然具有一定的抗震能力??梢妼?度區的單層磚柱廠房都配筋的要求是偏嚴的,在抗震規范的修訂稿中將8度1、2類場地“應”采用組合磚往改為“宜”采用組合磚柱,允許設計人員根據不同情況對是否配筋有所選擇。一般來說,當單層磚柱廠房符合砌體結構剛性方案條件,經抗震驗算承載力滿足要求時,可以采用無筋磚柱。

3.3對于單層磚柱廠房的縱向仍然要求具有足夠的強度和剛度,單靠磚柱做為抗側力構件是不夠的,如果象鋼筋混凝土柱廠房那樣設置柱間支撐,會吸引相當大的地震剪力。使磚拄剪壞。為了增強廠房的縱向抗震承載力,在柱間砌筑與柱整體連接的縱向磚墻,以代替柱間支撐的作用,這是經濟有效的方法。

3.4當廠房兩端為非承重山墻時,山墻頂部與檁條或屋面板恨難連接,只能依靠屋架上弦與防風柱上端連接做為山墻頂部的支點,這不僅降低了房屋整體空間作用,對防止山墻的出平面破壞也不利,因此廠房兩端均應設置承重山墻。

3.5廠房的縱橫向內隔墻宣做成抗震墻,其目的充分利用培體的功能,避免主體結構的破壞。當內隔墻不能做成抗震墻時,最好采用輕質隔墻,以避免墻體對柱及柱與屋架連接節點產生不利影響,如果采用非輕質隔墻,則應考慮隔墻對柱及其與屋架節點產生的附加剪力。

3.6無窗架不應通至廠房單元的端開間,以免過份削弱屋蓋的剛度。天窗架采用磚壁承重時,將產生嚴重的震害甚至倒塌,地震區應避免使用。

4抗震承載力計算

4.1橫向抗震計算

單層磚往廠房橫向抗震計算的計算簡圖,可按下列規定選取:(1)當廠房柱為無筋磚柱或邊柱為組合磚柱、中柱為鋼筋混凝土柱時,可采用下端為固接、上端為鉸接的徘架結構模型;(2)當廠肩邊柱為無筋磚柱、中柱為鋼筋混凝士柱,在確定廠房自振周期時,磚柱下端按固接考慮,在計算水平地震作用時,磚柱下端按鉸接考慮。這主要是考宅到在地震作用下,隨著變形的不斷增加,無筋磚柱下端開裂并退出工作,囚而全部橫向地震作用由中部的鋼筋混凝土柱承擔。輕型屋蓋單層磚柱廠房的橫向抗震計算,可以忽略空間工作影響·采用平面排架進、廳計算。對于鋼筋混凝上屋蓋和密鋪望板的瓦木屋蓋廠肩,其空間作用不能忽略,應按空間分析的方法進行計算:但為了簡化,對于一定條件下的廠房可以按平面排架進行計算,考慮到其空間工作影響,對計算的地震作用效應要進行調整。

4.2縱向抗震計算

對于鋼筋混凝土屋蓋的等高多跨磚柱廠房,當考慮屋蓋為剛性時,縱向地震作用在各柱列之間的分配與柱列的側移剛度成正比:當考慮屋蓋的彈性進行空間分析時,側移剛度較大柱列分配的地震作用比按剛性屋蓋分配的地震作用小,而側移剛度較小柱列分配的地震作用比按剛性屋蓋分配的地震作用大。設計中為了利用剛性屋蓋假定時縱向地震作用分配形式簡單的優點,可以針對不同屋蓋形式對柱列的側移剛度乘以修正系數,做為縱向地震分配時的柱列剛度,并對所計算的廠房自振周期進行修正,以考慮屋蓋的彈性影響。

對于縱墻對稱布置的單跨廠房,在廠房縱向沿跨中切開,取一個柱列單獨進行縱向計算與對廠房進行整體分析結果是相同的。對于輕型屋蓋的多跨廠房雖然屋蓋仍具有一定的水平剛度,考慮到屋蓋與磚墻的彈性極限變形值相差較大,為了計算簡便,仍可假定各縱向往列在地震時獨立振動,按柱列法進行計算。

5抗震構造措施

5.1單層磚柱廠房采用鋼筋混凝上屋蓋時的抗震構造措施可參照鋼筋混凝土柱廠房的有關規定。采用瓦木屋蓋時,設有滿鋪望板的抗震能力比無望板強得多,望板能起到阻止屋架傾斜的作用。地震震害表明,未設上弦及下弦水平支撐的楞攤瓦屋蓋,屋架產主傾斜甚至倒塌的震害較多,因此要有足夠的屋蓋支撐系統,保證屋蓋沿縱向有足夠的剛度和穩定,以滿足抗震的要求。

5.2圈梁對增強廠房的整體性起到了重要作用,但預制圈梁抗震性能差,地震時在連接外容易拉斷,因此要求圈梁應現澆且在廠房柱頂標高處沿房屋外墻及承重內墻閉合。對于8、分度區還應沿墻高每隔3-4m增設一道圈梁,可提高磚墻的抗震性能,并能夠限制地震時墻體裂縫的開展,減輕墻體破壞。當地基為軟弱粘性土、液化土、新近填土或嚴重不均勻土層時,地震易出現裂縫,如果裂縫穿過廠房將使房屋撕裂,基礎頂面應設置基礎圈梁,以減輕地震災害。當圈梁兼做門窗過梁或抵抗不均勻沉降影響時,圈梁的截面和配筋除滿足抗震構造要求外,還應根據實際受力計算確定。采用鋼筋混凝土無檁屋蓋的磚柱廠房,地震時在屋蓋處圈梁下一至四皮磚的磚墻上易出現水平裂縫,因此8、9度時,在墻頂沿墻長每隔1m左右埋設1根8豎向鋼筋,并插入頂部圈梁內,以避免上述震害的產生。

5.3地震中屋架與磚柱連接不牢,柱頭產主破壞甚至屋蓋坍落的震例是較多的。為了加強屋架與磚柱的連接,柱頂墊塊應與墻頂圈梁整體澆注,屋架與墊塊的預埋件采用螺栓連接或焊接。當墊塊厚度或配筋過小時。預埋件的錨固不能滿足要求,墊塊厚度丁應小于240mm,井配置兩層直徑不小于8間距不大于100mm的鋼筋網。烈度較高時,屋蓋承受的地震作用較大,與墊塊整體澆注的圈粱受到較大的扭矩,墊塊兩側各500mm范圍內圈梁的箍筋應加密,其間距不應大子100mm。

篇(4)

中圖分類號:S611 文獻標識碼:A 文章編號:

一、前言

在目前的發展趨勢中,建筑結構設計的主流趨勢有低碳,環保,安全,節能,生態。其中指標之一,就是建筑的安全性,而我國目前破壞力最大的安全威脅便是地震,因此,加強對建筑結構的抗震設計,必將會被提升到建筑設計新的戰略高度。

