建筑结构抗震论文实用13篇

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建筑结构抗震论文

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由于我国的科技水平不高,不能准确的判断地震的成因,并且对其预测,造成居民的很大损失,还有在地质地震等方面的研究不够,特别是建筑物的抗震能力方面。这就导致我国建筑设计中抗震设计的发展滞后,而且也没有统一规范的设计理念,因而很难实现建筑设计的抗震目标。

1.2工程师对实际情况的考量不足

目前,很多建筑工程师只是根据数据和固有的一些参数进行施工,缺少对地区的实际情况进行考量。因为不同地区地质的构造截面的实际承载能力不同,所以要结合实际情况进行检测计算。不能根据固定地震降级系数来进行施工,例如,我国建筑抗震设计中的把地震降级系数固定为2.81,容易导致工程师把小级别的抗震应用到建筑抗震设计中,当遭到大级别的地震时,建筑物不具备抗震能力,会造成很大的损失。

2.建筑抗震设计的注意要点

2.1坚持建筑结构设计的对称原则

目前,根据相关的建筑抗震设计规定,建筑工程师要坚持建筑结构的规则,同时要求结构设计师做大简单、规则的设计,从而做到建筑物遇到小级地震不坏、中级地震可以修补、高级地震不会倒的目标。并且要求工程结构设计师遵循竖向形态的建筑规则,通常选择方形和圆形的形状,因为矩形和梯形的形状规则比较均匀。按照此类形状设计的建筑物,在遇到地震时内部构件承受力比较均衡,通常只会出现平移震动,而一些非对称结构的建筑在地面平移时,会出现扭转震动,主要是因为建筑物的质心和刚心不能重合,当发生地震时,建筑物的内部构件会遭到严重的破坏,发生变形。

2.2注重建筑构件与连接点处质量

在建筑工程设计和施工过程中建筑构件的合理配置以及连接点处的质量与建筑施工安全质量存在直接的联系。并且在新型建筑材料问世的同时建筑物的外部设计大都会采用新型建筑材料,例如大理石、瓷砖等。而建筑室内装饰也会使用到吊顶等技术。这些室内以及立面装饰本身存在抗震性能的问题,并且其与建筑主体的牢固连接也是抗震设计的关键。近几年,在一些地震灾害中,发生过很多下“玻璃雨”的事情,主要原因是目前的技术还不能防止地震中玻璃幕墙的变形,因此,在很多地震中,一些高层建筑的玻璃幕墙会遭到很大的破坏。所以,如果在建筑中采用玻璃幕墙,必须提高建筑构件与连接处的质量,从而保证玻璃幕墙在地震时不会变形。并且在遭遇地震时能够与建筑物脱离,将所受到破坏的程度降到最小。此外,在内隔墙、玻璃隔断等构件的设计上也要提高连接点的质量,保证建筑主体连接点的牢固性,从而提高建筑物的抗震性。

2.3关注建筑顶部抗震

建筑屋顶的抗震设计对于高层建筑物有重要的影响。这就要求设计师十分重视建筑顶部的抗震设计,在遭遇地震时,建筑屋顶过高、过重都会加重建筑的变形程度,特别是我国的高层建筑物中普遍存在这样的问题,如果不重视高层建筑屋顶的抗震设计,发生地震时,下层建筑物会受到很大的影响。如建筑的屋顶与下层建筑的重心没有位于同一条直线上,那么建筑屋顶的抗侧力墙也会与下层建筑的抗侧力墙出现分离,当地震出现时则会加剧损坏。因此在高层或超高层建筑设计中应该使用新型高强度轻质的建筑材料,尽可能保证屋顶的重心与下层建筑的重心位于通一条直线。当建筑屋顶的较高时要保证其抗震定性,缓解地震带来的变形作用。此外顶部结构的设计也适当的选用强度高、刚性均匀轻质的结构材料。

2.4建筑竖向布置

建筑竖向布置主要体现在建筑物的高度结构质量以及刚度的设计中,特别是在高层或超高层建筑中建筑的竖向布置对于建筑抗震设计来说更加重要。建筑楼层的使用功能差异导致建筑物楼层分布的质量和刚度均不一致,例如楼层包括游泳池、会议室、健身房等。楼层的功能导致楼层上下之间的刚度差异过大。高层建筑中刚度最差的楼层的抗震性能最为薄弱,在出现地震时即为变形严重的薄弱层。在建筑设计中由于楼层功能不同导致的墙体不连续,柱子不对称等极大的限制了抗震性能。因此在建筑抗震设计中应该尽量保证竖向的刚度分布靠近,尤其是在结构上刚度转换层更加要着重注意。

2.5建筑设计需要达到的设计限值

在实际的工程操作以及设计时,一定要严格遵循我国相关部门的标准规范要求,例如在8度的防烈度情况下,粘土砖多对地震降级系数固定为2层建筑物的高度不能够高于18m,建筑层数不能大于6层等。一旦超过相关的规定,就会严重影响到建筑物的抗震能力,除此之外,对于建筑物局部的墙体尺度也要控制它的最小值,保与实际情况结合在一起证墙体截面的抗震强度能够满足抗震要求,避免墙体在地震时不会出现开裂或者倒塌等破坏情况的发生。

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从我们现在的经济发展状况来讲,城市人口越来越密集,房屋建筑也越来越多,若突然发生大的地震灾难就会造成难以估量的损失。房屋建筑根本性质就是为了给人们提供一个安全舒适的住宿,为人们的一个防护所,避免人们经受风吹日晒以及其他极端天气。地震则是我们目前所知的自然灾害中最严重的一个灾害,它所给人们造成极大的影响,地震不仅是简单的震动,也会引起一系列海啸、泥石流等自然灾害,其破坏性不可小觑。由此可见,当一个破坏性极大的灾难发生在人们最需要安全的避难所时,我们就不得不重视对于这一灾难的防护。再加上我们目前生活水平的提高,我们目前对于房屋建筑的要求应该是更为舒适,使用寿命更强,这就进一步要求我们对于房屋建筑的整体抗震性有更加完善的技术从而更好地保证我们生活的舒适性。

二、房屋建筑结构抗震设计规定

在我国,房屋建筑结构抗震设计的标准一般分为特殊设防类、重点设防类、标准设防类、适度设防类等四个类别,简称甲、乙、丙、丁。在甲乙类建筑体系设计中应按高于本地区抗震设防烈度提高一度的要求加强其抗震措施,9度时应按比9度更高要求采取抗震措施。而丙类建筑应按本地区抗震设防确定其抗震措施。在丁类建筑中地震作用应按本地抗震设防烈度确定,但抗震措施(6度除外)允许比本地抗震设防烈度的要求适当降低。在多层和高层现浇钢筋混凝土房屋的结构类型中,当平面和竖向均不规则的结构或建造于Ⅳ类场地的结构出现时,适用最大高度应适当减少。在钢筋混凝土房屋抗震等级的要求中,它的抗震设计一般要满足,如果是框架部分承受的地震倾覆力矩大于结构总地震倾覆力矩的50%的话,那么它的框架抗震等级应按框架结构来定。另外当地下室顶板作为上部结构的嵌固部位时,地下一层的抗震等级应与上部结构相同,地下一层一下抗震构造措施的抗震等级可逐层降低一级,但不应低于四级。地下室中无上部结构的部分,抗震构造措施的抗震等级可根据具体情况采用三级或者四级。对于那些筒体房屋结构抗震的设计要求来说,筒体部分与框架部分楼板一般采用梁板体系。在施工程序及连接构造上我们采取减小结构竖向温度变形及轴向压缩对加强层影响措施来解决。当低于9度采用加强层时,加强层的大梁或桁架与周边框架柱的连接宜采用铰接或半刚性连接。需要注意的是如果是9度的情况出现时就不要采用加强层了。

三、抗震设计在房屋建筑结构设计中的运用

抗震的设计在整个建筑中可以说是十分关键的一环,我们可以从一下几个方面进行理解,从而体会抗震设计时如何在房屋建筑结构设计中进行运用,进而理解抗震设计在房屋建筑中的重要性。(1)提高房屋建筑结构的抗震力。抗震设计,顾名思义,就是保障房屋建筑能够在地震时将其破坏程度保障到最小范围。所以在进行房屋建筑结构的设计师,首先就要保障有一个稳固的地基。地基是整个建筑的基础,其抗震性能也就在一定程度上决定着整个建筑的抗震能力。其次,房屋的整体结构上要建造抗震能力强的结构。比如我们知道的一些几何图形具有稳定的效能,我们就可以将其运用在房屋的结构当中。规则、对称的建筑结构也能有利于保障房屋的稳定性,从而减少地震对于房屋建筑变形的影响。在房屋建筑中的一些小细节上注意到对于抗震的作用。(2)我们完善了房屋的抗震设计之后,可以再从地震一方面来思考如何降低地震作用对房屋建筑的影响。我们目前所采取的办法就是在建筑物的基础与主体之间加一个隔震层,也有人提出在建筑物的顶端部分设立一个“反摆”。这样的设计首先能够有效避免发生地震时建筑物之间互相碰撞,并且能够有效缓解在地震来临时房屋的震动幅度,从而保障房屋内部物品的安全。这样的设想我们目前已经有所应用,在一些实际的经验中我们也发现了这一方法的可行性。(3)保证建筑的刚度,建筑结构上的防护以及外部的防护之后,还有保障房屋建筑自身的坚硬程度。首先,就需要考虑到在进行建筑时,使用钢筋混凝土材料,保障房屋的稳固。其次,就是在我们已有的建筑结构上对整个建筑进行进一步的加固。这一方面我们目前已经有相关的规定,明确告诉我们如何对于不同建筑类型进行不同的外层加固。目前,我们也仍需对于房屋建筑的使用材料进行进一步的探究,努力寻找优化建筑材料的办法,能够帮我们在建造房屋时一方面减少不必要的材料浪费,另一方面就是将优质的材料的性能充分地体现在房屋建筑整体的抗震性能上。

四、房屋建筑结构抗震设计措施

1.房屋建筑位置的选择,房屋建筑位置的选择在一定意义上来说决定着房屋质量的好坏,一般地地震可以导致房屋建筑周围地表变化,这样就会造成地基的开裂,导致房屋出现问题。因此在地理位置的选择上,设计人员要对房屋建筑进行合理化选择:如选择开阔的坚硬场地,考虑场地土的刚度大小和场地覆盖层的厚度等。2.房屋建筑材料的选择,抗震性房屋建筑材料要选择那些质量优等的材料。要综合考虑保暖、防火等多种因素的存在,比如良好的钢、铝合金结构、木质结构及轻型复合材料等建筑材料作为主体材料。3.选择合适的建筑结构体系,结构体系要满足稳定性,要与建筑结构相配套。此外要注意建筑物传力途径的明确性,以及受力计算的明确性,保障在建筑体系中不使用转换层,这样就会保障有地震发生时候避免建筑倾斜或局部受损等现象的发生。4.做好底层框架抗震墙设计,鉴于我国的地震灾害多数发生在底层,一般突出表现为“上轻下重”的这样一个现象,所以在设计时候要突出底层的墙体比框架柱重,框架柱又要比梁重。这样的设计就会在发生地震时底层破坏的程度比房屋的底层轻得多。5.钢筋混凝土框架抗震内力设计。我们尽可能做到在地震作用下的框架呈现梁铰型延性机构,为减少梁端塑性铰区发生脆性剪切破坏的可能性,对梁端的剪力适当调整,使斜截面受剪承载力高于正截面受弯承载力,做到“强剪弱弯”。在实际运用中如不采取这个措施,柱端很可能比梁端先出现塑性铰。因此适当调整柱计算内力并增大配筋,使塑性铰首先出现在梁端,抗震性能较好。

