时间:2022-11-06 00:49:31
开篇:写作不仅是一种记录,更是一种创造,它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感,将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇建筑抗震设计论文,希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友,陪伴您不断探索和进步。
1建筑设计融入建筑抗震设计后应注意的细节
1.1建筑的平面布局设计建筑设计的中心设计部分就是建筑平面布局,平面布局的好坏对建筑功能和使用的要求有一定的影响,并且平面布局还与抗震设计有着必要的联系,所以,想要将建筑设计融入到建筑抗震设计中,首先要保证建筑的刚度和结构质量分布匀称,具有对称性,避免建筑出现扭转的现象。在建筑的墙体设计上,一定要保持对称性和均匀性,抗震墙的布局,一定要与抗震结构相结合,刚度较大的楼层语电梯都要布置在中心位置,以免发生建筑扭转效应。在进行平面布局的时候,要为结构抗侧力构建的合理布局制造出有利的条件,从而使得建筑的使用功能与建筑的抗震结构需求相结合,使建筑抗震设计发挥出最大的效果。
1.2建筑的纵向布局设计建筑的纵向布局主要是建筑物岩的高度、建筑结构的质量以及建筑物的刚度分布。不管是在工业建筑还是民用建筑,不论建筑的层数是多还是少,都会存在这样的问题。在进行建筑设计的时候,尽可能的将建筑物沿与建筑的刚度设计成相近的系数,剪力墙的布局不仅要布局均匀,还要使其能沿着建筑纵向一直贯穿到建筑的底部,不要中途中断或者是不到达建筑的底部。在设计过程中,一定要避免楼层之间刚度不均匀的现象,同时还要避免在地震中,建筑出现扭转的现象。
1.3建筑的整体布局设计建筑的整体布局设计,主要是指建筑的平面和立体空间上的设计。在建筑的整体布局中,要使建筑平面和建筑空间在形状上,既规则又简洁。建筑的平面形状可以是圆形、矩形、方形等,这样的形状能够提高建筑抗震的水平。在建筑的整体布局设计中,要避免凹凸行的设计,这样的设计对建筑抗震起到了一定的制约作用。严重是还会出现扭转效应。要设计出具有立体美和具有艺术性的建筑,就一定要将建筑艺术和建筑所具备的功能,与建筑抗震设计结构结合到一起。例如:南昌绿地紫峰大厦,该建筑的高位268m,其框架是核心筒结构,对该建筑的抗震设计,在建筑三分之二出,东西里面内凹,其内凹部分的荷载通过结构柱支撑在41层与43层之间的跨悬臂转换墙上。其整体结构设计融入了新年功能化设计的思想,并对建筑结构进行小震下的反谱计算,以及中震弹性复核。
2建筑设计过程中应重视的抗震设计问题
2.1建筑物屋顶抗震设计屋顶太高或太重,是目前建筑设计最主要的问题。屋顶过高或者过重,会加重地震的作用,导致建筑变形,对建筑物自身的抗震能力有所制约。建筑屋顶的重心和建筑底部的重心不在一条线上,那么就会导致建筑抗侧力不能连续,从而加剧建筑的扭转效应,制约建筑的抗震水平。所以,设计师在进行设计的时候,一定要避免屋顶超高超重的现象,使得整个建筑的结构与刚度均匀的分布下来,让屋顶与建筑的重心保持在同一条线上。如果建筑物的屋顶设计的过高,那么就一定要保证建筑具有良好的抗震稳固性,降低建筑扭转效应。3
2.2设计限值控制相关文件规定,在建筑设计过程中,要考虑抗震要求的限值控制。房屋的建筑高度和楼层的数量。在实际设计当中,有的建筑高度超标,有的建筑层数超标,有的建筑高度没有超标,但是其宽度超标。这些超标,都将会给建筑抗震带来一定的安全隐患,特别是一些高度和宽度超标的建筑,因此,在建筑设计中,只要完全融合建筑抗震设计,就能够有效的进行限值控制。例如:防裂度为8的时候,粘土砖等对称建筑的总高度要低于18m,建筑的层数一不能超过6层;底层框架为砖房的建筑高度应该保持在16m,层数保持在5层以内;建筑材料为钢筋混泥土框架房屋的时候,其高度要保持在45m以下,而框架的抗震墙高度应该保持在100m以内。除了在设计过程中要考虑抗震要求的限值控制之外,还要考虑房屋抗震横墙之间的间距以及局部墙体尺寸的限值控制。抗震墙限值控制,就是避免横墙的间距超过了原有的额定值,从而导致建筑平面的刚度下降,遇到水平地震力时,影响了建筑水平地震力的传递,因此,导致了建筑纵墙发生形变,制约了建筑抗震的承载力度,致使建筑倒塌。对局部墙体尺寸的限值控制,是因为这些局部墙体能够增强建筑抗震强度,如果局部墙体尺寸的限值小于规定的值,那么就不能够满足建筑抗震设计的要求,就会出现墙面裂开或者是倒塌的现象。因此,在设计过程中要注意建筑设计限值控制。
3结束语
总而言之,在建筑设计中融入建筑抗震设计,是目前建筑设计中最为重要的。建筑设计与建筑抗震设计有着密不可分的联系,一个好的建筑抗震设计,一定要将设计和结构融为一体,这样才能够在建筑抗震设计的基础上,完成建筑设计。由此可见,建筑抗震设计在建筑设计中,则显得尤为重要,既能够提高建筑物的稳固性,还能够将建筑设计的应用,在抗震设计中更好的发挥出来。
作者:严朝宗单位:江西省直属机关建筑设计院
【关键词】应用型人才;建筑抗震原理设计;教学探讨
《建筑抗震设计原理》这一学科作为高等院校专业的一土木工程门重要课程,有很强的实用性,能帮助学生了解地震的基本原理,理解结构抗震设计的基本方法,掌握房屋建筑关于抗震方面的知识。这门课程综合性强,要具备很多相关专业知识,如高等数学、线性代数、概率论、结构动力学、混凝土结构、钢结构、土力学与地基基础等。在实际的学习当中,这一门重要的专业课学习效果却不尽人意,经过多年的教学经验,分析其主要的原因是这一课程知识量大、理论内容难、专业术语较多、难以记忆,如学习地震作用计算时,要用到微分方程的求解、建立运动方程并求解等,这些都是在大二、大三学习的专业知识,部分学生对这些内容已经遗忘,这让学生上课感到课程难度较大、听不懂,影响学生的学习热情;课程里包括多高层混凝土房屋的抗震设计、钢结构的抗震设计、砌体结构的抗震设计,这些章节有很多直接引用规范的条文,内容较为枯燥,丧失对本课程的学习兴趣;还有就是由于课程课时有限,但内容较多,导致讲授了理论知识,没有足够时间讲述实践运用,也影响了本门课程的教学效果。如何让学生学好《建筑抗震设计原理》的相关知识,在有限的学时中提高知识的吸收效率,提高学生实际运用的能力,培养符合社会发展需要的应用型人才,是我们需要探讨的。
一、《建筑抗震设计原理》的重要性
1.地震的破坏
地震又被称为地动或地震动,是自然界的一种地壳运动,在产生期间会产生一种地震波,属于一种自然现象。其产生的原因主要是板块的相互碰撞和挤压。每年大约产生500多万次地震,其中让人有感知的不多,会造成伤害的约有十几次,能够造成严重伤害的平均一年有一两次。目前人类所掌握的技术无法对于地震这一自然现象进行预测。而地震造成的伤害异常惨痛的,地震发生时强大的地震波会导致房屋倒塌,公路毁坏的建筑破坏;并且对于人员的伤亡更是惨重所造成的经济损失更是难以计算。地震发生所导致的一系列灾后重建问题也是需要大量的时间和金钱去解决的。所以对于地震提前做好防范准备,提高建筑的抗震能力无疑是最好的选择。
2.抗震设计的重要性
据不完全统计地震中95%的伤亡人数都是与建筑物的损坏有关。由此可以看出建筑物的损坏所造成的人员伤亡是人员伤亡的最主要原因。这体现了建筑中抗震设计的重要性。中国地形多样、人口众多且本身是地质灾害的多发国家。近年以来,全球地壳活动较为活跃,地震数量和强度都有增加。我国也遭遇了级别较高的地震,且造成了严重的后果。同样地震的情况下日本的地震强度更大但是人员伤亡,但经济损失都小于我国。原因就是日本对于地震早有防范。特别是对于房屋建筑的设计方面。由此可以看出房屋建筑的抗震是非常的重要的。掌握并且深入学习《建筑抗震设计原理》这一门课程是非常有必要的。
二、培养应用型人才的教学讨论
1.提高上课的效率
为提高上课效率,老师应采取多种授课的方式。采用传统板书和多媒体结合的方式,利用多媒体的优势,收集在地震中的建筑物的破坏的图片用于教学,结合图片讲解造成结构破坏的原因,使学生认识到地震危害和建筑物抗震的重要性;教学过程中注意与学生的互动与启发,如组织课堂讨论,注重学生主体性的发挥,增加授课的趣味,由此提高学生的积极性,主动理解和掌握知识。
2.将理论结合实践培育应用型人才