二、建筑結構設計中抗震性能衡量標準

現行抗震設計規范對于建筑結構的性能從兩個角度進行描述,一是通過損壞的程度描述其性能,將建筑結構的損壞程度分為不損壞和屬正常維修下的損壞、可修復的破壞和倒塌;二是描述用途的重要性,即抗震設防分類。主要是氛圍甲、乙、丙、丁四類。

現行規范對于部分鋼筋混凝土結構提出了相應的定量指標,即正常維修和倒塌的層間變位角。而在設防類別上,提出了不同的抗震措施。其中乙類抗震措施的相關規定比甲類高一度。在強烈地震的影響下,乙類受到的毀壞程度比甲類輕。但是對于抗震能力,仍然缺乏確定的數量變化。借助于現行航震鑒定標攤b所引進的”綜合抗震能力由數量上的區別”有可能使不同性能要求的結構所具有的抗震能力由數量上的區別。比如在判斷結構抗力的高低中,可以采用結構樓層的受剪承載力與設計地震剪力的比值。而在結構變形能力高低方面,可以用結構所具有的變形能力與基本變形能力的比值來表征,這樣就能保證不同性能要求下所對應的抗震措施的數量化。對于丙類結構的抗震設計,主要利用抗力和變形能力進行組合,并作為綜合抗震能力的基本值。而乙類建筑,設計的綜合抗震能力要低于相應的基本值。

三、建筑結構設計對建筑抗震性能的影響

1、 砌筑體結構影響基本變化能力的構造,重點是將整個圈梁、主要構造柱數量、具置、斷面截面尺寸和配筋數量的分級,局部的墻體尺寸、樓梯間的構造等只適用于考慮局部影響。比如,5-6層磚房的主要構造柱數量,房屋四角和樓梯間四角應該設計為第一等級,用于房屋隔開間的內外墻鏈接處和樓梯間四角設計為第二等級。對于房屋每開間的內外墻鏈接位和樓梯間四角設計為第三等級;此處不用設置構造柱與抗震設計不同。當然,在相同設防烈度和性能要求的前提下,對與層數要求不同的砌筑結構,基本延性構造的要求也不同,構造柱設置就需要隨房屋層數的不斷增加而相應提高。目前主要難題是,需要根據具體實例進行計算和分析,針對同地點、同結構的房屋按照不同等級采取相應措施后,其措施的構造影響能力系數如何確定?是否可在某個范圍內取值。

2、 鋼筋混凝土結構對變形能力構造的影響,可適當的調整內力、提高結構柱箍筋和縱向鋼筋體積配箍率、抗震墻墻體和構造作為抗震能力分級的重點,而框支層、短柱、鏈接的構造作為局部的影響。不同層數鋼筋混凝土結構在相同設防烈度性能的要求,延性構造要求也不一樣。目前,內力調整、縱筋總配筋率和箍筋體積配箍筋率等都成型的分級和取值,但如何將其轉化為相應的影響系數還需要進一步的計算和研究。

3、 鋼筋結構對變形能力構造的影響,可調整內力、各節點域內構造、構件的長細比和支撐設置作為重點的分級,這時構件的寬厚就是結構的局部影響。在相同設防烈度和性能的要求下,對建筑層數不同的結構建筑,基本延性構造需求也不同。鋼結構規范中也有一些現成的定量取值,也要研究將其轉化為影響系數的方法。

四、建筑結構設計中的抗震設計措施

1、要嚴格選擇地基選址

地基選址是進行建筑結構設計的基礎,因此,在房間結構抗震設計中,要科學避開山嘴,山包,陡坡,河流等不利因素,要本著堅硬,牢固,平坦,開闊的選址原則。親身實地,利用先進技術設備,進行地質勘探,山石水土監測,并取樣論證,科學嚴謹分析。力求使得整個地基牢固可靠,地質穩定無滲漏,無坍塌,無暗河,無熔巖,無火山……從而保證整個地基不會因為承載而發生小范圍的坍塌。影響到整體承載能力和抗震能力設計。

2、確保結構的整體性

在建筑結構抗震設計中,一般而言,要尤其注意其是由諸多構件共同組合在一起,如此,要進行整體化的對待。要充分調動各個構件的作用來完成整體建筑的抗震效果。當建筑的一些構件基本都失去了原有的功能時候,那么,在地震來臨之后,很容易讓整體的建筑結構喪失對地震的抵抗能力。在這種情況下,很容易讓整個建筑坍塌,因此,要保證所有構件的功能協調,并確保所有的構件都能夠在地震作用下保證良好的性能,如此,可以讓建筑結構的整體抗震能力增強。同時,要堅持實施多級防震措施。傳統建筑結構多采取的是三級設防措施,即小震不壞、中震可修、大震不倒。但在新的時期,建筑結構必須是采取的多級設防模式,保護建筑主體抗震能力,減輕經濟損失,使得建筑抗震中更加安全。

3、屋頂建筑抗震設計也是整個設計的一個重要環節。近幾十年來,從多數建筑抗震設計評定結果看,屋頂建筑設計還存在一些問題,例如:屋頂設計較高或者設計過重。屋頂設計較高或者設計過重,無形當中加大了屋頂建筑變形,而且地震作用也加大了,尤其對自身和屋頂之下的建筑物的抗震作用都不利。有時屋頂建筑的重心和屋頂之下的中心不在同一直線上,如果屋頂的抗側力墻和屋頂之下的抗側力強出現間斷,在地震發生時,帶來的地震扭轉作用也會更嚴重,對抗震更不利。所以,進行屋頂建筑設計過程中時,應該最大限度的降低屋頂建筑的高度。選用強度較高、輕質、剛度均勻的材料,使得地震作用傳遞不受阻礙;屋頂重心和屋頂之下的建筑中心在同一直線上;如果屋頂建筑非常高,屋頂建筑就必須具有較強的抗震性,讓屋頂建筑地震作用和突變降低到最小,盡量避免發生扭轉效應。

4、要合理且恰當地布局地震外力的能量傳遞與吸收的途徑,在地震當中,要確保建筑的支柱、梁與墻的軸線,處于同一個平面上,從而可以形成構件的雙向抗側力結構體系。并且可以使其在地震的作用下,呈現彎剪性的破壞,并使塑性屈服情況,盡量的發生在墻的根底部,從而連梁適合在梁端產生塑性屈服,這樣還具有足夠的變形的能力。在震災中,在墻段部分充分發揮抗震功能之前,要按照"強墻弱梁"的原則,來大力加強墻肢的承載力,避免墻肢遭到剪切性的破壞現象,從而最大限度的提高建筑結構的整體的抗震能力。

5、要根據抗震等級,在對墻、柱以及梁節點設計中,采取相對應的抗震構造措施,力求確保建筑物結構,在地震的作用下可以達到三個水準的設防標準。還可以根據"強柱弱梁"、和"強剪弱彎" 、以及"強節點弱構件"幾種構造的原則,在建筑設計中,合理的選擇柱截面的尺寸,以此控制柱的軸壓比,并還要注意構造配筋的要求,還要保證,鋼筋砼結構建筑在地震的作用下,能夠具有足夠的承載能力以及具備足夠的延性。

