工民建结构设计中的抗震设计分析

工民建结构设计中的抗震设计分析

上海林同炎李国豪土建工程咨询有限公司上海200092

摘要:随着我国建筑业不断崛起,房屋建筑日益增多,房屋建筑质量问题及使用寿命近年来备受人们瞩目,地震灾害带来的危害又显得尤为突出。本文结合建筑房屋抗震设计中所出现的问题重点分析如何提高建筑物抗震能力做出相关见解。

关键词:建筑设计;抗震结构;设计分析

引言

有关建筑工程的抗震设计已经引起了世界各地的高度认识,它对人们的生产生活有着重要的影响。在建筑设计的过程中,设计人员要重视抗震方面的问题并采取有效的措施来降低地震对建筑工程的破坏,进而保障人们的切身利益。

一、关于建筑结构抗震内容的具体概述

在我国传统的建筑结构设计理念之中,对于建筑结构抗震方面的具体要求,在实际的抗震设计过程中可以采用何种设计变量来满足所设计出的建筑物对于建筑结构抗震的要求,应该首先要根据所设计的建筑物结构的自身类型、建筑设计物对于不同区域中地震反应的独特性质、以及建筑物在设计中地震破坏模式等多种建筑结构设计因素综合进行考虑。建筑结构体系的合理选择是建筑结构设计中应该考虑到的一个重要问题,建筑结构设计师对于建筑结构设计方案的选取是否合理,对安全性和经济性起决定的作用。

在我国现行的抗震规范中,在多遇地震作用下对高层建筑的抗震的计算要求利用反应谱理论,并采用弹性方法对建筑结构的位移和内力进行计算,同时在建筑结构的设计过程中采用极限状态的方法来进行。面对有特殊要求或很重要的建筑计算,需要时程分析法及上述计算方法再对其进行补充,并以罕遇地震作用为基础,对其进行的变形验算。与此同时,规范还要求设计建筑弹塑性变形结构时,采用在罕遇地震作用为基础上进行的弹塑性分析方法。

结构弹塑性分析主要由两大类组成,其中包括弹塑力静力分析和弹塑性动力。前者是利用层模型和杆模型等简化后的结构模型来进行计算。层模型比较适合用于对多条地震波作用的计算以及宏观检验。但是不管是层模型还是杆模型,地震波都会对利用弹塑性动力分析计算得出的结果产生影响,而月计算得出的答案不止一个,难以判断真假。弹塑性静力分析方法虽然不是创新方法但是具备很多优点:能够充分的掌握和了解建筑结构中各构件承载力和内力之间,以及各杆件之间承载力的关系;对与强柱弱梁的符合状态进行检查,及时发现和处理设计中的薄弱位置,同时还可以收获来自不同受力阶段的侧移变形。只有初始楼层水平荷载的分布能对其产生影响,只要结构不变,其分析结果就不会随着地震波的影响而发生改变。

二、建筑结构抗震设计的基本原则

1.1建筑结构的规则性

为了保证建筑的可靠性以及其所承载的力量的分布均匀,在进行建筑结构设计过程中,一定要尽量保证建筑结构的规则性,并且也要使抗侧力结构尽量保证简单化。在选择建筑结构平面布置图形时,应该选择较为规整的图形,因为只有规则的图形,才能使建筑在面对地怎发生时所带来的承载力的均匀分布。对于小规则的建筑结构平面,应该尽量避免,因为小规则的建筑平面容易造成建筑结构质心与钢心间的交错,这样的建筑在面对地震时,容易产生钢心距离较大,刚性小足,最终建筑将会面临倒塌的危险。

1.2.提高结构的延性。

结构的延性可定义为结构在承载力无明显降低的前提下发生非弹性变形的能力。结构的延性反映了结构的变形能力,是防止在地震作用下倒塌的关键因素之一。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。而结构延性和耗能的大小,取决于构件的破坏形态及其塑化过程,弯曲构件的延性远远大于剪切构件,构件弯曲屈服直至破坏所消耗的地震输入能量,也远远高于构件剪切破坏所消耗的能量。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。始终遵循“强柱弱梁,强剪弱弯、强节点、弱锚固”原则。构件的破坏和退出工作,使整个结构从一种稳定体系过渡到另外一种稳定体系,致使结构的周期发生变化,以避免地震卓越周期长时间持续作用引起的共振效应。

1.3抗震防线的设置

建筑工程的结构体系包括很多的结构分体,这些结构分体进行协调合作,进而降低地震对建筑物的影响。有些地震在发生之后还伴随着很多次的余震,并且余震的级别不一,所以设计人员要设计多道抗震的防线,以此来保证建筑物尽量不受余震的影响。抗震的防线要通过有效的方式安置在结构在内外部,设计人员还要尽最大努力来处理结构刚和柔的关系,进而提高建筑物抵抗地震的能力。