培养应用型人才要求我们更加注重课程教学中的理论与实践相结合,但这一门课时的时间为32课时左右,在这样有限的时间中需要讲授理论知识和进行实践和案例的讲解是十分困难的。对于这样的情况老师对于课程的结构安排,对于课堂层次的把握就是很重要的。在学习抗震设计中一般将其分为三个部分:抗震概念设计、抗震计算、抗震构造措施。很多学生对于抗震计算比较重视,却忽视了对概念设计和构造措施的学习。教学中应强调三个方面都十分重要,可举例说明,如地震中由于建筑平面、立面设计的不合理或钢筋锚固不足而导致的严重的震害。老师课堂上时对于主要内容核心观点进行讲述,对于次要内容进行大概讲述或者点明核心让学生进行自我学习,同时注意与其他专业课之间的沟通联系。比如D值法,这部分内容与《钢筋混凝土结构》课相同,为避免重复教学,可只讲授D值法的要点和步骤。再比如讲多高层房屋的抗震构造措施时,可以和《平法施工图与构造》课程结合起来,根据图集里的钢筋的抗震布置要求讲解,这样有利于学生接受和理解。加强实践性教学,增强学生对于课程所学知识的灵活运用和判断性。对于课后作业可联系实际工程图纸进行布置;毕业设计中涉及到的抗震方面的知识重点讲解,如根据轴压比确定框架柱的截面尺寸、荷载组合时的抗震组合、选择合理的建筑物的平面布置和结构布置等。课程不要局限于课堂,这一门课程需要去实际观察学习,建议在学习中由老师或辅导员带领去参观地震相关博物馆了解地震原理、地震发生后的危害教育学生的同时培育其责任感;组织对于工程图纸的小组学习活动,在讨论互动中对于未来工作中可能遇见的工程问题进行讨论、分析;有条件的话建议学校与企业合作让学生进入企业施工现场,进行参观,对于未来工作的需要进行了解;针对课程安排开放性实验,如静载试验、振动台模拟实验,让学生动手参与和观看实验,帮助理解建筑抗震设计的原理。
3.改革课程的考核评价方法
现在大部分的考核评价方式是将平时分和期末考试成绩成一定比例来进行最后成绩的考评。这样的考评方法对于大部分学科都是适用的,但针对培养应用型人才和这一门学科的差异性,我建议增加平时考评成绩的比重和考核方式。教师可通过布置大作业、论文等形式考察学生对知识的掌握程度,对平时的实践性环节(参观学习、实验)也列入平时成绩考核内容。注重平常成绩可以让学生在学习的整个过程中都专注于这一科目的学习,这样保证学生不是在考试前突然用功通过考试,而是整个学习阶段都处在一个比较好的学习状态。
结语
随着对抗震减灾的重视,建筑抗震设计原理这一门课程更彰显其重要性。文中总结了几年来对教学的一些思考和总结,但仍存在许多不足之处。教师需要不断的丰富自身的专业知识储备,继续深入研究教学内容的优化和整合,不断改进教学手段、完善考试制度,联系实践培养符合市场需要的和社会需要的专业人才。
参考文献:
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关键词:高层结构抗震,抗震规范,高层抗震注意问题,纤维增强混凝土
1引言
地震是一种突发性和毁灭性的自然灾害,它对人类社会的危害首先是引起建筑物的破坏或倒塌,导致严重的人身伤亡和财产损失;其次是引起火灾、水灾等次生灾害,破坏人类社会赖以生存的自然环境,造成严重的经济损失,产生巨大的社会影响。近十年来,地壳运动进入活跃期,世界各地都爆发了不同程度的地震,而我国更是世界上大陆地震最多的国家之一,20世纪以来,全球发生7级以上地震1200余次,其中十分之一在我国。例如,1976年7月28日的唐山7.8级地震,2008年5月12日的汶川8.0级地震,2010年4月14日的玉树地震,都给人们的生命财产安全带来巨大的损失。同时,由于地震破坏的后果严重,我国抗震规范在2008年与2010年都进行了不同程度的修正,目的是加强建筑结构的安全性。因此,为保障地震作用下人们的生命财产损失降至最低,有必要对建筑物的抗震设计进行研究,本文就高层结构的一些常用抗震设计方法进行了讨论。
2结构抗震设计方法的发展
结构抗震设计方法的发展历史是人们对地震作用和结构抗震设计能力认识不断深化的过程,对结构抗震设计方法发展历史进行回顾,有助于对结构抗震设计原理的认识,
结构抗震设计方法经历了静力法、反应谱法、延性设计法、能力设计法、给予能量平衡的极限设计方法、基于损伤设计方法和近年来正在发疹的基于性能/位移设计法几个阶段[1]。这些抗震设计方法在发展阶段相互交错与渗透,对齐进行系统化整理,结构抗震设计方法可以分为以下几类[2]:
基于承载力设计方法
基于承载力和构造保证延性设计方法
基于损伤和能量设计方法
能力设计法
基于性能/位移设计方法
根据清华大学叶列平教授的研究,第(5)种方法在结构抗震设计中较前几种方法优点更为突出,并且在各国规范中应用最广泛。
3高层抗震设计的设防目标
长期的地震观测表明,在同一地区不同强度地震的重现期是不同的。强度小的地震重现期,一般10~50年左右发生一次,即所谓频遇地震或“小震”;强度较大的地震,重现期较长,一般100~500年发生一次,即所谓偶遇地震或“中震”;而强度特别大的强烈地震,重现期一般为数千年,即所谓罕遇地震或“大震”。
高层建筑的使用寿命一般为50~100年,高层住宅的寿命更短,因此要求结构在“大震”作用下不破坏显然四不合适和不经济的。这就提出了对于不同强度地震的重现期,结构应具有不同的抗震性能,即所谓抗震设防目标。目前国际上公认的较为合理的抗震设防目标是:
(1)在频遇地震作用下,结构地震反应应处于弹性阶段,结构无损坏或轻微破坏,且结构变形很小,不会导致非结构构件的破坏,震后可无条件继续使用;
(2)在偶遇地震作用下,结构和非结构构件损伤在一定限度内,震后经修复可继续使用;
(3)在罕遇地震作用下,结构不产生倒塌,非结构构件无脱落或落下,保证人身安全,
上述抗震设防目标与我国抗震设计规范中的“三水准”即“小震不坏,中震可修,大震不倒”是一个含义。现在的问题是这种单一的抗震设防目标已不能适应现代工程结构对抗震性能的需求。许多重要建筑对大震作用下的性能要求也不再是不倒塌,而是应满足一定性能指标要求,以保证其仍具有一定的建筑功能和使用功能,这即是基于性能抗震设计方法研究的目的。
高层抗震设计方法的几点讨论
4.1遵循建筑抗震设计规范
建筑结构抗震规范实际上是各国建筑抗震经验带有权威性的总结,是指导建筑抗震设计(包括结构动力计算,结构抗震措施以及地基抗震分析等主要内容)的法定性文件。它既反映了各个国家经济与建设的时代水平,又反映了各个国家的具体抗震实践经验。它虽然收抗震有关科学理论的引导,向技术经验合理性的方向发展,但它更是具有坚定的工程实践基础,把建筑工程的安全性放在首位。正是基于这种认识,现代规范的条文有的被列为强制性条文,有的条文中应用了“严禁、不得、不许、不宜”等体现不同程度限制性和“必须、应该、宜于、可以”等体现不同程度灵活性的用词。任何结构的抗震设计都必须以抗震规范为基础,按其规定条文执行。
4.2高层建筑抗震设计应注意的问题
高层建筑结构应根据房屋高度和高宽比、抗震设防类型、抗震设防烈度、场地类别、结构材料和施工技术条件等因素考虑其适宜的结构体系,高层建筑的高宽比是对结构刚度、整体稳定、承载能力和经济合理性的宏观控制,在设计过程中应注意以下几点:
应当注意抗震缝的设计,必须留有足够的防震缝宽度;
平面形状和刚度不对称,会是建筑物产生显著的扭转、震害严重,设计中应避免这种情况,不能避免时应对抗震薄弱处进行加强;
凸出屋面的塔楼受高振型的影响,产生显著的鞭梢效应,破坏严重,设计中加以注意;
高层部分和底层部分之间的连接构造是否合理;
框架柱截面太小、箍筋不足、柱子的延性和抗震能力不够等容易导致剪切破坏或柱头压碎;
沿竖向楼层质量与刚度变化太大容易导致楼层变形过分集中而产生破坏;
地基的稳定性尤为重要;
伸缩缝和沉降缝宽度过小(W昂王与防震缝一切三缝合一)使得碰撞破坏很多;
不应在建筑物端部设置楼梯间,楼板有大洞口会因刚度不均匀而产生扭转;
中间部分楼层柱子截面和材料改变或取消部分剪力墙,都会产生刚度或承载力的突变,形成结构薄弱层。
4.3采用纤维增强混凝土
对于高层建筑,混凝土材料由于其自身缺陷,地震作用下易于发生脆性破坏,引起结构损伤,因此从建筑材料角度分析,可以在某些关键部位采用韧性材料代替混凝土提高整体结构的吸收能量能力与抗震能力。抗震建筑材料必须具备轻质、高强、高韧性特征,例如,木材、轻钢、型钢、钢筋混凝土、复合材料等都可以从某些方面达到抗震目的。而在我国,森林覆盖面积少,人居木材占有量少,而钢材成本较高,这些材料的使用都有相当的局限性。而在钢筋混凝土结构的关键部位采用一些韧性较高、延性较好、抗性强度高的纤维增强混凝土对提高结构的抗震性能具有非常明显的作用[3]。目前,我国的纤维增强混凝土种类繁多,例如,钢纤维混凝土、聚丙烯增强混凝土、聚合物增强砂浆、超高韧性水泥基复合材料等,这些材料的研究与发展对高层结构的抗震也起着重要作用。
结束语
本文在回顾结构抗震设计方法发展历史的基础上,探究了高层结构的抗震设防标准,并讨论文高层抗震设计中应该注意的问题。高层抗震是个很复杂的课题,涉及的考虑因素众多,由于笔者参加工作时间较短,相关工程经验较少,本文仅提供一般性的参考,如有不到之处,敬请指正。
参考文献
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小古俊介, 叶列平. 日本基于性能结构抗震设计方法的发展. 建筑结构, 2000年第6期.
Parra-Montesinos G.. High Performance Fiber Reinforced Cement Composites: an Alternative for Seismic Design of Structures. ACI Structural Journal, 2005, 102(5):668-675.
