前言:一篇好文章的誕生,需要你不斷地搜集資料、整理思路,本站小編為你收集了豐富的抗震設(shè)防論文主題范文,僅供參考,歡迎閱讀并收藏。
底部框架~抗震墻砌體房屋結(jié)構(gòu)的薄弱層一般均出現(xiàn)在底部鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)部分或過渡層。汶川地震經(jīng)驗(yàn)表明,過渡層先于其他層倒塌、破壞的實(shí)例較多、程度較重,這種現(xiàn)象不容忽視。眾所周知,結(jié)構(gòu)存在兩種不同部位的薄弱層,故在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)控制其中相對薄弱的部分,避免出現(xiàn)特別薄弱的部位。底部框架一抗震墻和上部砌體均具有一定的承載能力,但后者的變形和耗能能力比較差。權(quán)衡二者受力特點(diǎn),規(guī)范提出結(jié)構(gòu)縱橫兩個(gè)方向,上部砌體計(jì)入構(gòu)造柱影響的側(cè)向剛度與底層側(cè)向剛度的比值要求均不應(yīng)小于1.0,目的是使結(jié)構(gòu)上下側(cè)向剛度趨于一致不發(fā)生較大突變并迫使變形下移至底部具有較好的變形能力和耗能能力的框架一抗震墻部分,從而改善抗震性能。汶川地震震害表明,上部砌體比多層砌體房屋抗震性能稍弱,是砌體結(jié)構(gòu)部分的薄弱層,因此構(gòu)造柱的設(shè)置要求更嚴(yán)格。在強(qiáng)烈地震作用下過渡層損壞嚴(yán)重,過渡層砌體的開裂將會破壞托墻梁的整體性,所以應(yīng)慎重考慮托墻梁整體工作。
2側(cè)向剛度比的合理確定
上部砌體的側(cè)向剛度與底層側(cè)向剛度K的比值應(yīng)滿足表1的要求。在確定上下層剛度比時(shí)應(yīng)注意考慮以下因素。
2.1下部框架一剪力墻的側(cè)向剛度
底部側(cè)向剛度不能過大也不能太小'岡0度過大將吸收過多的地震作用,破壞嚴(yán)重同時(shí)會迫使薄弱層向上部砌體轉(zhuǎn)移而出現(xiàn)脆性破壞;剛度過小則形成軟弱層,地震時(shí)塑性變形過多集中在底部而發(fā)生較大破壞。底部框架一抗震墻砌體房屋自振周期一般在0.6—0.9左右,略大于場地土的特征周期,可以設(shè)計(jì)相對較小的側(cè)向剛度,適當(dāng)增大結(jié)構(gòu)自振周期,使結(jié)構(gòu)從整體上減小地震作用。同時(shí)不宜設(shè)計(jì)過柔的下部結(jié)構(gòu),下部側(cè)向剛度過小導(dǎo)致結(jié)構(gòu)在強(qiáng)烈地震下發(fā)生較大的塑性變形,同時(shí)為避免出現(xiàn)脆性剪切破壞,底部的地震剪力設(shè)計(jì)值應(yīng)乘以增大系數(shù),其值可取1.2~1.5,剛度越小,剪力增大系數(shù)越大。因此,上下層剛度比宜取接近下限值,底層宜盡量設(shè)置較多數(shù)量剪力墻,從而提供較大側(cè)向剛度并且剪力增大系數(shù)不至于取太大。
2.2次梁轉(zhuǎn)換的砌體墻段
對于有些工程在設(shè)計(jì)時(shí)出現(xiàn)次梁托上部砌體墻的情況,可能造成一些不利后果。圖1為L一1上有砌體墻,兩端支撐在KL一1上形成次梁轉(zhuǎn)換的情況,次梁轉(zhuǎn)換的受力如圖2所示。重力荷載和地震作用下上部墻體傳來軸力、彎矩及剪力。在彎矩作用下使支撐次梁的框架主梁產(chǎn)生附加集中力,由于程序未能很好的反映這部分作用,因此在設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量不采用次梁轉(zhuǎn)換。如無法避免時(shí),應(yīng)采取以下措施:1)過渡層墻體另外采取加強(qiáng)措施(參《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》7.5.2),同時(shí)支撐框梁應(yīng)加強(qiáng);2)次梁一端盡量與框柱或剪力墻相連以便將上部傳遞下來的彎矩轉(zhuǎn)移給框柱或剪力墻;3)次梁轉(zhuǎn)換的墻體不宜太長從而降低其向下傳遞的彎矩?!獔D1次梁轉(zhuǎn)換圖圖2轉(zhuǎn)換梁傳力圖
2.3過渡層構(gòu)造柱及門窗
洞邊小墻段在計(jì)算上部砌體側(cè)向剛度時(shí)應(yīng)該考慮構(gòu)造柱的影響,因此在模型輸入時(shí)應(yīng)輸入構(gòu)造柱的布置。如果未輸入構(gòu)造柱可能造成下部結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度偏柔的結(jié)果,且上下層剛度比接近下限時(shí),就容易使下部結(jié)構(gòu)形成柔軟層而不利于抗震?!督ㄖ拐鹪O(shè)計(jì)規(guī)范》7.2.3條規(guī)定,剛度的計(jì)算應(yīng)計(jì)及高寬比的影響,高寬比大于4時(shí),等效側(cè)向剛度可取0.0(注:墻段的高寬比指層高與墻長之比,對門窗洞邊的小墻段指洞凈高與洞側(cè)墻寬之比)。為此,在模型輸人時(shí)應(yīng)將高寬比大于4的墻段刪去以盡量接近實(shí)際受力情況。反之,則結(jié)構(gòu)側(cè)向剛度偏大有可能造成下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過剛而迫使薄弱層轉(zhuǎn)移至過渡層,發(fā)生脆性破壞。
3托墻梁的設(shè)計(jì)
底部框架一抗震墻砌體房屋的鋼筋混凝土托墻梁計(jì)算地震組合內(nèi)力時(shí),應(yīng)采用合適的計(jì)算簡圖。若考慮上部墻體與托墻梁的組合作用,應(yīng)計(jì)入地震時(shí)墻體開裂對組合作用的不利影響,可調(diào)整有關(guān)的彎矩系數(shù)、軸力系數(shù)等計(jì)算參數(shù)。托墻梁彎矩計(jì)算時(shí),設(shè)計(jì)中可按經(jīng)驗(yàn)考慮墻梁上部作用的荷載折減,一般無洞口可取0.85,有洞口可取0.95,但四層以下應(yīng)全部計(jì)入組合;托墻梁剪力計(jì)算時(shí),由重力荷載產(chǎn)生的剪力不折減。
4底部框架一剪力墻的設(shè)計(jì)
剪力墻的布置應(yīng)遵守對稱、均勻、分散、周邊的原則,且應(yīng)使上部砌體的中線與抗震墻中線重合,具有良好的整體抗傾覆和抗扭轉(zhuǎn)能力。底部抗震墻應(yīng)承擔(dān)地震作用下全部地震剪力設(shè)計(jì)值,且該地震剪力設(shè)計(jì)值應(yīng)乘以增大系數(shù)。由于底框結(jié)構(gòu)層數(shù)不高,底部抗震墻軸壓比大都不大,一般不都超過0.3,因此剪力墻均按底部加強(qiáng)區(qū)的構(gòu)造邊緣構(gòu)件設(shè)計(jì),即根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》7.1.9條確定抗震等級后按照《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》表6.4.5-2進(jìn)行邊緣構(gòu)件設(shè)計(jì)。由于全部承擔(dān)地震剪力設(shè)計(jì)值,因此要根據(jù)計(jì)算結(jié)果對墻體配置足夠的水平分布筋數(shù)量,以滿足抗剪承載力要求。當(dāng)建筑層數(shù)和平面尺寸確定之后,為滿足底部抗剪承載力的要求,剪力墻的數(shù)量基本就能確定;然后再根據(jù)上下層剛度比的要求確定底層框架柱的數(shù)量和截面,柱截面宜小但應(yīng)滿足軸壓比和截面配筋率的要求。布置柱時(shí)尚應(yīng)考慮框架梁中心與上層墻體中線對齊的原則。
5過渡層的設(shè)計(jì)
過渡層設(shè)計(jì)的目的是使上部砌體具有良好的整體性,在地震作用下避免出現(xiàn)過渡層先于其他層倒塌、破壞的情況。為保證過渡層在地震作用下具有一定的整體性和傳遞水平地震力的剛度,規(guī)范要求過渡層底板為現(xiàn)澆混凝土板且厚度不應(yīng)小于120mm,配筋雙層雙向,每個(gè)方向配筋率不小于0.25%。過渡層圈梁和構(gòu)造柱的設(shè)置規(guī)范也給出了相應(yīng)的規(guī)定。高度不宜小于240mm,構(gòu)造柱截面不應(yīng)小于240mm×240mm,截面配筋6,7度時(shí)不宜少于4+16。構(gòu)造柱與墻體連接處的水平拉結(jié)筋,6,7度下部1/3樓層處應(yīng)沿墻通長設(shè)置??傊?,過渡層設(shè)計(jì)應(yīng)嚴(yán)格遵循規(guī)范要求對其采取必不可少的構(gòu)造加強(qiáng)措施,避免成為結(jié)構(gòu)的軟肋。
6基礎(chǔ)設(shè)計(jì)及其他
底部框架一抗震墻砌體房屋的抗震墻應(yīng)設(shè)置條形基礎(chǔ)、筏形基礎(chǔ)等整體性好的基礎(chǔ)。當(dāng)結(jié)構(gòu)采用板式樓梯時(shí),樓梯踏步板宜采用雙層雙向配筋。
7結(jié)語
【關(guān)鍵詞】房屋抗震;影響因素;措施
引言
房屋的抗震性能最大程度上取決于房屋的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn),抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)越高,房屋的抗震性能就越強(qiáng)。目前,已有數(shù)百位專家在研究討論新的房屋抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn),以期修改沿用多年的房屋建造抗震標(biāo)準(zhǔn),增強(qiáng)新建房屋的抗震能力。北京地區(qū)近日已率先將農(nóng)房抗震要求提高到了能抵御8級地震的高標(biāo)準(zhǔn)。據(jù)測算,抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)每提高一級,建筑成本將隨之提高8%-10%。 房屋的選址是房屋抗震性能的外部主要條件,初步總結(jié)四川地震的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)可以發(fā)現(xiàn),遭遇同等強(qiáng)度地震的不同位置的房屋,其抗震性能有所不同。位于地質(zhì)斷層附近的房屋比其他房屋更易被震塌。我國是一個(gè)地震多發(fā)國家,發(fā)生過破壞性地震的城市占全國城市總數(shù)的10%以上。因此,各地今后在房屋建筑設(shè)計(jì)與施工之前,必須充分重視房屋的選址應(yīng)遠(yuǎn)離地質(zhì)斷層,防患于未然。 房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工質(zhì)量、房屋裝修是決定房屋抗震性能中受人為影響最大的兩個(gè)因素。在房屋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,一般而言,剪力墻結(jié)構(gòu)的抗震性能優(yōu)于框架結(jié)構(gòu),框架結(jié)構(gòu)優(yōu)于磚混結(jié)構(gòu)。在施工質(zhì)量中,建筑物必須嚴(yán)格根據(jù)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范施工。 居住者在房屋裝修時(shí)不得隨意更改房屋結(jié)構(gòu),尤其是不可隨意更改房屋承重墻等一些關(guān)鍵部位,更改結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)得到專業(yè)人士的指導(dǎo)或相關(guān)許可,任何擅自改動都有可能降低房屋抗震性能,造成致命隱患。