6、在建筑設計過程中,要設置出多道抗震的防線,即,在設計一個抗震結構的體系當中,有一部分延性比較好的構件,在地震的作用下,首先可以擔負起第一道抗震防線的作用,然事,其他的構件,在第一道抗震防線屈服以后,在地震中,會依次的形成第二道、第三道或者是更多道的抗震的防線,這樣的抗震結構體系的設計,在建筑設計當中,對于確保建筑結構具有的抗震安全性,是非常的行之有效的設計方法和手段。

五、結束語

建筑結構抗震設計,關乎民生,關乎經濟發展,社會穩定,對建筑實施結構的抗震設計,主要涉及對建筑高度,承載力,總體結構,各個部件的性能規劃等一系列的因素,要求通過對各個構件和整體規劃的基礎上,既實現滿足居民生活生產保障安全的需要,又具有值得欣賞的美學價值。

參考文獻:

[1]陳維東 建筑結構抗震設計存在的問題及其對策 [期刊論文] 《中國高新技術企業》 -2009年5期

[2]丁勇春 錢玉林 馬國慶 建筑結構的抗震分析和設計 [期刊論文] 《四川建筑》 -2004年4期

[3]崔燁 孫曉紅 建筑結構抗震設計與分析 [期刊論文] 《科技資訊》 -2011年17期

篇(5)

一、重慶農村民居防震設防應對措施

農居抗震設防歷來是防震減災工作的薄弱環節,我國在前幾年確定防震減災十年目標時,是以城市為重點,要求在各級政府和全社會的共同努力下,爭取用10年左右時間使我國大中城市和人口稠密、經濟發達地區具備抗御6級左右地震的能力,當時農村的抗震設防工作沒有提到議事日程。隨著農村經濟的發展和地震對農村經濟破壞的加重,農居地震安全工程已引起了黨和政府的高度重視,并提出了“突出重點、全民防御,健全體系、強化管理,社會參與、共同抵御”三大戰略要求。

為貫徹落實全國農村民居防震保安工作會議精神,努力提高農村民居防震保安能力,2007年重慶市建委、市地震局提出了全市的農村民居地震安全工程的實施意見;2008重慶市政府擬出臺文件,要求按高于《中國地震動參數區劃圖》確定的抗震設防要求設計,提高重慶市新建、改建大樓的防震標準;2009政府又安排300萬元??睿M織有關專家和科研單位,開展農村民居經濟實用抗震技術和農村民居巴渝建筑風貌特色研究,編制實用技術標準。目前,區縣的抗震民居示范工程已經逐步啟動。

二、農村民居抗震設防基本狀況和存在的問題

隨著改革開放以后人民群眾物質文化生活水平的提高,村鎮建筑(本文僅指不納入建設行政主管部門管理的居民建筑)建設的快速增長,居民的房屋結構也由傳統的土坯或土木結構逐漸改為砌體結構、框架結構。但由于缺乏有效的技術指導,多數建筑在沒有規范設計和規范施工的情況下就已建成,留下了不少的安全隱患。具體問題在于:一是目前重慶市村鎮建筑多由居民自己出資,在自有土地產權范圍內建設,一般不納入政府職能部門的基本建設管理范圍,大多無正規設計標準,房主僅為了滿足自身需求,依照自己擬定的功能、開間尺寸、進深尺寸、層高、層數等來進行建蓋;二是施工方大多屬無資質的農民施工隊,工匠技能參差不齊。建蓋過程中,憑建房農民自己的經驗和感覺,甚至是錯誤的經驗就把房屋結構建蓋起來;三是建筑經費使用不合理,主要追求住房的高大、寬敞、明亮,在外表裝飾上投入過多,在結構抗震上過分省錢,有的甚至不與考慮過房屋結構的抗震問題;四是地基選擇不合理,地基挖掘深度不夠,處理方式簡單,大多數僅在地面下50公分左右填埋碎石或片石,很少打地圈梁,基本沒有加鋼筋,多層建筑大多沒有圈梁;五是承重墻厚度達不到要求,有的磚混結構承重墻僅是l2墻,普遍存在磚木結構房屋層高超高,達4~5米;六是砂槳比例不合理,粘接強度差,建筑質量差,忽視抗震設防標準,達不到抗震設防的要求。

從重慶5個鄉鎮民居的調查統計分析情況看:個別地區鄉鎮經濟發展較快,農民生活逐漸富裕,房屋建筑情況相對好些,主要以混合和混預結構為主,采用了圈梁,結構上具有一定的抗震能力,約占調查總數的10%;以磚混合預制結構為主的農家自建樓房,建房過程中根本未考慮抗震設防因素,施工人員技能普遍很低,特別是部分房屋的選址不科學、地基不穩定,不符合抗震設防要求,雖然這類房屋具有一定的抗震性能但很脆弱,約占調查總數的25%;在有些偏僻山區的情況相對較差,由于經濟原因主要以土木結構(土坯房)為主,少部分為磚木結構,房屋基本不具備抗震能力,約占總數的65%。總體上看,農村民居抗震能力十分脆弱,推廣和加強農村民居地震安全工程的工作十分必要。

三、推行民居抗震設防工作需加強的幾項工作

推進農村民居地震安全工程是一項復雜的系統工程,是一項長期而艱巨的任務。各級政府要在民居安全工程建設中發揮主導作用,將其納入政府的議事日程,要落實分管領導、責任到人。在推進農村民居防震保安工作中不容忽視以下幾個方面:

1、專家參與設計,組織進行抗震性能房屋建設論證。針對不同地區、不同經濟條件下各種機構類型,給出當地群眾經濟上易接受的抗震技術措施和指導性建議。通過編制地區性房屋抗震技術標準和抗震構造圖集的形式,指導村鎮房屋建造,提高其綜合抗震能力。

2、領導重視。少數鄉鎮政府對農居抗震設防工作沒有給予足夠的重視,干部群眾防震減災意識淡薄,存在僥幸心理,對推廣民居地震安全工程積極性不高,沒有建立農居檔案,心中無數,這種現狀對今后的抗震救災工作極為不利。

3、嚴把五關。嚴把選址關:嚴格規劃選址實行統一規劃、分棟(分戶)自建,嚴格按建設程序審批。規劃選址用地避開山洪、風口、泥石流、洪水淹沒、風景區核心景區、地下采空區、高壓輸電線路等,并要求有充足的水源和便利的交通條件,以方便生產生活;嚴把建筑設計關:住宅方案供農民選擇使用,免費向村民提供住宅設計圖集,住宅設計一般為2~4層,達到國家技術標準,滿足農村生產生活需要;嚴把施工關:以鎮為單位編制施工方案,組織有資質的施工企業或持證工匠施工,杜絕無證施工,加強施工安全管理;嚴把工程質量關:聘請監理公司或區質監站對農房建設進行監理和監督,同時還應建立由鎮村管所技術人員、村組干部、建房業主代表三方組成的質量監督小組進行質量監督;嚴把建筑材料關:凡進入施工現場的建筑材料及構配件必須符合國家標準,凡不能滿足技術標準的一律禁止進入施工現場。