五、结语

地震是人类生活面临的重要的自然灾害,危及着人民的生命与财产安全。在我国,目前人们对于房屋建筑无论是安全性还是舒适性的要求越来越高,房屋建筑行业不断改善自己的设计和技术,不断为人们提供更好更优质的服务。在建筑结构设计的时候,必须充分考虑抗震设计,并有采取适当的抗震措施,尽最大可能确保房屋质量,才能减少地震的危害。我们要进行不断地探索,对于抗灾设计有所重视,不断改善我们的技术,建造更优质的建筑。

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为了提高超高层建筑的抗震性,其足够的结构侧向刚度必不可少。足够的结构侧向刚度不仅可以保障建筑物的安全性、抗震性,还可在一定程度上有效抵抗建筑结构构件的不利受力情况及极限承载力下的安全稳定性。设计超高层建筑的结构抗震侧向刚度,应重点从其结构体系和刚度需求进行。

2.1结构设计。结构初步设计根据建筑高度和抗震烈度确定高度级别和防火级别。超高层结构设计首先满足规范要求的高宽比限值和平面凹凸尺寸比值限值,其次控制扭转不规则发生:在考虑偶然偏心影响的规定水平地震力作用下,扭转位移比不大于1.4;最大层间位移角不大于规范限值的0.4倍时,扭转位移比不大于1.6;混凝土结构扭转周期比不大于0.9,混合结构及复杂结构扭转周期比大于0.85。最后设计过程中严格控制偏心、楼板不连续、刚度突变、尺寸突变、承载力突变、刚度突变等现象。满足结构设计规范的同时,还应考虑建筑师的设计意图和功能需求,同时满足设备专业设计要求。结构平面的规整程度直接影响着抗震设计的强弱,尽量采用筒体结构,以使得承受倾覆弯矩的结构构件呈现为轴压状态,且其中的竖向构件应最大程度的安置在建筑结构的外侧。各竖向构件和连接构件的受力合理、传力明确,降低剪力滞后效应,杜绝抗震薄弱层产生。

2.2结构侧向刚度控制。超高层建筑的抗震性能设计主要与结构侧向刚度的最大层间位移角和最小剪力限制相关。对于层间位移角限值,其是衡量建筑抗震性的刚度指标之一,地震作用应使得建筑主体结构具有基本的弹性,保证结构的竖向和水平构件的开裂不会过大。同时,因超高层建筑的底部楼层、伸臂加强层等特殊区域的弯曲变形难以起主导作用,所以应采取剪切层间位移或有害层间位移对其变形进行详细的分析与判断。对于最小地震剪力,其最重要的两个影响因素是建筑结构的刚度和质量,当超高层建筑难以达到最小地震剪力要求时,设计人员应该结合具体情况适度的增加设计内力,提高其抗震能力和稳定性,然而,当不能满足最小地震剪力时,还需通过重新设计或调整建筑结构的具体布置或提高刚度来提高建筑物在地震作用下的安全性,而非单纯增高地震力的调整系数。

3超高层建筑的性能化抗震设计

超高层建筑的抗震性能设计,国内主要根据“三个水准,两个阶段”,即“小震不坏、中震可修、大震不倒”。超高层建筑来说,其建筑工程复杂、高度极高、面积大、成本高,一旦受到地震损害,其损失程度会更高,因此,必须充分考虑各方理论、实际情况和专家意见,兼顾经济、安全原则,定量化的展开超高层建筑的性能化抗震设计。同时,相关文件虽针对超高层建筑结构的性能化设计制定了较具体且系统的指导理念,涉及宏观与微观两个层面。但是,由于结构构件会受到损坏,且损坏与整体形变情况的分析计算都需进行专业的弹塑性静力或动力时程计算,而目前我国尚未形成相关的定量化的评价体系,因此,设计人员应在积极参考ATC-40和FEMA273/274等规范。此外,对于弯曲变形为主导的建筑结构,在大震作用后应尤其注重构件承载力的复核。

4超高层建筑多道设防抗震设计

除了上述注意事项外,针对超高层建筑进行抗震性设计时,还因注重设计多道的抗震防线。多道抗震防线是指一个由一些相对独立的自成抗侧力体系的部分共同组成的抗震结构系统,各部分相互协同、相互配合,一同工作。当遭遇地震时,若第一道防线的抗侧移构件受到损害,其后的第二道和第三道防线的抗侧力构件即会进行内力的重新调整和分布,以抵御余震,保护建筑物。目前,我国超高层建筑主要依靠内筒和外框的协同工作来达到提供抗侧刚度的目的,包含两种受力状态:首先,建筑的内外结构通过楼板和伸臂析架来协调作用,进而使得外部结构承受了较多的倾覆弯矩和较少的剪力,而内筒则承受了较大的剪力和一些倾覆弯矩,广州东塔就是此受力方式的典型;其次,以交叉网格筒或巨型支撑框架为代表的建筑外部结构,其十分强大,依靠楼板的面内刚度,外部结构即可同时承受较大的倾覆弯矩和剪力,如广州西塔。

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地震的影响范围一般情况下都很大,一定区域内的建筑物都会受到一定的破坏。所以建筑物场所的选择对于结构的抗震设计及其总要。在选择建筑场地时要注意以下几个方面:地质结构坚硬、避开有较大坡度的山脚,周围地势开阔和避免地震多发地带。在结构的抗震结构设计中对于建筑物的高度有一定的规定和标准。因此建筑物的高度要严格按照国家标准设计。在一些地震多发地区,不仅仅要设计合理科学,还要注重建筑材料的性能。通常情况下,不同高度的建筑对于建筑材料也有一定的要求。一般都采用不同规格的钢筋混凝土结构。同时,为了提高结构的抗震性,在建筑结构抗震设计中,需要减小柱的轴压比,增大柱的截面尺寸。从抗震设计的科学角度来讲,减小柱轴压比主要是为了使柱子处于大偏心受压状态,从而避免这样的情况发生比如:纵向受力钢筋未达到受拉屈服但混凝土却被压碎。在建筑的抗震设计时,很多专家认为应该会提高建筑物抗震设计的等级。这主要是考虑到我国是地震多发国家。大型地震容易出现重现。或是50年,或是200年。建筑的抗震设计还存在一些其他的问题,比如在选择结构体系选型时,尽量可以采取承载能力高、延展性好和充足耗能性能的体系,主要是为了在地震发生时,建筑结构能够有足够的抗倒塌能力。同时在结构的刚性和强度方面要水平方向和竖直方向均匀分布。防止出现局部结构出现问题导致整体结构的倒塌。

3抗震设计对结构抗连续倒塌的影响

3.1地震作用及倒塌机制地震

可以造成建筑倒塌是地震造成一切破坏的主要形式,是为结构在外部作用力下的倒塌。连续性的倒塌是因为内部内力发生重新分布而造成的。在地震作用下,构建的受力和质量分布有关系,构建受力分布在整个结构之中。整个结构的非弹性形变能够很好的减轻地震队构建的破坏。建筑结构的倒塌开始于结构中大部分梁柱节点的损坏。近而造成其他部件和结构的倒塌和破坏,这也叫做建筑结构的连续性倒塌。

3.2抗震设计与抗连续倒塌设计的关系

抗连续倒塌设计的主要目的在于防止建筑结构倒塌的连续性,连锁性的发生。抗震设计的标准是比较小的地震,建筑没有出现任何的结构的问题。较大的地震建筑结构不会倒塌。一般中等地震造成的破坏仍旧可以重新的进行结构的维修。抗震设计和抗连续性设计都有一个共同点就是都特别的注重结构的整体性和连续性。在地震作用性,建筑结构造成结构一定的破坏,抗倒塌能力的作用主要是在梁抵抗内力重分布上。然而结构的抗震设计能够使梁中纵向受力钢筋增加,也提高了结构的抗倒塌能力。建筑结构的抗震设计和抗连续倒塌设计存在很多的相同点,同时也有不同和相互的影响。

3.3抗震设计对结构抗连续倒塌的影响

目前,抗震设计对抗倒塌能力的影响有两种不同的观点:一种认为抗震设计通常是可以取代抗连续倒塌设计的,主要在于抗震设计的结构有整体牢固性的特点,使得结构的抗连续倒塌性能提高。另一种观点认为,抗震设计和抗连续性的倒塌设计有着不同的出发点和目的,存在较大的差别。对于每一种设计都应该充分的考虑,不能够想当然的认为抗震设计可以取代抗连续倒塌设计。因为结构抗震设计中的一点点的构造的方法可能增加了。虽然一些构造措施可增加建筑抵抗倒塌的能力,但是毕竟这样的一点点增加对于整个建筑抵抗连续倒塌能力是微乎其微的。于述强等人通过科学的方法对于抗震设计对于结构抗连续倒塌性的影响。主要采取的方法是建立模型进行分析。采用拆除构件法通进行实验的主要方法,这也是美国使用比较科学的方法。分别拆除了角柱,中柱,拆除内柱等,然后分析了模型的抗连续性倒塌能力。通过模型实验分析得到了科学的理论。一是地震作用存在较多的偶然因素在里面,但是有不同于偶然作用,存在较大的差别,所以抗震设计并不能够取代抗连续倒塌设计。二是虽然抗震设计不能够期待连续性倒塌设计,但是研究表明抗震设计对于抗连续倒塌能力有着极其重要的意义。在较小级别的抗震结构设计中对于结构抗连续倒塌能力没有一个明显的提高,但是当建筑的抗震级别高于8度时,抗震设计结构抗连续倒塌能力得到增强。

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随着经济的发展和城市化进程的加快,城市中的高层建筑逐渐增多,建筑的安全性和稳定性受到人们的关注,设计者需要加强对建筑的抗震性设计,减少建筑在地震灾害中的破坏,提高建筑的抗震能力。建筑结构的抗震设计是专业性技术性极强的工作,设计者需要加强抗震场地的选择,提高建筑的整体性和刚度,合理的计算建筑结构的参数,整体上提升建筑结构的抗震性。

建筑结构抗震的基本要求

1、结构构件要具备相关性能。建筑结构的构件是建筑的重要组成部分,构件要具备必要的稳定性、承载力、延性和刚度,建筑结构设计上应该遵循强柱弱梁、强剪弱弯和更强节点核芯区的设计原则,结构的薄弱部位应该进行重点的设计,已经承载了竖向荷载的构件不宜作为主要的耗能构件,结构的构件要满足建筑抗震性的要求。

2、抗震防线的设置。建筑结构抗震性设计是建筑设计的重要组成部分,设计者需要按照建筑设计的要求来设置抗震防线,实现结构构件之间的协同作业。建筑多道抗震防线设置的目的是减少地震对建筑的损坏,实现建筑的内部和外部赘余度设计,建立建筑的屈服区,提高构件的适当刚度和延性,处理好建筑结构内部的强弱关系。建筑抗震防线的设计要避免部分设计过强和部分设计过弱的问题,避免建筑的不合理设计,提高建筑的稳定性设计。

3、加强薄弱部位的抗震性设计。建筑抗震性的设计需要从整体的角度进行,薄弱部位的结构部件要加强设计,提高构件的实际承载力。设计者要实现设计计算的弹力值和实际受力值之间的均匀变化,防止变形力的集中,实现建筑部件之间承载力和刚度的协调。设计者要在设计的过程中有目的加强薄弱部位的抗震设计,对建筑的变形能力进行控制,提高建筑的总体抗震能力。

二、建筑结构抗震设计的关键环节

1、抗震场地的选择。施工场地的地质情况直接影响着建筑的稳定性,建筑结构的抗震性设计需要加强对地基的勘察和检验,在地基稳定性不足的情况下要对桩基进行施工,加强地基的稳定性,减轻地震灾害对建筑的影响。设计者需要选择有利的建筑抗震场地,在加强建筑本身稳定性的基础上减小地基等外部因素对建筑稳定性的影响。在施工场地无法满足有利抗震要求的情况下,设计人员和施工人员可以首先加强地基的稳定性,采取地基液化的方式来消除地基的缺陷,提高建筑上部结构的稳定性。