1 建筑物的重要性決定了其不同程度上的抗震性能
不同結(jié)構(gòu)型式是不同建筑物功能需求和性價(jià)比所決定的,不能單單片面的說地震來臨時(shí),哪種結(jié)構(gòu)型式就一定好哪種結(jié)構(gòu)型式就一定不好;因?yàn)榘茨壳暗目拐鹪O(shè)防標(biāo)準(zhǔn),它們有一個(gè)共同的設(shè)防目標(biāo):小震不壞 、中震可修 、大震不倒。
國家按建筑物發(fā)生災(zāi)害時(shí)對人民生命財(cái)產(chǎn)可能造成損失的程度,按建筑物分為甲乙丙丁四類。主要的、重要的水電站、醫(yī)院、電力、通訊等生命救援保障和人員密集建筑被定為甲類或乙類,一般的住宅、辦公等均定義為乙類,設(shè)防的目標(biāo)也不同:丙類建筑在設(shè)計(jì)時(shí)按設(shè)防目標(biāo)進(jìn)行;甲乙類建筑設(shè)計(jì)時(shí)至少要提高1度,請注意,這里均指是烈度而不是震級,這也很好理解,好的地基要比差的地基抗震性能好,處在地震活動帶的建筑自然發(fā)生地震的幾率大,抗震性能也很難保證。
2 建筑物得抗震性能首先取決于建筑物的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)
國家根據(jù)地震發(fā)生的可能性和震害的嚴(yán)重性確定各地區(qū)基本設(shè)防烈度,這是各地區(qū)抗震設(shè)計(jì)的基本參數(shù),主要代表地面加速度的大小。設(shè)防烈度一般分6~9度,上海地區(qū)設(shè)防烈度主要為7度,崇明、金山為6度。對具體建筑物,需要結(jié)合建筑使用功能的重要性確定建筑的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn),即確定設(shè)計(jì)烈度和抗震等級。對一般建筑,設(shè)計(jì)烈度就是本地區(qū)設(shè)防烈度。設(shè)計(jì)烈度愈高,抗震能力愈強(qiáng),但建筑物造價(jià)也愈高。
2.1 房屋結(jié)構(gòu)的抗震性能與合理的抗震設(shè)計(jì)密切相關(guān)。
抗震設(shè)計(jì)就是要選擇合適的結(jié)構(gòu)形式,確定合理的抗震措施,保證結(jié)構(gòu)的抗震性能,確保建筑物滿足“小震不壞、中震可修、大震不倒”的抗震目標(biāo)。所謂中震,指設(shè)防烈度,小震比中震小約1.55度,而大震則比中震增加約1度。合理的抗震設(shè)計(jì)主要基于先進(jìn)的抗震理念、系統(tǒng)的分析計(jì)算和恰當(dāng)?shù)目拐鸫胧?。既要注意控制抗震指?biāo)如軸壓比、相對變形等,又要采取合適的抗震構(gòu)造措施。
目前高層住宅主要采用現(xiàn)澆剪力墻結(jié)構(gòu)、框架-核心筒或框架-剪力墻結(jié)構(gòu),具有較好的強(qiáng)度和變形能力,抗震性能相對較好。因此,無論板式住宅還是點(diǎn)式住宅,只要設(shè)計(jì)合理,都可滿足抗震要求。多層住宅大部分采用磚混結(jié)構(gòu),目前多采用現(xiàn)澆樓板,并采取設(shè)構(gòu)造柱和圈梁等抗震措施,或者采用框架結(jié)構(gòu),大大增強(qiáng)了抗震能力。部分建筑外形怪異,平立面不規(guī)則,傳力體系復(fù)雜甚至需要多次結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換,這既增加了建筑物造價(jià),也影響了建筑物的抗震性能。
2.2 房屋抗震性能還與施工質(zhì)量等其他因素有關(guān)。因此加強(qiáng)施工質(zhì)量監(jiān)督,規(guī)范既有建筑的使用管理是十分必要的。
3 建筑物抵抗地震的能力不確定性
為了搞好抗震結(jié)構(gòu)的施工,首先要了解地震力對建筑物可能引起的破壞作用。因?yàn)榈卣饡r(shí)不確定性和復(fù)雜性,我們很難用“數(shù)值設(shè)計(jì)”來有效控制結(jié)構(gòu)的抗震性能,因此不能完全依賴于計(jì)算。根據(jù)目前對地震規(guī)律的認(rèn)識,抗震設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想是:房屋在使用期間,對不同強(qiáng)度的地震應(yīng)具有不同的抵抗能力,一般小震發(fā)生的可能性較大,因此,要求做到結(jié)構(gòu)不損壞,這在技術(shù)上,經(jīng)濟(jì)上是可以做到的。近幾年臺灣發(fā)生三次地震,福建沿海受其余震波影響,沒有造成建筑物嚴(yán)重?fù)p壞。如果要求結(jié)構(gòu)遭受大震時(shí)不損壞,這在經(jīng)濟(jì)上是不合理的,因此可以允許結(jié)構(gòu)破壞。但是在任何情況下,不應(yīng)導(dǎo)致建筑物倒塌,概括起來說,抗震設(shè)防的一般目標(biāo)就是要做到“小震不壞,大震不倒”。從另一方面看,一個(gè)地區(qū)的基本地震烈度也是難以準(zhǔn)確估計(jì)的,要根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡刂罚匦魏蜌v史地震情況等確定,因此房屋抗震能力很難確定。那就要在結(jié)構(gòu)強(qiáng)度上和構(gòu)造上下功夫,才能做到建筑物裂而不倒。這種危中脫險(xiǎn)的工作主要依賴于良好的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工質(zhì)量。
4 施工質(zhì)量和房屋抗震性能的關(guān)系
在強(qiáng)烈地震的作用下,要使建筑物裂而不倒,關(guān)鍵在施工過程的控制,以保證結(jié)構(gòu)本身具有足夠的強(qiáng)度和各部件間有可靠的連接。對混合結(jié)構(gòu)來說,一是砌體強(qiáng)度,也就是磚塊本身和砂漿標(biāo)號。二是內(nèi)外磚墻的咬槎以及構(gòu)造柱,圈梁和墻體的連接構(gòu)造。對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)來說一是混凝土和鋼筋本身的強(qiáng)度。二是節(jié)點(diǎn)間的連接構(gòu)造,兩者都和施工的質(zhì)量密切相關(guān),強(qiáng)度和構(gòu)造連接的施工質(zhì)量好,建筑就能抵抗地震,否則建筑物就要遭到嚴(yán)重破壞,以致倒塌,人民生命財(cái)產(chǎn)遭到嚴(yán)重?fù)p失。
5 目前影響建筑物抗震的施工質(zhì)量問題
對于磚混結(jié)構(gòu)的建筑物,在材料選用、施工質(zhì)量上應(yīng)當(dāng)引起足夠重視。砌體強(qiáng)度不足,砂漿不飽滿,砂漿標(biāo)號低,砌筑前磚塊不濕潤,冬季施工不澆水都會降低砂漿的粘結(jié)力和砌體的抗剪強(qiáng)度;加之砌體結(jié)構(gòu)通常采用單塊的材料和砂漿砌筑,抗拉壓力低,且主要以手工操作,容易喪失承載能力。圈梁和構(gòu)造柱的配筋不合理:圈梁和構(gòu)造柱依靠其中的鋼筋將建筑上下各層,各片墻體連在一起,哪里連接不好,哪里就容易出問題。我們在施工現(xiàn)場經(jīng)常發(fā)現(xiàn)鋼筋搭接長度不夠,鋼筋接頭該錯(cuò)開的不錯(cuò)開,該彎鉤的不彎鉤,鋼筋位置偏差大等等,都會直接影響到結(jié)構(gòu)整體連接。 構(gòu)造柱與墻體拉接筋放置不準(zhǔn)確,構(gòu)造柱混凝土振搗不密實(shí),都直接影響構(gòu)造柱的抗震能力,關(guān)系到磚混結(jié)構(gòu)建筑物能否滿足抗震要求。
對于混凝土結(jié)構(gòu)的建筑物,當(dāng)前鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的施工存在問題比較多,對結(jié)構(gòu)的抗震性能極為不利。首先混凝土強(qiáng)度問題,混凝土水泥用量,水灰比和含砂率控制不嚴(yán),對混凝土濕潤養(yǎng)護(hù)不重視,振搗不密實(shí),柱頭施工縫遺留木屑、焊渣等造成柱的斷層,這些都是削弱結(jié)構(gòu)支撐豎向荷載能力的重要因素,嚴(yán)重影響房屋抗震能力。
6 總結(jié)
前面談到影響房屋抗震的施工質(zhì)量問題,這些都不是很難做到,只要我們在施工過程中認(rèn)真負(fù)責(zé),引起重視,發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)整改,嚴(yán)格按照施工規(guī)程操作,控制好每一個(gè)分項(xiàng)、分部工程,絕不片面追求施工速度不顧工程質(zhì)量,對人民的生命財(cái)產(chǎn)要有高度負(fù)責(zé)的態(tài)度。只有這樣,才能使建筑物的抗震安全性能得到進(jìn)一步保證,人民生命財(cái)產(chǎn)免遭損失。
參考文獻(xiàn):
[1]楊佑發(fā);鄒銀生 底部框剪砌體、房屋空間彈塑性地震反應(yīng)分析 [期刊論文] -振動與沖擊2003(01) .
[2]楊佑發(fā) 底部框剪砌體房屋抗震及隔震性能研究 [學(xué)位論文] 1998 .
[3]楊佑發(fā);魏建東 結(jié)構(gòu)動力分析的非線性擬動力方程法 [期刊論文] -世界地震工程2002(02) .
[4]郭子雄 RC低矮抗震墻的變形性能及恢復(fù)力模型研究 1998(01) .