4、加強宣傳教育。農村長期存在防震抗震知識不足,對建房質量認識不能到位,采用科學、靈活、及時有效的宣傳方式,通過各種宣傳媒體,將農村住宅建設防震抗震知識普及到鄉(鎮)、村莊和農戶,使廣大農民建設安全農居變為維護自身生命財產安的自覺行動,增強市民防震意識。

5、加強監管,保障農村民居抗震質量。把抗震設防管理納入工程審批、規劃、勘察、設計、施工、驗收等各個管理環節中,加強監管,確??拐鹪O防質量。

四、結束語

農村民居防震保安工作要結合新農村建設來改善農民居住條件,是加強農村民居防震減災能力的一種基本措施。同時,積極宣傳,提高農民認識,讓農民自主自愿參與實施地震安全民居工程,做好抗震設防技術指導和服務是實施地震安全民居工程的核心。

(作者單位:重慶大學建設管理與房地產學院)

主要參考文獻

[1]陳東良.真抓實干求真務實扎實推進農居地震安全工程試點工作.高原地震,2007.1.

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中圖分類號: TU761文獻標識碼:A 文章編號:

一、工程抗震及其意義

建筑工程抗震是指通過編制、實施抗震防災規劃,對建設工程進行抗震設防和抗震加固,最大限度地抵抗和防御地震災害活動。建筑物的抗震能力取決于抗震設防烈度、抗震設計和施工質量三方面,其中抗震設防烈度是基礎,抗震設計是保障,而施工質量是工程抗震的關鍵。實踐證明,在地震發生時,建筑的整體質量是保證人民群眾生命安全的最重要保障,是當前預防地震的最好辦法。

地震設防烈度是一個地區抗震設防規劃時所依據的地震烈度,由國家主管部門對建筑工程制定必須達到的抵御地震破壞的準則和技術指標。1976 年以前,唐山地區地震設防烈度為6度,而震后修改為8 度,同時期做出修改的還有北京由6 度調整為8 度,天津由6 度調整為7 度。地震防設烈度是人為規定的,需要綜合考慮地質、環境、工程重要程度等因素,以達到安全目標和經濟承受能力的平衡。

1976 年后,我國對地震災害進行了大量研究,主要成果體現在文獻[1][2][3]等標準與技術文件之中,其中《GB50011-2001 建筑抗震設計規范》對于我國抗震設計具有指導和規范雙重意義,既是建筑工程抗震設計的依據,也是建筑抗震安全性的衡量標準,是建筑抗震必須堅決遵照的規范。建筑抗震設計中的標準可歸納為“小震不壞、中震可修、大震不倒”。抗震設計一般分為承載力驗算和彈塑性變形驗算兩個階段,承載力驗算是為了保證滿足對于小震和中震的要求,而彈塑性變形驗算是對于重點薄弱部位進行檢驗,并依據檢驗結果提出應對地震的構造措施,實現對于大震的設防要求。

建筑施工質量是工程抗震的關鍵。汶川特大地震中,位于重災區的北川六漢希望小學,創造了沒有一座房屋倒塌、沒有一人因地震遭遇不測的奇跡,而承建該希望小學的承建商,在受災地區所建五棟希望小學全都不倒,足以體現工程質量在抗震中的重要作用。建筑施工中的質量問題對于抗震有重要意義,應予以特別重視。

二、抗震設防存在的問題

地震烈度是一個十分復雜、模糊和籠統的主觀的概念。這一概念產生于人們尚無有效的測量地震動物理參數的工具的時候。當時的地震學者用它來描述和比較某次地震在相關地區產生的影響程度的大小。地震烈度的概念發展至今,地震烈度表是其目前最精細的使用參照。不可否認,地震烈度表仍然是非常粗略的。由于地震烈度包括人的感受、地震動引起的響動之類無法量化的多重指標,這就導致了每次強震過后,強震區的烈度劃分總是存在爭議。由于地震烈度具有多指標綜合性,在多個指標評定結果相差較多時,如何綜合評定,這往往就取決于個人主觀決定。不僅如此,具體到衡量地震烈度的每個指標的應用同樣帶有較大的隨意性。目前的地震工程領域已經認識到包括結構類型,場地條件,震源機制在內的諸多因素對地震作用的影響。在實際的結構抗震工程中,認識較為成熟的影響因素已經考慮到結構抗震設計之中。地震烈度為設防指標顯然沒有區分種種因素造成的差異,從而也說明,在一定程度上地震烈度是一個落后的概念??偠灾?,地震烈度是個十分粗略的概念,在建筑結構抗震設計中使用這一概念作為抗震設防指標是不恰當的。地震作為一個極為復雜的自然現象,地震動參數之間往往不存在明確的對應關系,事實上地震烈度和任一地震動參數之間的

對應關系更加模糊。自從20世紀30年代一50年代,人們逐漸積累了不少的地震記錄,并依靠這些資料試圖建立地震烈度與某個地震動參數的對應關系。最后的結論是:尋求地震動的任一單項參數與烈度的對應關系是徒勞的。這一事實的存在也就導致了在抗震工程中無法以地震烈度為出發點,直接合理的得到建筑結構的抗震設防參數,也無法經由合理的計算方法,將結構抗震驗算的結果回歸至地震烈度并依據三水準的設防目標來檢驗??紤]到地震烈度與地震動參數的對應關系極不明確,可以設想地震烈度與結構抗震概念設計要求和構造要求的對應關系更加不明確。很顯然,地震烈度不是目前建筑結構抗震設防技術水準可以直接把握的概念,而在本質上,地震烈度在實際抗震設計中已經在很大程度上被繞開了。以地震烈度作為抗震設防標準的指標存在著建筑結構的抗震設計與抗震設防目標的脫節現象。

三、加強建筑工程抗震設防的措施

要適度提高建筑設防等級、提高建筑設計水平和確保工程質量等方面做到有效結合。主要措施有:

(1)建筑抗震設防,確定合理的設防等級。加固舊建筑的抗震等級。確保工程質量需適度提高設防等級的.主要是地處地震帶、發生過大地震和設防級別明顯偏低的地區。對于新建建筑則有必要、有可能大面積地提高抗震能力。對原有未設防的房屋,也要普遍進行抗震鑒定和抗震加固。抗震加固不僅在地震時能大大減輕房屋的破壞、保障人員的安全,就是沒有發生地震,也在增加建筑物的安全、延長建筑物的使用年限、抗御其他災害等方面具有明顯的經濟效益、環境效益和社會效益。

(2)完善進行抗震設防的法律依據。近年來國家為了規范抗震管理工作,建立健全建筑工程抗震設防法規體系,制定完善建筑工程抗震考核配套規章。認真做好施工單位管理規范和建筑工程抗震施工管理規范等國家標準和行業標準的制定修訂工作。各地要結合