关键词:建筑结构;性能;抗震设计;概念;特点;问题;方法
中图分类号:TU318 文献标识码:A 文章编号:
随着人们生活水平的提高,人们对社会的需求开始呈现多样化的特点,而随着建筑物越来越高,体型变得越来越复杂,建筑结构的抗震设计也变得更有挑战性。人们为了保障自身的安全,对此便有了更多的关注,对基于性能的抗震设计也更加重视起来,在此种方法下,会对设计者有所要求,那就是要对建筑物在地震作用下可能形成的性态反应做出一定的评价。这种方法有很多好处,最主要的就是对于不安全的设计,能够正确的辨别出来,还可以提出一些方案来解决问题,使得建筑结构更加安全和经济。
1基于性能的抗震设计概念
以往提到的基于力的抗震设计或者基于位移的抗震设计,由于力和位移都是很明确的物理概念,可以被很容易地理解。但是基于性能的抗震设计,由于性能一词是一个宏观概念,不像力或位移可以直接成为设计参数,也可以直接应用到设计中去事实上,这里提到的结构性能往往可以与结构的破坏程度相关,而结构的破坏程度又可以由结构的反应参数来表示(如应力、力、位移、能量以及一些定义的破坏指标)。所以基于性能的抗震设计是比基于力或者基于位移抗震设计更为广泛的设计理念,更为直接地满足个人或者社会对建筑物的要求,即要求建筑物是否安全可靠,是否满足他们的使用需要,而不是普通使用者能提出的建筑物可以抵抗多强地震力,或者是变形控制在什么程度。
基于性能的抗震设计并不是一个全新的概念,尽管目前基于性能的抗震设计得到国际上广泛的重视与研究,也取得一些初步的成果,但是对于基于性能的抗震设计,现在还没有一个统一的定义。比较有权威性的是美国SEAOC,ATC和FEMA等组织给出的基于性能设计的描述。其中,对基于性能抗震设计的描述是“性能设计应该是选择一定的设计标准,恰当的结构形式,合理的规划和结构比例保证建筑物的结构与非结构的细部构造设计,控制建造质量和长期维护水平,使得建筑物在遭受一定水平地震作用下,结构的破坏不超过一个特定的极限状态”。一些学者也对基于性能抗震设计进行了描述,可见,尽管不同的机构或者个人对于基于性能的抗震设计描述不完全相同,但是这些论述中有一共同思想,就是基于性能抗震设计的主要思想:即结构在其设计使用期间内,在遭受不同水平的地震作用下,应该有明确的性能水平并使得结构在整个生命周期中费用达到最小。
2 我国现行建筑抗震设计理论的存在的问题
2.1我国现行的建筑抗震设计理论设计方法较为保守,缺乏新的设计理念,很大程度上阻碍了新的设计技术的实施。同时,在设计时候,缺乏对建筑结构性能的考虑,而只是根据我国一些曾经制定的抗震设计规范而行,只从刻板的标准出发,没有能综合考虑到各种实际状况。
2.2我国的设计理论和设计方法在很多抗震指标上规定不清晰,抗震设计理念不明确,加上很多建筑的使用者缺乏一定的抗震建筑知识,难以对所使用的建筑结构的抗震性能和抗震能力做出一个很明确的评判。
2.3目前,我国的建筑抗震设计多是重视对建筑的整体承载力和建筑的结构强度来进行,而忽视了对其他因素的考虑比如建筑结构的性能设计。同时,很多现行设计理论在进行建筑的设计时候,更多的注意着建筑的主题结构的抗震损失,而忽视了很多细节,对损失的控制力度不强。经济评估准则并没有在建筑业中得到广泛应用。
3 性能抗震设计理念的特点
通过对现行抗震设计理论的实践,可以对两者进行对比,以得到性能抗震设计理念的特点。
3.1多级设防。
相对于现行的三阶段设防目标(小震不坏、中震可修、大震不倒),性能抗震设计注重多级设防,保护非结构件与内部设施,后者的设计理念既保证使用者安全,又减轻业主和社会的经济损失与压力。
3.2投资效益准则。
性能抗震设计偏重于安全、经济等多方面。在安全与经济之间找到合理、平衡的切入点,确定最佳方案,以优化设计为目的。
3.3自由度大。
相比较传统抗震设计刻板的被动状态,性能抗震设计可根据业主的要求确定目标,给设计带来新的动力。
4 建筑结构基于性能的抗震设计方法
作为性能设计理论的重要内容,基于性能的抗震设计方法显得尤为重要。那么怎样合理的运用基于性能抗震设计理念则引起了人们的广泛关注,为了能够把它有效地运用到实际中来,有很多学者都对此进行了思考,但是却还没有统一的认识,通过他们的总结,我们可以知道让性能设计思想运用到实际设计中来主要有以下步骤和方法:
4.1性能抗震设计阶段
4.1.1概念设计。根据用途和业主的要求,合理确定设防目标,通过场地、建筑平面等进行初步设计。
4.1.2 计算设计。根据预定的设防目标,计算出能影响各类因素的抗震参数,参数与预定目标不符要及时修改,直至满足参数需求。以基于位移的抗震性能设计为例,主要包括步骤有确定不同强度地震作用下性能目标;根据初步设计,确定结构内的位移的极限值;通过等效阻尼比等各类等效数值,确定等效刚度;设计采用必需的构造措施;评价结构强度要求和变形能力。以严谨、科学、合理的态度进行评估,如计算阶段有不符合,则需重复计算设计步骤,以不断完善结构设计。
4.1.3性能评估。通过各类的分析法得出设计结果来确定该建筑结构的性能。
4.2 性能抗震设计方法
目前大致主要有:位移影响系数、能力谱、直接位移设计等方法。
4.2.1位移影响系数法。基于结构性能设计方法,通过分析得出的最大期望位移值,利用等效方法、模态进行确定。以达到此系数的修正作用。此方法还存在着由于它是整体抗震评估方法,无法具体体现主要结构、楼层的损坏情况与抗震水准等问题。
4.2.2能力谱法。1975年被提出,随后不断改进。能力谱设计是将能力谱曲线与地震反应谱转化而来的需求谱,进行比较来评估其抗震性能。此方法侧重对结构的实际性能进行验算、评估。另外,能力谱设计法比较适用于平面结构可简化且分布较均匀的结构,否将会产生不小的误差。
4.2.3直接位移设计法。侧重于结构性能设计,概念简单,根据地震等级来预期位移计算,使结构达到预定位移。此方法也存在着只能从建筑结构材料的极限变化得到数值,而不能考虑到预期以外的强震效应的不足。
5 结语
建筑结构基于性能的抗震设计是比较宽泛的体系,它是现行抗震设计的延续与发展,以结构性能分析作为基础,建筑物的性能目标以全面、科学的因素来确定,使建筑物在面对不同等级的地震时,能达到预期的抗震目标。与传统抗震设计相比,优点明显:基于性能抗震相较于以往更系统化;性能抗震设计的适应性、连贯性更好,应用意义更大;灵活性的加大,使设计人员能发挥创造性,增加对新技术、新材料的推广应用等。性能抗震设计方法也需要解决一些设防水准数据化的划分,合理的参数取值范围介定等问题,才能更好的服务于社会经济建设,达到符合我国国情的设计规范。
参考文献:
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论文摘要:本文简要介绍了高层、超高层建筑的结构体系,通过对国内已建和在建的高层建筑钢结构国产化问题的调研,分析了在钢材、设计、施工和监理等方面国产化所面临的主要问题,为高层建筑钢结构的发展提出了一些建议。
高层钢结构建筑在国外已有110多年的历史,1883年最早一幢钢结构高层建筑在美国芝加哥拔地而起,到了二次世界大战后由于地价的上涨和人口的迅速增长,以及对高层及超高层建筑的结构体系的研究日趋完善、计算技术的发展和施工技术水平的不断提高,使高层和超高层建筑迅猛发展。钢筋混凝土结构在超高层建筑中由于自重大,柱子所占的建筑面积比率越来越大,在超高层建筑中采用钢筋混凝土结构受到质疑;同时高强度钢材应运而生,在超高层建筑中采用部分钢结构或全钢结构的理论研究与设计建造可说是同步前进。
超高层建筑的发展体现了发达国家的建筑科技水平、材料工业水平和综合技术水平,也是建设部门财力雄厚的象征。
一、我国的高层与超高层钢结构建筑的发展
我国的高层与超高层钢结构建筑自改革开放以来已有20年的历史,并在设计和施工中积累了不少经验,已有我国自行编制的《高层民用建筑钢结构技术规程》JGJ 99-98。
1、钢材的国产化
国内钢铁企业根据我国高层建筑钢结构设计标准的要求,制订我国第一部高层建筑钢结构的钢材标准《高层建筑结构用钢板》( YB4104-2000),比目前仍在实施的《低合金高强度结构钢》(GB/T 1591-94) 又前进了一步,其性能指标优于国外同类产品。
2、钢结构设计国产化
截止2003年3月,我国已建和在建的高层建筑钢结构有60 余幢,按其结构类型划分,钢框架-RC核心筒占4314%,SRC框架-RC核心筒占1617%,二者合计6011%;钢框架-支撑体系占1813%;巨型框架占813%;纯钢框架占617%,筒体和钢管混凝土结构各占313%。统计表明,目前我国高层建筑钢结构以混合结构为主。
鉴于我国对混合结构尚未进行系统的研究,所以《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)暂不列入这种结构类型是合理的。
国家标准《高层民用建筑钢结构技术规程》(JGJ99-98)和《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)等有关高层建筑最大高度和最大高宽比的规定,在一般情况下,应遵守规范的规定,否则应进行专项论证或试验研究。建设部第111号令《超限高层建筑工程抗震设防管理规定》和建质[2003]46号文《超限高层建筑工程抗震设防专项审查技术要点》,对加强高层建筑钢结构设计质量控制意义重大,具有可操作性。
钢结构设计分两个阶段,即设计图阶段和施工详图阶段。现在有的设计院完全采取国外设计模式,无构件图、节点图和钢材表等,对工程招投标和施工详图设计带来不便。因此,建议有关部门对此做出具体规定。关于节点设计问题,国内应多做一些理论和试验研究工作,比如柱梁刚性节点塑性铰外移和防止焊接节点的层状撕裂等。由于钢结构的阻尼比较低,在研发各种耗能支撑和节点的减震消能体系方面,国际上研究和应用较多,国内应加快进行此方面的研究。
二、高层及超高层结构体系
对于高层及超高层建筑的划分,建筑设计规范、建筑抗震设计规范、建筑防火设计规范没有一个统一规定,一般认为建筑总高度超过24m为高层建筑,建筑总高度超过60m为超高层建筑。
对于结构设计来讲,按照建筑使用功能的要求、建筑高度的不同以及拟建场地的抗震设防烈度以经济、合理、安全、可靠的设计原则,选择相应的结构体系,一般分为六大类:框架结构体系、剪力墙结构体系、框架—剪力墙结构体系、框—筒结构体系、筒中筒结构体系、束筒结构体系。
三、钢结构制作与安装
1、钢柱的安装
钢柱是高层、超高层建筑决定层高和建筑总高度的主要竖向构件,在加工制造中必须满足现行规范的验收标准。
100m高的超高层钢柱一般分为8~12节构件,钢柱在翻样下料制作过程中应考虑焊缝的收缩变形和竖向荷载作用下引起的压缩变形,所以钢柱的翻样下料长度不等于设计长度,即使只有几毫米也不能忽略不计。而且上下两节钢柱截面完全相等时也不允许互换,要求对每节钢柱应编号予以区别,正确安装就位。
矩形或方形钢柱内的加劲板的焊接应按现行规范要求采用熔嘴电渣焊,不允许采用其他如在箱板上开孔、槽塞焊等形式。
钢柱标高的控制一般有二种方式:
(1)按相对标高制作安装。钢柱的长度误差不得超过3mm,不考虑焊缝收缩变形和竖向荷载引起的压缩变形,建筑物的总高度只要达到各节柱子制作允许偏差总和及钢柱压缩变形总和就算合格,这种制作安装一般在12层以下,层高控制不十分严格的建筑物。
(2)按设计标高制作安装。一般在12层以上,精度要求较高的层高,应按土建的标高安装第一节钢柱底面标高,每节钢柱的累加尺寸总和应符合设计要求的总尺寸。每一节柱子的接头产生的收缩变形和竖向荷载作用下引起的压缩变形应加到每节钢柱加工长度中去。
2、框架梁的制作与安装
高层、超高层框架梁一般采用H型钢,框架梁与钢柱宜采用刚性连接,钢柱为贯通型,在框架梁的上下翼缘处在钢柱内设置横向加劲肋。
框架梁应按设计编号正确就位。
为保证框架梁与钢柱连接处的节点域有较好的延性以及连接可靠性和楼层层高的精确性,在工厂制造时,在框架梁所在位置设置悬臂梁(短牛腿),悬臂梁上下翼缘与钢柱的连接采用剖口熔透焊缝,腹板采用贴角焊缝。框架梁与钢柱的悬臂梁(短牛腿)连接,上下翼缘的连接采用衬板(兼引弧板)全熔透焊缝,腹板采用高强螺栓连接。
由于钢筋混凝土施工允许偏差远远大于钢结构的精度要求,当框架梁与钢筋混凝土剪力墙或钢筋混凝土筒壁连接时,腹板的连接板可开椭圆孔,椭圆孔的长向尺寸不得大于2d0(d0为螺栓孔径),并应保证孔边距的要求。
框架梁的翻样下料长度同样不等于设计长度,需考虑焊接收缩变形。焊接收缩变形可用经验公式计算再按实际加工之后校核,确定其翻样下料的精确长度。
框架梁上下翼缘的连接可采用高强螺栓连接或焊接连接,目前大部分采用带衬板的全熔透焊接连接。施工时先焊下翼缘再焊上翼缘,先一端点焊定位,再焊另一端。
Abstract: In accordance with the different characteristics of people's living environment, on the basis of enhancing seismic foundation of building, the important safety precaution measures for building earthquake construction need to be taken into account. Based on the analysis of factors affecting the seismic performance of the building, this paper explored technology applications in the construction process. In architectural design specification, the seismic standards for different architectural structure of building are the same, and the building structural engineers will ensure seismic performance. In this paper, combining with actual work experience, the author discussed several building structures related to the seismic performance and the influencing factors.