關(guān)鍵詞:高層結(jié)構(gòu)抗震,抗震規(guī)范,高層抗震注意問題,纖維增強(qiáng)混凝土
1引言
地震是一種突發(fā)性和毀滅性的自然災(zāi)害,它對人類社會的危害首先是引起建筑物的破壞或倒塌,導(dǎo)致嚴(yán)重的人身傷亡和財(cái)產(chǎn)損失;其次是引起火災(zāi)、水災(zāi)等次生災(zāi)害,破壞人類社會賴以生存的自然環(huán)境,造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失,產(chǎn)生巨大的社會影響。近十年來,地殼運(yùn)動進(jìn)入活躍期,世界各地都爆發(fā)了不同程度的地震,而我國更是世界上大陸地震最多的國家之一,20世紀(jì)以來,全球發(fā)生7級以上地震1200余次,其中十分之一在我國。例如,1976年7月28日的唐山7.8級地震,2008年5月12日的汶川8.0級地震,2010年4月14日的玉樹地震,都給人們的生命財(cái)產(chǎn)安全帶來巨大的損失。同時(shí),由于地震破壞的后果嚴(yán)重,我國抗震規(guī)范在2008年與2010年都進(jìn)行了不同程度的修正,目的是加強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)的安全性。因此,為保障地震作用下人們的生命財(cái)產(chǎn)損失降至最低,有必要對建筑物的抗震設(shè)計(jì)進(jìn)行研究,本文就高層結(jié)構(gòu)的一些常用抗震設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了討論。
2結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方法的發(fā)展
結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方法的發(fā)展歷史是人們對地震作用和結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)能力認(rèn)識不斷深化的過程,對結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方法發(fā)展歷史進(jìn)行回顧,有助于對結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)原理的認(rèn)識,
結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方法經(jīng)歷了靜力法、反應(yīng)譜法、延性設(shè)計(jì)法、能力設(shè)計(jì)法、給予能量平衡的極限設(shè)計(jì)方法、基于損傷設(shè)計(jì)方法和近年來正在發(fā)疹的基于性能/位移設(shè)計(jì)法幾個(gè)階段[1]。這些抗震設(shè)計(jì)方法在發(fā)展階段相互交錯(cuò)與滲透,對齊進(jìn)行系統(tǒng)化整理,結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方法可以分為以下幾類[2]:
基于承載力設(shè)計(jì)方法
基于承載力和構(gòu)造保證延性設(shè)計(jì)方法
基于損傷和能量設(shè)計(jì)方法
能力設(shè)計(jì)法
基于性能/位移設(shè)計(jì)方法
根據(jù)清華大學(xué)葉列平教授的研究,第(5)種方法在結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)中較前幾種方法優(yōu)點(diǎn)更為突出,并且在各國規(guī)范中應(yīng)用最廣泛。
3高層抗震設(shè)計(jì)的設(shè)防目標(biāo)
長期的地震觀測表明,在同一地區(qū)不同強(qiáng)度地震的重現(xiàn)期是不同的。強(qiáng)度小的地震重現(xiàn)期,一般10~50年左右發(fā)生一次,即所謂頻遇地震或“小震”;強(qiáng)度較大的地震,重現(xiàn)期較長,一般100~500年發(fā)生一次,即所謂偶遇地震或“中震”;而強(qiáng)度特別大的強(qiáng)烈地震,重現(xiàn)期一般為數(shù)千年,即所謂罕遇地震或“大震”。
高層建筑的使用壽命一般為50~100年,高層住宅的壽命更短,因此要求結(jié)構(gòu)在“大震”作用下不破壞顯然四不合適和不經(jīng)濟(jì)的。這就提出了對于不同強(qiáng)度地震的重現(xiàn)期,結(jié)構(gòu)應(yīng)具有不同的抗震性能,即所謂抗震設(shè)防目標(biāo)。目前國際上公認(rèn)的較為合理的抗震設(shè)防目標(biāo)是:
(1)在頻遇地震作用下,結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)應(yīng)處于彈性階段,結(jié)構(gòu)無損壞或輕微破壞,且結(jié)構(gòu)變形很小,不會導(dǎo)致非結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞,震后可無條件繼續(xù)使用;
(2)在偶遇地震作用下,結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)構(gòu)件損傷在一定限度內(nèi),震后經(jīng)修復(fù)可繼續(xù)使用;
(3)在罕遇地震作用下,結(jié)構(gòu)不產(chǎn)生倒塌,非結(jié)構(gòu)構(gòu)件無脫落或落下,保證人身安全,
上述抗震設(shè)防目標(biāo)與我國抗震設(shè)計(jì)規(guī)范中的“三水準(zhǔn)”即“小震不壞,中震可修,大震不倒”是一個(gè)含義?,F(xiàn)在的問題是這種單一的抗震設(shè)防目標(biāo)已不能適應(yīng)現(xiàn)代工程結(jié)構(gòu)對抗震性能的需求。許多重要建筑對大震作用下的性能要求也不再是不倒塌,而是應(yīng)滿足一定性能指標(biāo)要求,以保證其仍具有一定的建筑功能和使用功能,這即是基于性能抗震設(shè)計(jì)方法研究的目的。
高層抗震設(shè)計(jì)方法的幾點(diǎn)討論
4.1遵循建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范
建筑結(jié)構(gòu)抗震規(guī)范實(shí)際上是各國建筑抗震經(jīng)驗(yàn)帶有權(quán)威性的總結(jié),是指導(dǎo)建筑抗震設(shè)計(jì)(包括結(jié)構(gòu)動力計(jì)算,結(jié)構(gòu)抗震措施以及地基抗震分析等主要內(nèi)容)的法定性文件。它既反映了各個(gè)國家經(jīng)濟(jì)與建設(shè)的時(shí)代水平,又反映了各個(gè)國家的具體抗震實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。它雖然收抗震有關(guān)科學(xué)理論的引導(dǎo),向技術(shù)經(jīng)驗(yàn)合理性的方向發(fā)展,但它更是具有堅(jiān)定的工程實(shí)踐基礎(chǔ),把建筑工程的安全性放在首位。正是基于這種認(rèn)識,現(xiàn)代規(guī)范的條文有的被列為強(qiáng)制性條文,有的條文中應(yīng)用了“嚴(yán)禁、不得、不許、不宜”等體現(xiàn)不同程度限制性和“必須、應(yīng)該、宜于、可以”等體現(xiàn)不同程度靈活性的用詞。任何結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)都必須以抗震規(guī)范為基礎(chǔ),按其規(guī)定條文執(zhí)行。
4.2高層建筑抗震設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問題
高層建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)房屋高度和高寬比、抗震設(shè)防類型、抗震設(shè)防烈度、場地類別、結(jié)構(gòu)材料和施工技術(shù)條件等因素考慮其適宜的結(jié)構(gòu)體系,高層建筑的高寬比是對結(jié)構(gòu)剛度、整體穩(wěn)定、承載能力和經(jīng)濟(jì)合理性的宏觀控制,在設(shè)計(jì)過程中應(yīng)注意以下幾點(diǎn):
應(yīng)當(dāng)注意抗震縫的設(shè)計(jì),必須留有足夠的防震縫寬度;
平面形狀和剛度不對稱,會是建筑物產(chǎn)生顯著的扭轉(zhuǎn)、震害嚴(yán)重,設(shè)計(jì)中應(yīng)避免這種情況,不能避免時(shí)應(yīng)對抗震薄弱處進(jìn)行加強(qiáng);
凸出屋面的塔樓受高振型的影響,產(chǎn)生顯著的鞭梢效應(yīng),破壞嚴(yán)重,設(shè)計(jì)中加以注意;
高層部分和底層部分之間的連接構(gòu)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夠等容易導(dǎo)致剪切破壞或柱頭壓碎;
沿豎向樓層質(zhì)量與剛度變化太大容易導(dǎo)致樓層變形過分集中而產(chǎn)生破壞;
地基的穩(wěn)定性尤為重要;
伸縮縫和沉降縫寬度過?。╓昂王與防震縫一切三縫合一)使得碰撞破壞很多;
不應(yīng)在建筑物端部設(shè)置樓梯間,樓板有大洞口會因剛度不均勻而產(chǎn)生扭轉(zhuǎn);
中間部分樓層柱子截面和材料改變或取消部分剪力墻,都會產(chǎn)生剛度或承載力的突變,形成結(jié)構(gòu)薄弱層。
4.3采用纖維增強(qiáng)混凝土
對于高層建筑,混凝土材料由于其自身缺陷,地震作用下易于發(fā)生脆性破壞,引起結(jié)構(gòu)損傷,因此從建筑材料角度分析,可以在某些關(guān)鍵部位采用韌性材料代替混凝土提高整體結(jié)構(gòu)的吸收能量能力與抗震能力??拐鸾ㄖ牧媳仨毦邆漭p質(zhì)、高強(qiáng)、高韌性特征,例如,木材、輕鋼、型鋼、鋼筋混凝土、復(fù)合材料等都可以從某些方面達(dá)到抗震目的。而在我國,森林覆蓋面積少,人居木材占有量少,而鋼材成本較高,這些材料的使用都有相當(dāng)?shù)木窒扌?。而在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部位采用一些韌性較高、延性較好、抗性強(qiáng)度高的纖維增強(qiáng)混凝土對提高結(jié)構(gòu)的抗震性能具有非常明顯的作用[3]。目前,我國的纖維增強(qiáng)混凝土種類繁多,例如,鋼纖維混凝土、聚丙烯增強(qiáng)混凝土、聚合物增強(qiáng)砂漿、超高韌性水泥基復(fù)合材料等,這些材料的研究與發(fā)展對高層結(jié)構(gòu)的抗震也起著重要作用。
結(jié)束語
本文在回顧結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方法發(fā)展歷史的基礎(chǔ)上,探究了高層結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn),并討論文高層抗震設(shè)計(jì)中應(yīng)該注意的問題。高層抗震是個(gè)很復(fù)雜的課題,涉及的考慮因素眾多,由于筆者參加工作時(shí)間較短,相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)較少,本文僅提供一般性的參考,如有不到之處,敬請指正。
參考文獻(xiàn)
白紹良. 對新西蘭、歐共體、美國、日本和中國規(guī)范鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震條文的初步對比分析. 重慶大學(xué), 2000.
小古俊介, 葉列平. 日本基于性能結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)方法的發(fā)展. 建筑結(jié)構(gòu), 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.
Abstract: In oder to make construction projects really be able to reduce or even avoid the earthquake disaster, a good grasp of the relevant seismic design is a fundamental measure to mitigate earthquake disasters. Based on the summary of experience and relevant information, this articles studied and discussed the seismic design issues of reinforced concrete high-rise housing.