2、建筑结构的选型和布置要求。现在城市中的高层建筑逐渐增多,建筑的形式逐渐多样化,设计者需要在加强形态设计的同时提高建筑的稳定性。一般而言,建筑的抗震性要求建筑结构形状应该简单,建筑的凹角是不可避免的,房屋突出部分的长度应和宽度保持一定的比例,房屋立面的局部收进尺寸应该严格按照建筑设计的要求进行设计,结构平面长度不应该过大。此外,设计者还要实现建筑平立面质量和刚度分布的均匀和对称,减小建筑的刚度偏心,对建筑薄弱部位的构件要进行充分的计算和设计,避免构件的变形,实现建筑内部结构的对称性。设计者可以对地震缝进行利用,将建筑的结构分成具有规则和简单的小单元。

3、建筑的整体性和刚度设计。城市中的高层建筑都是具有空间刚度的由楼盖和承重构件组成的结构体系,建筑的抗震性主要是由建筑的稳定性和空间的刚度来决定的,刚性楼盖实现了地震作用的分配。近年来,钢筋混凝土在建筑结构中得到了重要的应用,现场浇筑的钢筋混凝土具有水平刚度大和整体性好的优点,可以有效的避免散落和滑移问题,增加建筑整体性,是比较理想的建筑抗震构件。钢筋混凝土楼板还可以控制建筑的层间变形,实现荷载的有效传递,减轻楼板和墙体之间的约束力。因此,设计者需要对现行的现浇混凝土结构进行研究,通过增设构造柱和配置钢筋的方法来加强建筑的整体性,提高建筑的空间强度,整体上提升建筑的抗震性能。

4、建筑结构参数的计算。建筑抗震性设计中包括了房屋构件的变形计算和墙梁柱板的承载力计算,设计者在计算之前需要根据建筑的实际要求和建筑设计规范来建立有效的计算模型,根据模型来简化建筑构件的计算和处理。设计者可以将有关的数据输入到计算机中,对复杂构件的变形和内力进行系统的分析和计算,设计者要对结构的位移、自振周期、层间刚度比、扭转系数以及剪重比进行计算,对结构的扭转效应进行考虑。建筑抗震性设计是专业性技术性极强的工作,构件的计算和分析工作很难一次完成,设计者要在设计理论和设计模型的指导下对试算的结果进行反复的调整,提高建筑防震性设计的合理性。

5、建筑结构的延性抗震设计。结构延性是建筑抵御地震灾害的关键,结构的延性抗震设计是建筑抗震设计的重要组成部分。设计者要按照强柱弱梁的原则进行设计,将柱截面的弯矩进行增大设计,对控制截面的整体承载力进行精确设计。构件抗剪能力是建筑抗震性的重要组成部分,设计者要人为的增大构件抗剪能力,通过增大剪力墙端、梁柱节点、柱端和梁端的系数来提高建筑的剪力值,提高验算和设计的精确度,减小建筑在地震中的剪切破坏。此外,设计者还要提高建筑的塑性耗能能力和建筑的塑性转动能力,对可能出现塑性铰的部位进行重点的设计,加密箍筋,对轴压比进行有效的限制,提高建筑整体稳定性。

三、我国建筑抗震性设计中存在的问题

建筑抗震性要求是建筑稳定性和安全性的关键,设计者要按照设计规范和建筑抗震要求来加强对关键设计环节的控制,整体上提升建筑抗震性的设计质量。在建筑抗震性设计的过程中也存在建筑高度、建筑结构体系、材料选用以及轴压比等问题,设计者需要采取有效的措施进行预防。首先,建筑高度需要符合城市发展的需要,要和施工技术和城市发展水平相适应。其次,设计者要进行转换层和加强层的设计,提高柱结构的抗剪力程度,尽量选用混凝土结构。再次,短柱和轴压比问题会大大削弱结构的延性和塑性变形能力,设计者要加强强柱弱梁设计,对柱的剪跨比和轴压比进行确定,避免短柱问题的发生,按照建筑的施工要求进行轴压比限值的调整。此外,设计者还要提高建筑结构设计的安全度系数,对抗震设计的原则进行重新的审视,提高建筑的抗震设防烈度,采用弹性设计来提高建筑的安全性,减轻地震对建筑安全性和稳定性的破坏。

结语:

随着经济的进步和城市建设进程的加快,城市中的高层建筑甚至是超高层建筑逐渐增多,建筑的抗震性设计逐渐受到人们的关注。建筑结构抗震性设计是专业性技术性极强的工作,设计者需要加强对建筑场地的选择,对建筑构件和整体的弹性和塑性进行设计,利用计算机来提高各项参数的准确性和可靠性,整体上提升建筑的稳定性设计,减轻建筑在地震灾害中的损失。

参考文献:

[1] 赵西安.高层建筑结构抗震设计的一些建议[J]. 工程抗震. 2011(04)

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引言:由于开发商对于建筑物的地震破坏原因和破坏程度没有足够的了解,导致建筑物在抗震设计方面存在十分大的困难。所以,我们不仅要追求建筑物的造型美观,还有考虑建筑物的抗震设计。要为人们营造一个安全舒适的生活环境。针对地震问题我们要在房屋结构找突破点。只有设计出抗震、牢固的建筑结构,才能保障人类的人身安全。

一、房屋建筑结构设计相关因素分析

建筑物按建筑结构分类可分为:砌体结构、砖混结构、钢筋混凝土结构、钢结构等。建筑物结构形式的确定,与其抗震能力是密切相关的。相关的科学研究表明,在遭遇相同等级的地震灾害后,采用钢结构的建筑物受损坏的程度明显要低于钢筋混凝土结构的建筑物。日本也是一个多地震的国家,其钢结构的房屋建筑占全国建筑的半数以上,也是其在遭遇地震后人员伤亡较少的主要原因之一。目前,我国的建筑抗震系数系统依旧是不完善的,不能确保结构设计人员准确、有效地应用。历次地震灾害表明,影响抗震系数的因素是很多的,比如其抗震的等级、建筑物的类别、场地类别、建筑物总高度等。为了促进其实际工作的需要,应对各种相关因素和相关参数展开一系列的优化分析,得到一个最优的设计方案。房屋建筑的抗震性能与许多因素有关系,比如其建筑的体型设计。汶川地震震害表明 , 许多平面形状复杂 , 例如平面上的较大外凸和凹陷、不对称的侧翼布置等在地震中都遭到了不同程度的破坏。海城地震和唐山地震中有不少这样的震例。而平面形状简单规则、传力途径明确的建筑在地震中都未出现较重的破坏;有的甚至保持完好。上述情况表明,很多损害严重的建筑物的设计方案不是很合理,如果能够选择一个好的设计方案,震后损失可能会减小很多。

二、建筑结构抗震设计的要点

在我国,对于建筑物抗震设计的要求是采取“三水准设防、两阶段设计”的标准。在这种标准的影响下,建筑结构设计经历了柔性设计、刚性设计、结构控制设计和延性设计四个阶段。但是由于地震产生了很多不确定因素,导致建筑结构存在非常大的偶然性和复杂性,甚至还有计算模拟与实际情况的不符的情况出现,导致计算结果误差很大。所以,我们不仅要考虑建筑物良好的概念设计,还要提高建筑结构抗震性能。具备完善的建筑结构体系。一个良好的建筑体系,对于建筑业是十分有必要的。在实际的建筑抗震设计时,要注重依赖建筑结构体系的协同工作,从而使建筑物中的每个构件都能够共同工作。所以,这就需要建筑结构构件在允许受力的情况下不仅能够具有良好的耐久性,还要能够在高压,强力的作用下共同工作。在砌体结构的建筑中避免建筑结构单纯的依靠建筑结构自身刚度来承受载荷。充分提高建筑物材料利用率的协同工作。从建筑物抗震设计经验表明,材料的利用率越高,结构的协同工作能力也就越高。

三、建筑结构抗震设计中的主要问题

1、建筑结构体系的合理选择。建筑结构设计中最主要的一方面就是结构体系的选择,它的合理选择决定着建筑物的安全性。对于建筑结构体系的合理选择应注意以下两个方面的设计:(l)体系应具有合理的地震传递途径和明确的计算简图。在这个过程当中,房屋内部结构的布置,应使得更多的受力在主梁上,并且使垂直重力以最短的路径传递到主受力部位;竖向构件的布置,要让竖向构件的压应力接近均匀(2)建筑体系应具有合理的强度。一个良好的建筑物必须要有合理的强度进行支撑,一些建筑的薄弱部位要由合理的强度防止:在框架结构设计方面,要保证节点不受破坏,要使梁、柱端的塑性尽可能的分散;对于容易出现的薄弱环节,必须提高薄弱部位的抗震能力。

2、抗震场地的选择。抗震场地的选择直接影响建筑物的抗震设计工作,应选择有利的抗震场地,要避开对建筑抗震不利的地段。地震对于地面的危害是十分巨大的。地震造成的地裂和地表错动,直接使得房屋倒塌,结构损坏。所以,选择抗震场地不能选择易液化土地、软弱场地、状态明显不均匀等场地;如果不能避免不理的场地,可以采用适当的抗震措施进行加强强度:对于地震时有可能存在的地裂或者滑坡的场地,必须采取科学合理的措施进行稳定;如果地基需要建立在最近填土和土层十分不均匀或者软弱粘性土层时,必须采用桩基、地基加固和加强基础和上部结构的处理措施。

建筑工程选址应注意的问题:四川汶川地震的震害情况表明,那些建在断裂带上和断裂带沿线的建筑物都完全倒塌,破坏极其严重。因此,建筑物建设地点的确定是极其重要的,它是决定建筑物抗震性能的前提条件,只有正确的选址方案,才能保证建筑物满足建筑抗震设计的相关要求,保证其安全性、可靠性。选择建筑场地时应根据工程的实际需要和工程地质、地震活动情况等相关资料,选择对建筑物抗震有利的地段,避开对抗震不利的地段,严禁在地震断裂带及断裂带沿线附近建造甲、乙、丙类建筑物。应避开地震时可能发生山体滑坡、崩塌、地陷、地裂、泥石流等次生灾害地段。汶川地震发生时,北川老县城发生规模较大的山体滑坡,王家岩山体在地震作用下瞬间崩塌,崩塌的山体倾泻而下瞬间摧毁山下及周边的建筑物,北川老县城的 5个街区的大部分建筑物被厚厚的土体掩埋,造成大量人员伤亡。这样的结果不是靠提高抗震设防等级、提高建筑物的抗震性能和措施所能避免的。所以避开此类危险地段,才能避免因选址不当所造成的严重的人员伤亡和财产损失。

3、重视建筑平面布置的规则性。在建筑平面布置方面,应尽可能的采用抗震概念设计原则,不能使用严重不规则的设计方案。有关资料表明,对于一些楼板布局不够规范时,要采取相应的楼板计算模型;对于平面不规则、立体不规则的建筑结构,必须采用空间结构计算模型。结构的规则性具体分为三个部分:第一是建筑主体必须具备良好的抗压能力,侧力结构不能变形,要尽可能的均匀;第二是建筑主体抗侧力结构的平面布置,建筑主体抗侧力结构的布置要注重同一侧的强度要均匀;第三是建筑主体抗侧力结构的布置要与周围的结构具有相同的刚度,必须保障良好的抗扭刚度。总之,重视建筑平面布置的规则性对于建筑的抗震设计十分重要。