关键词: 住宅建筑;建筑技术;抗震施工;抗震应用
Key words: residential buildings;construction technology;seismic construction;seismic applications
中图分类号:U45 文献标识码:A 文章编号:1006-4311(2012)32-0117-02
0 引言
围绕研究怎么样通过建筑的室内区域划分、陈设和家具的安排设计、材料的选择等各个方面做了不同的详细考虑,主要目的就是要保障建筑物居住者的生命和财产安全。目前,在建筑施工的框架中有很多的优点,比如,抗震性能良好、整体性能好、围护的墙体轻便、施工运行速度较快、布局设置灵活等等。在实际的工程中,抗震施工已经成为非常重要的结构构成。因此,要求工程的负责技术人员严格依据图纸进行施工和操作,从而确保施工的安全和质量。尤其要注意在施工环节中重视对防震设施的建筑质量,要加强对防震设施建筑的监督和专项部门检查,将抗震设防纳入到规范化管理,只有保证建筑施工的质量,才能满足抗震设防对房屋结构的要求,才能杜绝抗震隐患。
1 住宅建筑抗震施工技术及应用的影响因素分析
住宅建筑的抗震施工技术及应用能够取得成功,其中诸多的影响因素起到至关重要的作用,同时,能够直接或者间接影响到住宅建筑抗震性能的因素也是有许多的,各种复杂因素之间通过相互作用共同构成住宅建筑的抗震性能。比如,在影响住宅建筑抗震施工技术及应用的主要外部原因就是住宅建筑的设计是否始终按照规范的程序进行建设,其中包含住宅建筑的抗震构造设计是否合理、在住宅建筑施工过程中施工质量是否较高、住宅建筑选择的地位是否合理等诸多原因。对于住宅建筑本身的抗震性能来说,更多的需要考虑住宅建筑的房屋结构、使用年限、后期改造等方面的问题。
从抗震施工技术及应用的角度来看,主要包括以下几个方面的原因:
首先,最主要的就是住宅建筑的结构是否合理,整体建筑结构是否符合规则,在特性方面是否呈现出均匀、对称等特点,在上述特点之下,住宅建筑的抗震性能会比较强大。反之,那种不规则的住宅建筑,甚至头重脚轻式的住宅建筑,扭转的不规则住宅建筑,等等此类情况,其建筑的抗震性能都比较差。这里需要修正一个近年来通常认为的误区,那就是随着生活水平的提升,人们对于跃层、错层和复式等类型的住宅建筑情有独钟,诚然此类结构的住宅建筑在提升居住舒适度等方面有其不可比拟的优势,但是从增强住宅建筑抗震性能的角度上来讲,平层的住宅建筑的抗震性能更胜一筹。
其次,还需要考虑住宅建筑施工技术及应用的时间长短,有的住宅建筑虽然符合建筑规则,但是因为建造的时间较长,以往的住宅建筑的施工过程中虽然考虑抗震性能,但是由于技术水平等方面的限制,当时的住宅建筑抗震标准相对较低,导致住宅建筑的抗震性能相对较弱。而且随着人们对于自然灾害的认识越来越深刻,因此在住宅建筑抗震标准上也会随着实际情况的变化而进行相应的调整,总起来说,住宅建筑的抗震标准越来越严格,标准越来越高。
再次,住宅建筑的抗震施工技术及应用受到当时当地的建筑材料及施工质量的影响。有的住宅建筑抗震标准要求较高,因此对于建筑材料的标准、型号等要求也相对较高,比如建材质量的好坏,混凝土标号是否合理,钢筋是否合格等诸多因素,都能够在一定程度上影响抗震施工技术及应用。施工队伍的施工技术的高低也是影响施工技术及应用的重要因素,有的施工队伍技术高超,因此建造的房屋质量就高,抗震性能相应的就好。最后,住宅建筑的抗震施工技术及应用受到住宅建筑的后期改造的影响较大。在住宅建筑的初期设计过程中,大多数住宅建筑均会充分考虑到房屋的抗震需要,因此对于建筑内的有些部分是不能够进行改动的,因为一旦破坏建筑的整体防震设计和抗震结构,那么就会较大程度的降低建筑的抗震性能,甚至在发生强烈地震的时候,住宅建筑很有可能会发生整体坍塌的情况。
2 住宅建筑抗震施工技术及应用的几点对策建议
近年来,住宅建筑抗震施工技术及应用日益完善和提升,但是在实施过程中仍然面临着这样或者那样的弊端和缺陷。因此,结合实际工作经验,现对加强住宅建筑的抗震施工技术及应用提出几点粗浅的建议。
一是,加强住宅建筑墙体砌筑的抗震性能。因为,通常认为,住宅建筑的墙体框架结构是决定住宅建筑抗震施工技术及应用的关键所在,其所采用的围护构件属于承重构件的范畴,其所能够产生的抗震性能的高低,也重点取决于建筑施工材料的质量,以及建筑承重结构的连接方式,还要考虑到建筑施工的质量和建筑地基状态。比如,在实际的抗震施工技术及应用的过程之中,墙体的需要通过砂浆的粘结构共同构成墙面的整体,才能够有效实现住宅建筑的抗震要求,因此需要在抗震施工过程中采用高标号水泥,严格合理控制砂浆配比等方面,严格住宅建筑施工规范的要求,整个墙体的砌筑砂浆饱满度达到相应的标准。有的住宅建筑墙体的砌筑经常采用的是“三一”的砌砖方法,其中在竖向灰缝这一个环节上需要较高的技术和技巧。另外,在住宅建筑的框架结构施工过程之中,需要事先将墙体内的短钢筋埋置好,然后再进行砌筑前的焊接等各项工作,坚决避免那些拉结筋在墙体之中任意摆放,导致其弯折严重影响了住宅建筑结构的质量等问题的存在。针对上述几种情况,需要在住宅建筑施工之前,即对所需要的各种型号的配筋一次性备齐备足,动态检查是否有遗漏的情况。
二是,加强住宅建筑构造柱的抗震性能。在抗震施工技术之中构造柱和圈梁的施工处于比较重要的位置,必须予以加强和改进技术。因为,在众多的砖混结构的住宅建筑的抗震施工中,重点通过科学合理设计构造柱和圈梁等方式来确保抗震性能,从而实现整个住宅建筑的最大抗震效果和能力,特别是要高度重视构件之间的连接部分,需要更加注重采取强有力的施工措施。因为,这两者共同构成了住宅建筑的骨架,充分发挥着有效约束墙体的重要作用,进一步增强了纵横砖墙之间的有效连接,进一步增强了住宅建筑的整体抗震性。
三是,加强住宅建筑框架节点的抗震性能。因为住宅建筑的框架节点发挥着连接框架柱和梁之间的作用,因此框架节点比较符合抗震标准才能够实现整体抗震性能的提升。如果框架节点遭到破坏,直接就可能导致住宅建筑的整体结构出现位移甚至倾倒,由此可以看出,框架节点抗震技术施工的重要性和现实性。要全面加强框架节点及其周边区域的混凝土的强度,相关的配置应当采取积极有效的抗震性能保护措施。在实际的抗震技术施工过程中,一般情况下是将混凝土浇筑到梁底的标高位置,然后将框架节点的混凝土,连同梁板进行浇筑。对于施工队伍来说,要进一步增强抗震施工技术应用的超强意识,从坚决杜绝施工隐患的角度入手,严格遵守住宅建筑施工过程中的施工图纸要求,严格按照住宅建筑抗震构造图进行施工,确保建筑的整体框架柱的始终处于高强度的状态。在框架节点及其周边区域,住宅建筑框架柱的横断截面通常会包含梁的横断截面,这就要求在配置住宅建筑的柱箍筋和梁箍筋等环节上,更加的小心谨慎,坚决避免“形式箍筋”的情况出现,务必采取焊接封闭箍筋等方式,确保框架节点及其周边区域的箍筋整体质量。如果在施工过程中将配筋的材料改为采用拉筋的方式,那么拉筋的位置应该是紧紧贴近纵筋,同时加紧钩住封闭的箍筋,确保箍筋可以发挥对整体混凝土抗压作用发挥更大的作用。
3 结束语
就当前来说,大多数人对地震等自然灾害的了解甚少,因此和抗震有关的建筑设计情况也是基本处在探寻摸索的阶段,当前抗震的相关设计也未达到相当科学的程度。我国人口分布广泛,单纯的依靠建筑物来提高抗震性是不科学的、不全面的,并不能减少太大的地震损失。抗震设计的建筑物现在大都分布在新建建筑和大规模城市群中,而早期的一些建筑物尤其是农村的简陋建筑抗震设计几乎没有,从而导致最近几年我国发生地震损失伤亡尤为严重的就在这些地区。要求建筑物具备良好的抗震能力,应在做好建筑物的结构设计上实现良好的抗震,同时加上室内的抗震设计,共同实现建筑物的抗震性能,减少因建筑物自身质量、功能等问题而带来的地震损失。所以,如果对建筑物的室内设计也进行有序的科学的研究和设计安排,可以很好的保障人民在发生地震等自然灾害时造成的生命财产安全。这就给建筑物是设计要求提高了规范性和操作性,要加大多层砖房的建筑质量和抗震设计,把民用的建筑地震损害程度降到最低。同时,随着经济社会的飞速发展和人口的激增,在建筑物的质量和耗能等方面有了新的标准和要求。施工部门和单位就需要进一步打破传统建筑理念,不断的探索、学习和创新,努力实现建筑行业的健康快速高效发展。
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关键词:地震,抗震检测,整体抗震,PKPM,ANSYS
中图分类号:P315文献标识码: A
The advice of building overall seismic performance test by YaAn earthquake
GUO Jianjun,WU Guoqiang
(1. Binzhou city construction quality taixingbinzhou256613)
Abstract: Wenchuan earthquake caused serious damage to the affected areas of the large area building, late for construction engineering and technical personnel in the aseismic design, construction organization and put forward higher requirements in the process of quality supervision, as well as engineering quality inspection personnel in the process of engineering quality supervision to strengthen the structure of the overall performance test on the bells, but what painful is part of the wenchuan earthquake reconstruction according to higher standards of the state design of buildings in ya 'an earthquake just happened not withstand the test of earthquake, of course, there are all sorts of reasons, but as a construction engineering quality inspection personnel, from the labor of duty to think examination found that strengthening structures forming after forming the overall seismic performance of the detection is the direction of the efforts in the later work, the article put forward the advice to buildings after forming the overall seismic performance testing, formed from the seismic design of buildings to the building earthquake seismic performance guarantee of the acceptance process, improve the aseismic reliability of the building.