關(guān)鍵詞:高層建筑;混凝土房屋;抗震設(shè)計(jì);抗震設(shè)防
Key words: high-rise building;concrete housing;seismic design;seismic fortification
中圖分類號:TU3文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1006-4311(2011)05-0084-02
0引言
地震是人類在繁衍生息、社會發(fā)展過程中遇到的一種可怕的自然災(zāi)害。強(qiáng)烈地震常常以其猝不及防的突發(fā)性和巨大的破壞力給社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人類生存安全和社會穩(wěn)定、社會功能帶來嚴(yán)重的危害。據(jù)統(tǒng)計(jì),歷史上各種自然災(zāi)害曾毀滅了世界各地52個(gè)城市,其中因地震而毀滅的城市有27個(gè)。地震之外的其它各種災(zāi)害,如水災(zāi)、火災(zāi)、火山噴發(fā)、風(fēng)災(zāi)、沙災(zāi)、旱災(zāi)等毀滅的城市為25座。因此,地震占災(zāi)害總數(shù)的52%。可見地震災(zāi)害確系“群害之首”。研究表明,在地震中造成人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失最主要的因素就是房屋倒塌及其引發(fā)的次生災(zāi)害(約占95%)。無數(shù)次的震害告訴我們,抗震設(shè)計(jì)是防御和減輕地震災(zāi)害最有效、最根本的措施。
1建筑抗震的理論分析
1.1 建筑結(jié)構(gòu)抗震規(guī)范 建筑結(jié)構(gòu)抗震規(guī)范實(shí)際上是各國建筑抗震經(jīng)驗(yàn)帶有權(quán)威性的總結(jié),是指導(dǎo)建筑抗震設(shè)計(jì)(包括結(jié)構(gòu)動力計(jì)算,結(jié)構(gòu)抗震措施以及地基抗震分析等主要內(nèi)容)的法定性文件它既反映了各個(gè)國家經(jīng)濟(jì)與建設(shè)的時(shí)代水平,又反映了各個(gè)國家的具體抗震實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。它雖然受抗震有關(guān)科學(xué)理論的引導(dǎo),向技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理性的方向發(fā)展,但它更要有堅(jiān)定的工程實(shí)踐基礎(chǔ),把建筑工程的安全性放在首位,容不得半點(diǎn)冒險(xiǎn)和不實(shí)。正是基于這種認(rèn)識,現(xiàn)代規(guī)范中的條文有的被列為強(qiáng)制性條文,有的條文中用了“嚴(yán)禁,不得,不許,不宜”等體現(xiàn)不同程度限制性和“必須,應(yīng)該,宜于,可以”等體現(xiàn)不同程度靈活性的用詞。
1.2 抗震設(shè)計(jì)的理論擬靜力理論。擬靜力理論是20世紀(jì)10~40年展起來的一種理論,它在估計(jì)地震對結(jié)構(gòu)的作用時(shí),僅假定結(jié)構(gòu)為剛性,地震力水平作用在結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的質(zhì)量中心上。地震力的大小當(dāng)于結(jié)構(gòu)的重量乘以一個(gè)比例常數(shù)(地震系數(shù))。反應(yīng)譜理論。反應(yīng)譜理論是在加世紀(jì)40~60年展起來的,它以強(qiáng)地震動加速度觀測記錄的增多和對地震地面運(yùn)動特性的進(jìn)一步了解,以及結(jié)構(gòu)動力反應(yīng)特性的研究為基礎(chǔ),是加理工學(xué)院的一些研究學(xué)者對地震動加速度記錄的特性進(jìn)行分析后取得的一個(gè)重要成果。動力理論。動力理論是20世紀(jì)70-80年廣為應(yīng)用的地震動力理論。它的發(fā)展除了基于60年代以來電子計(jì)算機(jī)技術(shù)和試驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展外,人們對各類結(jié)構(gòu)在地震作用下的線性與非線性反應(yīng)過程有了較多的了解,同時(shí)隨著強(qiáng)震觀測臺站的不斷增多,各種受損結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)記錄也不斷增多。進(jìn)一步動力理論也稱地震時(shí)程分析理論,它把地震作為一個(gè)時(shí)間過程,選擇有代表性的地震動加速度時(shí)程作為地震動輸入,建筑物簡化為多自由度體系,計(jì)算得到每一時(shí)刻建筑物的地震反應(yīng),從而完成抗震設(shè)計(jì)工作。
2高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)
2.1 抗震措施 在對結(jié)構(gòu)的抗震設(shè)計(jì)中,除要考慮概念設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)抗震驗(yàn)算外,歷次地震后人們在限制建筑高度,提高結(jié)構(gòu)延性(限制結(jié)構(gòu)類型和結(jié)構(gòu)材料使用)等方面總結(jié)的抗震經(jīng)驗(yàn)一直是各國規(guī)范重視的問題。當(dāng)前,在抗震設(shè)計(jì)中,從概念設(shè)計(jì),抗震驗(yàn)算及構(gòu)造措施等三方面入手,在將抗震與消震(結(jié)構(gòu)延性)結(jié)合的基礎(chǔ)上,建立設(shè)計(jì)地震力與結(jié)構(gòu)延性要求相互影響的雙重設(shè)計(jì)指標(biāo)和方法,直至進(jìn)一步通過一些結(jié)構(gòu)措施(隔震措施,消能減震措施)來減震,即減小結(jié)構(gòu)上的地震作用使得建筑在地震中有良好而經(jīng)濟(jì)的抗震性能是當(dāng)代抗震設(shè)計(jì)規(guī)范發(fā)展的方向。而且,強(qiáng)柱弱梁,強(qiáng)剪弱彎和強(qiáng)節(jié)點(diǎn)弱構(gòu)件在提高結(jié)構(gòu)延性方面的作用已得到普遍的認(rèn)可。
2.2 抗震設(shè)計(jì)理念 我國《建筑抗震規(guī)范》(GB50011-2001)對建筑的抗震設(shè)防提出“三水準(zhǔn)、兩階段”的要求,“三水準(zhǔn)”即“小震不壞,中震可修,大震不倒”。當(dāng)遭遇第一設(shè)防烈度地震即低于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的多遇地震時(shí),結(jié)構(gòu)處于彈性變形階段,建筑物處于正常使用狀態(tài)。建筑物一般不受損壞或不需修理仍可繼續(xù)使用。因此,要求建筑結(jié)構(gòu)滿足多遇地震作用下的承載力極限狀態(tài)驗(yàn)算,要求建筑的彈性變形不超過規(guī)定的彈性變形限值。當(dāng)遭遇第二設(shè)防烈度地震即相當(dāng)于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的基本烈度地震時(shí),結(jié)構(gòu)屈服進(jìn)入非彈性變形階段,建筑物可能出現(xiàn)一定程度的破壞。但經(jīng)一般修理或不需修理仍可繼續(xù)使用。因此,要求結(jié)構(gòu)具有相當(dāng)?shù)难有阅芰Γㄗ冃文芰Γ┎话l(fā)生不可修復(fù)的脆性破壞。當(dāng)遭遇第三設(shè)防烈度地震即高于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度的罕遇地震時(shí),結(jié)構(gòu)雖然破壞較重,但結(jié)構(gòu)的非彈性變形離結(jié)構(gòu)的倒塌尚有一段距離。不致倒塌或者發(fā)生危及生命的嚴(yán)重破壞,從而保障了人員的安全。因此,要求建筑具有足夠的變形能力,其彈塑性變形不超過規(guī)定的彈塑性變形限值。
三個(gè)水準(zhǔn)烈度的地震作用水平,按三個(gè)不同超越概率(或重現(xiàn)期)來區(qū)分的:多遇地震:50年超越概率63.2%,重現(xiàn)期50年;設(shè)防烈度地震(基本地震):50年超越概率10%,重現(xiàn)期475年;罕遇地震:50年超越概率2%-3%,重現(xiàn)期1641-2475年,平均約為2000年。對建筑抗震的三個(gè)水準(zhǔn)設(shè)防要求,是通過“兩階段”設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)的,其方法步驟如下:第一階段:第一步采用與第一水準(zhǔn)烈度相應(yīng)的地震動參數(shù),先計(jì)算出結(jié)構(gòu)在彈性狀態(tài)下的地震作用效應(yīng),與風(fēng)、重力荷載效應(yīng)組合。并引入承載力抗震調(diào)整系數(shù)。進(jìn)行構(gòu)件截面設(shè)計(jì),從而滿足第一水準(zhǔn)的強(qiáng)度要求;第二步是采用同一地震動參數(shù)計(jì)算出結(jié)構(gòu)的層間位移角,使其不超過抗震規(guī)范所規(guī)定的限值;同時(shí)采用相應(yīng)的抗震構(gòu)造措施,保證結(jié)構(gòu)具有足夠的延性、變形能力和塑性耗能,從而自動滿足第二水準(zhǔn)的變形要求。第二階段:采用與第三水準(zhǔn)相對應(yīng)的地震動參數(shù),計(jì)算出結(jié)構(gòu)(特別是柔弱樓層和抗震薄弱環(huán)節(jié))的彈塑性層間位移角,使之小于抗震規(guī)范的限值。并采用必要的抗震構(gòu)造措施,從而滿足第三水準(zhǔn)的防倒塌要求。
2.3 抗震設(shè)計(jì)方法我國的《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50011-2001)對各類建筑結(jié)構(gòu)的抗震計(jì)算應(yīng)采用的方法作了以下規(guī)定:高度不超過40m,以剪切變形為主且質(zhì)量和剛度沿高度分布比較均勻的結(jié)構(gòu),以及近似于單質(zhì)點(diǎn)體系的結(jié)構(gòu),可采用底部剪力法等簡化方法;除1款外的建筑結(jié)構(gòu),宜采用振型分解反應(yīng)譜方法;特別不規(guī)則的建筑、甲類建筑和限制高度范圍的高層建筑,應(yīng)采用時(shí)程分析法進(jìn)行多遇地震下的補(bǔ)充計(jì)算,可取多條時(shí)程曲線計(jì)算結(jié)果的平均值與振型分解反應(yīng)譜法計(jì)算結(jié)果的較大值。
3結(jié)語
在建筑工程項(xiàng)目建設(shè)中,設(shè)計(jì)階段是整個(gè)工程最為關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié),在設(shè)計(jì)中要考慮到多方面的因素。本文結(jié)合工作實(shí)踐對高層建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)進(jìn)行理論上的研究,從設(shè)計(jì)理念、設(shè)計(jì)原則到設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了探討,雖然有些粗淺,希望對同行們有一定的參考作用。
參考文獻(xiàn):
[1]朱鏡清.結(jié)構(gòu)抗震分析原理[M].地震出版社,2002.11.
關(guān)鍵詞:壁式粘彈性阻尼器;基底剪力;抗震構(gòu)造;加固改造工程;建筑隔墻 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A
中圖分類號:TU352 文章編號:1009-2374(2017)03-0120-02 DOI:10.13535/ki.11-4406/n.2017.03.053
1 概述
從2009年6月開始,北京市要求各區(qū)縣、各有關(guān)部門認(rèn)真做好校舍抗震加固改造和綜合防災(zāi)能力建設(shè)工作,全面改善全市中小學(xué)校舍安全狀況。隨著《建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50223-2008)、《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50011-2010)等新規(guī)范的陸續(xù)頒布及實(shí)施,部分建筑的抗震設(shè)防類別已由標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類(丙類)提高到重點(diǎn)設(shè)防類(乙類),北京市絕大多數(shù)幼兒園、小學(xué)、中學(xué)的教學(xué)用房以及學(xué)生宿舍和食堂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已不再滿足現(xiàn)行規(guī)范的要求。
本文中,需要抗震加固的為北京某中學(xué)的教學(xué)樓,建筑平面呈L型,建筑面積3853m2,建筑高度15.23m,分為兩個(gè)結(jié)構(gòu)單體,為地上四層的現(xiàn)澆混凝土框架結(jié)構(gòu)。該樓在1989年時(shí)按標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防類(丙類)進(jìn)行設(shè)計(jì),框架的抗震等級為二級。按現(xiàn)行規(guī)范,當(dāng)抗震設(shè)防類別提高為重點(diǎn)設(shè)防后,框架抗震等級提高為一級,構(gòu)件的截面內(nèi)力設(shè)計(jì)值相應(yīng)增大,進(jìn)一步保證了“強(qiáng)柱弱梁”、“強(qiáng)剪弱彎”的概念設(shè)計(jì),主要體現(xiàn)在:(1)框架柱端及底層柱下端的彎矩增大系數(shù)由二級的1.5提高為一級的1.7;(2)框架梁端的剪力增大系數(shù)由1.2提高為1.3;(3)框架柱的剪力增大系數(shù)由1.3提高為1.5等。