建筑物平面设计应该注意的问题:建筑物的平面布置规则与否、是否对称和具有良好的整体性,也是影响建筑物抗震性能的重要因素之一。例如酒店、公寓、商场、住宅、体育馆等不同建筑物的使用功能不同,其平面布置也千变万化,其柱距、开间、进深、隔墙的布置、楼梯的位置、电梯井的布置等也有很大差别,如果柱子、墙体等布置不对称、不规则,使得平面刚度急剧变化,遭遇地震后,将发生严重的扭转破坏。因此,建筑设计时,应使柱子和抗震墙(剪力墙)等抗侧力构件均匀、对称布置,刚度较大的楼梯间、电梯井应尽可能居中布置,不要布置在建筑物的转角处。要尽可能作到使结构的质量和刚度分布均匀、对称协调,避免突变,防止在地震作用下产生扭转效应。

4、建筑物竖向设计应该注意的问题

建筑物的竖向布置设计也将对其抗震性能产生巨大的影响。近些年来,由于国民经济的迅速发展,商场、写字楼等高层、超高层建筑越来越多,其要求底层或下面几层大开间、大空间,这就形成了建筑物下面几层柱子和抗震墙(剪力墙)较少,层间质量和抗侧刚度沿建筑物高度分布不均匀,在抗侧刚度较差的楼层形成了对抗震极为不利的薄弱层,在地震作用下,引起较为严重的破坏。汶川地震中,有许多底层框架—抗震墙砌体房屋底层柱子直接破坏,建筑物由原来的 4 层直接变为 3层。主要原因就是,沿着建筑物高度方向,质量和抗侧刚度发生突变,底层柱子较少,抗侧刚度较小,地震作用下,底层柱子直接坏掉。所以,建筑物的竖向布置设计时,应尽可能使其沿竖向的抗侧刚度分布比较均匀,抗震墙(剪力墙)并使其能沿竖向贯通到建筑底部,不宜中断或不到底,尽量避免某一楼层抗侧刚度过小,以避免在地震作用下,因薄弱层的存在引起建筑物的倒塌。

四、提高建筑结构抗震能力的建议

建筑结构抗震设计是在不断的实例验证中逐渐分析,日益总结归纳出来的。在目前的房屋建设当中,抗震设计是十分有必要的。所以,建筑抗震设计在建筑设计中应该引起十分重视。为了设计出高抗震性的建筑物,在我看来需要注意以三点:第一,科学合理的建筑布局是不可缺少的,于此同时还有保证各个主要受力物体处在同一平面,在地震来临时要能禁得住压力。在墙段没有发挥作用之前,需要依照“强墙弱梁”的标准实施加强建筑物的承受力,防止地震强大的破坏力。第二,要按照不同的抗震等级,对梁、柱以及墙的节点使用相对应的抗震措施,确保建筑结构在地震作用下达到相关标准。为了保障钢筋混凝土在地震作用下不受破坏,要科学合理的添加合适的化学试剂,加强混凝土的强度与刚度,还有注意构造配筋的要求,尤其是要加强节点的构造措施。第三,必须设置多层抗震防线,一个良好的抗震体系对于地震的压力是十分重要的。抗震体系就如果人类身体的三道防线,不同等级的地震采取不同的防线。第一层不行,还有多层防线保护。这样的保护体系对于防震将是十分有效的。

五、结语

通过多年对于建筑结构抗震设计的研究,我国已经逐渐形成了自己的一套较为先进的、有效的抗震设计方法并日趋成熟,但是也有很多不足之处,需要我们在实践中加以完善。总之,要确保建筑结构中抗震设计能高效完成,应在遵循相关建筑抗震规范要求的原则上,进行科学的、合理的设计,确保建筑物具有稳定的、可靠的抗震性能,达到建筑物小震不坏、中震可修、大震不倒的标准。我们有理由相信,随着相关技术人员抗震设计水平的不断提高,我国的建筑工程结构抗震设计也会迈上更高的台阶。

参考文献:

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一、基于性能的抗震设计的产生

20世纪初期,日本的森房吉教授(1868―1923)在对当时的地震灾害和理论认识进行研究之后,提出了最早的结构抗震设计方法。在之后的一百年间,随着科学技术的不断发展,人们对地震的反映特征和发展特征的研究和把握不断深入,结构抗震设计理论及方法也在不断进步当中。

目前 “大震不倒,中震可修,小震不坏”,作为抗震结构设计指导思想被国际普遍认可。至此,抗震结构设计可以说已经取得了显著的进步,此类建筑在地震中也表现出较好的抗震性能。但是,目前的三个水准的设计理念主要是以保护人类生命安全为目的,对于地震造成的其他破坏不能很好地进行控制。尤其是现代社会的高速发展使得大量人群、财富和资源可能集中在某一区域,如大城市中。在这些区域一旦发生地震,将会造成巨大的经济损失,对生还者的心里造成严重打击,也是十分不利于震后重建工作的开展。因此,要求人们在进行抗震设计时不仅防止地震对生命安全造成伤害,也要尽可能减少房屋倒塌对其他方面造成破坏。基于以上考虑,在1994年美国洛杉矶大地震和1995年日本阪神大地震之后,基于性能的抗震结构设计被广泛研究推广,并被认为是未来抗震结构设计的主要指导思想。

这项设计最早出现在桥梁抗震设计中,用量化的抗震指标来控制抗震性能,从而改进传统的设计理念。1995年,这一理念被美国放眼21世纪委员会提出了之后,便得到了美国政府的大力支持,日本、新西兰、澳大利亚、英国、智利等国家也先后投入研究。

二、基于性能抗震设计的特点

通过与现行抗震设计理念的对比,可得到基于性能抗震设计理念的特点。

1.采用多级设防。与现阶段“大震不倒、中震可修、小震不坏”的三阶段设防目标

相比,基于性能的抗震设计注重多级防护,注意保护建筑的内部设施与非结构件,从而达到了在地震发生时既保护业主安全又减轻了业主和社会的经济损失。

2.投资准则效益。投资准则效益反映了抗震设计思想的重要转变,是基于性能抗震设计的一个基本原则。即从只注重安全变为同时注重安全、经济等多个方面。根据这一准则,结构设计按照结构性能的要求,考虑到所拥有的所有资源,在安全和经济之间找到平衡、合理的切入点,得到优化的最佳方案。

三.设防水平

1.地震设防水平。地震设防水平是指在未来可能作用于建筑结构的地震强度大小。由于地震设防水平直接决定了建筑物的抗震能力,所以它在基于性能的抗震设计的理论中占有重要的位置,应充分考虑到已优化的经验基础,并根据地震参数具体确定。

2.结构性能水平。结构性能水平是在预期地震等级的作用下对建筑物破坏的最大程度。由于基于性能的抗震设计是考虑到结构构件、内部设施、非结构构件、装修等多种因素,因此除了应该对对建筑主体结构带来的损失有控制力外,还要充分考虑到对非主体的损坏的控制。所以说,能兼顾主体与非主体结构破坏程度的结构性能水准才是科学的、合理的。

四、基于性能抗震设计的方法

目前基于性能的抗震设计方法主要有:位移影响系数、直接位移、能力谱设计等方法。

1.位移影响系数法。该方法基于结构性能设计,即通过分析预先得到位移的最大期望值,然后利用模态、等效的方法进行确定,从而修正此系数。但是此方法目前也存在着一些问题,比如无法具体地体现出抗震水准与具体结构、楼层的损坏情况。

2.直接位移设计法。本方法适用于结构性能设计,即根据地震等级预期计算位移,使结构达到预期位移。本方法最大的特点是概念简单,但是只能从建筑材料的极限变化确定相应数值,不能考虑到预期之外的地震效应。

3.能力谱法。能力谱法是将地震反应谱与能力谱曲线转化成需求谱,从而评判该建筑的抗震性能。本方法侧重于对结构的实际性能进行评估与检验。另外,能力谱法只适用于分布比较均匀且平面结构可化简的结构。

总结:

基于性能的抗震设计是一个涵盖范围很广的体系,与现行抗震设计相比,它具有以下优点:

(1)基于性能的抗震设计目标多而且具体,具有更强的可操作性与适应性,也具有更

大的实际作用意义。

(2)基于性能的抗震设计提供给了设计者更大的灵活性。在符合相关规定与要求的前

提下,设计者可自行选择能实现业主抗震目标的设计方案与相对应的结构措施,充分发挥了设计者的创造性与创新性。

(3)基于性能的抗震设计将之前单一的以保障业主生命安全的抗震目标转变为在不同

的地震风险等级下满足不同的抗震需求,并综合了经济、安全等多方面因素,充分考虑到了投资、震后损失、灾后重建、社会效益与业主的承受能力等多方面因素,更符合当今社会的需求。

基于性能的抗震建筑结构设计思路已经成为了未来抗震设计的主要发展思想,,得到了国际社会的广泛认可。特别是美日两国,在这一方面进行了大量的研究,并得到了一定成果。我国在这个项目的研究上起步较晚,但是为达到与国际社会同步,我国与国际社会上在这方面取得先进成果的专家多次进行学术交流,中国许多高校目前也已经开展了此项研究,从而发展出适合我国国情的基于性能的抗震设计方法。

参考文献

[1]欧进萍,何政,吴斌,邱法维.钢筋混凝土结构基于地震损伤性能的设计[J].地震工程与工程振动,1999(1).

[2]孙俊,刘铮,刘永芳.工程结构基于性能的抗震设计方法研究[J].四川建筑科学研究,2005(3).

[3]小谷俊介,叶列平.日本基于性能结构抗震设计方法的发展[J].建筑结构,2000(6).

[4]韩小雷,郑宜,季静,黄艺燕.美国基于性能的高层建筑结构抗震设计规范[J];.地震工程与工程振动,2008(1).

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地震是一种随机振动,所以建筑结构设计人员为防止、减少地震给建筑造成的危害, 就需要分析研究建筑抗震问题不断总结工程经验,妥善处理这一工程问题。

一、实行建筑抗震设计规范,总结工程经验妥善处理工程问题:

(一)选择有利的抗震场地

地震造成建筑物的破坏, 除地震动直接引起的结构破坏外,场地条件也是一个重要的原因。地震引起的地表错动与地裂,地基土的小均匀沉陷, 滑坡和粉、砂土液化等。科技论文。因此,应选择对建筑抗震有利的地段, 应避开对抗震不利地段。当无法避开时, 应采取适当的抗震加强措施,应根据抗震设防类别、地基液化等级,分别采取加强地基和上部结构整体性和刚度、部分消除或全部消除地基液化沉陷的措施; 当地基主要受力层范围内存在软弱粘性土层、新近填土和严重不均匀土层时,应估计地震时地基不均匀沉降或其他不利影响, 采用桩基、地基加固和加强基础和上部结构的处理措施; 对于地震时可能导致滑移或地裂的场地,应采取相应的地基稳定措施。

(二)优化的平面和立面布置

关于建筑结构设计的平面与立体结构, 我们根据认为有以下几个方面可以参考:

1、结构的简单性。结构简单是指结构在地震作用下具有直接和明确的传力途径。只有结构简单,才能够对结构的计算模型、内力与位移分析, 限制薄弱部位的出现易于把握,因而对结构抗震性能的估计也比较可靠。

2、结构的刚度和抗震能力。水平地震作用是双向的,结构布置应使结构能抵抗任意方向的地震作用。通常, 可使结构沿平面上两个主轴方向具有足够的刚度和抗震能力, 结构的抗震能力则是结构强度及延性的综合反映。结构刚度的选择既要减少地震作用效应又要注意控制结构变形的增大, 过大的变形会产生重力二阶效应, 导致结构破坏、失稳。论文参考网。

3、结构的整体性。在高层建筑结构中,楼盖对于结构的整体性起到非常重要的作用,楼盖相当于水平隔板,它不仅聚集和传递惯性力到各个竖向抗侧力子结构, 而且要求这些子结构能协同承受地震作用, 特别是当竖向抗侧力子结构布置不均匀或布置复杂或抗侧力子结构水平变形特征不同时, 整个结构就要依靠楼盖使抗侧力子结构能协同工作。