Keywords: Earthquakes, Seismic detection, The overall aseismatic, PKPM,ANSYS
1、引言
2008年的5.12汶川大地震给人们留下的伤痛刚刚抚平,北京时间2013年4月20日8时02分四川省雅安市芦山县发生7.0级地震。据雅安市政府应急办通报,震中芦山县龙门乡99%以上房屋垮塌,作为建筑工程质检人员,在我们为遇难者沉痛哀悼的同时,也应该冷静下来思考一下如何能在本职岗位上为减轻地震灾害对建筑物的破坏做出自己的努力,因此加强对建筑物整体性能特别是抗震性能的检测监督工作是减轻甚至避免建筑物受震破坏损失的可行方法。
2、汶川地震后重建建筑物在雅安地震中遭受严重破坏
汶川地震造成的直接经济损失8452亿元人民币。四川损失最严重,占到总损失的91.3%,甘肃占到总损失的5.8%,陕西占总损失的2.9%。国家统计局将损失指标分三类,第一类是人员伤亡问题,第二类是财产损失问题,第三类是对自然环境的破坏问题。在财产损失中,房屋的损失很大,民房和城市居民住房的损失占总损失的27.4%。包括学校、医院和其他非住宅用房的损失占总损失的20.4%。另外还有基础设施,道路、桥梁和其他城市基础设施的损失,占到总损失的21.9%,这三类是损失比例比较大的,70%以上的损失是由这三方面造成的。因此国务院下发文件,对灾后重建工程提出了更高的要求,根据中国建筑学会的调查,汶川地震之后,重建建筑都是按照“8级抗震、9度设防”的要求设计施工,能够抗震级为8级、烈度为9度的地震,采用框架结构、整体浇灌的技术建设,承建单位都具有建筑施工一级资质。此次雅安地震,震级为7级、震中烈度在9度左右。汶川地震后重建的建筑理应成为这次地震的“生命之舟”,可是,不属于震中的宝兴县,在这次发生的雅安地震中重建建筑也没有经受住地震的考验发生了严重的破坏。详见图1、图2。这里面有多方面的原因,设计标准年限较发达国家标准偏低、施工组织控制不严密、工程整体质量监管不全面等问题都可能导致工程抗震能力下降,作为工程质检人员,从本职工作出发,加强对建筑物成型后结构整体性能特别是整体抗震性能的检测显的尤为重要。
图1、汶川大地震中建筑物破坏图 图2、雅安地震中建筑物破坏图
3、现有的建筑物检测监督工作重点
受技术条件等方面的限制,现有的工程检测监督技术把大部分工作量放在了建筑原材料及建筑成品构件性能的检测上,重点对结构构件截面尺寸、构件材料强度、钢筋混凝土保护层厚度、砌体结构承重墙柱的砂浆强度、钢结构的重要连接部位等专项进行检测,由一下工程质量监督流程图(图3)可知,建筑工程监督人员对工程进行监督检查时也往往重点审查以上专项检测的报告。
图3、建筑工程质量监督流程图
目前,在建筑物质量监管过程中,对建筑物整体性能检测分析较少,结合建筑物从规划设计到竣工验收的总过程会发现,建筑物在规划设计阶段会按照《建筑抗震设计规范》的要求进行设计,这一点由各级图纸审查机构负责审查,保证了建筑物在设计阶段能满足工程所在地的抗震要求,但是工程施工过程中,很难保证工程的每一个构件甚至工程局部完全满足图纸设计要求,混凝土构件截面尺寸的改变、钢筋类别的变更都最终可能影响结构的整体抗震性能,其次,工程施工过程中会出现局部构件强度大于设计强度的情况,这种情况目前在不进行结构整体抗震分析的前提下被认定为符合验收规定,这种情况在工程实际应用过程中可能造成结构局部抗震刚度过大,对结构整体抗震不利,因此建议建筑工程质量检测监督机构在对工程进行竣工验收之前,在已完成的所有专项检测数据基础上对建筑物整体抗震进行建模分析验算,在反映实际施工情况的模型满足建筑抗震等级要求的前提下,对建筑物进行竣工验收,这样就能有效保证建筑物
从建筑物抗震设计到建筑物抗震验收全过程的抗震性能保证,最大限度的为建筑抗震性能保驾护航。
4、建筑物整体抗震检测分析流程
考虑对已完工的建筑物进行竣工验收前抗震性能检测分析的流程图大致如下:
图4、工程整体抗震性能检测验算流程图
在完成各专项检测后进行结构抗震分析验算可在建筑工程质量检测机构或监督机构完成,目前常用的结构抗震分析软件有中国建筑科学研究院研发的PKPM系列结构分析软件,其中的建筑抗震鉴定和加固设计模块(JGJG)比较适合对已完工的建筑物进行结构抗震验算,是目前国内应用最为广泛的结构分析软件,另外一种国际上通用的有限元分析软件ANSYS也能较好的应用于结构抗震分析上,目前该软件广泛应用于机械工程、建筑工程、航空航天工程的仿真模拟研究中,其三维立体功能可以将结构的抗震薄弱环节通过应力应变图形生动的显示出来,并且可以仿真模拟在地震波作用下的破坏形式和过程。便于对建筑物进行加固处理。浙江工业大学的曹亮等人运用ANSYS软件,对杭州某高层建筑进行抗震分析计算,得到了建筑的自振周期、振型、各层地震力和位移及节点的应力和应变。最后,与PKPM软件计算结果进行比较,认定ANSYS软件适用于结构抗震分析。为ANSYS软件在建筑工程整体抗震分析中的应用进行了示范研究。
5、结论
在对建筑物进行抗震检测的前提下,对建筑工程竣工验收前的整体抗震性能进行结构验算,对通过结构抗震分析的工程进行竣工验收。这样确保建筑物实际交付使用时与建筑物在规划设计阶段的抗震要求高度吻合,从而为建筑物从产品设计到产品交付的全过程满足结构抗震要求提供了有效的监督保证措施,对建筑物竣工验收前的结构整体抗震性能分析是建筑工程质量检测监督机构应该不断加强完善的重要环节,只有这样才能将完全符合建筑抗震标准的工程交付人民使用,才能有效的避免在地震发生时造成较大的损失。
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对建筑结构震性能一定来自于相对简单的体形,来自简单而直接的传力下结构的多道设防线,在地基和基础的设计中也的变形对建筑的安全影响。另外也应高度重视由地震引发的次生灾害。因此在今后的建筑设计中有必要增强建筑的防最大限度地减轻震害,建筑工程技术力在抗震设防、抗震设计和施工质量三方面都提高到一个新平,才能确保建筑工程具备合理的抗御的能力。
论文关键词:砌体结构;抗震;技术措施
论文摘要:根据目前国家地震专家预测及分析,目前我国仍处于第五个地震活跃期,特别是在四川发生的汶川8度地震造成了巨大的人员伤亡和财产损失。使得人们对日常生活和居住的的安全性有了更高的关注。对此国家也对建筑抗震规范进行了及时的修改,同时也要求我们工程技术人员对地震灾害的措施的研究应有更深的认识。
地震的危害性非常大,建筑物的抗震性能就显尤为重要。目前我国抗震设计的目标是:当遭受低于本地区抗震设防烈度的多遇地震影响时,一般不受损坏或不需修理可继续使用,当遭受本地区抗震设防烈度的地震影响时,可能损坏,经一般修理或不需修理仍可继续使用,当遭受高于本地区抗震设防烈度预估的早遇地震影响时,不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。目前房屋建筑的结构形式主要有:砌体结构、框架结构、剪力墙结构、钢结构等。其中砌体结构由于选材方便、施工简单、工期短、造价低等特点。多年来是我国多层住宅和多层小型公建使用最广泛的一种建筑形式。
一、多层砌体建筑抗震常用处理措施
砌体结构是采用砌块和砂浆砌筑而成的墙、柱作为建筑物主要受力构件的结构。其是通过砌块和砂浆的互相作用及纵横墙的拉结而达到具有一定整体性和承重能力。但砌体的抗拉、弯、剪的强度又较其抗压强度低,导致建筑变形能力小,抗震性能差等缺点,使砌体结构的应用受到一定限制。因此改善砌体的延性,提高建筑物的整体稳定性和抗震性能具有重要意义。
常用的砌体建筑抗震处理措施,应注意以下几类。
(一)合理布局。建筑平面、立面应尽可能简洁、规整,使结构质量中心与刚度中心相一致。建筑立面应避免头重脚轻,房屋的重心尽可能降低,避免采用错落凹凸的立面,突出建筑屋面部分的高度不应过高,以免地震时发生鞭梢效应,同时应控制好结构竖向强度和刚度的均匀性。如在实际工程中,在不可避免的情况下,应尽量在适当部位设置抗震缝,将体型复杂、平面不规则的建筑分割成几个相对规整的独立单元。
(二)控制建筑高度及层数。历次震害证明,砌体建筑的层数越多,高度越高,其地震破坏就越大。因为建筑层数及高度值越大就意味着侧向地震作用就越大,同时也加大了建筑底部的倾覆力距。因此在地震中,倾覆力矩过大使得底部墙体产生过大的压力和剪力而被破坏。所以控制砌体结构高度及层数对减少地震灾害有很大的作用。在国家新修改的《建筑抗震设计规范》(GB50011-2008)也对多层砌体建筑的总高度和层数有强制性的规定。
(三)增强砌体结构的整体性及刚度。有效增强砌体结构的整体性及刚度的措施有许多种,一般常见及在实践证明的方法有纵、横墙的合理布置,建筑的楼盖为现浇,增加墙体面积及提高砂浆的强度,设置圈梁及构造柱等。在地震中多层砌体结构的纵、横向地震作用主要由相应墙体承担。因此,纵、横墙的合理布置且控制横墙的间距,可控制纵、横墙的侧向变形,增强了空间刚度和整体性,对承受纵、横两个方向的水平地震作用及抗弯、抗剪都非常有利。墙体布置时,应尽量采用纵墙贯通的平面布置,而当纵墙不能贯通布置时,则应在墙体交接处采取加强措施。而横墙最大间距就是为了满足楼盖对传递水平地震所需的刚度要求。其中,在8度设防时,现浇或装配整体钢筋混凝土楼盖板的多层砌体建筑的横墙最大间距为15米。如横墙间距过大时,纵墙会因过大的层间变形而产生平面的弯曲破坏。
根据历次地震后建筑受害情况分析,多层砌体结构的抗震能力与墙体的截面积大小及砂浆等级高低成正比。在多层砌体建筑的抗震验算中,底部两层的地震作用力较大,是结构的薄弱层。此时改变部分墙体的承载面积和适当提高砂浆的强度等级可提高抗震能力,实践证明提高砂浆的强度能同时提高建筑的抗拉、抗压、抗弯、抗剪能力,从而达到提高砌体建筑的抗震性能力的目的。
在多层砌体建筑中设置水平圈梁,可加强内外墙的连接,增强建筑的整体性。特别是屋盖和基础顶两处的圈梁的设置具有提高建筑的竖向刚度和抗御不均匀的沉降能力。由于圈梁的约束作用使楼盖与纵、横墙构成箱形结构,能有效地约束装配板材的散落,使砖墙发生平面倒塌可能性大为降低,以充分发挥各片墙体的抗震能力。
在砖墙设构造柱能提高砌体的延性,发挥砖墙砌体侧向挤出塌落的约束作用,使砌体的抗剪承载能力提高10~30%,提高了砌体结构的变形能力。另外在建筑中设置构造柱能提高建筑物的整体性,利用其塑性变形和滑移摩擦来消耗地震能量,从而提高建筑的抗震能力,且圈梁与构造柱一起对墙体在竖向平面内进行约束,可限制墙体裂缝的开展,并减小裂缝与水平面的夹角,保证墙体的整体性和变形能力,提高了墙体的抗剪能力,因此构造柱与圈梁的设置是一种有效的抗震措施。