本地實際.制定和完善地方抗震設防管理審批法規規定.盡快形成國家和地方相互呼應、互為補充、比較完善的建筑工程抗震設防新體系。

(3)選擇合理的地震安全性評價標準。地震安全性評價是抗震設計的一部分。它要求所設計的工程在使用期內可能遇到幾次小的地震,工程基本無損,無需修理即可繼續使用;在難得一遇的中震下.經修理后仍可繼續使用;而在不大可能遭遇的特大地震下,可以容許工程破壞,但仍不倒塌,以保證人身安全。地震安全性評價主要包括地震危險性分析和土層地震反映,直接提供不同年限、不同概率水準的基巖與地振動工程參數。建筑工程首先要確定設防標準、設防標準定低了,工程設施安全度降低,地震時起不到抗震的效果。設防標準定高了,增加不必要的浪費,甚至工程項目因資金不足而緩建或停建。

(4)在工程建設的整個過程中抗震設防措施不容忽視。要使建筑工程真正達到能夠減輕以至避免地震災害,必須把抗震防災工作貫穿始終,就是說在選址時選擇地震危險性較小的地段作為建設場地。在抗震設計上,一定要嚴格按“二階段”的設計步驟和“三個水準”的設防目標進行設計,不得馬虎。在施工的各個環節上要全面貫徹抗震規范要求,充分體現抗震設計意圖,使建筑物防御地震的能力得到保障,從而減輕地震災害給人民生命財產帶來的損失。

(5)加大科技投入,建立工程抗震設防管理信息化平臺隨著科學技術的發展。傳統的管理手段已經不能滿足建筑工程抗震設防的需要,迫切需要地震管理部門和建筑工程部門及建筑業業務主體三方聯合起來加快建筑工程抗震設防信息化平臺的構建。應用現代的通訊設備和電子計算機技術,建立健全建筑工程場地的數據庫,逐步實現施工現場管理和監控的現代化.減少工程建設方因資金因素而降低工程抗震性能??梢酝ㄟ^工程抗震管理信息系統進行現代抗震設防管理和職能監督工作,確保建筑物在工程建設中抗震系數的真實性。

【參考文獻】

[1]李國強.建筑結構抗震設計[M].北京:中國建筑工業出版社,2005.

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引言

新的《混凝土異型柱技術規程》(JGJl49—2006)(簡稱異型柱規程)于2006年8月頒布,改變了異型柱設計只有地方性規定而沒有國標的歷。隨之而來就是我們對規范的理解可能沒有比較深入的研究,另外《異型柱規程》有些規定比《建筑抗震設計規范》(GB50011-2~1)(簡稱抗震規范)嚴格?,F就規范的幾點規定,談談個人的一點看法:

(1)異型柱結構最大適應高度

由于異型柱是一種新型的結構形式,只經過十余年的實踐。綜合考慮現有的理論研究、實驗研究成果及設計施工經驗,其房屋適用的最大高度較一般的鋼筋混凝土結構有所降低。現就《異型柱規程》與《抗震規范》對比見下表:

沈陽市抗震設防烈度為7度,設計基本加速度值為0.10g,超過40米的結構,建議采用短肢剪力墻結構。

(2)異型柱的抗震等級

由于異型柱結構的抗震性能相對于普通混凝土房屋較弱,異型柱結構的抗震等級相對于普通混凝土房屋也應較嚴格。由于異型柱結構的適用范圍較普通混凝土結構小,相應《異型柱規程》的抗震等級分類較《抗震規范》詳細。對于丙類建筑抗震設計的房屋,《異型柱規程》給出了抗震等級的確定方法,現就《異型柱規程》與《抗震規范》的異《抗震規范》現澆鋼筋混凝土房屋的抗震等級《異型柱規程》中表3.3—1注3,當為7度(0.15g)時,建于Ⅲ、Ⅳ類聲地的異形柱框架結構和框架一剪力墻結構情形時,也按8度(O.20g)采取抗震構造措施,但于括號內所示的抗震等級形式來具體表達,需注意的是《異型柱規程》采取了“應”按表中括號所示的抗震等級采取抗震構造措施,比《抗震規范》的上述對應部分規定(“宜”按……)有所加嚴

(3)不規則異型柱結構的抗震設計應符合下列要求

1.當異型柱結構樓層豎向構件的最大水

平位移(或層間位移)與該樓層層兩端彈性水平位移(或層間位移)平均值之比大于1.20時,根據《抗震規范》有關規性,可界定為平面不規則的“扭轉不規則類型”,但《異型柱規程》規性此時控制該比值不應大于1.45(第3.2.5條第1款),較《抗震規范》相應規定“不大于1.5”有所加嚴,目的是為了為嚴格控制異型柱結構平面的不規則性,避免過大的扭轉效應而導致嚴重的震害。

2.當異型柱結構的層間受剪承載力小于上一樓層的80%時,根據《抗震規范》有關規性,可界定為豎向不規則中的“樓層承載力突變類型”,并規定其薄弱層的受剪承載力不應小于上一層的65%,但《異型柱規程》規性此時乘以1.20的增大系數(第3.2.5條第2款),較《抗震規范》相應規定乘以增大系數1.15有所加嚴

(4)異型柱的抗震作用計算規則

1.《抗震規范》第3.1.4條規定:“抗震設防為6度時,除本規范規定外,對乙、丙、丁類建筑可不進行地震作用計算”及第5.1.6條規定:“6度時的建筑(建造于Ⅳ類場地上較高的高層建筑除外),以及生土房屋及木結構房屋,應允許不進行截面抗震驗算?!钡懂愋椭幊獭返?.2.3條則以強制性條文方式規定:“抗震設防為6度、7度(0.1Og、0.15g)及8度(0.20g)的異型柱結構應進行地震作用計算及結構抗震驗算。”本條是基于異型柱結構的抗震性能特點而制定的,6度設防時設計者應注意此條。

2.異型柱的雙向偏壓正截面承載力隨荷載(作用)方向不同而有較大的差異,在L形、T形和十字形三種異型柱中,以L形柱的差異最為顯著(設計者應著重加強L形柱的構造)。如根據《抗震規范》5.1.1條第一款(一般情況下(所有烈度),應允許在建筑結構的兩個主軸方向分別計算地震作用并進行抗震驗算,各方向的水平地震作用應由該方向抗側力構件承擔),則可能在某些情況下造成結構的不安全性,所以《異型柱規程》4.2.4條第一款規定,7度(0.15g)及8度(0.20g)時尚應對與主軸成45°方向進行補充計算。

(5)異型柱的抗震變形驗算

由于異型柱結構的特殊性,《異型柱規程》對異型柱結構的彈性層間位移角限值也較《抗震規范》嚴格,現比較如下:

考慮到異型柱結構的特殊性,本人建議進行異型柱設計時彈性層間位移角應從嚴控制:框架結構【】應小于l,800,框架一剪力墻結構【]應小于1/I100。

(6)異型柱框架梁柱節點核心區受剪承載力驗算。

《抗震規范》附錄D規定:

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5.12四川汶川地震震撼全國,也震撼了千千萬萬國人的心。地震造成的直接經濟損失達8451億元人民幣,遇難人數及失蹤人數總和超過87000人,建筑物倒塌造成的人員傷亡占地震傷亡人數的90%以上,庇佑人類生存、遮風擋雨的建筑是否成為了生命的殺手?我們日常居住和使用的建筑安全嗎?帶著這樣的疑問,作者在暑假期間走訪了主要地震區——都江堰市和震中區——映秀鎮,了解一般建筑特別是新建建筑在地震中的表現,以期對按現行國家標準建造的房屋抗震能力有所認識,說明一般建筑的抗震安全性能。

作為描述地震的相關概念包括震級、烈度等。地震震級是表示地震本身大小的一種度量,一般用里氏震級表示。地震烈度指某一區域的地表和各類建筑遭受某一次地震影響的平均強弱程度,我國規定的地震烈度劃分為12個等級,最高為12度。設防烈度是按國家規定的權限批準,作為一個地區抗震設防依據的地震烈度。

此次汶川地震震區地理位置處于青藏高原斜坡龍門山麓坡底與成都平原(盆地)邊緣交接地帶,地震震級為8.0級,都江堰市距汶川縣映秀鎮震中直線距離約14公里,地震實際烈度約為8--9度,映秀鎮地震實際烈度約為11度(見中國地震局網站的《汶川8.0級地震烈度分布圖》)。地震烈度8--11度時一般建筑的通常情況見表1,該地區地震前的抗震設防烈度為7度。

表1中國地震烈度表(節選)

烈度

8

9

10

11

一般建筑震害程度

中等破壞——結構受損,需要修理

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0引言

地震災害是人類面臨的嚴重自然災害之一。地震具有突發性特點,至今可預報性仍然很低。強烈地震常造成人身和財產的巨大損失。我國屬地震多發國家,特別是近年來地震活動頻繁,一些特大地震已經給人類社會帶來了不可估量的損失,這就迫使工程人員不得不去深入研究土木工程結構的抗震設計理論和方法,最大限度地減少地震給人們帶來的影響。

抗震加固是對未進行抗震設防或已進行抗震設防但達不到設防標準的建筑物,進行結構補強和提高其抗震力的措施。建筑結構加固方法隨著經濟水平、技術水平和人們觀念的發展而發展,但有些構件加固方法(如加大截面法)將使結構和構件的剛度發生變化,從而引起結構動力特性、構件內力的變化以及剛度軟弱層和強度薄弱層的出現,而這些變化對結構承載力及彈塑性變形能力帶來的不利或有利影響,是目前的加固方法所沒有考慮的。因此對鋼筋混凝土結構抗震加固技術進行論述有著重要的意義。

1 鋼筋混凝土抗震常規加固技術

混凝土結構抗震常規加固方法包括加大截面加固法、外包鋼加固法、預應力加固法、改變結構傳力途徑加固法、受彎構件外部粘貼加固法以及其他加固方法等,每種加固方法各有其特點和適應范圍,應根據具體條件加以選擇。

1.1 加大截面加固法

加大截面加固法即采用增大混凝土結構或構筑物的截面面積,以提高其承載力和滿足正常使用要求的一種加固方法,可廣泛用于混凝土結構的梁、板、柱等構件和一般構筑物的加固。但由于截面尺寸加大,有時受使用上限制。

1.2 外包型鋼加固法

外包鋼加固法即在混凝土構件四周包以型鋼的加固方法(分干式和濕式兩種形式),適用于使用上不允許增大混凝土截面尺寸,而又需要大幅度地提高承載力的混凝土結構加固。當采用化學灌漿外包鋼加固時,型鋼表面溫度不應高于60℃;當環境具有腐蝕性介質時,應有可靠的防護措施。

1.3預應力加固法

即采用外加預應力的鋼拉桿(一般分水平拉桿、下撐式拉桿和組合式拉桿3種)或撐桿對結構進行加固的方法,適用于要求提高承載力、剛度和抗裂性及加固后占空間小的混凝土承重結構。此法不宜用于高溫環境下的混凝土結構,也不適用于混凝土收縮徐變大的混凝土結構。

2 改變結構傳力途徑加固法

2.1增設支點法

該方法是以減少結構的計算跨度和變形,提高其承載力的加固方法。按支承結構的受力性質又分為剛性支點和彈性支點2種。畢業論文,加固方法。剛性支點法是通過支承構件的軸心受壓將荷載直接傳給基礎或其它承重結構的一種加固方法。增設支點法適用于房屋凈空不受限制的大跨度結構加固。

2.2托梁拔柱法

該法是在不拆或少拆上部結構的情況下拆除、更換、接長柱子的一種加固方法。按其施工方法的不同又分為有支撐托梁拔柱、無支撐托梁拔柱及雙托梁反牛腿托梁柱等方案。適用于要求房屋使用功能改變、增大空間的老廠改造等結構加固。其中雙托梁反牛腿托梁拔柱,則適用于保留上柱的型鋼加固。

2.3 受彎構件外部粘貼鋼板、碳纖維或其它抗拉強度較高的材料加固法

此法是用建筑結構膠將鋼板等材料粘貼在鋼筋混凝土受彎構件表面,具有良好的共同工作性能,所占空間小、加固施工周期短、消耗材料少,其加固部位、范圍與強度可視設計構造需要而定,是近幾年來新發展的加固技術。本加固法適用于承受靜力作用的一般受彎構件,且環境溫度不應超過60℃, 相對濕度不大于70%及無化學腐蝕的使用環境中。

3鋼筋混凝土結構抗震加固新技術

3.1 結構基礎隔震技術

基礎隔震技術是在上部結構和基礎之間設置隔震裝置,阻隔地震能量向上部結構傳遞,從而減少結構地震反應的一種抗震技術。目前研究開發的基礎隔震技術主要有:疊層橡膠墊隔震、摩擦滑移隔震、滾珠及滾軸隔震、支撐式擺動隔震和混合隔震等。其中,疊層橡膠隔震支座已被廣泛應用,具有很好的應用前景??v觀隔震技術的發展,可以看出近年來隔震技術有以下特點:

(1)隔震技術的應用范圍越來越廣,數量越來越多。隔震技術不僅在新建工程中獲得廣泛應用,而且在現有建筑的加同工程中得到應用。

(2)隔震建筑的結構形式日趨多樣化,已從早期主要應用于砌體結構、鋼筋混凝土結構發展到鋼結構、組合結構、木結構。

(3)可供選擇的隔震裝置越來越多,新的隔震方法不斷提出,并且采用混合隔震技術已經成為發展趨勢。

3.2消能隔震技術

傳統的抗震設計方法是靠結構的延性來耗散地震能量。但問題在于結構受到1次強烈地震時,結構構件在利用自身的延性耗散地震能量的同時,也會受到嚴重的損傷。為了解決這個矛盾,在結構上附加各種阻尼器,通過阻尼器大量耗散地震輸入到上部結構的能量,從而達到保護主體結構免遭破壞的目的。常用的阻尼器有金屬屈服阻尼器(Metallic Yielding Damper)、摩擦阻尼器(Friction Damper)、黏彈性阻尼器(ViscoelasticDamper)、粘滯液體阻尼器(Viscous Fluid Damper)等。消能減震技術近年來被大量應用在已有建筑物的抗震加固上,與傳統的加固技術相比主要優勢有:

(1)施工現場無濕作業,基本不影響原建筑的正常使用功能;

(2)能在保持原建筑外貌不變的前提下,實現了提高抗震能力和改善使用功能的協調;

(3)消能效果明顯,結構經過合理的設計,可以滿足各種設防烈度下的抗震要求;

(4)可以有效地節約經費和縮短工期。

3.3 高性能鋼絲網復合砂漿薄層(HPFL)加固技術

高性能鋼筋網復合砂漿薄層(HPFL)加固混凝土結構,是指對混凝土構件進行表面處理后,鋪設鋼筋網,再粉抹或噴射上高性能復合砂漿,使加固層與原構件共同工作,達到提高構件工作性能的目的。

采用高性能水泥復合砂漿鋼筋網薄層加固混凝土構件能有效提高構件的承載力、剛度、抗裂性和延性。畢業論文,加固方法。畢業論文,加固方法。該加固方法與碳纖維加固法相比具有施工簡單,經濟實用的優點,在結構工程加固中的應用前景十分廣闊。畢業論文,加固方法。畢業論文,加固方法。

隨著抗震技術理論的不斷發展和完善,抗震加固方法已從傳統的方法不斷趨向多樣化。畢業論文,加固方法。目前新發展起來的減震控制技術在工程應用上有明顯優勢,為建筑的抗震設計和抗震加固提供了一條嶄新的途徑,它克服了傳統結構“硬碰硬”式的抗震設計方法,具有概念簡單、減震機理明確、減震效果顯著和安全可靠的特點。

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篇(10)

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

型鋼混凝土結構(src 結構)又叫勁性鋼筋混凝土結構或鋼骨混凝土結構,是鋼-混凝 土組合結構的一種形式。src 結構通過把鋼和混凝土巧妙地組合在一起,充分發揮了這兩 種材料的特性,其具有比傳統結構承載力高、強度剛度大、穩定性和抗震性能好等優點。隨 著超高層建筑的發展和理論研究的深入,src 結構在我國將具有非常廣闊的應用前景。目 前國內外對 src 結構的研究工作和成果主要集中在構件的承載能力,即針對強度計算開展 研究[1]。隨著基于性能抗震設計理論的提出和發展,人們意識到這種傳統基于力的設計方 法還存在缺陷,開展基于性能的 src 結構抗震設計理論則更加科學合理,既符合當代抗震 設計理念的發展趨勢,又為工程實踐應用和推廣型鋼混凝土結構提供基礎。

確定 src 結構在不同性能水平下的容許變形值是實現其基于性能抗震設計理論的前提 和關鍵。由于結構的性能與破壞狀態有關,而結構的破壞狀態又可由結構的反應參數或者某 些定義的破壞指標來確定,所以,結構性能水平可以用這些主要的參數來劃分。容許變形值 被認為是比較重要的反應參數,但對此方面的研究還比較欠缺,本文即在此背景下研究 src 結構功能失效的判別參數和容許變形值的大小。

2. src 結構的性能水平和抗震設防目標

2.1 性能水平劃分

結構的抗震性能水平是指建筑物在某一特定設防地震水準下預期達到的最大破壞程度, 或容許的損壞極限狀態。目前對鋼筋混凝土結構性能水平的劃分比較明確,比如我國現行抗 震規范[2]將其分為三檔,美國 vision2000、fema273 和 atc-40 分為四檔,當然還有學者 提出其他不同的劃分標準。

性能水平為基于性能的抗震設計和震后修復加固提供依據,對于 src 結構,結合已有 的劃分方法和試驗理論研究成果[2],將其性能水平分為四檔,見表 1 所示。

表 1 src 結構四個性能水平及其宏觀描述

tab.1 target performance levels and damage control of src structures

 

2.2 抗震性能目標確定

結構的性能目標是指一定超越概率的地震發生時,結構期望達到的某種功能水平。我國 現行抗震規范采用小震不壞、中震可修、大震不倒的三水準設防目標,但在表 1 提出的 src 結構性能水平背景下,已有的三水準抗震設防目標需要更加細化。按照小中大三個地震作用 水平和“四檔”性能水平,可對 src 結構建立表 2 所示的抗震性能目標。

表 2 src 結構抗震性能目標

tab.2 seismic performance objectives

 

(其中:①為基本目標,指一般使用要求的建筑應具備的最基本性能目標;②為重要目標,指重要性很高

或地震后危險性較大的性能目標;③為非常重要目標,指對安全有十分危險影響的性能目標)

可以看出,排除掉不符合實際工程的情況,這里對 src 結構建立了 10 個抗震性能目標,

其比鋼筋混凝土結構的三水準設防目標有所提高,且“中震可修”的性能目標變得更加具體 化。以上三個地震作用水平、四檔結構性能水平和 10 個抗震設防目標的提出為實現 src 結 構基于性能的抗震設計理論奠定了基礎。

3. src 框架柱的破壞模式及描述

src 構件是在混凝土中主要配置型鋼,同時配有受力和構造鋼筋。型鋼分為實腹式和 空腹式,實腹式型鋼主要有 i 字鋼、h 形鋼和 l 形鋼等。理論和實踐均證明,實腹式 src 構件具有較好的抗震性能,而空腹式 src 構件的抗震性能與普通 rc 構件的抗震性能基本 相同。因此,這里主要研究含鋼率為 4%~8%的實腹式 src 構件。

3.1 破壞模式和特點

src 柱在水平荷載作用下主要產生三種破壞模式,破壞形態按剪跨比的不同大致分為 三種。當剪跨比小于 1.5 時,src 柱發生剪切斜壓破壞,首先剪跨段產生許多大致平行的斜 裂縫,將混凝土分成斜向受壓短柱,鋼骨腹板此時基本處于純剪應力狀態,最后鋼骨腹板在

近似純剪應力狀態下達到屈服強度,剪壓區混凝土壓碎而破壞;當剪跨比為 1.5~2.5 時,src

柱在反復荷載作用下發生剪切粘結破壞,首先在最大彎矩處出現剪切斜裂縫或豎向粘結裂 縫,隨著荷載的增加與往復循環,粘結裂縫擴展成兩條沿型鋼翼緣的豎向粘結主裂縫,最后 裂縫處混凝土保護層剝落,剪切承載力下降,構件破壞;當剪跨比大于 2.5 時,src 柱的承 載力往往由彎曲應力起作用,一般發生彎曲破壞,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 柱達到最大承載力而破壞。