(三)设置多道设防的抗震结构体系

多道抗震防线, 是指在一个抗震结构体系中, 一部分延性好的构件在地震作用下, 首先达到屈服, 充分发挥其吸收和耗散地震能量的作用, 即担负起第一道抗震防线的作用, 其他构件则在第一道抗震防线屈服后才依次屈服,从而形成第二、第三或更多道抗震防线, 这样的结构体系对保证结构的抗震安全性是非常有效的。同时底框建筑底层高度不宜太高, 应控制在4.5m 以下。高度加大, 底层刚度减小, 重心提高, 使框架柱的长细比增大, 更容易产生失稳现象。论文参考网。而且由于高度较大,很多建筑房间被业主一层改成了两层, 造成了较大的安全隐患。科技论文。宜具有合理的刚度和强度分布, 避免因局部削弱或突变形成薄弱部位.产生过大的应力集中或塑性变形集中;可能出现的薄弱部位, 应采取措施提高抗震能力。

(四)保证结构的延性抗震能力

合理选择了建筑结构后, 就需要通过抗震措施来保证结构确实具有所需的延性抗震能力,从而保证结构在中震、大震下实现抗震设防目标, 系统的抗震措施包括以下几个方面内容。强柱弱梁: 人为增大柱相对于梁的抗弯能力,使钢筋混凝土框架在大震下,梁端塑性铰出现较早,在达到最大非线性位移时塑性转动较大; 而柱端塑性铰出现较晚, 在达到最大非线性位移时塑性转动较小,甚至根本不出现塑性铰。从而保证框架具有一个较为稳定的塑性耗能机构和较大的塑性耗能能力。强剪弱弯: 剪切破坏基本上没有延性, 一旦某部位发生剪切破坏, 该部位就将彻底退出结构抗震能力, 对于柱端的剪切破坏还可能导致结构的局部或整体倒塌。因此可以人为增大柱端、梁端、节点的组合剪力值, 使结构能在大震下的交替非弹性变形中其任何构件都不会先发生剪切破坏。

(五)合理的建筑结构参数设计计算分析

对于复杂结构进行多遇地震作用下的内力和变形分析时, 应采用不少于两个不同的力学模型,目前主要有两种计算理论: 剪摩理论和主拉应力理论, 它们有各自的适用范围:砖砌体一般采用主拉应力理论,而砌块结构可采用剪摩理论。对计算机的计算结果, 应经分析判断确认其合理、有效后方可用于工程设计。结构计算控制的主要计算结果有结构的自振周期、位移、平动及扭转系数、层间刚度比、剪重比、有效质量系数等。另外, 地下室水平位移嵌固位置,转换层刚度是否满足要求等, 都要求有层刚度作为依据。复杂高层建筑抗震计算时,宜考虑平扭耦联计算结构的扭转效应, 振型数不应小于15,对多塔结构的振型数不应小手塔楼数的9 倍, 且计算振型数应使振型参与质量不小于总质量的90%。总之, 高层结构计算很难一次完成,应根据试算结果, 按上述要求多次调整,才能得到较为合理的计算结果,以保证建筑物的安全。

二、高层建筑抗震设计中经常出现的问题

(一)部分建筑物高度过高

按我国现行高层建筑混凝土结构技术规程规定,在一定设防烈度和一定结构型式下,钢筋混凝土高层建筑都有一个适宜的高度。在这个高度,抗震能力还是比较稳妥的,但是目前不少高层建筑超过了高度限制。在震力作用下,超高限建筑物的变形破坏性会发生很大的变化,建筑物的抗震能力下降,很多影响因素也发生变化,结构设计和工程预算的相应参数需要重新选取。

(二)地基的选取不合理

由于城市人口的增多和相对空间的缩小,不少建筑商忽略了这一问题,哪里商业空间大就在哪里建。高层建筑应选择位于开阔平坦地带的坚硬土场地或密实均匀中硬土场地,远离河岸,不应垮在两类土壤上,避开不利地形、不采用震陷土作天然地基,避免在断层、山崖、滑坡、地陷等抗震危险地段建造房屋。高层建筑的地基选取不恰当可能导致抗震能力差。

(三)材料的选用不科学,结构体系不合理

在地震多发区,采用何种建筑材料或结构体系较为合理应该得到人们的重视。由于我国建筑结构主要以钢筋混凝土核心筒为主,变形控制要以钢筋混凝土结构的位移限值为基准。但因其弯曲变形的侧移较大,靠刚度很小的钢框架协同工作减小侧移,不仅增大了钢结构的负担,而且效果不大,有时不得不加大混凝土的刚度或设置伸臂结构,形成加强层才能满足规范侧移限值。

(四)较低的抗震设防烈度

许多专家提出,现行的建筑结构设计安全度已不能适应国情的需要,建筑结构设计的安全度水平应该大幅度提高。我国现行抗震设防标准是比较低的,中震相当于在规定的设计基准期内超越概率为lO%的地震烈度,较低的抗震设防烈度放松了高层建筑的抗震要求。论文参考网。科技论文。

三、结语

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一.引言

随着我国现代高层建筑高度的不断增加,建筑的功能也日趋复杂,在高层建筑竖向立面上的造型也呈现多样化。在某些建筑结构中,通常会要求上部的框架柱或是剪力墙不落地,在建筑结构中需要设置较大的横梁和桁架来作为支撑,甚至有时要改变竖向的承重体系,此时就要求设置转换构件,将上部和下部两种不同的竖向结构进行过度和转换,通常这种转换构件占据约为一至二层,这种转换构件即为转换层。结构转换层在很大程度上改变了建筑的结构体系,在进行设计时要慎重考虑。

二.转换层结构施工特点

由于高层建筑结构下部楼层受力很大,上部楼层受力较小,正常的结构布置应是下部刚度大、墙体多、柱网密,而到上部则逐渐减少墙体及柱的布置,以扩大柱网。这样,结构的正常布置与建筑功能对空间的要求正好相反。因此,为了适应建筑功能的变化,就必须在结构转换的楼层设置水平转换构件,部分竖向构件在转换层处被打断,使竖向力的传递被迫发生转折,而转换层就是实现转折功能的大型水平构件。转换层的结构形式一般有以下几种构成:箱式转换、梁式转换、空腹桁架式转换、桁架式转换、板式转换和斜撑式转换等。 带转换层的高层建筑是一受力复杂、不利抗震的结构体系,该结构及其支撑系统有自身的特点。众多高层建筑采用梁式转换层进行结构转换,这主要是由于:

1.转换层设计带转换层的多高层建筑,转换层的下部楼层由于设置大空间的要求,其刚度会产生突变,一般比转换层上部楼层的刚度小,设计时应采取措施减少转换层上、下楼层结构抗侧刚度及承载力的变化,以保证满足抗风、抗震设计的要求。转换构件为重要传力部位,应保证转换构件的安全性。2.8度抗震设计时除考虑竖向荷载、风荷载或水平地震作用外。还应考虑竖向地震作用的影响,转换构件的竖向地震作用,可采用反应谱方法或动力时程分析方法计算;作为近似考虑,也可将转换构件在重力荷载标准值作用下的内力乘以增大系数1.1。

2.经济指标

从抗剪和抗冲切的角度考虑,转换板的厚度往往很大。一般可2.0m~2.8m 。这样的厚板一方面重量很大,增大了对下部垂直构件的承载力设计要求,另一方面本层的混凝土用量也很大。

转换梁常用截面高度为1.6~4.0m,只有在跨度较小以及承托的层数较少时才转换梁常用截面高度0.9~1.4m,而跨度较大且承托较大且承托的层数较多时,或构件条件特殊时才采用较大的截面高度4.0~8.2m 。

3.抗震性能

由于厚板集中了很大的刚度和质量,在地震作用下,地震反应强烈。不仅板本身受力很大,而且由于沿竖向刚度突然变化,相邻上、下层受到很大的作用力,容易发生震害。以往的模型振动台试验研究表明,厚板的上、下相邻层结构出现明显裂缝和混凝土剥落。另外,试验还表明,在竖向荷载和地震力共同作用下,板不仅发生冲切破坏,而且可能产生剪切破坏,板内必须三向配筋。

4.转换层结构的基本功能

从结构角度看,转换层结构的功能主要有:

(1)上、下层结构形式的转换

这种转换层广泛用于剪力墙结构和框架--剪力墙结构,将上部的剪力墙转换为下部的框架。

(2)上、下层结构轴网的转换

转换层上下结构形式没有改变,但通过转换层使下层柱的柱距扩大,形成大柱网,这种形式常用于外框筒的下层以形成较大的入口。

(3)下、下层结构形式和结构轴网同时转换

上部楼层剪力墙结构通过转换层改变为下部框架结构的同时,下部柱网轴线与上部剪力墙的轴线错开,形成下、下结构不对齐的布置。

5.转换层结构设计方法存在的问题

目前在多、高层建筑中,绝大多数的开发商都会要求建筑物具有完备的建筑功能,建筑师在建筑设计中也往往首先想到采用结构转换层来完成上、下层建筑物功能的转换。但一些结构设计人员在实际进行转换层设计时显得无从下手,没有可操作、可遵循的设计思路、设计原则来进行结构设计。造成这种现象的主要原因是当前转换层设计没有相关的可遵循的设计准则,使设计人员难以进行结构选型、截面确定、计算模型确定、计算方法确定,计算结果应用以及配筋方法的实施等一系列结构设计步骤。这种现状与我国当前高层建筑的迅猛发展足不适应的。转换结构层具有与一般结构层相比结构重量大、结构层刚度大、几何尺寸超大、受力复杂等特点。这样的尺寸和重量意味着转换结构组成了建筑物的主要构件。它们设计的是否合理、安全、经济对整个结构的安全性、结构造价、施工费用等有着重要影响。现有的转换层设计方法,主要是针对形式简单、受力相对简单的转换梁,对于受力复杂的转换梁还没有深入研究。即便是对于形式简单的转换梁,其受力性能也没有完全清楚,而往往是互相混淆,设计概念小明确,设计原则不准确。

三. 带结构转换层的高层建筑结构设计

1. 带转换层的高层建筑结构设计原则

高层建筑中转换层的设置造成建筑物竖向刚度的突变,地震作用时在转换层上下容易形成薄弱环节,对结构抗震不利,故转换层结构在设计时应遵循以下原则:

(1)为防止沿竖向刚度变化过于悬殊形成薄弱层,设计中应考虑使上、下层刚度比γ≤2,尽量接近1。这样才能保证结构竖向刚度的变化不至于太大,使上柱有良好的抗侧力性能,减少竖向刚度变化,有利于结构整体受力。

(2)尽可能减少需结构转换的竖向构件,直接落地的竖向构件越多,转换结构越少,转换层造成的刚度突变就越小,对结构抗震更有利。

(3)设计中应保证转换层有足够的刚度,一般应使梁高度不小于跨度的1/6,才能保证内力在转换层及其下部构件中分配合理,转换梁、剪力墙柱有良好的受力性能,能较好的起到结构转换作用。

(4)必须控制框支剪力墙与落地剪力墙的比例,当剪力墙较多且考虑抗震时,横向落地剪力墙数目与横向墙总数之比不宜少于50%,非抗震时不宜少于30%。

(5)转换层以上的剪力墙和柱子应尽量对称布置,梁上立柱应尽量设在转换梁跨中,以免转换梁变形时,在梁上立柱的柱脚处产生较大转角,带动立柱柱脚产生较大变形,引起柱的弯曲及剪切,使立柱产生很大的内力而超筋。

(6)转换层结构在高层建筑竖向的位置宜低不宜高。转换层位置较高时,易使框支剪力墙结构在转换层附近的刚度、内力和传力途径发生突变,并易形成薄弱层,对抗震设计不利,其抗震设计概念与底层框支剪力墙结构有较大差异。当必须采用高位转换时,应控制转换层下部框支结构的等效刚度,即考虑弯曲、剪切和轴向变形的综合刚度,这对于减少转换层附近的层间位移角及内力突变是十分必要的,效果也很显著。另外,对落地剪力墙间距的限制应比底层框支剪力墙结构更严一些。对平面为长矩形的建筑,落地剪力墙的数目应多于全部横向剪力墙数目的一半。