二、隔震技术及消能减震技术应用
隔震技术是国际上热门的工程抗震新技术,它通过把隔震消耗装置〈如橡胶隔震垫〉安放在结构底部和基础或底部柱顶之间,把上部结构和基础隔开,这样改变了结构的动力特性和动力作用,明显地减轻结构的地震作用,以达到“以柔克刚”的效果。国内外大量的实验和工程时间证明,隔震体系一般可使结构水平地震加速度下降60%左右,从而消除或有效的减轻结构的地震损坏,提高建筑物及人员的安全性。隔震体系是有很大的垂直承载里(50T-2000T)及很大的垂直压缩刚度,而其水平变形刚度较小〈0.25KN/mm-1.8KN/mm〉,水平及限变位值较大(10-50cm),因此具有足够大的初始刚度,以抵抗风荷载和轻微地震,当强地震发生时,又能自由内柔性滑动,而变形过大时,刚度就回升,具有保护和限制作用。钢板夹层橡胶隔震垫具有较大的复位能力,在多次的地震实践中都是后动瞬时复位。同时,它面抗性能好,一段使用寿命可在70年以上,远远超过一般民用建筑物的50年使用年限的要求。根据其特性,一般来讲隔震技术主要适用于多层建筑及低层建筑中。
建筑结构消能减震技术的方法指在结构的某些部位〈如支撑、剪力墙、节点、连接缝或连接件等〉设置消能阻尼装置或元件,通过消能装置产生摩擦非线性滞形耗能来耗散或吸收地震能量以减小主体结构的水平和竖向地震反应,从而避免结构产生破坏或倒塌,以达到减震、抗震的目的。但此种方法主要使用于高层或超高层。
隔震和消能减震技术虽然能够大幅度提高建筑结构的抗震性能,并且新的抗震设计规范已给出了隔震和消能减震技术工程应用的性意见,但目前建造较高,且该技术从设计到构造,施工复杂。正确合理地掌握和实施尚存在一些问题,因此新技术距离大规模推广和应用还需要一定时间的准备。
三、结束语
关键词:电力建筑;高架电气装置;防震
中图分类号:TU文献标识码:A文章编号:1672-3198(2008)05-0337-02
1 高架电气防震装置研究的意义
强烈的地震给世界各国人民造成了巨大的灾害,地震中大量建筑物的破坏与倒塌,是造成地震灾害的直接原因,结构的抗震设计是结构工程领域的重要课题。在震害调查分析中发现,建筑物即使按照传统的抗震设计方法进行设计也有倒塌的现象,因此为了保证重要建筑的安全,结构工程师们转向对新的抗震设计方法即结构控制的研究。通过在结构上设置控制机构,由控制机构和结构共同控制抵御地震动等动力荷载,使结构的动力反应减小,从而有效地减轻地震灾害。同时随着国家经济的发展,变电站工程建筑形式要求越来越复杂-平面上不规则,立面上也不规则,而且需要在楼板上竖向布置电缆,对结构局部刚度有所削弱,同时需要较大的内部空间,水平刚度较小。在地震作用下,这些结构将发生较大的扭转,加重这些建筑的破坏,因此制约着结构建筑形式的多样化发展,对变电站工程中建筑的扭转响应控制迫在眉睫。
电力系统是生命线工程的重要组成部分。在地震中,电力系统一旦发生破坏,可能造成震区及周边地区的大面积停电,严重影响救灾及震后的重建工作。高压电气设备在地震时是应该首要保护的,而其中尤以高架电气设备最为重要,相比其他电气设备,高架电气设备由于位置较高,动力响应较大,容易破坏,一旦震坏则更难修复及更换,也是震后难以通电运行的关键所在。而现在对于电气设备的抗震在实际设计时考虑的较少,主要是由于设计人员认为电气设备生产厂家已经考虑了设备的抗震,故在设计时未考虑设备的抗震。从历次震害调查发现,高架电气设备没有像设计人员想象的那么安全,很多高架电气设备遭到严重的破坏,因此对于高架电气设备抗震研究迫在眉睫。
2 新型高架电气隔震装置
对于高架电气设备的隔震不但要使隔震层的水平刚度小,最重要的是隔震装置要能抵抗大震下的产生的倾覆力矩,然而普通的橡胶隔震装置不能抵抗大震下在隔震层产生的倾覆力矩,因此普通的橡胶隔震装置不适合应用于高架电气设备的隔震控制,必须开发新的隔震装置对其进行隔震。由高架电气设备对隔震装置的力学性能要求可知,隔震装置必须能够承受大震下电气设备对其产生的拉力,而且必须水平向的刚度较小。装置在水平向的刚度较小,而竖向的刚度较大,能够提供较大的拉力。装置的钢材主要采用Q235钢材,以保证水平向刚度较小,而且该装置材料造价较低,材料可以就地取材,因此比较容易实现。
3 330KV电压互感器隔震设计
3.1 工程概况
该项目来源于某高烈度地区的新建330kV变电站工程,根据《建筑抗震设防分类标准》和《建筑抗震设计规范》 (GB50011-2001),设防烈度8度(0.309)。场地类别II类,设计分组第一组,场地特征周期取 Tg=0.35秒,不考虑近场影响。设计目标减小电气设备的水平向地震加速度及设备顶点与底面的相对位移。隔震支座设置在支架顶部,将330KV电压互感器与支架隔开,以达到隔离地震能量、减小电压互感器水平地震作用的目的。330KV电压互感器隔震设计如图1所示:
图1 互感器隔震设计图
3.2 材料属性
对于上部结构330KV电压互感器由瓷套组成,下部支架由钢材组成,各材料的属性表1所示:
3.3 隔震装置刚度确定
采用有限元分析软件SAP200建立隔震装置的有限元模型,通过计算分析小震下隔震层x向Y向水平刚度1.61×106N/m,大震下隔震层装置的部分屈服,故考虑刚度的退化,取小震时刚度的0.2倍。
3.4 计算分析与构造措施
利用时程分析法,对该结构选用三条实际地震记录和一组人工模拟加速度时程曲线,分别选取El-Centro波、Kobe波、波、Taft和所拟合的人工模拟地震波(兰州波)。对该工程进行了分析,加速度峰值取为:多遇110.0cm/s2,罕遇510.0 cm/s2,对结构分别进行不隔震、隔震小震、隔震大震情况下计算。
(1)结构基本周期:
(2)隔震支座最大压力:
考虑竖向地震作用,取构件重力荷载代表值的20%,隔震支座的压力设计值由1.2×永久荷载标准值+0.2×构件重力荷载代表值求得。计算结果表明,隔震支座最大压力设计值小于隔震装置竖向承载压力。
(3)隔震效率:定义隔震效率为=隔震后设备顶点最大加速度/隔震前设备顶点最大加速度,计算结果见表3
(4)罕遇地震时隔震支座验算:
①隔震层在罕遇地震作用下隔震层水平剪力标准值平均为8.9lKN,设计值11.58KN。小于4个M18螺栓的剪力承载力设计值。
②隔震支座在罕遇地震作用下隔震层的弯矩标准值平均为25.03KN.m,螺栓的拉力设计值为25.73KN,小于螺栓容许拉力值。
③隔震装置A构件的拉力设计值为25.73KN,小于竖向容许拉力值为。
④隔震支座在罕遇地震作用下平均最大位移为2.89cm。
(5)隔震支座以上结构设计:
隔震层以上结构应采取不阻碍隔震层在罕遇地震下发生较大变形的措施。上部结构及隔震层部件应与周围固定物脱开,与水平方向固定物的脱开距离。
(6)隔震支座以下支架结构设计:
隔震层以下结构的强度、刚度、稳定性对上部结构安全至关重要,应务必使该部分结构具有较大的安全储备。根据抗震规范GB500II-2001要求,隔震层以下结构的地震作用和抗震验算,应按罕遇地震作用下内力组合进行验算。水平剪力Vi为11.58KN、轴力N为ZI.87KN,弯矩为上部结构在罕遇地震作用下产生的弯矩+Vi H,H为支架柱高。
参考文献
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关键词:不规则;高层建筑结构;抗震
1前言
抗震工作是建筑设计和施工的重点,为使所设计的高层建筑结构在强度、刚度、延性及耗能能力等方面达到最佳,结构工程师要进行严格系统的结构分析与设计。不规则高层建筑的不规则性,对高层建筑的结构设计提出了更高的难度和要求,论文就此展开论述。
2不规则高层建筑结构概述
以往,高层建筑造型与火柴盒一样,单调且乏味,缺乏新意。但上个世纪八十年代,随着城市化进程建设不断加快,人们物质生活得到了极大的改善,对精神文化需求不断增强,为建筑设计带来了发展机遇。复杂、不规则及不对称结构高层建筑涌现,并成为建筑发展的潮流。如上海希尔顿酒店、深圳发展中心等,正因为建筑造型独特引起了人们的关注。与此同时,美国高烈度地震区的西海岸也出现了很多形式复杂、不规则高层建筑物,虽然,我们看到的建筑物体型规则、简单,但由于其抗侧力构件布置与一般建筑差别较大,使其能够在结构上以不对称形态呈现出来。如尼加拉瓜马那瓜的中央银行,在设计中,其主要呈现简单的矩形状,但在建筑东西方向设置电梯井,在很大程度上增加了建筑物刚度。虽然不规则高层建筑看上去给人一种摇摇欲坠的视觉效果,但由于其设计依据科学的力学计算,是科学的。不规则高层建筑以扭转、凹凸不规则等多种形式存在,相比较一般建筑来说,不规则高层建筑设计难度较大,故要给予更多关注和重视。
3不规则高层建筑结构抗震分析
3.1案例分析
某高层建筑地上25层,地下3层,总体高度104.2米。15层以下东西长度94米,16层以上为83米。南北向宽度为30米,总建筑面积5.3万平方米。地下三层分别为餐饮、商业、车库区。
建筑师从环境和功能的要素的角度,将北侧设计为电梯、机房、管井的集中区域,南侧为敞开式的商住和办公区域,采用玻璃幕墙作为立面的材料。整体立面为起航的船体,屋顶从东向主屋面逐渐升起,高点高度为22.5米,上有桅杆,桅杆高度为15米。
3.2设计详情
建筑物的结构特点把握,从15层开始向上,西北侧有收进,竖向的变化较大,南侧没有设计剪力墙予以支撑,南北向的偏心较大。顶层自西向东有变化,东面较高和重。
平面上的特点是,建筑物的两个端部有刚度较小的单跨框架,东南的尖角为单柱,在地震作用下,端面的平面质量将起到很大的作用,由于不规则,因此,需要在扭转效应上,设计出较大的抗侧刚度。
经过对结构特性的分析之后,采用试算的方法,发现建筑物的特点是西低东高、西轻东重。东端和西端出现的单跨框架以及部分的面积,侧刚较小,产生东段振幅较大的情况,为了使得结构能够形成以平动为主的基本振型,因此在东面设置了剪力墙。
针对南北向的偏心问题,为了满足建筑连续多跨的框架刚度较大的特点要求按照剪力墙承担的总弯矩进行了剪力墙量的设置,减少了纵向地震作用下可能产生的扭矩,这样,建筑物的靠近端部的剪力墙转动中心的力臂将增大,能够在地震扭转中南北偏心产生的时候起到重要的作用。
4工程结构抗震设计
对于位移限值的分析,在考虑了偶然偏心影响的地震作用,楼层的最大位移与层高的比例是满足建筑设计要求。RATIO为层平均位移和最大位移之间的比值,RTIO-D(n)为层平均层间和最大层间的位移比值,MAX-D/h为最大层间位移角,Umax为顶层最大位移(mm)。