3.2 與 rc 柱破壞的主要區別

試驗研究表明,src 柱比 rc 柱具有更優越的抗震性能,其優越性主要在于型鋼的影響。 型鋼的存在使構件的變形能力增強,破壞時吸收的能量增大,延性也相應得到提高。rc 柱 的最終破壞是由于壓區混凝土的壓酥,src 柱由于設置較強勁的鋼骨,壓區混凝土逐漸壓 酥后,rc 部分的承載力將向鋼骨轉移,其后期仍有相當大的變形能力來延緩破壞。可見, 無論在承載能力和剛度方面,還是在延性和耗能能力方面,src 構件均體現了良好的抗震 性能,其在不同性能水平下的變形容許值也將大于傳統 rc 結構,這方面的研究工作值得深 入開展。

4. src 結構功能失效的判別標準和容許變形值大小

4.1 四個性能水平及其極限狀態

目前關于結構性能水平的劃分方法很多,美國 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,參照已有的劃分標準和我國新 的“建筑工程抗震性態設計通則(試用本)”,本文按照我國抗震設計的需要和建筑損傷加重 的程度,對 src 結構采用正常使用、暫時使用、生命安全和接近倒塌四個性能水平。

傳統基于力的抗震設計理論將 rc 結構的極限狀態分為承載能力極限狀態和正常使用 極限狀態,基于性能的抗震設計考慮到“投資-效益”因素,從結構受力和業主損失兩方面出 發,對應于所提的四個性能水平,將 src 結構的破壞極限狀態分為正常使用極限狀態、暫 時使用極限狀態、生命安全極限狀態和接近倒塌極限狀態。

4.2 不同性能水平的失效判別標準和參數

為了確定 src 框架柱在四個性能水平下的容許變形值,首先應該能夠對各種性能水平 的損壞極限狀態進行描述,相應的就必須建立 src 柱不同性能水平的失效判別標準和參數。 傳統的 rc 結構采用層間位移角這種單一指標作為量化參數,對于 src 結構,可以利用層 間位移角、裂縫寬度、塑形耗能、塑形轉角和延性系數等加以描述和量化。

src 壓彎構件經歷了混凝土開裂、裂縫延伸擴展,直到壓區混凝土剝落,受壓縱筋和 型鋼受壓翼緣屈服,承載力達到峰值的一系列過程,構件最終以受壓區混凝土破碎作為喪失 承載力的標志。為了與上述四檔性能水平相對應,可將其整個受力過程劃分為彈性階段、帶 裂縫工作階段、彈塑性工作階段和破壞階段。

在前述 src 柱破壞形態與剪跨比的定量關系基礎上,可以建立 src 柱三種破壞模式各 自的失效判別標準。經過分析,發現得出的三種失效判別標準之間有很多共同點,因此可將 其歸納為統一的判別標準以便應用。對于 src 柱,從開始加載到沿柱身出現剪切斜裂縫或 彎曲裂縫為正常使用性能階段,此為彈性工作階段,以開始出現斜裂縫或彎曲裂縫為正常使

用性能極限狀態;從混凝土開始出現裂縫到受拉鋼筋或型鋼受拉翼緣屈服為暫時使用性能階

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使用性能極限狀態;從型 鋼開始出現屈服到外圍混凝土剝落,縱筋壓屈且水平荷載達到最大值為生命安全性能階段, 此為彈塑性工作階段,以水平荷載達最大值為生命安全性能極限狀態;從 src 柱承載力達 最大值到混凝土保護層嚴重剝落,直至核芯混凝土發生局部破碎且承載力嚴重下降為接近倒 塌性能階段,此階段為塑形階段,以核芯混凝土發生局部破碎為接近倒塌性能極限狀態。

4.3 不同性能水平的容許變形值

結合上述判別標準,可分別以層間位移角、裂縫寬度、塑形耗能和延性系數等作為 src 結構四個性能水平極限狀態的判別參數??紤]到其中一些指標計算的難度,并為了與我國抗 震規范的性能指標相一致,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 態的判別指標。

為了得到各種性能水平的層間位移角范圍,本文對國內外 src 試驗柱、src 平面框架 試驗共約 90 個數據進行了統計分析,試驗框架柱大部分為實腹式 src 構件,軸壓比范圍為

0.3~0.8,體積配箍率為 0.8%~2.2%。通過分析文獻[4]-[20]中試驗柱和平面框架的變形性能, 以及對各個性能水平極限狀態的層間位移角統計結果來看,所有試件在未開裂彈性階段的層 間位移角分布范圍為 1/400~1/185,其中 1/400 對應的 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;僅有少數試件測到 src 柱 受拉鋼筋或型鋼屈服時的層間位移角,分布范圍為 1/120~1/100,有的學者統計為 1/133~

1/100,但大部分集中在 1/120 左右;所有試件均得到了 src 構件在接近倒塌極限狀態的層 間位移角,其分布范圍為 1/53~1/11。

表 3 src 結構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看,src律性較好。按照各個性能水平層間位移角的分布比例,在達到一定安全保證率的情況下,將

src 框架結構正常使用、暫時使用和接近倒塌三個性能水平極限狀態的層間位移角限值定

為 1/350、1/120 和 1/35;同時,將生命安全狀態的層間位移角限值設在 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的判別指標。文獻[4]-[20]

所做的 src 框架柱抗震性能試驗中,在對層間和柱端位移角測量的同時,考察到的柱端裂

縫寬度 在正 常使用 、暫 時使用 、生 命安全 和接 近倒塌 四個 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 框架結構在不同性能水平時的層間位移角限值和柱端裂縫 寬度可總結為表 4。

表 4 src 框架結構性能水平量化指標限值

tab. 4 limit value of quantitative index for src structures

 

5. 結論及建議

1) 提出基于性能的 src 結構抗震設計理論這一新課題,結合國內外對鋼筋混凝土結構 性能水平的劃分標準,將 src 結構的性能水平劃分為正常使用、暫時使用、生命安全和接 近倒塌四個等級,在此基礎上建立了 src 結構的 10 個抗震設防目標;

2) 總結了 src 柱在不同剪跨比時的破壞形態,提出了四個性能水平的失效判別標準和 參數,建議各自的層間位移角限值分別取 1/350、1/120、1/75 和 1/35,并將對應的柱端裂縫 寬度范圍定為 0.05~0.1mm、0.5~1mm、1~2mm 和>2mm;

3) 本文所提四個性能水平的容許變形值僅建立在少量試驗基礎上,還需要將試驗量測 結果和大量數值模擬結合起來,從理論上建立容許變形值的計算公式;同時,已有的 src 結構試驗研究主要針對框架結構,目前迫切需要開展型鋼混凝土組合件和型鋼混凝土剪力墻 的試驗研究,以便為全面實現 src 結構性態抗震設計提供依據。

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