2.转换层的应用

(1)梁式转换层

作为目前高层建筑结构转换层中应用最广的结构形式,它具有传力直接明确及传力途径清晰,同时受力性能好、工作可靠、构造简单、计算简便、造价较低及施工方便等优点。转换梁不宜开洞,若必须开洞则洞口宜位于梁中和轴附近。转换梁有托柱与托墙两种形式,其截面设计有4种方法,即普通梁截面设计法、偏心受拉构件截面设计法、深梁截面设计法和应力截面设计法。转换梁的截面尺寸一般由剪压比(mv=Vmax/febh0)计算确定,应具有合适的配箍率,以防发生脆性破坏,其截面高度在抗震和非抗震设计时应分别小于计算跨度的16和18。(2)厚板转换层 当转换层上、下柱网轴线错开较多而难以用梁直接承托时,可采用厚板转换层,但厚板的巨大荷载会集中作用于建筑物中部,振动性能复杂,且该层刚度很大、下层刚度相对较小,容易产生底部变形集中,其传力途径十分复杂,是一种对抗震十分不利的复杂结构体系,应进行整体内力分析、动力时程分析及板的内力分析等。厚板的厚度可由抗弯、抗剪、抗冲切计算确定;可局部做成薄板,厚薄交界处可加腋或局部做成夹心板,一般厚度可取2.0~2.8m,约为柱距的1/3~1/5。厚板应沿其主应力方向设置暗梁,一般可在下部柱墙连线处设置。转换层厚板上、下一层的楼板应适当加强,楼板厚度不宜小于150mm。

(3)箱式转换层

当需要从上层向更大跨度的下层进行转换时,若采用梁式或板式转换层已不能解决问题,这种情况下,可以采用箱式转换层。

它很像箱形基础,也可看成是由上、下层较厚的楼板与单向托梁、双向托梁共同组成,具有很大的整体空间刚度,能够胜任较大跨度、较大空间、较大荷载的转换。

(4)桁架式转换层

这种形式的转换层受力合理明确,构造简单,自重较轻,材料节省,能适应较大跨度的转换,虽比箱式转换层的整体空间刚度相对较小,但比箱式转换层少占空间。

(5)空腹桁架式转换层

这种形式的转换层与桁架式转换层的优点相似,但空腹桁架式转换层的杆系都是水平、垂直的,而桁架式转换层则具有斜撑竿。空腹桁架式转换层在室内空间上比桁架式转换层好,比箱式转换层更好。

四.结束语

高层建筑的迅速发展,从以往的简单体型和功能单一的时代开始走向体型复杂,建筑的功能呈现多样化发展。在高层结构设计中,带转换层结构设计不能简单设置成“承上启下”,而要在实际结构上实现上部结构和下部结构的过度和转换。

参考文献:

[1] 熊进刚 李艳 带结构转换层的高层建筑结构设计[期刊论文] 《南昌大学学报(工科版)》 ISTIC -2002年4期

[2]季静 韩小雷 杨坤 郑宜 Ji Jing Han XiaoLei Yang Kun Zheng Yi带主次梁转换层的超限高层建筑结构设计[期刊论文] 《结构工程师》 ISTIC -2005年2期

[3]丁奇峰 带结构转换层的高层建筑结构设计 [期刊论文] 《城市建设理论研究(电子版)》 -2013年6期

[4]韩小雷 杨坤 郑宜 季静 带梁式转换层的超限高层建筑结构设计[期刊论文] 《昆明理工大学学报(理工版)》 ISTIC PKU -2004年6期

[5]黄瑛 带转换层高层结构综合楼设计 [期刊论文] 《铁道标准设计》 ISTIC PKU -2005年1期

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一、前言

伴随着我国建筑行业的迅速发展,工程建筑行业日渐成为了我国国民经济新的经济增长点,不仅仅在国民经济的增长中占据着越来越重要的地位,而且在改善居民生活方式,提高居民的生活质量方面有着巨大的推动作用。随着钢筋混凝土建筑结构在建筑行业中的广泛应用,建筑结构的设计和施工都有了新的标准和要求,在钢筋混凝土结构的设计施工中,不仅仅要使得结构的平面,立面布置符合相关规则,更要使得建筑结构的各种构件的强度和变形能够达到相关的标准,同时,要在满足建筑设计基本目标的基础上,更加重视建筑结构的抗震设计,提高建筑结构的抗震能力,保证整个建筑结构的质量。

二、钢筋混凝土建筑结构设计的优化措施

1.做好结构体系的选型设计与优化

由于大开间剪力墙结构体系,可以做到房间不露出梁柱,有效空间大、隔音效果较好,当采用钢制模板时,墙面和楼板表面平整并且不需要在湿作业的情况下抹灰。另外该结构体系不但用钢量少,施工周期短、造价低,还具有整体性强、侧向刚度大等优点,有利于抗风抗震,所以自九十年代起建筑结构体系基本上都采用大开间现浇钢筋混凝土剪力墙结构。随着经济的发展,为了进一步降低建筑造价,近几年来部分地区越来越多地采用短肢剪力墙与简体或一般剪力墙组成的结构体系。这个结构体系也属于剪力墙结构的一种。它的特点是建筑平面布置更具灵活性,并且又能节省钢筋和混凝土用量,减轻建筑的总重量,从而降低地基基础造价。

2.加强混凝土建筑结构的施工设计

为满足结构承载力的需求,通常在结构设计中柱与梁板选择不同强度等级的混凝土。施工规范规定柱的施工缝宜留设在梁底标高以下20mm-30mm处,其原则是施工缝宜留在结构受力小且便于施工的位置。施工时,为方便柱身混凝土的下料与振捣,在梁内钢筋未绑扎之前进行浇注。按施工规范的要求,当梁柱的混凝土强度等级不同时,节点处应按。弱梁强柱”的原则。在实际施工中,施工班组制定合理的节点保证措施,监理人员加强对浇注质量的监管和提高整体结构的抗震性能十分重要。

3.建筑结构的基础设计方面

在建筑的基础设计中,要综合考虑建筑场地的地质情况以及水位、使用功能、上部结构类型、施工条件和相邻建筑的相互影响,以保证建筑物不会过量沉降或倾斜,而且还能满足正常使用要求。另外还要注意相邻地下建筑物及各类地下设施的位置,以保证施工的安全。

4.建筑结构设计的抗震方面

(一)房建结构设计要从建筑的全局出发

全面考虑各种建筑部位的功能,在此基础上,科学设计每个部分的构件,保证每个部件之间的契合,促使每个部件或者是若干部件组合起来可以完成某一特定的设计要求,满足一定的现实需求,同时,通过抗震设计,使得每个构件都可以具有相应的承载力,当地震来袭,每个构件都可以有着一定的次序先后破坏,整体组合构件将会有着更强大的承载力和柔性,从而延缓地震破坏的速度,消耗爆发的能量。增强建筑的整体抗震能力。

(二)要严格选择地基选址

地基选址是进行建筑结构设计的基础,因此,在房间结构抗震设计中,要科学避开山嘴,山包,陡坡,河流等不利因素,要本着坚硬,牢固,平坦,开阔的选址原则。亲身实地,利用先进技术设备,进行地质勘探,山石水土监测,并取样论证,科学严谨分析。力求使得整个地基牢固可靠,地质稳定无渗漏,无坍塌,无暗河,无熔岩,无火山……从而保证整个地基不会因为承载而发生小范围的坍塌。影响到整体承载能力和抗震能力设计。

(三)采用合理的建筑平立面

建筑物的动力性能基本上取决于其建筑布局和结构布置。建筑布局简单合理,结构布置符合抗震原则,通过无数次的实验表明,简单、规则、对称的建筑结构抗震能力强,对延缓地震烈度范围延伸,消耗地震的能量,减少地震对整体结构的破坏,而且,对称结构容易准确计算其地震反应。

5. 加强对连梁的设计优化

(一)对连梁的刚度进行折减

连梁由于跨高比较小与之相连的墙肢刚度大等原因,在水平力作用下的内力往往很大,在连梁遇到外力发生屈服的过程中,主要有几个表现,比如出现裂缝,连梁的刚度减弱,内力发生重新分布,因此,一般而言,在进行建筑结构设计之前,要对连梁的刚度实施折减,从高规中的相关条款解释而言,是要对整个混凝土建筑结构的各个环节的刚度和弹性进行比较科学合理的分析,但是,在具体实际的操作过程中,各个部分的构件都需要承担比较大的弯矩和剪力,并且配筋设计具有很大的难度,因而,在笔者多年的建筑结构设计过程中,可以减少对竖向荷载能力的考虑,而更多的进行适当的开裂设计,将内力转移到墙体上去,如此,可以更好的实现建筑结构设计的优化。

(二)在设计过程中适当的减少连梁的高度

在进行连梁的设计中,为了达到降低连梁刚度,减少地震影响效果的目的,可以在保证整个建筑功能的基础上,让连梁的总体的跨度不断增加,如此,可以很大程度的让连梁的整体高度降低,一定程度而言,也使得可以讲整个连梁的整体承载能力控制在一定的范围之内,既可以让设计得到优化,又可以让建筑的功能得到正常发挥。

(三)在连梁设计过程中适当增加厚度

在进行连梁设计,在做好各种构件的设计优化的基础上,可以让连梁的整体截面的宽度进一步扩大,如此,不仅仅可以让建筑结构整体的刚度变大,也能够让整个地震过程中产生的各种内力作用相对而言变得更大。而且,由于连梁的抗剪承载力与连梁宽度的增加成正比。通过剪力墙的厚度增加,也有可能达到让连梁抗剪承载力符合限度的目的。

(四)提高混凝土等级

为了让连梁的抗剪承载能力不会超过规定个标准,可以合理的提高剪力墙的混泥土的等级,当混泥土的等级得到提升,混泥土的弹性模量增加比例会小于抗剪承载力的提升比例,从而,可以达到控制目标。

三.、结束语

混凝土建筑结构设计是一项专业性极强的工作,必须综合考虑到多种因素,既要满足居民的生活生产多种需要,更要从地震防护,防水防渗漏等各种因素对建筑结构做出性能设计,同时,从城市整体的人文自然,交通政治等各方面的因素出发,选择合理的建筑结构体系,做出科学严谨的设计,实现实用价值和美学价值的统一,为整个建筑业的发展和居民生活质量的提高,奠定基础。

参考文献:

[1]刘利峰 钢筋混凝土建筑结构设计优化研究 [期刊论文] 《科技资讯》 -2010年20期

[2]张红标 建筑结构设计成本优化研究--以深圳高层钢筋混凝土建筑结构为例 [学位论文] 2011 - 浙江大学:企业管理

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一.前言

由于经济发展速度加快,社会需求不断增多,使得建筑的高度不断加高,形态愈加复杂,建筑结构中抗震设计也趋于多样化。我国作为一个多震国家,结构设计中应注重抗震设计,良好的抗震设计和抗震措施至关重要。抗震设计中,要进行地基基础的抗震设计。抗震构造措施是结构设计的重要内容。针对房屋建筑结构中的抗震设计要求,进行结构抗震设计和抗震措施,在结构设计与建筑施工中,应熟悉各种结构设计的抗震构造措施。

二.建筑结构抗震设计的基本要求

地震作用越大,房屋抗震要求越高。不同设防烈度和场地上,结构的实际抗震能力会有差别,结构可能进入弹塑性状态的程度不同。震害表明,未经抗震设计的钢筋混凝土结构,在7度区只有个别构件破坏,8度、9度破坏增多,因此,对不同设防烈度和场地可以有明显差别。结构的抗震能力主要取决于主要抗侧力构件的性能,主、次要抗侧力构件的要求可以有区别。如框架结构中的框架与框架――抗震墙结构中的框架应有所不同。房屋越高,地震反应越大,其抗震要求越高。综合考虑地震作用,结构类型和房屋高度等因素划分抗震等级进行抗震设计,可以对同一设防烈度的不同高度的房屋采用不同抗震等级设计;对同一建筑物中结构部分采用不同抗震等级。