计算模型分别按照0、90度和45度方向计算结构在水平力作用下的变形和内力的组合特征,考虑双向水平地震作用下的扭转影响,得到了剪力墙连梁的折减系数、周期折减系数、阻尼比等数值。
经过软件的计算结果,还发现个别连梁的弯矩和剪力出现截面超筋的情况,再进行连梁设计以及配筋的时候,通过设置钢暗柱的方式,给予了加强措施。在本工程中,两个单元的建筑均为混凝土核芯筒体的垂直交通通道,如电梯、楼梯,构成的核心抗侧力的构件主要分布在两侧,这种设计提高了抗侧的高度。对于周边的翼板出现的出挑略多的问题,采用了弹性板加以解决,充分考虑变形对于边角柱以及竖向构件的影响,提高了一个等级的抗震功能,加强的区域内的配筋,采用全高加密箍筋的方法,保证地震发生的时候构件不屈服,结构延性加强。
本建筑工程有着平面立面不规则的先天状况,因此,要对计算过程中的近似性、局限性、地震的不确定性进行充分的考虑,将施工因素等问题加入设计的内容。不能完全依靠计算结构,而是要对结构的整体构造,薄弱环节加以分析,从结构安全的角度进行设计。
例如工程在地震作用下,最不利的趋于在两个端部,这部分为单跨柱框架,因此应进行承载能力和延性的加强,防止出现破坏。
工程的框架承担地震的总弯矩经过测量接近50%,因此要在南侧纵向框架的强度和延性设计上采用提高抗震等级的方法进行构造的设计。
工程的西侧剪力墙的数量较少,因此,在该区域的抗扭的设计上应予以加强。
还有中心部位的楼电梯间,混凝土的剪力墙布置上,框架较小的框架带来了单体抗扭转刚度不足的问题,可以通过增加结构的侧力抗扭剛度的方法进行增大,依靠外围抗侧力墙刚度增加的方法,将抗扭转刚度增大。
5结构不规则设计的注意事项
结构不规则设计时,必须注意以下问题:(1)重点考虑结构的均匀性与对称性,并对结构的偏心率进行有效的控制。如果能够保证偏心率足够小,结构就会出现清晰的平动主振型和扭转主振型,更容易符合扭平分量比的标准;(2)重视累积质量对结构的影响。如果结构的某一部分存在高低跨现象,需要科学合理的设置剪力墙,有效的降低偏心距;(3)如果楼板因存在大面积缺失的现象而形成长短柱的状态,不但要提高短柱的延性,而且需要提高长柱的刚度;(4)提高结构周边梁的刚度。通过提高周边连梁与框架梁的刚度,可以提高整体结构的抗扭刚度,并且有利于刚心位置的调整。
6结语
关键词:地震、学校建筑、安全结构设计、重建、
中图分类号:S611 文献标识码:A 文章编号:
以往的各大地震灾害中,许多学校建筑展示出各大学校中建筑的安全问题。在每次的反思及总结,从吸取不足之处转换成对灾害各方面有益的变化,往后灾害中不再出现悲伤。以下从各方面分析大地震之后对学校建筑规划与设计上的一些个人想法供社会同行一起探讨。
1 各界对震后学校抗震安全及重建相关问题的探讨
各大地震后,学校建筑安全和灾后重建受到各界的关注,为总结经验教训并为地震灾后恢复重建提供科学技术支撑,各高等学校、科学技术研究开发机构等的学者积极展开了对学校抗震安全和重建有关问题的专题研究,成果文献的数量激增。
1.1震害调查
很多专业机构和研究人员奔赴地震灾区做了大量的震后房屋应急评估和震害情况实地调研,对包括学校建筑在内的灾区建筑震害调查分析的研究结论主要有:建筑设计和施工严格执行抗震设防标准的必要性和有效性,多跨钢筋混凝土框架结构体系抗震性能较好,学校建筑设计在规划选址、平面设计、空间造型设计、疏散设计、构造设计等方面亟须改进。
1.2经验介绍
为了应对地震灾害,中国政府部门和研究机构与联合国机构、国际援助机构等联合召开了多次关于地震灾后重建国际经验、政策建议、交流合作的研讨会,分享国际社会灾后重建和恢复规划的经验教训。各国学校防震经验研究方面的文献介绍分析了世界经济合作与发展组织(OECD)、日本、美国加州和中国台湾地区的国际经验,作为顺利开展灾后恢复和重建活动、制定灾后重建规划方案的借鉴。这些研究主要从教育管理及发展、建筑安全与防灾等学科角度,侧重于对国际上学校建筑地震安全和灾后重建的政策、法律、法规层面上的经验总结介绍,并提出了对我国的借鉴建议。
2 震后及时制定、修订了学校抗震安全和灾后重建相关法律、法规和设计规范学校
地震灾害暴露出现有法律法规体系的不足,地震灾害给现行法律观念和法律制度提出了挑战和要求,需要积极完善相关法律制度,须严格执行工程建设强制性标准,并符合教育部与住房和城乡建设部等的导则要求。
以上震后学校抗震安全和重建相关法律依据对指导灾区恢复重建,提高学校建筑工程抗震设防能力,保证建筑工程质量,保护师生生命安全具有重要意义,这些法律法规主要通过实施以下政策保证将学校等公共服务设施建成“最安全、最牢固、群众最放心的建筑”。
①优先重建:在重建计划上优先安排学校、医院等公共服务设施的恢复重建。
②科学规划:根据工业化、城镇化的进程和人口流动的基本趋势,合理调整灾后学校布局,进一步整合教育资源,提高教育质量。
③保证资金:灾后重建资金由中央财政支出、各省对口援建、港澳特区政府支持、社会捐赠、银行信贷支持和社会投入等构成,优先保证学校建筑等公共服务设施和民生工程的快速恢复重建。
④安全第一:提高了学校建筑抗震设防标准,要求灾区新建学校严格执行强制性建设标准规范和各行业建设标准,保证施工质量。灾区对口支援城市和援建企业为此不惜成本打造“最坚固、最安全,经得起历史检验的建筑”。
⑤提高标准:修订后的国家标准和规范特别加强了对未成年人在地震等突发事件中的保护,对教育建筑中幼儿园、小学、中学的教学用房以及学生宿舍和食堂抗震设防类别均予以提高,即不低于重点设防乙类,这意味着学校建筑将按高于本地区抗震设防烈度一度的要求加强其抗震措施。
3学校建筑规划设计理念
3.1设计和建造坚固安全的学校建筑物是规划设计的首要目标和保护师生生命的根本措施
历次地震反复证明,地震灾害中建筑物的损毁是人员伤亡和财产损失的直接原因,没有进行足够抗震设防设计或施工质量不合格的建筑非但起不到“庇护所”的作用,反而成为“杀人凶手”,人员伤亡95%以上是由房屋倒塌造成的。学校建筑规划设计的第一目标应该是保护学校建筑使用者的生命安全,盲目追求形式和造型上的新、奇、特而牺牲结构上安全性的设计潮流应予以纠正。而且应将浪费在华而不实、无中生有的各种架构上的宝贵投资用于提高结构抗震等级,回归建筑设计安全、实用、美观的基本目标。
3.2 将学校作为紧急避难场所设计的必要性
如果借鉴日本和美国的经验,将学校作为紧急避难场所或紧急求助中心进行设计,一方面较高的建筑抗震设防标准可保护学生和老师的生命安全,另一方面学校里大空间的教室和体育场馆以及较大的空地可供灾民避难和临时安置,学校操场还可供救援直升机降落用,充分发挥公共建筑在城市防灾安全体系中的社会公益性和紧急避难的重要作用。
4 震后学校重建工程成功实践了新的规划与设计理念和法规要求
4.1严格执行新的法规规范,确保建筑抗震安全
在抗震设防标准上,根据新修订的编号为GB50223-2008的国家标准《建筑工程抗震设防分类标准》,学校建筑将按高于本地区抗震设防烈度1度的要求加强其抗震措施。在按新的《建筑抗震设计规范局部修订》规定抗震设防烈度为8度、设计基本地震加速度值为0.20g的都江堰市,新援建的崇义镇土桥小学、光明团结小学等均执行了最新抗震标准,设计为9度抗震构造。
往年我国学校舍建筑多为砖混结构和框架结构,震害调查分析发现在经抗震设计房屋中,钢筋混凝土框架结构所受地震损伤相对较轻,其抗震能力优于底框架砌体结构和砖混砌体结构,而多跨框架结构优于单跨框架结构。在结构抗震安全上,重建的学校建筑吸取了地震灾害的经验教训,在建设资金充足的前提下纷纷采用抗震性能较好的钢结构、现浇钢筋混凝土框-剪结构和框架结构等。
4.2 应用新理念和新技术
为确保学校建筑安全和充分发挥公共建筑在城市防灾安全体系中的社会公益性,日本和美国的经验是将学校作为紧急避难场所或紧急求助中心进行设计,一方面较高的建筑抗震设防标准可保护学生和老师的生命安全,另一方面学校里大空间的教室和体育场馆以及较大的空地可供灾民避难和临时安置。
企业捐建的遵道学校不仅应用了先进的隔震技术,而且在规划设计上考虑了地震疏散和避难场所的要求:如广泛采用固定式设计的学校家具和设施,可防止倾倒伤人及造成撤离障碍。学校教学楼每层有多达6个楼梯疏散出口,楼梯也加宽至可通行4股人流的2.4m,提升了紧急通道的疏散能力,经过防灾演习和训练,全校1600名师生可在90s左右疏散至安全场地。经过特殊设计并提高了坚固程度的教室课桌,必要时可形成紧急避难空间。在学校的避难中心,供水系统无负压水箱自动蓄水,常年储备15m3备用水,按每人每天3cm3配备用水,在与市管网中断的情况下可保证1000人的5天紧急用水需要。
重建的遵道学校应用了成熟而先进的“隔震技术”,即通过在教学楼上部结构与建筑基础中安装叠层橡胶隔震支座,显著提升建筑物整体抗震性能。非承重墙体选用延性抗倾覆轻钢材料辅助抗震,轻钢墙体与主体结构之间“柔性连接”使墙体不易倾覆并易于修复。
此外,遵道学校还适应信息时代新要求,率先配备了突发事件监控中心报警系统和 “二十一世纪校园网络”系统,为孩子们创造了更安全、更现代、更灵活的学习环境。
【Abstract】The earthquake caused serious damage to economic and social development of our country.We should strengthen the seismic analysis of residential building structure and form the building structure meet the requirements of seismic design through scientific design and reasonable construction to resist the attack of the earthquake effectively and ensure the safety of people's lives and property.Based on this, this paper takes the current mainstream concrete frame structure as an example to discuss the seismic design and construction measures of residential structure.