同時(shí),框架抗震構(gòu)造措施要求也相應(yīng)提高,有些要求甚至是規(guī)范中的強(qiáng)制性條文,主要體現(xiàn)在:(1)框架梁端計(jì)入受壓鋼筋的混凝土受壓區(qū)高度和有效高度之比由不大于0.35降低為0.25;(2)框架梁端截面的底面和頂面縱向鋼筋配筋量的比值,除按計(jì)算確定外,由不小于0.3提高為0.5;(3)框架梁、柱的箍筋最小直徑由8mm提高為10mm;(4)框架柱的軸壓比限制由0.75降為0.65;(5)框架柱截面縱向鋼筋的最小配筋率提高了0.2%等。
參考原設(shè)計(jì)圖紙以及工程質(zhì)量檢測鑒定報(bào)告,計(jì)算發(fā)現(xiàn)幾乎所有的結(jié)構(gòu)構(gòu)件都需要抗震加固,集中體現(xiàn)在框架梁、柱的箍筋不滿足最小直徑要求,部分框架柱軸壓比超限以及縱筋配筋率不滿足最小配筋率要求??紤]到該中學(xué)的教學(xué)任務(wù),加固工程只能在暑假期間進(jìn)行,工期必須保證在兩個(gè)月以內(nèi),本工程綜合比較了多種加固方案,決定采用消能減震的方法。
經(jīng)過對國內(nèi)國外的效能減震裝置市場的考察,本工程選用日本生產(chǎn)的壁式粘彈性阻尼器TRC500T-10(如圖1),阻尼器高度為1360mm,寬度為800mm,厚度僅為240mm。粘彈性材料封裝在固定于上下樓層梁間的鋼板中間,通過利用框架結(jié)構(gòu)的層間變形,粘彈性材料發(fā)生剪切變形,將建筑物的振動能量轉(zhuǎn)換成熱能,從而減小或抑制結(jié)構(gòu)的振動。實(shí)驗(yàn)表明,該阻尼器力學(xué)性能的溫度依存性和頻率依存性較小,在小位移和大位移下都有穩(wěn)定的耗能能力,有較高的減衰性能。
TRC500T-10型阻尼器的粘彈性材料體厚度為10mm,允許的最大剪切變形為300%,最大設(shè)計(jì)位移為30mm,最大設(shè)計(jì)阻尼力為500kN。環(huán)境溫度20℃,結(jié)構(gòu)基本頻率1Hz時(shí),阻尼器基本性能參數(shù)如表1。
工程在教學(xué)樓各層中布置TRC500T-10型阻尼器,在滿足建筑功能、不破壞建筑外立面的前提下,優(yōu)先布置在結(jié)構(gòu)層間位移較大的位置,同時(shí)考慮結(jié)構(gòu)剛度的協(xié)調(diào)性。通過反復(fù)調(diào)整阻尼器的布置方式,最終在首層布置5個(gè)阻尼器,二層布置4個(gè)阻尼器。
2 利用房屋建筑結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)軟件ETABS進(jìn)行抗震驗(yàn)算
本工程利用美國CSI公司開發(fā)研制的房屋建筑結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)軟件ETABS進(jìn)行抗震驗(yàn)算。結(jié)構(gòu)整體驗(yàn)算時(shí)考慮阻尼器在地震作用下的消能減震作用,同時(shí)利用軟件中的鋼筋混凝土框架設(shè)計(jì)模塊,對帶有阻尼器的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了構(gòu)件承載力驗(yàn)算,與原設(shè)計(jì)配筋進(jìn)行比對。教學(xué)樓的結(jié)構(gòu)計(jì)算模型如圖2、圖3所示:
抗震分析計(jì)算時(shí),模型依照原設(shè)計(jì)圖紙建立,荷載按照檢測鑒定報(bào)告施加,粘彈性阻尼器的計(jì)算分析模型采用voigt模型,即等效剛度和等效阻尼模型,在上下框架梁之間設(shè)置并聯(lián)的彈簧單元與阻尼單元,并注意阻尼器局部坐標(biāo)與整體坐標(biāo)的相互關(guān)系。
計(jì)算表明,在多遇地震作用下,設(shè)置粘彈性阻尼器后的結(jié)構(gòu)周期比、位移比、剪重比、層間位移角等均滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。通過對抗震概念設(shè)計(jì)的理解以及和該工程外審單位的溝通,認(rèn)為《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50011-2010)12.3.8條及條文說明中提到的地震影響系數(shù)可以用結(jié)構(gòu)的基底剪力指標(biāo)來表示,消能減震后X向與Y向的基底剪力小于非消能減震時(shí)的50%,結(jié)構(gòu)抗震性能顯著提高。
罕遇地震作用薄弱層的彈塑性變形驗(yàn)算模型假定為:采用剛性樓板假定;所有梁單元具有桿端剛域,其剛域長度統(tǒng)一取為梁柱節(jié)點(diǎn)區(qū)推進(jìn)100mm計(jì)算;柱單元考慮雙向彎曲和軸向伸縮非線性變形;X、Y方向分別采用與設(shè)計(jì)地震力相似的荷載分布對各樓板施加漸增水平靜荷載進(jìn)行推覆分析,頂部最大水平絕對位移300mm。
X向罕遇地震彈塑性分析中,需求譜和能力譜能相交于設(shè)防烈度地震性能控制點(diǎn),該點(diǎn)所對應(yīng)的結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)位移為69.3mm,此時(shí)結(jié)構(gòu)基底剪力約為7024kN,最大層間位移角出現(xiàn)在第1層,為1/162;Y向地震作用下,設(shè)防烈度地震性能控制點(diǎn)所對應(yīng)的結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)位移為53.62mm,此時(shí)結(jié)構(gòu)基底剪力約為6066kN。結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)位移為53.62mm時(shí)結(jié)構(gòu)各層最大層間位移角出現(xiàn)在第2層,為1/225,均滿足現(xiàn)行規(guī)范要求。表明該結(jié)構(gòu)在發(fā)生8度罕遇地震時(shí),不會發(fā)生結(jié)構(gòu)坍塌破壞。
3 結(jié)語
經(jīng)過結(jié)構(gòu)計(jì)算分析與設(shè)計(jì)以及工程實(shí)際的檢驗(yàn),壁式粘彈性阻尼器對框架結(jié)構(gòu)提供的等效阻尼和等效剛度能有效的減小地震作用,提高結(jié)構(gòu)的整體抗震性能,并可適當(dāng)減小結(jié)構(gòu)的抗震構(gòu)造措施的要求,有利于減小加固工程量,縮短施工工期,與傳統(tǒng)的加固方法相比,也具有較好的經(jīng)濟(jì)性。
參考文獻(xiàn)
[1] 趙剛,潘鵬,錢稼茹,林勁松.粘彈性阻尼器大變形
性能實(shí)驗(yàn)研究[A].第十三屆高層建筑抗震技術(shù)交流會
論文集[C].2011.
[2] 建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范(GB 50011-2010)[S].北京:中
關(guān)鍵詞:高層建筑,結(jié)構(gòu)布置,概念設(shè)計(jì)
前言
高層建筑結(jié)構(gòu)要抵抗豎向和水平荷載,在地震區(qū),還要抵抗地震作用。因此,在高層建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),不僅要求結(jié)構(gòu)具有足夠的強(qiáng)度,而且還要求有足夠的剛度,高層建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)具有足夠的延性。這樣才可以在滿足使用條件下能達(dá)到既安全又經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)要求。論文格式。
1 高層建筑平面布置的合理性
(1)結(jié)構(gòu)平面布置必須考慮有利于抵抗水平和豎向荷載,受力明確,傳力直接,力爭均勻?qū)ΨQ,減少扭轉(zhuǎn)的影響。在地震作用下,建筑平面要力求簡單規(guī)則,風(fēng)力作用下則可適當(dāng)放寬。
抗震設(shè)防的高層建筑,平面形狀宜簡單、對稱、規(guī)則,以減少震害。除平面形狀外,各部分尺寸都有一定的要求。首先,平面的長度比不宜過大,L/B一般宜小于6,以避免兩端相距太遠(yuǎn),震動不同步,由于復(fù)雜的振動形態(tài)而使結(jié)構(gòu)受到損害。長矩形平面的尺寸目前一般在70-80M以內(nèi)。
為了保證樓板在平面內(nèi)有很大的剛度,也為了防止或減輕建筑物各部分之間振動不同步,建筑平面的外伸段長度C應(yīng)盡可能小。平面凹人后,樓板的寬度應(yīng)予保證,Z形平面的重疊部分應(yīng)有足夠長度。另外,由于在凹角附近,樓板容易產(chǎn)生應(yīng)力集中,要加強(qiáng)樓板的配筋。在設(shè)汁中,L/R的數(shù)值7度設(shè)防時(shí)最好不超過4;8度設(shè)防時(shí)最好不超過3,C/D的數(shù)值最好不超過1.0.
(2)為了防止樓板削弱后產(chǎn)生過大的應(yīng)力集中,樓電梯間不宜設(shè)在平面凹角部位和端部角區(qū),但建筑布置上,從功能考慮,往往在上述部位設(shè)樓電梯間。如果確實(shí)非設(shè)不可 ,則應(yīng)采用剪力墻筒體予以加強(qiáng)。
(3)在高層建筑周邊設(shè)置低層裙房時(shí),裙房可以單邊、兩邊和三邊圍合設(shè)置,甚至高層主樓置于裙房內(nèi).當(dāng)裙房面積較小,與主樓相比其剛度也不大時(shí),上、下層剛度中心不一致而產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)影響較小,可以采用偏置形式;當(dāng)裙房面積較大,裙房邊長與主樓邊長之比大于1.5時(shí),宜采用內(nèi)置式。
(4) 高層建筑物設(shè)置了伸縮縫、沉降縫或防震縫后,獨(dú)立的結(jié)構(gòu)單元就是由這些縫劃分出來的各個(gè)部分。各獨(dú)立的結(jié)構(gòu)單元平面形狀和剛度對稱,有利于減少地震時(shí)由于扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生的震害。平面不規(guī)則、剛度偏心的建筑物,在地震中容易受到較嚴(yán)重的破壞。因此,在設(shè)計(jì)中宜盡量減小剛度的偏心。如果建筑物平面不規(guī)則、剛度明顯偏心,則應(yīng)在設(shè)計(jì)時(shí)用較精確的內(nèi)力分析方法考慮偏心的影響,并在配筋構(gòu)造上對邊、角部位予以加強(qiáng)。
(5)平面過于狹長的建筑物在地震時(shí)由于兩端地震波輸人有位相差而容易產(chǎn)生不規(guī)則振動,產(chǎn)生較大的震害,平面有較長的外伸時(shí)。外伸段容易產(chǎn)生局部振動而引發(fā)凹角處破壞。需要抗震設(shè)防的A級高度鋼筋混凝上高層建筑,其平面布置宜符合下列要求: 1)平面宜簡單、規(guī)則、對稱、減少偏心,否則應(yīng)考慮扭轉(zhuǎn)不利影響; 2)平面長度不宜過長,突出部分長度L不宜過大,凹角處宜采取加強(qiáng)措施。
(6)抗震設(shè)計(jì)的B級高度鋼筋混凝土高層建筑、混合結(jié)構(gòu)高層建筑及復(fù)雜高層建筑,其平面布置應(yīng)簡單、規(guī)則,減少偏心。
(7)角部重疊和細(xì)腰形的平面圖形,在中央部位形成狹窄部分,在地震中容易產(chǎn)生震害,尤其在凹角部位,因?yàn)閼?yīng)力集中容易使樓板開裂、破壞。這些部位應(yīng)采用加大樓板厚度,增加板內(nèi)配筋設(shè)置集中配筋的邊梁,配置45°斜向鋼筋等方法予以加強(qiáng)。
當(dāng)樓板平面過于狹長、有較大的凹人和開洞而使樓板有過大削弱時(shí),應(yīng)在設(shè)計(jì)中考慮樓板變形產(chǎn)生的不利影響。樓面凹人和開洞尺寸不宜大于樓面寬度的一半,樓板開洞總面積不宜超過樓面面積的30% ;在扣除凹人和開洞后,樓板在任一方向的最小凈寬度不宜小于5M。且開洞后每一邊的樓板凈寬度不應(yīng)小于2M。
(8)抗震設(shè)計(jì)時(shí),當(dāng)建筑物平面形狀復(fù)雜而又無法調(diào)整其平面形狀和結(jié)構(gòu)布置使之成為較規(guī)則的結(jié)構(gòu)時(shí),宜設(shè)置防震縫將其劃分為較簡單的幾個(gè)結(jié)構(gòu)單元。論文格式。
2 高層建筑結(jié)構(gòu)豎向布置的合理性
(1)歷次地震震害表明:結(jié)構(gòu)剛度沿豎向突變、外形外挑內(nèi)收等,都會產(chǎn)生變形在某些樓層的過分集中,出現(xiàn)嚴(yán)重震害甚至倒塌。所以設(shè)計(jì)中應(yīng)力求自下而上剛度逐漸、均勻減小,體型均勻不突變。1995年阪神地震中,大阪和神戶市不少建筑產(chǎn)生中部樓層嚴(yán)重破壞的現(xiàn)象,其中一個(gè)原因就是結(jié)構(gòu)剛度在中部樓層產(chǎn)生突變。有些是柱截面尺寸和混凝土強(qiáng)度在中部樓層突然減小。。有些是由于使用要求而剪力墻在中部樓層突然取消,這些都引發(fā)了樓層剛度的突變而產(chǎn)生嚴(yán)重震害。
(2)抗震設(shè)計(jì)的高層建筑結(jié)構(gòu)。其樓層側(cè)向剛度不宜小于相鄰上部樓層側(cè)向剛度的70%或其上相鄰三層側(cè)向剛度平均值的80 %。結(jié)構(gòu)豎向抗側(cè)力構(gòu)件不宜不連續(xù)樓層的側(cè)向剛度可取地震作用下該樓層剪力和該樓層層間位移的比值。
(3)A級高度高層建筑的樓層層間抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的承載力不宜小于其上一層的80%,不應(yīng)小于其上一層的56.5%.B級高度高層建筑的樓層層間抗側(cè)力結(jié)構(gòu)的承載力不應(yīng)小于其上一層的75%。。(樓層層間杭側(cè)力結(jié)構(gòu)承載力是指在所考慮的水平地震作用方向上,該層全部柱及剪力墻的受剪承載力之和。)
(4)抗震設(shè)計(jì)時(shí),當(dāng)結(jié)構(gòu)上部樓層收進(jìn)部位到室外地面的高度H1與房屋高度H之比大于0.2時(shí),上部樓層收進(jìn)后的水平尺寸B1,不宜小于下部樓層水平尺寸B的0.75倍.。當(dāng)上部結(jié)構(gòu)樓層相對于下部樓層外挑時(shí),下部樓層的水平尺寸B不宜小于上部樓層水平尺寸B1的0.9倍,且水平外挑尺寸A不宜大于4M.