三.影响建筑抗震的因素分析

1.建筑抗震取决于所选取建筑结构形式

为实现“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震目标,新版《建筑抗震设计规范》中取消了砖混内框架结构,提高了砖混结构建筑的设计要求。目前普遍使用的框架-剪力墙结构、剪力墙结构、框架结构三种结构形式中,框架-剪力墙结构的抗震性能最为突出,剪力墙次之。单纯的框架结构造价虽然抗震性能不如前两种,但其造价较低,施工技术成熟,是目前最为常见的结构形式。根据建筑当地的实际情况,结合建筑的使用功能,选取合适的结构形式,对于建筑抗震意义重大。

2.建筑抗震取决于适宜的抗震措施

在场地类型不同的情况下,抗震措施主要由建筑的不同等级决定。在确定建筑等级及场地类型之后,将先进的抗震理念和系统的分析计算纳入到抗震措施设计中,即可改善建筑抗震设计,提高建筑抗震效果。

3.影响房屋建筑抗震性能的因素

房屋建筑抗震性能取决于场地选择、施工质量等其他因素。建筑工程场地选择不当等造成施工质量下降,这些因素都可能对建筑结构的抗震性能造成重要影响。选择建好的工程场地、加强施工质量监督,对于提高建筑抗震性能是十分必要的。

四.建筑抗震设计具体分析

抗震设计的重要基本要求就是要确保房屋基础构造的延性设计要求得以保证,能够在建筑结构延性问题上设立多道防线,以此才能避免建筑结构脆性过大造成的构造强度失衡、失控的现象发生,从而影响其抗震性能及成果。因此,这就需要做好以下几点把握。

1.周全考虑房屋建筑选址问题在房屋工程项目立项之初,就要周全考虑好能够发挥抗震成果的选址问题,如健全周到考虑好土体结构、地质、地貌等问题,并要预测分析地震活动发生时建筑构造的承受能力,且要记录相关技术资料档案中,待实地考证时能够综合评价。此外,还要避开影响建筑构造抗震效果发挥的不利区域、地段等,当避无可避时应当立足实际采取合理控制措施

2.加强建筑构造规划研究

由于地震发生时建筑结构本身会发生应力过于集中、突破塑性变形弹性极限等的可能,进而形成结构抗震薄弱部分。因此,建筑构造设计应能保证建筑结构延性、安全度、以及选取合适的建筑平面、剖面进行设计,既要保证建筑结构强度稳定,又能避免建筑脆性过大而延性过小的负面现象发生。

3.保证地基与基础设计要求当房屋项目工程的地基土体为粘性土、软土、液化土、以及不均匀沉降土时,应当评估好地基的基础沉降是否在预控范畴之内,是否发生严重不规则沉降现象,从而才能有针对性的采取防控措施。

4.满足建筑构造体系设计要求

抗震性能价值体现是建筑构造体系设计中的重要组成部分。因此在构造设计上就要综合分析、周全考虑、能够统筹把握好各项综合因素。如考虑好抗震防御等级、抗震强度控制指标、项目建设场地、以及基础地基处理、供应材料的质量体系要求、现有技术规模等问题。

5.确保建筑构造的构件要求

(一)房屋建筑工程的结构基础构件设计应当满足相关规程标准、要求,如混凝土的圈梁、构造柱、芯柱、或者配筋砌体等的质量建设体系要求就必须能够保证。

(二)要保证混凝土结构合理设计,在建筑的具体结构构件应能具备尺寸合理、纵向承重钢筋及箍筋的强度达到设计标准,目的是控制剪切破坏先于弯曲破坏发生的可能,以及防止钢筋屈服而引起的构件塑性变形遭受破坏发生。

(三)钢结构建筑施工时能够保证其构件尺寸、规格、数量合理,进而才能避免整体构造抗震成果发挥不利、结构失稳的现象发生。最后,还要周全考虑好建筑构造构件之间的链接、衔接性的体现,控制好构件节点的稳定性,保证其在地震发生时的塑性破坏能够晚于其他结构构件,进而才能增强建筑结构的整体稳定性与安全度。

五.建筑结构设计抗震关键措施和设计方法

1.建筑结构抗震措施要点

(一)房屋建筑结构设计要从建筑的全局出发,全面考虑各种建筑部位的功能,在此基础上,科学设计每个部分的构件,保证每个部件之间的契合,促使每个部件或者是若干部件组合起来可以完成某一特定的设计要求,满足一定的现实需求,同时,通过抗震设计,使得每个构件都可以具有相应的承载力,当地震来袭,每个构件都可以有着一定的次序先后破会,整体组合构件将会有着更强大的承载力和柔性,从而延缓地震破坏的速度,消耗爆发的能量。增强建筑的整体抗震能力。

(二)要严格选择地基选址,地基选址是进行建筑结构设计的基础,因此,在建筑结构抗震设计中,要科学避开山嘴,山包,陡坡,河流等不利因素,要本着坚硬,牢固,平坦,开阔的选址原则。亲身实地,利用先进技术设备,进行地质勘探,山石水土监测,并取样论证,科学严谨分析。力求使得整个地基牢固可靠,地质稳定无渗漏,无坍塌,无暗河,无熔岩,无火山……从而保证整个地基不会因为承载而发生小范围的坍塌。影响到整体承载能力和抗震能力设计。

(三)采用合理的建筑平立面。建筑物的动力性能基本上取决于其建筑布局和结构布置。建筑布局简单合理,结构布置符合抗震原则,通过无数次的实验表明,简单、规则、对称的建筑结构抗震能力强,对延缓地震烈度范围延伸,消耗地震的能量,减少地震对整体结构的破坏,而且,对称结构容易准确计算其地震反应。

(四)选择合理的结构形式。抗震结构体系是抗震设计应考虑的关键问题。建筑结构抗震设计中,不同结构的抗震结构体系的承载力受到抗震设防烈度、建筑高度、场地条件以及建筑材料、施工条件、经济条件等多种条件的影响,因此房建结构抗震设计要综合考虑,做到科学选择,严谨设计。

(五)结构良好的延性有助于减小地震作用,吸收与耗散地震能量,避免结构倒塌。因此,结构设计应力求避免构件的剪切破坏,争取更多的构件实现弯曲破坏。

六.结束语

因为涉及到人类生命财产安全的重要问题,建筑物的抗震问题是目前建筑结构设计界讨论比较多的话题之一。因此,我们在对建筑物进行结构设计的时候,必须把房屋建筑结构中的抗震设计要求放到非常重要的位置,并采取适当的措施,尽量避免地震对建筑物的损坏,为保障人民的生命及财产作出应有贡献。

参考文献:

[1]戴国莹.建筑结构基于性能要求的抗震措施初探[J].建筑结构,2011,(08)

[2]吴智,李贵男,段壮志.民房建筑结构抗震能力分析与抗震措施探讨[J].山西建筑,2012(10).

[3]高利学.浅谈高层建筑的抗震设计与抗震结构[J].中国新技术新产品,2012,(03)

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引言

随着建筑高层化的发展,对剪力墙性能及施工质量提出了更高要求。对于从事高层结构设计的工程师来说,只有对框架结构剪力墙结构的优缺点和技术要点全面把握,并能够吸收当代高层建筑结构设计的一些成功经验,并把结构的经济性、合理性与结构抗震的安全性等诸多因素加以统筹考虑,才能很好的与建筑师配合并设计出经济合理的高层建筑结构体系。

一、框架、剪力墙的受力特点

1 框架结构的受力特点

柱子是承重的关键,柱子上方架着横梁,横梁上面铺设楼板。框架结构的建筑物往往有粗大的柱子,这样才能够能够保证柱子有足够的强度支撑建筑物的重量。框架结构的这一受力特点导致采用框架结构的建筑物对横向受力的抵抗力不足,尤其是如果遇到地震,楼层间甚至可能出现移动。

2 剪力墙结构的受力特点

剪力墙结构是利用钢筋混凝土结构的墙体作为主要承重结构,比如建筑外墙,这些墙体有着抗震,抗侧刚度大,结构的整体性好的特点。尤其是现浇的钢筋混凝土,负载高,水平荷载大,抵抗水平力的作用明显。

3 框架一剪力墙结构的受力特点

框架一剪力墙结构是由梁柱搭建框架,再在部分框架间布置剪力墙,框架间填充加气混凝土轻型墙体,让剪力墙和框架一起承重,增加建筑物的承重能力。利用框架结构的灵活多变的特点划分建筑空间,利用水平荷载能力强的剪力墙抵抗水平方向的受力。框架一剪力墙结构把框架和剪力墙的优点结合在一起,相互弥补了对方的弱点。

二、设计计算中的几个问题

1 剪力墙的布置

原则上,布置剪力墙应该尽量保证对称、均匀、分散。剪力墙应该沿着房屋的方向,纵横布置,以外墙、电梯、楼梯、拐角剂周边等处为宜。在分布上尽量满足对称原则,这样的分布可以尽量使建筑物的刚度中心和质量中心接近。增加抵抗扭转的内力臂,最大化的加强建筑物的整体强度,提高抗扭转能力。在纵向方向布置的剪力墙应该从地基一直到房顶,保证墙体刚度。每片剪力墙的尺寸不要太长,最好不超过8m,尽量分散成多片,增加一片剪力墙就等于增加了一个抵抗水平力的结构。尤其是具有一定转折的剪力墙拥有更加优秀的抗侧力效果,比如L形、十字、圆形等形状。

2 剪力墙的厚度

框架一剪力墙结构中,对于带有边框的剪力墙厚度有一定的规范。如果该建筑处于震区,或者要考虑到抗震设计,那么剪力墙的高度大于等于建筑物层高的1/16,底部的剪力墙加强部位厚度应该大于等于200mm,无论是第一级还是第二级剪力墙都应该满足这个规范。如果不考虑抗震设计,那么剪力墙的高度应该大于等于建筑物层高的1/20,且厚度大于等于160mm。而边框的梁最合适的宽度就等于剪力墙的厚度,边框梁的高以剪力墙的2倍为宜。

3 重视屋面小塔楼的不利影响

现在的高层建筑物,在屋顶处常会设计小塔楼、电梯间、等突出屋顶的建筑结构。由于塔楼结构的质量和刚度比建筑物主体小很多,一旦发生地震,在鞭梢效应的影响下,小塔楼会产生水平位移。就算建筑物主体并未受到损坏,塔楼也可能会因为鞭梢效应的作用遭到破会。目前,大部分高层建筑物在设计的时候都将塔楼和建筑物主体分离设计,在抗震设计的时候也是分别进行计算。计算高层建筑物顶部小塔楼的地震作用非常重要,现在主流的计算方法是底部剪力法,计算顶部塔楼受到的地震作用需要考虑增大系数。由于底部剪力法计算比较复杂,为了简化计算方法,我们可以将小塔楼看做一个单独的结构,在地面计算小塔楼受到的地震作用,将得到的结果乘以增大系数就可以得到小塔楼在屋顶受到的地震作用了。由于设计建筑主体的时候一般都忽略塔楼对建筑主体的地震作用,仅仅计算和塔楼连接的部位。这样的算法还是存在缺陷,如果遇上强震,塔楼在鞭梢效应的影响下,必定会对建筑物主体产生不良作用。