【关键词】住宅建筑;混凝土框架结构;施工技术;抗震分析
【Keywords】residential building;concrete frame structure;construction technology;seismic analysis
【中图分类号】TU94 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069(2017)03-0120-02
1 引言
地震是地壳板块运移的结果,造成局部区域地层的应力集中,当集中的能量超出地层的承受能力时,将沿着力学薄弱面发生突然释放,导致地震的发生,这是当前人类无法精确预测并抵御的自然暮χ一。一般来说,地震造成的灾害分为直接灾害和次生灾害两类,直接灾害是指地表破坏、建筑坍塌、地面裂缝等因地震直接造成的损害。次生灾害则是指海啸、火灾、泥石流等因地震原因间接造成的损害。对于人们来说,建筑物坍塌造成的损失是最为严重的,直接威胁人们的生命和财产安全。针对此问题,只能通过提高建筑物的抗震性能,实现对建筑物内部人员和财物的有效保护。目前,混凝土框架结构是住宅建筑的主要结构形式,分析其在地震中的震害形式,进行针对性的结构设计,以此提高住宅建筑的抗震性能,这是当前建筑行业的重要研究课题,具有极强的现实意义。
2 住宅建筑的混凝土框架结构
自1879年,混凝土被应用于建筑施工以来,混凝土在建筑领域的应用日渐广泛,俨然成为现代建筑的标志。随着混凝土的性能提升,混凝土框架结构逐渐取代砖混结构,成为当前住宅建筑的主要结构形式。与砖混结构相比,混凝土框架结构具有承载力强、施工灵活,成本低等特点,能够满足当今社会对住宅建筑的结构需要。然而,混凝土框架结构并非没有缺点,其结构的应力集中于节点附近,导致结构的抗震性能受到节点附近区域力学性能的影响显著[1]。因此,在地震多发区域进行混凝土框架结构的设计时,应该重点考虑结构的抗震性能,在分析框架借助主要的震害形式的基础上,制定针对性的抗震措施,保证混凝土框架结构具备足够的抗震能力。
3 混凝土框架结构遭受地震破坏的主要原因分析
3.1 结构布置不合理
一般来说,混凝土框架结构的布置讲究结构对称、受力均匀,这是确保结构稳定性的重要措施。然而,在实际的设计和施工中,出于特殊的空间需求、美观或施工简便等方面的考虑,部分住宅建筑的结构布置不合理,导致结构的稳定性受到削弱,极易在地震中遭受破坏。抗震缝的留设不合理也是造成建筑物遭受地震破坏的重要原因,导致建筑结构之间发生碰撞,导致建筑物的结构和外观受损。
3.2 框架结构的梁、柱设计不合理
根据《建筑抗震设计规范》(GB50011-2012)的规定,住宅建筑的混凝土框架结构应该按照“强柱弱梁”原则进行设计,即框架柱体的抗弯承载力要大于框架梁的抗弯承载力,从而确保地震作用下,框架梁首先发生破坏,吸收大量的地震能量,实现对框架柱体的有效保护,从而避免建筑物的总体屈服,发生整体垮塌[2]。然而,实际的设计和施工中,许多住宅结构并未满足上述要求,实际的框架梁的力学性能要高于框架柱的力学性能,导致框架柱在地震作用下首先发生破坏,导致建筑物的破坏形式为楼层屈服,建筑物内的人员和财物被掩埋于建筑废墟中,增加了人员的逃生和救援难度。
3.3 填充墙等围护结构设计不合理
在建筑物种,填充墙等围护结构是对建筑物进行空间分隔的主要建筑构件,与混凝土框架共同构成建筑物。在进行框架结构的设计和抗震分析中,一般不会对此类围护结构进行力学分析。然而,通过对汶川地震的建筑破坏形式的分析,围护结构同样参与建筑物的力学传递,而且会对框架结构的抗震性能产生极为重要的影响,如果围护结构的设计不合理,将导致框架柱体发生“短柱”现象,地震中受到剪切应力的作用,造成柱体的力学性能降低,无法维持建筑物的结构稳定,导致建筑物的整体坍塌,造成极为严重的后果[3]。所以,将填充墙等围护结构纳入抗震性能的考虑范围之中,提高建筑物结构设计的科学性。
4 住宅建筑抗震混凝土框架结构施工技术要点分析
4.1 钢筋工程的施工要点分析
钢筋是混凝土框架结构的“骨架”,其搭接的质量直接决定混凝土框架结构的抗震性能。所以,必须重视钢筋工程的施工工作。①梁柱节点区的柱箍筋施工。2008年5月12日的汶川地震是近些年发生的破坏力最大的地震,地震影响区域范围内的住宅建筑大部分为几十年兴建的混凝土框架结构建筑,通过对此类建筑的破坏形式分析,建筑结构遭受破坏的主要区域为梁柱的节点区域,该区域的钢筋遭受锚固破坏和剪切破坏,导致建筑物结构受损。所以,应该重视节点区的柱箍筋施工,合理设计柱箍筋的数量和间距,确保设计合理。在此基础上,首先将箍筋绑扎在主筋上,之后通过焊接方式连接,应该保证绑扎的位置正确、绑扎牢固,避免松动、移位等问题出现。②精确标定框架柱纵筋接头的位置。框架结构的节点位置是通过科学的力学测算得出的,是建筑物的最佳力学连接形式,应该在施工中给予明确,确保接头位置的正确性。然而,实际的施工中,许多人对接头位置的重要性认识不足,存在标定精度不够的问题,导致接头位置发生偏移,影响混凝土框架结构的整体性能。针对此问题,应该做好设计宣贯工作,提升施工人员对位置的敏感度,并借助先进的测量仪器实现纵筋接头位置的精确标定,确保接头位置的准确性。③保证边柱和角柱柱顶钢筋锚固长度满足设计要求。在建筑施工中,边柱、角柱柱顶的钢筋锚固长度有专门的设计和施工标准,应该区别对待。如果在施工中不加以强调,极易发生施工人员疏导导致的锚固长度不合理的问题出现,影响边柱和角柱的施工质量。所以,应该对边柱和角柱的钢筋锚固问题进行重点强调,确保施工质量达标。[4]
4.2 混凝土工程的施工要点分析
①保证混凝土材料的质量合格。混凝土施工中,材料的|量极为关键,必须保证原材料的质量合格,材料的配比正确。具体来说,首先,应该对构成混凝土的砂石、水泥和水及添加剂进行质量检查,确保原材料的质量达标;其次是进行混凝土搅拌实验,确定混凝土材料的最佳配比;最后,根据施工的现场环境确定混凝土的搅拌时间,确保施工用混凝土的质量满足设计要求。②制定稳妥的浇筑措施,确保浇筑的顺利进行。当前的住宅建筑的混凝土浇筑大多为大体积混凝土浇筑,要求进行连续浇筑,以保证混凝土构件的结构完整性。然而,住宅建筑的结构规模较大,对构件尺寸的要求较高,进行浇筑时必须制定科学的浇筑方案,保证浇筑的顺利进行。此外,还应该考虑混凝土材料的供应问题,确保材料的足额供应。浇筑过程中,要对混凝土进行充分振捣,从而避免砂窝、麻面等结构问题的出现。③进行科学的混凝土养护。混凝土浇筑完成后,应该对其进行科学的养护,给予其适宜的温度和湿度条件,保证混凝土的凝固质量。
4.3 结构中构造柱的施工要点分析
①构造柱的投放量。在框架结构的设计施工中要严格按照规范的规定进行合理的设置和布置。设置的构造柱应能够保证框架结构的整体稳定,达到不少设、不漏设,符合规范相关的规定。[5]②钢筋设置。构造柱中的钢筋应在梁板混凝土施工前绑扎完毕,要保证构 造柱的钢筋上下贯通,防止楼板混凝土浇筑时的钢筋跑位偏移。
5 结语
综上所述,住宅建筑的抗震混凝土结构的施工应该从钢筋工程、混凝土工程和构造柱施工三个方面入手进行技术管理,提高建筑结构的稳定性,增强住宅结构对地震的抵御能力。
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