三、建筑抗震设计中的问题

1.结构体系选择

第一、结构体系需要避免对建筑整体抗震产生不利影响。在进行设计的时候,需要考虑不能因为部分结构的破坏而导致整个建筑结构抗震能力下降或者丧失。即使某一构件停止工作,但是其它的构件却不能失去效能,以免影响整个建筑物的抗震能力。第二、结构体系需要有明确的计算简图和合理的地震作用传播途径。第三、结构体系需要具备必要的承载能力,良好的变形能力和消耗地震能量的能力。由于钢筋混凝土结构具有上述良好的能力,所以在建筑结构设计中,需要使用钢筋混凝土结构。第四、结构体系需要具有合理的刚度和强度。需要具有合理的刚度和强度分布,避免因局部的变形或者削弱而形成薄弱部位,产生过大的应力集中或者塑性变形集中。此外,对于有可能出现的薄弱部位,需要采取相应的加固措施,以提高建筑结构抗震能力。

2.地展力问题

对高层建筑进行方案设计时,都要面临地展力的问题。在抗震方案设计控制方面主要考虑的是水平地震力产生的内力。高层建筑具有更多的建筑结构体系,在地震强度不超过8级的情况下,钢筋混凝土框架可以用于体型合理、刚度和质量匀称的不超过9层的建筑物。在实际施工过程中,高层建筑结构体系有很大的韧性,另外设计师考虑到商业因素会有设计不合理的地方,所以高层建筑先天性存在抗震能力不足之处。临街一面底层侧移刚度小于第二层,钢筋砼框架柱承担了大部分的地震倾覆力矩,地震发生后上刚下柔的结构不利于高层建筑的抗震性,这是建筑方案设计者需要解决的难题。

3.短柱和轴压比在设置过程中所存在的问题

在很多高层建筑在施工的过程中,为了保证控制柱的轴压比例,促使柱的断面增大,这种情况即使采用高强度的混凝土也不能进行有效的缓解。限制柱轴压比在作用是为了使柱子在偏压状况下,避免产生屈服的状况,进而造成混凝土被压碎,导致结构的延性变差,进而影响建筑物的抗震能力。

四、提高建筑物抗震能力的策略

1.选择合理的结构布置方案

在抗震结构的概念设计中,十分重视结构布置方案。从减震的角度看,结构的平而布置应力求简明但适当的减震措施亦可使复杂的结构得以实现。此外,抗震概念设计排斥抗震缝。利用抗震缝将结构划分成若干子结构,通过给每个子结构施加侧向约束,利用抗震缝中的吸能器消耗子结构的能量,从而形成了结构联合振动控制体系,吸能器为结构提供水平控制作用,往往可以大幅度地降低结构振幅.。

2.建筑物基础设置隔震装置减震

这一种隔震措施主要是在建筑物的基础与上部建筑之间设置特殊装置,减少地震向上传递,最高可减少地震对建筑物传递能量的2/3,但是,这种措施的缺陷是不适用于高层建筑,因为在高层建筑设置这种装置会延长建筑结构自身的自振周期,起不到减小地震对建筑物损害的目的。通常采用的办法有:摩擦滑移隔震、粘弹性隔震等几种,设置的装置有橡胶垫、混合隔震装置等。

3.无粘结支撑体系减震问题

无粘结支撑体系是建筑物结构减震体系中最为机敏的一种,这种体系主要是通过科学设计,使内核钢和外包钢管之间无粘结且可形成能够自由滑移的一个层面,在地震发生时,通过内外钢之间的配合作用而消耗地震能量。但是,这种设计的弊端是在设计和有关部件的计算方面要求非常严格。在这个体系中,建筑物的重量主要由内钢来承担,外钢主要起到配合和辅助作用,还可以防止内钢弯曲变形。

4.采用合理的结构形式

砖混结构、钢筋混凝土结构、钢-混凝土组合结构、钢结构是我国现在的建筑比较常用的结构形式。在选择结构形式时,可以按照地区性和设防烈度的不同来选择适合的结构形式,同时还要考虑到建筑的功能要求和抗震要求来合理的选择。由于钢筋混凝土结构体系具有类型的差异性,各种不同的构件和其组成方式,使得它们具有各种不同的受力特点,因此在抗侧移刚度方面也具有很大程度上的差异,所以在使用时的高度也是各不相同的,需要进行合理的设置。

5.对结构的自重进行弱化

在地基条件相同的情况下,设计人员对建筑进行抗震结构的设计。如果在设计的过程中能够降低结构的自重,那么便可以合理的增加建筑的层数,进一步的控制成本,这种作用在软土地基的情况下会更加的明显。另外建筑的质量会直接影响地震的效应,如果建筑物的层数过多,那么在地震的作用下,就会增加坍塌的危险。为了尽可能的缓解这一现象,可以用轻质材料来减轻控制结构本身的重量。我国现代的建筑行业对建筑的抗震性能提出了更高的要求,我们要根据预期的地震作用来控制变形能力。在进行设计的过程中,要关注构建的承载力,并通过参数关系来确定构建的最终值。

结语

综上所述,工民建工程的安全生产及质量控制始终是施工建设时期永恒不变的重要课题。同样,抗震结构设计作为保障工民建结构安全与耐久性的有力控制途径,因此就需要设计团队能够综合考虑项目承载能力、选址地点等设计因素的综合考虑,以保障人们财产安全,使项目创造出丰厚的社会效益,促进建筑产业徜徉发展。

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