(5)中國建筑科學(xué)研究院的計(jì)算分析和試驗(yàn)研究表明,當(dāng)結(jié)構(gòu)上部樓層相對于下部樓層收進(jìn)時(shí),收進(jìn)的部位越高、收進(jìn)后的平面尺寸越小,結(jié)構(gòu)的高振型反應(yīng)越明顯,因此對收進(jìn)后的平面尺寸加以限制。。當(dāng)上部結(jié)構(gòu)樓層相對于下部樓層外挑時(shí),結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)效應(yīng)和豎向地震作用效應(yīng)明顯,對抗震不利,因此對其外挑尺寸加以限制,設(shè)計(jì)上應(yīng)考慮豎向地震作用影響。
(6)結(jié)構(gòu)剛度沿豎向突變、外形外挑或內(nèi)收等,都會產(chǎn)生某些樓層的變形過分集中,出現(xiàn)嚴(yán)重展害甚至倒塌。所以設(shè)計(jì)中應(yīng)力求使結(jié)構(gòu)剛度自下而上逐漸均勻減小,體形均勻、不突變。論文格式。
(7)頂層取消部分墻、柱而形成空曠房間時(shí),其樓層側(cè)向剛度和承載力可能比其下部樓層相差較多,是不利于抗震的結(jié)構(gòu),應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)的計(jì)算分析,并采取有效的構(gòu)造措施。如采用彈性時(shí)程分析進(jìn)行補(bǔ)充計(jì)算、柱子箍筋應(yīng)全長加密配置、大跨度屋面構(gòu)件要考慮:
1)減小土的重量,降低地基的附加壓力;
2)提高地基土的承載能力;
3)減少地震作用對上部結(jié)構(gòu)的影響。
3、運(yùn)用概念設(shè)計(jì)的思想,也使得結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的思路得到了拓寬。
傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)計(jì)算理論的研究和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)似乎只關(guān)注如何提高結(jié)構(gòu)抗力R,以至混凝土的等級越用越高,配筋量越來越大,造價(jià)越來越高。結(jié)構(gòu)工程師往往只注意到不超過最大配筋率,結(jié)果肥梁、胖柱、深基礎(chǔ)處處可見。以抗震設(shè)計(jì)為例,一般是根據(jù)初定的尺寸、砼等級算出結(jié)構(gòu)的剛度,再由結(jié)構(gòu)剛度算出地震力,然后算配筋。但是大家知道,結(jié)構(gòu)剛度越大,地震作用效應(yīng)越大,配筋越多,剛度越大,地震力就越強(qiáng)。這樣為抵御地震而配的鋼筋,增加了結(jié)構(gòu)的剛度,反而使地震作用效應(yīng)增強(qiáng)。其實(shí),為什么不考慮降低作用效應(yīng)S呢?目前在抗震設(shè)計(jì)中,隔震消能的研究就是一個(gè)很好的例子。隔震消能的一般作法是在基礎(chǔ)與主體之間設(shè)柔性隔震層;加設(shè)消能支撐(類似于阻尼器的裝置);有的在建筑物頂部裝一個(gè)“反擺”,地震時(shí)它的位移方向與建筑物頂部的位移相反,從對建筑物的振動加大阻尼作用,降低加速度,減少建筑物的位移,來降低地震作用效應(yīng)。合理設(shè)計(jì)可降低地震作用效應(yīng)達(dá)60%,并提高屋內(nèi)物品的安全性。這一研究在國內(nèi)外正廣泛地深入展開。在日本,研究成果已經(jīng)廣泛應(yīng)用于實(shí)際工程中,取得良好的經(jīng)濟(jì)、適用效果。而我國由于經(jīng)濟(jì)、技術(shù)和人們認(rèn)識的限制,在工程界還未被廣泛地應(yīng)用。
隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活水平的提高,對建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也提出了更高的要求。發(fā)展先進(jìn)計(jì)算理論,加強(qiáng)計(jì)算機(jī)的應(yīng)用,加快新型高強(qiáng)、輕質(zhì)、環(huán)保建材的研究與應(yīng)用,使建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更加安全、適用、可靠、經(jīng)濟(jì)是當(dāng)務(wù)之急。其中,打破建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的墨守成規(guī),充分發(fā)揮結(jié)構(gòu)工程師的創(chuàng)新能力,是相當(dāng)必要的。因?yàn)樗麄兪墙Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)革命的推動者和執(zhí)行者。這則需要工程界和教育界進(jìn)行共同的努力。推廣概念設(shè)計(jì)思想是一種有效的辦法。
【關(guān)鍵詞】安全性鑒定;抗震性;鑒定;加固措施
0.概況
某中學(xué)校舍抗震設(shè)防烈度為7度,地震加速度為0.1g,建筑場地為Ⅲ類,屬于C類建筑物。該宿舍樓長約45.9m,寬16.9m,高13.65m,建筑面積為3207.75m2,地上4層,磚混結(jié)構(gòu)、鋼筋混凝土條形基礎(chǔ),現(xiàn)澆式鋼筋混凝土樓蓋和屋蓋。該建筑物建于2004年。該宿舍樓為縱橫墻承重結(jié)構(gòu),抗震橫墻最大間距3.9m;縱橫墻布置對稱、沿平面內(nèi)對齊,沿豎向上下連續(xù)、同軸線窗間墻寬度均勻;房屋立面無高差、無錯(cuò)層;房屋盡端無樓梯間;無獨(dú)立磚柱支承;墻體在平面內(nèi)閉合;無削弱墻體;外墻四角,隔開間橫墻與外縱墻交接處,樓梯間四角有構(gòu)造柱,較大洞口處局部無構(gòu)造柱;樓梯段上下端對應(yīng)墻體處無構(gòu)造柱;屋蓋及樓蓋處沿內(nèi)外墻均有圈梁,樓蓋、屋蓋處圈梁最大間距10.5m;承重外墻盡端至門窗洞口邊的最小距離1.0m,不符合承重外墻盡端至門窗洞口邊的最小距離1.20m要求。該宿舍樓標(biāo)準(zhǔn)層平面見圖1。
1.現(xiàn)場檢測情況
經(jīng)過對現(xiàn)場檢測觀察,未發(fā)現(xiàn)明顯缺陷。
砌筑砂漿強(qiáng)度檢測:抽檢每層砌筑砂漿強(qiáng)度,換算值為1.06~
3.13MPa,均不滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度值M5的要求。
黏土磚強(qiáng)度檢測:抽檢每層黏土磚強(qiáng)度,均滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度值MU10的要求。
混凝土強(qiáng)度檢測:抽檢每層混凝土強(qiáng)度,換算值為22.5~
29.1MPa,均滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度值C20的要求。
2.鑒定結(jié)論
2.1采用中國建筑科學(xué)研究院開發(fā)的“PKPM”結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件對該建筑物上部結(jié)構(gòu)承載力進(jìn)行復(fù)核驗(yàn)算。驗(yàn)算結(jié)果顯示,該建筑物一層、二層、三層部分墻體抗震驗(yàn)算不滿足規(guī)范要求;一層部分墻體受壓承載力不滿足規(guī)范要求;混凝土梁承載力滿足規(guī)范要求;基礎(chǔ)承載力滿足規(guī)范要求。
2.2所檢砂漿強(qiáng)度不滿足《建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50023-2009)要求,黏土磚強(qiáng)度、混凝土強(qiáng)度滿足該標(biāo)準(zhǔn)要求;
2.3該工程的安全性等級為Bsu(安全性略低于標(biāo)準(zhǔn)要求,尚不顯著影響整體承載);
2.4適修性評估等級為Br(稍難修,改造后的功能尚可恢復(fù)或接近恢復(fù)功能,適修性尚好,宜予修復(fù)或改造)。
3.加固措施
由于該建筑物一層、二層、三層部分墻體抗震承載力不滿足規(guī)范要求,一層部分墻體受壓承載力不滿足規(guī)范要求,本工程采用雙面鋼筋網(wǎng)水泥砂漿面層進(jìn)行加固,采用M10水泥砂漿,單面面層厚度為40mm。采用φ6@300點(diǎn)焊鋼筋網(wǎng),“S”形拉結(jié)筋φ6@900,施工時(shí),先剔除水平磚縫30mm深,再進(jìn)行抹面。
本工程抗震構(gòu)造措施不足處:洞口寬度大于2000mm時(shí),洞口兩側(cè)加暗柱進(jìn)行加固;樓梯間梯梁下無構(gòu)造柱,采用梯梁下設(shè)暗柱做法進(jìn)行加固;門廳陽角處大梁支承長度不滿足500mm處,增設(shè)順梁方向250mm長的構(gòu)造柱進(jìn)行加固;承重外墻盡端至門窗洞口邊的最小距離1.0m,不符合承重外墻盡端至門窗洞口邊的最小距離1.20m要求,在外墻陽角處加“L”或倒“L”形構(gòu)造柱進(jìn)行加固;新增圈梁通過植筋與原有圈梁連接。
3.1墻肢軸心受壓加固驗(yàn)算
取一層⑤軸與A軸交接處窗間墻體,受壓墻肢寬度b為1500mm,受壓墻肢厚度h′為370mm,墻體單側(cè)水泥砂漿厚度40mm,加固后受壓墻肢厚度h為450mm,墻體兩側(cè)受壓鋼筋面積As′為340mm2,砌體抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值f為1.34MPa,水泥砂漿面層軸心抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fc為3.5MPa,墻肢軸力設(shè)計(jì)值568.5kN(墻肢軸心受壓計(jì)算見圖2)。根據(jù)《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50003-2001)中式8.2.3得,
ρ=A′s/bh=0.05%β=γβH0/h=6.08
ηs=0.9
查表8.2.3得,φcom=0.93φcom(fA+fcAc+ηsf′yA′s)=1118kN>568.5kN,滿足規(guī)范要求。
3.2墻肢抗震加固驗(yàn)算
采用鋼筋網(wǎng)水泥砂漿面層雙面加固,面層厚度為40mm,面層砂漿強(qiáng)度為M10,鋼筋網(wǎng)直徑為6,網(wǎng)格尺寸為300mm×300mm。原墻體厚度tw0為240mm(內(nèi)墻)、370mm(外墻),原墻體的抗震抗剪強(qiáng)度設(shè)計(jì)值fvE為0.12MPa。由《建筑抗震加固技術(shù)規(guī)程》(JGJ116-2009)中表5.3.2-1得,面層加固基準(zhǔn)增強(qiáng)系數(shù)η0:一層:1.65,代入公式:
ηpij=240tw0η0+0.075tw0240-1/fvE
經(jīng)計(jì)算,原墻厚為240mm時(shí),ηPij=1.65;原墻厚為370mm時(shí),ηPij=1.28。
首先,驗(yàn)算一層墻體,370mm厚墻體中最不利墻段的抗力與效應(yīng)之比為0.88,墻體加固后的抗震驗(yàn)算結(jié)果為:ηPij×原墻段抗震驗(yàn)算結(jié)果,即0.88×1.28=1.12>1,滿足規(guī)范要求。
其次,驗(yàn)算一層墻體,240mm厚墻體中最不利墻段的抗力與效應(yīng)之比為0.88,墻體加固后的抗震驗(yàn)算結(jié)果為:ηPij×原墻段抗震驗(yàn)算結(jié)果,即0.88×1.61=1.41>1,滿足規(guī)范要求。
由此可得,二層、三層墻體均滿足規(guī)范要求!