4 框架剪力墙结构的抗震设计

在设计框架剪力墙结构的抗震性能时,必须符合相关规程。在水平力作用下,框架剪力墙结构底层的框架部分所承受的地震倾覆力矩与结构总地震倾覆力矩有一个比值(以下简称力矩比值),根据这个比值的不同,要采取不同的设计:当力矩比值小于lO%时,按剪力墙结构进行设计,其中的框架部分应按框架一剪力墙结构的框架进行设计。当力矩比值大于10%时,按框架一剪力墙结构设计,力矩比值在5O%至80%之间的,可以适当的增加框架剪力墙的最大高度。框架和剪力墙的部分应该按照各自的标准设计抗震等级及轴压比。当力矩比值大于80%时,框架剪力墙的最大高度必须按照框架结构设计,在抗震等级及轴压比的设计上也和前一种情况有所不同,框架部分按照框架结构设计,剪力墙按照框架剪力墙结构进行设计。

三、高层框剪结构抗震设计的技术要点

1 提高剪力墙的抗震能力

(1)提高剪力墙的抗震能力需要加强对倾斜方向裂缝的控制,我们可以利用边框剪力墙来实现这一目的。将梁柱设计在剪力墙的边上,增加拥有倾斜方向承载力的边框结构,这些边框能够阻拦倾斜的裂缝。如果剪力墙产生裂缝,边框结构可以减低附加剪应力,阻止裂缝衍伸到其他部位。

(2)合理的肢墙面积。

如果剪力墙纵向设计有洞口,那么这片剪力墙就变成了联肢墙,联肢墙的中间受到横梁的约束。联肢墙有双肢墙和多肢墙两种情况,双肢墙上只有一列洞口,多肢墙上有多列洞口。

这样的设计降低了剪力墙的刚度,增强抗震能力。即使出现裂缝也往往是在洞口或横梁部位,降低了对墙体的伤害。

2 改善框架的抗震能力

(1)强化角柱。要增强抗震能力就应该强化框架的角柱,提高抗剪应能力。作为框架结构的关键部分,角柱起到连接梁和柱子的作用只有强化了角柱才能从整体加强框架结构。

(2)增强框架的抗震能力需要提高整体框架对推力的抗性,降低横向的位移,尤其要注意减少楼层之间的移动。可以在框架内分散布置用钢筋混凝土浇筑的剪力墙。由于这样的设计没有良好的延展性,我们可以设计一些有延展性的墙体,降低刚度。比如在剪力墙的墙体上合理的增加开口,形成耗能结构,有效的将震能释放。

(3)在框架剪力墙结构中,设计赘余构件可以有效的抵消地震部分的能量。设计赘余构件时可以使用钢筋做骨架的混凝土作为支撑构件,发生地震时,震能会首先影响这些构件,当这些构件被破坏之后,建筑物的整体结构也会发生一定的改变,同时改变了自振频率,避免和形成共振。

3 改善整体抗震能力

( 1)如果在框架剪力墙结构中的梁端和柱端安装“塑性铰”,可以在框架剪力墙结构中形成耗能结构。由于塑性铰能够承受、传递一定的弯矩,地震发生时,即使纵向钢筋发生屈服也不会瞬间破坏结构,而是在塑性铰的作用下承载。水平的构件会先于纵向构件发生屈服,

避免建筑物发生垮塌。

( 2)依照建筑物的实际情况,在框架剪力墙整体结构的刚度和承载能力之间寻求平衡。由于地震发生时,建筑物会的自振周期容易和地震产生共振,如果使用了过多的剪力墙就会减小自振周期,增加建筑物的刚度。那么,加大自振周期就可以有效减少地震作用。在设计的时候布置数量合理的剪力墙,适当的使用短肢墙来减少剪力墙的面积,既可以减轻建筑物的整体重量,有能够有效的防御地震的影响。

( 3)由于框架和剪力墙的材料,制造工艺不相同,两者的结构也不一样,他们存在着刚度、弹性和延展性等多种差异。有可能导致框架剪力墙结构的构件之前无法有效的合作,构件之前缺乏协调,降低了建筑物的抗震能力。只有在考虑协调性的基础上,经过严密的计算和设计,在结构的刚度、弹性和延展性之间做好平衡才能够最大程度抵抗地震力。

四.结语

尽管在高层建筑中框架剪力墙已经得到广泛的应用,并且也取得了前所未有的高度和成就,但是该结构复杂的受力特性使得在抗震性能上还有很大的改进空间。在进行转换层的设计构造时,严格遵循本文提到的结构设计要求,特别是抗震概念要求,在转换层附近适当提高其构造等级要求,增强整体抗震能力,使得框架剪力墙结构更好地应用到高层建筑中。

【参考文献】

[1] 文伟 剪力墙结构在建筑结构设计中的应用分析 [期刊论文] 《城市建设》 -2010年35期

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Key words: high-rise building; torsion resistance design

中图分类号:TU7文献标识码:A 文章编号:2095-2104(2012)

扭转效应是建筑遭受震害的重要因素之一,建筑设计工作者在对高层建筑进行结构设计时,一定要充分重视建筑结构的扭转问题,熟悉结构扭转产生的原因,了解结构扭转的性质,并掌握扭转的理论和计算方法。最关键的还是要充分考虑各方面的影响因素,做好计算和校核工作,根据建筑的具体特点,针对薄弱点,做好建筑结构的抗扭设计措施,使高层建筑能经得起地震的考验,保障人民的生命财产安全。

1 高层建筑结构扭转的性质

高层建筑结构在地震荷载作用发生扭转破坏时,会加大建筑抗推刚度较弱的一侧的位移,并使其剪力增加,破坏程度加重。如果平面的刚度不均匀,一端刚度很大,另一端只有刚度很小的柱子,地震荷载作用下发生扭转,导致没有剪力墙的一端柱子塌落而使楼板也跟着塌下。若每个结构单元两端之问的质量和刚度相差悬殊,也会在地震作用下产生扭转,造成钢筋混凝土柱出现交叉裂缝。如果建筑的每层平面布置不尽相同,有些柱子上、下错位或形状和长边方向改变,这样可能造成地震时底层柱折断而导致上层整体塌落。当结构平面形状不规则时,产生破坏时交叉斜裂缝的宽度可达100mm。对单一受扭构件的破坏的研究表明,少筋及超筋构件以脆性形式破坏,而且破坏是突发性的,没有明显塑性变形,而适筋受扭构件以延性形式破坏,破坏具有明显的塑性变形过程。但对于整体结构发生扭转破坏来讲,破坏是具有突发性的,塑性变形量较小,属脆性破坏范畴。

2 引起结构扭转的因素

2.1 建筑结构扭转振动原因

2.1.1 外来干扰

地震时地面质量间具有运动的差别性,使地面不仅产生平动分量,同时也产生转动分量,正是后者迫使结构产生了扭转。但由于地震观测的工作条件复杂,使得扭转分量的相关理论和计算方法还不成熟,一些实际技术工作也没能得到解决,所以目前的抗震规范都没有考虑地震扭转分量的计算。但我国规范中考虑了其影响:当不对规则结构进行扭转耦联计算时,应将平行于地震作用方向的两个边榀的地震作用效应乘以一个适当的增大系数,通常短边可取1.15,长边可取1.05,若扭转刚度较小,则增大系数不宜小于1.3。

2.1.2 建筑结构本身因素

当建筑结构的刚度中心没有与质量中心重合时,会导致地震作用下结构的扭转振动。就算各层的刚心与质心重合,但建筑整体的质心不在同一轴线上,也会受到地面运动的扭转分量、活荷载的偏心及其他复杂因素的影响,也会引起结构的扭转振动。造成扭转破坏的一个重要原因是平面刚度是否均匀,而剪力墙的布置是影响刚度是否均匀的主要因素。

2.2 建筑结构的平面和立面布置

2.2.1 平面布置

地震区的高层建筑,最好采用圆形、方形或矩形平面,椭圆形、扇形、正六边形、正八边形也可以采用。虽然三角形平面看起来也比较简单和对称,但它并非沿主轴方向都对称,地震时也易产生较强的扭转振动,所以地震区高层建筑的现状尽量避免采用三角形。此外,带有较长翼缘的L形、U形、H形、T形、十字形、Y形平面也不宜采用,因为此类平面在地震时容易发生差异侧移而使震害加重。

2.2.2 立面布置

地震区高层建筑的立面也尽量采用矩形和梯形等均匀的几何形状,不宜采用带有突然变化的立面形状,因为形状突变会引起质量和刚度的剧烈变化,致使该突变部位在地震时因塑性变形集中效应而加重破坏。在地震区尤其不宜出现倒梯形建筑和大底盘建筑,但这两种建筑形式是比较流行的。倒梯形建筑虽然建筑风格比较时尚,但其在质量、刚度和强度分布上均不符合抗震设计原则,它的上部质量大而下部质量小,使得重心偏高,增加了倾覆力矩;上部刚度大而下部刚度小,相对增大了底层的薄弱程度。许多大底盘高层建筑,在低层裙房与高层主楼相连处容易引起刚度突变,使主楼底部楼层变成相对柔弱的楼层,容易在地震中因塑性变形集中效应而导致严重破坏。

3 高层建筑结构扭转设计控制方法及措施

引发高层建筑结构的扭转振动的因素众多,包括地面的运动、建筑物质量和刚度分布的不均匀、计算分析的误差以及抗扭构件的脆性破坏等,这些使得扭转振动在所难免。在设计中应尽量改善结构扭转效应,并在构造上采取一定措施来减小扭转。

3.1 改善扭转效应

总的来说,就是要做到削弱中间、加强周边。具体可从以下几个方面来改善扭转效应:

3.1.1 建筑平面总体布置应规则、对称,具有良好的整体性。

3.1.2 建筑的立面形状应规则,竖向抗侧力构件的材料强度和形状尺寸从上到下应逐渐增加,避免其刚度和承载力突变。

3.1.3 增加远离质心处的剪力墙厚度,尽量使刚心接近质心,减小偏心率。

3.1.4 若简体刚度很大,则可加开结构洞以减小刚度偏心。

3.1.5 平面凹凸不规则处应加拉梁或增设拉接楼板。

3.1.6 尽量加大周边构件截面,以增加整个平面的抗扭刚度。

3.2 抗扭措施

3.2.1 根据建筑具体高度来选择适宜的结构类型。

3.2.2 确保框架一剪力墙基础具有良好的整体性和刚度。

3.2.3 框架结构和框架一剪力墙结构中,梁中线与柱中线、柱中线与剪力墙中线之间的偏心距不宜过大,并且框架和剪力墙均应双向设置。

3.2.4 剪力墙的设置宜贯通房屋全高,其横向与纵向墙体应相连;较长房屋中的纵向剪力墙不宜设置在端开间,应设置在墙面不需开大洞口的位置,剪力墙上的洞口宜上下对齐。

3.2.5 调整后的框架的角柱的剪力设计值和组合弯矩设计值还应乘以一个增大系数,并且其值不小于1.1。

3.2.6 剪力墙的底部加强部位及以上一层的截面组合的弯矩设计值,应采用墙肢底部截面组合弯矩设计值,而其余部位设计值应乘以增大系数1.2。

3.2.7 各级剪力墙底部加强部位的截面剪力墙设计值均应乘以相应的增大系数,一、二、三级的增大系数分别为1.6、1.4、1.2。

3.2.8 控制好建筑的高宽比,不应使这一值过大,基础埋深应达到一定的限值。

3.2.9 适当增大边柱、角柱及剪力墙端柱的纵向钢筋面积。

4 结语

高层建筑结构破坏大多是由扭转所导致的,因此加强结构的抗扭刚度和抗扭能力是减小建筑结构震害程度的重要措施,也是结构设计的一个重要概念。扭转效应大多是由建筑布置不合理而产生的,因此抗震设计中首先要考虑合理的建筑布置,抗震结构应尽量满足平、立面简单对称的原则,尽量减少凸出和凹进等复杂平面,还应尽可能使平面刚度均匀。

参考文献:

[1] JGJ 3-2010,高层建筑混凝土结构技术规程[S].