4.結(jié)論
4.1從設(shè)計(jì)方面,對中小學(xué)校建筑的抗震設(shè)防應(yīng)充分重視,選型要合理,嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)規(guī)范執(zhí)行。
4.2從施工方面,嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙施工,加強(qiáng)施工管理,保證工程質(zhì)量是關(guān)鍵。
參考文獻(xiàn):
[1]曹玉生,李奉閣.豎向配筋磚砌體抗震性能試驗(yàn)研究及有限元分析[J].工程抗震.2001,(02).
[2]唐家祥.建筑隔震與消能減震設(shè)計(jì)[J].建筑科學(xué).2002,18(01).
懸挑,甚至通窗效果等,必將大大削弱房屋的抗震能力。
關(guān)鍵詞:磚混結(jié)構(gòu) 抗震
中圖分類號:S611文獻(xiàn)標(biāo)識碼: A
磚混結(jié)構(gòu)是我國目前房屋建筑的主要結(jié)構(gòu)類型之一,一般作為居住、辦公、學(xué)校和醫(yī)院等民用與公共建筑,約占民用與公共建筑的80%以上。在今后相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)仍具有十分廣泛的應(yīng)用價(jià)值,這種結(jié)構(gòu)的抗震性能好壞直接關(guān)系到人民群眾的生命和財(cái)產(chǎn)安全。汶川地震發(fā)生以后,我國的《抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》、《建筑工程抗震設(shè)防分類標(biāo)準(zhǔn)》做出了相應(yīng)的修改調(diào)整,使人們對建筑物的抗震性能更加重視,其中對新建磚混結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求更加嚴(yán)格。另外,我國抗震加固工作雖然已經(jīng)取得了很大的成績,但由于我國處于世界上兩個(gè)最活躍的地震帶上,地震區(qū)分布廣、震源淺、強(qiáng)度大,建筑物抗震能力低,因此抗震加固的任務(wù)仍非常艱巨,同時(shí),由于部分區(qū)域抗震設(shè)防烈度從6度提高到7度,因此,原先按6度設(shè)防的還需進(jìn)一步抗震設(shè)防。總的來看,在全國范圍內(nèi),不包括廣大農(nóng)村地區(qū),目前全國仍有近1/3的應(yīng)加固工程尚未進(jìn)行抗震加固。
一、查閱相關(guān)文獻(xiàn)分析國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、發(fā)展動態(tài)
目前,我國已有的震害預(yù)測方法分為歷史震害統(tǒng)計(jì)、模糊類比、半經(jīng)驗(yàn)半理論、專家評估、結(jié)構(gòu)計(jì)算、動態(tài)分析等6種方法。Pushover方法是正在發(fā)展的一種簡化結(jié)構(gòu)計(jì)算方法。此法的原理是通過在結(jié)構(gòu)分析模型上施加某種可模擬地震水平慣性力的側(cè)向分布力,并逐漸單調(diào)增大,使結(jié)構(gòu)從彈性階段開始,經(jīng)歷開裂、屈服、直至達(dá)到某一破壞標(biāo)志或者當(dāng)結(jié)構(gòu)成為機(jī)構(gòu)時(shí)為止,來分析結(jié)構(gòu)的薄弱位置及其它非線性狀態(tài)的反應(yīng),以判斷在未來可能地震作用下結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的變形能力是否滿足設(shè)計(jì)及使用功能的要求。
傳統(tǒng)的墻體材料主要是燒結(jié)粘土磚,燒結(jié)粘土磚在我國有著悠久的生產(chǎn)與使用歷史,目前仍是我國主要的墻體材料之一。燒結(jié)粘土磚的生產(chǎn)耗能大,破壞土地,污染環(huán)境,因此,從可持續(xù)發(fā)展、節(jié)能環(huán)保的角度出發(fā),我國于2005年在全國范圍內(nèi)取締燒結(jié)粘土磚。然而由于我國人口的80%都在農(nóng)村,經(jīng)濟(jì)尚不富裕,燒結(jié)粘土磚比新型墻體材料在價(jià)格上有很大的優(yōu)勢,應(yīng)用燒結(jié)粘土磚建房的仍然很多。
經(jīng)過幾十年的發(fā)展,我國的墻體材料由單一的燒結(jié)粘土磚、毛石、土坯發(fā)展為磚、塊、板三大類。目前的新型墻體材料主要有蒸壓灰砂磚、加氣混凝土砌塊、石膏纖維板鋼絲網(wǎng)架水泥夾芯板等。新型墻體材料的發(fā)展,不但減輕了容重,加快施工速度,提高勞動生產(chǎn)率,保溫、隔熱、防火性能也大大改善,其中相當(dāng)一部分品種還屬于綠色建材。
雖然新型墻體材料代替實(shí)心粘土磚是墻體材料革新發(fā)展的趨勢,但新型墻體材料仍然存在一些問題,制約了其推廣使用。
二、磚混結(jié)構(gòu)抗震性能研究
1.研究了影響墻體剪切強(qiáng)度的各種因素,提出了適合我國磚混結(jié)構(gòu)材料的墻體剪切強(qiáng)度的各種因素,提出了適合我國各種磚混結(jié)構(gòu)材料的墻體剪切強(qiáng)度計(jì)算公式;
2. 在試驗(yàn)室里成功地再現(xiàn)了磚混構(gòu)件地震破壞現(xiàn)象并初步研究了墻體的破壞機(jī)理
3. 系統(tǒng)地研究了墻體的恢復(fù)力特性。這些研究成果提供了關(guān)于我國磚混結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)抗震性能的完整而豐富的資料,促進(jìn)了磚混結(jié)構(gòu)在地震區(qū)的發(fā)展和應(yīng)用,并成為我國磚混結(jié)構(gòu)抗震分析與設(shè)計(jì)的重要基礎(chǔ),為編制我國抗震設(shè)計(jì)規(guī)范提供了科學(xué)依據(jù)。但是下列問題仍有待進(jìn)一步改進(jìn)和探討:
(1)磚混結(jié)構(gòu)抗震破壞機(jī)理的研究應(yīng)繼續(xù)深入;
(2)在改進(jìn)磚混結(jié)構(gòu)的抗震性能,提高其變形能力方面進(jìn)一步積累試驗(yàn)資料,為設(shè)計(jì)計(jì)算提供可以應(yīng)用的數(shù)據(jù)
(3)對已建磚混結(jié)構(gòu)合理的抗震加固處理方案。目前國外磚混結(jié)構(gòu)研究的最新動態(tài)和發(fā)展趨勢主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:
磚混結(jié)構(gòu)材料基本性質(zhì)的研究,如彈性常數(shù)的取值、粘結(jié)機(jī)理、抗壓強(qiáng)度、應(yīng)力應(yīng)變曲線、蠕變和材料性質(zhì)等。
磚混結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)理論的研究,進(jìn)一步研究砌體結(jié)構(gòu)的破壞機(jī)理和受力性能,通過物理與數(shù)學(xué)模型,建立精確而完善的磚混結(jié)構(gòu)理論,是全世界所關(guān)注的課題。
磚混結(jié)構(gòu)理論向數(shù)值模擬分析方向發(fā)展,這可能是一個(gè)全新的課題。現(xiàn)在國外正在加緊研究數(shù)值分析方法的新理論。如用有限元方法對砌體結(jié)構(gòu)在集中荷載、分布荷載、動力荷載和地震作用下進(jìn)行線性、非線性分析:用板殼單元模擬墻體受火作用的彎曲現(xiàn)象:用離散單元法分析磚砌拱的破壞機(jī)理,模擬磚混結(jié)構(gòu)的軟化等,正引起國際學(xué)術(shù)界的關(guān)注。 本課題的研究成果應(yīng)能夠指導(dǎo)新建磚混結(jié)構(gòu)建筑物的抗震設(shè)計(jì),使新建的磚混建筑在滿足現(xiàn)行規(guī)范的前提下,抗震性能更加完善,構(gòu)造措施更加合理,同時(shí)對已有磚混結(jié)構(gòu)建筑物提出更加合理的加固處理方案,使處理方案更加具有普遍性和可操作性,更加具有經(jīng)濟(jì)性。
三、目前多層磚房抗震設(shè)計(jì)中存在的主要問題
(1)城市住宅磚房建設(shè)中,房屋超高或超層時(shí)有發(fā)生,尤其是底層為“家?guī)У辍钡拇u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(jié)構(gòu)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(nèi)框架結(jié)構(gòu)。有的僅將構(gòu)造柱和圈梁局部加大,當(dāng)作框架結(jié)構(gòu)。
(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(kuò)客廳面積;部分“局部尺寸”不滿足要求時(shí),有的不采取加強(qiáng)措施,有的采用增大截面及配筋的構(gòu)造柱替代磚墻肢;住宅磚房中限于場地或“造型”,布置成復(fù)雜平面,或縱、橫墻沿平面布置多數(shù)不能對齊,或墻體沿豎向布置上下不連續(xù)等等。
(4)多層磚房抗震設(shè)計(jì)中,未作抗震承載力計(jì)算的占多數(shù),加之缺乏工程經(jīng)驗(yàn),使相近的多層磚房采用的砌體強(qiáng)度等級相距甚遠(yuǎn)。
(5)多層磚房抗震設(shè)計(jì)中,所采取的抗震措施區(qū)別較大。構(gòu)造柱和圈梁的設(shè)置:多數(shù)設(shè)計(jì)富余較大,部分設(shè)計(jì)設(shè)置不足(含大洞口兩側(cè)未設(shè)構(gòu)造柱);抗震連接措施:多數(shù)設(shè)計(jì)不完整或未交待清楚,有的設(shè)計(jì)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。
四、多層磚房抗震設(shè)計(jì)意見
我國建筑抗震設(shè)防的目標(biāo)是三個(gè)水準(zhǔn)。多層磚房可通過一階段設(shè)計(jì)達(dá)到下列要求:滿足抗震承載力要求,房屋可“小震不裂”;滿足結(jié)構(gòu)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(shù)及構(gòu)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(shè)計(jì)質(zhì)量,主要有以下方面內(nèi)容
1.抗震概念設(shè)計(jì)房屋的高度和層數(shù)、它的結(jié)構(gòu)體系、和平、立面布置
2.抗震計(jì)算抗震計(jì)算是抗震設(shè)計(jì)的重要組成部分,是保證滿足抗震承載力的基礎(chǔ)。多層磚房的抗震計(jì)算,可采用底部剪力法。對平面不規(guī)則和豎向不規(guī)則的多層磚房,宜采用考慮地震扭轉(zhuǎn)影響的分析程序。目前,多層磚房的抗震設(shè)計(jì)中,不作抗震驗(yàn)算是較普遍的現(xiàn)象,這樣就必然存在一是不安全二是浪費(fèi)的問題。
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(shè)計(jì)”的關(guān)鍵。
五、結(jié)語
多層磚房在城鄉(xiāng)建設(shè)中量大面廣,又是人類活動和生活的主要場所。因此,加強(qiáng)多層磚房抗震設(shè)計(jì),重視多層磚房抗震設(shè)計(jì)中的三個(gè)環(huán)節(jié),就能使多層磚房的地震破壞降低到最低限度。
參考文獻(xiàn)
【關(guān)鍵詞】滑移減震、石墨助滑劑、錯(cuò)動位移。
1滑移減震建筑適應(yīng)工程抗震技術(shù)的發(fā)展
1.1震災(zāi)的嚴(yán)重性
本世紀(jì)世界陸地7級以上地震,中國有66次占1/3,人口死亡200多萬,中國有115萬占1/2。在最近期的1978年唐山大地震中死24萬,死傷40萬,經(jīng)濟(jì)損失100億人民幣。在國內(nèi)的各種災(zāi)害中,屬災(zāi)死人占54%。經(jīng)濟(jì)損失占6%。
1.2震災(zāi)預(yù)報(bào)的艱難性
至今世界上發(fā)生了無數(shù)次的大小地震,據(jù)資料介紹,只有海城與墨西哥兩次地震的臨震預(yù)報(bào)稍準(zhǔn),由于中長期預(yù)報(bào)不準(zhǔn),海城與墨西哥城的建筑物損壞與震災(zāi)還是嚴(yán)重的。關(guān)于地震發(fā)生的機(jī)理目前總說紛壇,例如,斷裂帶錯(cuò)動、地殼板塊插入、整板變形斷裂,學(xué)說越多說明可靠的學(xué)說尚未形成。日本是震災(zāi)較多,研究地震機(jī)理及預(yù)報(bào)人員最多、水平最高的國家,可是1995年1月17日偏偏在其預(yù)報(bào)安全區(qū)西部的阪神發(fā)生大地震,死5oo0多人,經(jīng)濟(jì)損失1000億美元,全國一遍震驚。因此在1994年在西班牙召開的國際地震會議上有關(guān)專家指出,目前地震是不可預(yù)報(bào)的,因此各國應(yīng)將重點(diǎn)放在建造耐震的建筑上。
1.3如何吸取唐山大震的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)
海城地震后,天津市有些工程搞了抗震加固。在唐山大地震時(shí),這些加固過的工程表現(xiàn)了明顯的耐震性能,因此唐山地震后全國開始了大規(guī)模的現(xiàn)有建筑抗震加固與新建建筑抗震設(shè)防工作。我國的抗震設(shè)防是按地區(qū)設(shè)防烈度劃分等級的,例如按六度設(shè)計(jì)的房屋的設(shè)防目標(biāo)是:遭迂從值烈度(5.5度)時(shí)建筑不損壞;遭迂基本烈度(7度)時(shí)建筑有些損壞,但可修復(fù)使用;遭遇罕遇地震(8度強(qiáng))時(shí),破壞嚴(yán)重,但下例塌。海城地震時(shí)海城是9度,唐山地震時(shí)唐山中心區(qū)是10度。7度設(shè)計(jì)的房屋迂海城、唐山那樣的9度、10度大震就要破壞倒塌了。全國把大多數(shù)地區(qū)均劃為七度、六度區(qū),由于經(jīng)濟(jì)的原因及技術(shù)的困難,尚無法按10度的條件設(shè)計(jì)這些地區(qū)的房屋結(jié)構(gòu),因此無法避免唐山地震的悲劇重演。我國地震工程科技人員尋找新的方法,也就是開始研究隔震、減震。消能與控制技術(shù),從”硬抗”轉(zhuǎn)到“軟消”。我院滑移減震建筑技術(shù)就是在這種形勢下從1985年開始列題研究的項(xiàng)目。
2滑移減震技術(shù)研究的主要成果及水平
為了避免唐山大地震的悲劇重演,為了尋求抵御十度大震的建筑技術(shù),在1985年開展了滑移減震技術(shù)的研究。從1985年至1990年為項(xiàng)目研究,以機(jī)理為主;第二階段1995年至1997年結(jié)合試點(diǎn)建筑,進(jìn)行設(shè)計(jì)、構(gòu)造及施工等配套技術(shù)研究。
2.1項(xiàng)目研究成果
(1)石墨是較理想的助滑劑材料:它耐久、構(gòu)造簡單、適宜的上部結(jié)構(gòu)抗震構(gòu)造與適宜的最大錯(cuò)動位移值。
(2)最大錯(cuò)動位移是54mm;殘存錯(cuò)動位移小于20mm;
(3)高寬比控制為2,能保證只滑不搖擺;
(4)能起到保險(xiǎn)絲作用,滑譽(yù)減震房7度強(qiáng)時(shí)起滑,10度時(shí)上部建筑只滑不破壞倒塌。
1990年經(jīng)全國著名抗震專家宋秉譯、周福霖、劉季、李桂肴、霍自正等組成的鑒定委員會鑒定認(rèn)為課題成果具有重大的社會效益與經(jīng)濟(jì)效益,成果的廣度和深度達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)水平,有關(guān)計(jì)算參數(shù)均可為滑移減震消能多層磚房的設(shè)計(jì)提供依據(jù)。
然后根據(jù)研究報(bào)告編寫的論文在第十屆世界地震工程會議(西班牙)與國內(nèi)“建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào)”上發(fā)表。均獲較高評價(jià)。
2.2試點(diǎn)建筑的研究成果
(1)上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)安全度,橫墻安全度是相應(yīng)按7度抗震設(shè)計(jì)的1.5倍;縱墻是1.8倍。這與遼寧地區(qū)目前7度區(qū)的七層磚混住宅結(jié)構(gòu)相當(dāng);
(2)配套研究了上、下水管、煤氣管及暖氣管穿過滑移層的柔性接頭或柔性構(gòu)造;
(3)構(gòu)造簡單施工方便;
(4)采用挖孔樁基礎(chǔ)時(shí),由于樁的配筋減少使總造價(jià)不增加;采用其它基礎(chǔ)時(shí)總造價(jià)增加較少。
試點(diǎn)建筑研究成果在1997年經(jīng)楊玉成、梁發(fā)云與省內(nèi)專家組成的鑒定委員會鑒定,認(rèn)為該試驗(yàn)建筑可達(dá)到相當(dāng)于6一7度地震不壞,7度強(qiáng)地震時(shí),滑動層剛開始動作,9~10度地震時(shí)下倒塌。這是一項(xiàng)防止房屋倒塌、減輕地震災(zāi)害的有效的創(chuàng)新途徑。用石墨作分隔層材料建成六層住宅在國內(nèi)、國際上屬首創(chuàng)。
3滑移減震建筑在市場中經(jīng)過檢驗(yàn)得到房產(chǎn)育及用戶歡迎
(1)同行專家認(rèn)可——技術(shù)上過硬;
(2)政府部門支持——適合我國、我省情況;
(3)符合市場法則一一房產(chǎn)商能掙錢;用戶歡迎。
滑移減震建筑技術(shù)就是闖過以上三關(guān)于1998年進(jìn)入遼寧市場,并獲得了成功。
3.1同行專家認(rèn)可
研究項(xiàng)目及試驗(yàn)性建筑的兩次鑒定會文件及有關(guān)于中、外重要學(xué)術(shù)會議及國內(nèi)重要刊物均表明該項(xiàng)成果的學(xué)術(shù)水平是高的,獲得了同行專家的認(rèn)可與好評。
3.2政府部門支持
滑移減震研究項(xiàng)目經(jīng)1990年至1995年近5年等停后,在全國橡膠墊隔震技術(shù)發(fā)展的形勢促進(jìn)與1995年初日本阪神地震震災(zāi)的推動下,我于1995年5月給原遼寧省省長聞世震寫了一封信,呼吁”我省應(yīng)加快新型建筑隔震技術(shù)的發(fā)展”省長很重視批示支持,省建設(shè)了廳長也批示支持,隨之?dāng)M定了推廣規(guī)劃,并具體落實(shí)到遼寧省建設(shè)事業(yè)“九五”科技成果重點(diǎn)推廣項(xiàng)目和2010年科技成果轉(zhuǎn)化規(guī)劃綱要中。這就為項(xiàng)目的應(yīng)用獲得了可靠的紅頭文件。
3.3符合市場法則
因?yàn)榈卣痤A(yù)報(bào)不準(zhǔn),而按預(yù)報(bào)劃分的烈度設(shè)計(jì)抗震建筑,其安全性不高的現(xiàn)實(shí)不但科技人員明白,一般百姓亦理解。因此1997年夏季在遼寧省錦州市,1998年春季在丹東市當(dāng)有地震傳言時(shí)、百姓就人心慌慌,盡力想法躲避。錦州屬下的凌海市與丹東屬下的東港市有的房產(chǎn)公司抓住百姓的怕震心態(tài),建了一些現(xiàn)澆樓板的磚混住宅,造價(jià)增加40一50元/m2,但有購房自的百姓還是爭先選購了此種住宅。
滑移減震建筑技術(shù)就是在這種百姓對現(xiàn)有抗震建筑心有余悸,并且自己有了購房權(quán),可以購買優(yōu)質(zhì)優(yōu)價(jià)房的形勢下于1998年走進(jìn)市場的、在東港市及海城市推廣了約六萬平方米,當(dāng)年建成3萬平方米。經(jīng)幾棟樓的施工實(shí)踐,采用滑移減震技術(shù)后,房屋價(jià)格僅增加12一20元/m2,每戶也只增加1000多元。因此滑移減震建筑深受房產(chǎn)商與用戶歡迎。
在1998年12月初在東港市召開的”遼寧省滑移減震建筑現(xiàn)場技術(shù)交流會”上,省建設(shè)廳領(lǐng)導(dǎo)認(rèn)為滑移減震技術(shù)應(yīng)成為建筑業(yè)的新增長點(diǎn)。目前政府與群眾積極性均很高:領(lǐng)導(dǎo)重視、地方支持、專家認(rèn)可與有震情百性需要,因此這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)開始成熟,可以走向市場,經(jīng)濟(jì)實(shí)用性較高。房建公司的經(jīng)理認(rèn)為這項(xiàng)技術(shù)施工方便,造價(jià)增加較少,耐震概念易懂,滑移減震建筑技術(shù)是加快住宅業(yè)更新?lián)Q代,使之更好地為人民免災(zāi)造福。