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每棟建筑物都是一個空間結構體,在荷載作用下各構件并非是以脫離體系的單一構件獨自工作,而是以相當復雜的方式共同工作,精確計算其作用和受力是相當困難的,在計算地震作用時尤其如此,由于地震作用下的結構構件受力狀態(tài)的復雜性及不確定性、人們對地震時結構響應認識的局限性和模糊性、理論計算中的假定與實際情況的差異性,注定了在現階段無論計算工具再如何發(fā)展,計算過程再如何嚴格,其結果也只能是一種比較粗略的估計,甚至有時還根本無法計算。顯然在結構設計中,僅依靠現有理論進行抗震計算往往不能滿足結構安全性、可靠性的要求,無法達到預期的設計目標。因此在不確定因素眾多,受力狀況復雜的結構抗震設計中,抗震概念設計的提出和應用就顯得尤為重要了。
二、結構抗震概念設計的涵義
所謂抗震概念設計,一般是指不經過計算,尤其在難以做出精確理性分析或在規(guī)范中難以規(guī)定的問題中,依據整體結構體系與分結構體系之間的力學關系、結構破壞機理、震害、實驗現象和工程經驗中所獲得的基本設計原則和設計思想,從總體的角度來進行建筑結構的總體布置和抗震細部措施的宏觀控制,從而從根本上保證結構的抗震性能。
三、結構抗震概念設計的基本原則和具體要求
(一)建筑場地的選擇
地震造成建筑的破壞,除地震動直接引起結構破壞以外,還有場地條件的原因,諸如:地震引起的地表錯動與地裂,地基土的不均勻沉陷、滑坡和土體液化等。因此選擇有利于抗震的建筑場地是減輕建筑物地震災害的第一道重要工序。(二)建筑物的平面、立面及豎向剖面的布置建筑物平面和立面的規(guī)則性是抗震概念設計中需要考慮的一個重要因素。規(guī)則的建筑方案體現在:建筑物的平面布置基本對稱;結構體型簡單;抗側力體系的剛度和承載力上下變化連續(xù)、均勻。因為,簡單、對稱的結構容易估算其在地震時的反應,容易有針對性的采取抗震措施并對其進行細部處理。因此,這就要求建筑專業(yè)的設計人員具有一定的抗震知識素養(yǎng),應該對所設計的建筑的抗震性能有所估計,避免采用抗震性能差的嚴重不規(guī)則的設計方案。
(三)結構體系的確定和結構布置
結構體系的確定是結構設計中頭等重要的大事。結構設計時應通過綜合分析使結構體系盡量合理且經濟,應優(yōu)先采用抗震能力強、延性好、耗能能力強、便于施工且具有多道防線的結構體系(如框架-剪力墻結構,框架-筒體結構,設置耗能連梁的剪力墻結構等),避免采用抗震能力較低的結構體系(如板柱-剪力墻結構,單跨框架結構等),尤其應避免采用看似“合法”(符合規(guī)范)但不合理的結構體系(如當房屋高度接近規(guī)范框架結構類適用高度上限時,仍采用框架結構,震害表明,框架結構的側向剛度較小,整體性較差,結構的抗震性能較差,此情況下應采用抗震性能較好的框架-剪力墻結構為宜)。而在結構布置時,應采用概念清晰、傳力途徑明確的布置方式,盡量避免造成結構扭轉、平面和立面的里出外進、豎向傳力桿件的間斷與不連續(xù)等問題。
(四)多道抗震防線的設置
單一結構體系只有一道抗震防線,一旦破壞就會造成建筑物倒塌的嚴重后果。特別是當建筑物的自振周期與地震動卓越周期相近時,建筑物由此而發(fā)生的共振,更加速其倒塌進程。而如果建筑物采用的是多重抗側力體系時,第一道防線的抗側力構件在強烈地震作用下遭到破壞后,第二道乃至第三道防線的抗側力構件立即接替,抵擋住后續(xù)的地震動的沖擊,可保證建筑物最低限度的安全,免于倒塌。在遇到建筑物基本周期與地震動卓越周期相同或接近的情況時,多道防線就更顯示出其優(yōu)越性。當第一道抗側力防線因共振而破壞,第二道防線接替工作,建筑物自振周期將出現較大幅度的變動,與地震動卓越周期錯開,使建筑物的共振現象得以緩解,避免再度嚴重破壞。在雙重結構體系中一般應優(yōu)先選擇不負擔或少負擔重力荷載的豎向支撐或填充墻,或軸壓比值較小的抗震墻、實墻筒體等構件作為第一道防線的抗側力構件,如框架-剪力墻結構中的剪力墻,框架-填充墻結構中的填充墻,單層廠房縱向體系中的柱間支撐,均可作為各自體系中的第一道抗震防線。如因條件限制,只能采用單一的框架體系,則框架就成為整個體系中唯一的抗側力構件,此時應采用“強柱弱梁”型的延性框架。在地震作用下,框架梁成為第一道抗震防線,框架柱為第二道抗震防線,用框架梁的變形去消耗地震能量,使框架梁的屈服先于框架柱的屈服,從而保護了框架柱的相對完整,最終達到“大震不倒”的要求。
(五)結構抗震設計關鍵點的把握
在結構抗震概念設計中,還應注重對結構體系中的關鍵部位(如薄弱層,加強層等)、關鍵部位中的關鍵構件(如加強層的重要豎向構件、轉換層的水平轉換構件等)、關鍵構件中的關鍵節(jié)點(如梁柱節(jié)點,柱根部位等)幾個關鍵點的把握,從而實現“強柱弱梁、強剪弱彎、強節(jié)點強錨固、強柱根弱桿件”的設計理念。
關鍵詞:建筑結構;抗震設計;問題分析
中圖分類號:TU318 文獻標識碼:A 文章編號:
1、建筑結構抗震設計的基本原則
1.1結構構件應具有必要的承載力、剛度、穩(wěn)定性、延性等方面的性能
(1)結構構件應遵守“強柱弱梁、強剪弱彎、強節(jié)點弱構件、強底層柱(墻)”的原則。(2)對可能造成結構的相對薄弱部位,應采取措施提高抗震能力。(3)承受豎向荷載的主要構件不宜作為主要耗能構件。
1.2設置多道抗震防線
(1)一個抗震結構體系應由若干個延性較好的分體系組成,并由延性較好的結構構件連接協同工作。例如框架—剪力墻結構由延性框架和剪力墻兩個分體組成,雙肢或多肢剪力墻體系組成。(2)強烈地震之后往往伴隨多次余震,如只有一道防線,則在第一次破壞后再遭余震,將會因損傷積累導致倒塌。抗震結構體系應有最大可能數量的內部、外部冗余度,有意識地建立一系列分布的屈服區(qū),主要耗能構件應有較高的延性和適當剛度,以使結構能吸收和耗散大量的地震能量,提高結構抗震性能,避免大震時倒塌。(3)適當處理結構構件的強弱關系,同一樓層內宜使主要耗能構件屈服后,其他抗側力構件仍處于彈性階段,使“有效屈服”保持較長階段,保證結構的延性和抗倒塌能力。
1.3對可能出現的薄弱部位,采取措施提高其抗震能力
(1)構件在強烈地震下不存在強度安全儲備,構件的實際承載能力分析是判斷薄弱部位的基礎。(2)要使樓層(部位)的實際承載能力和設計計算的彈性受力的比值在總體上保持一個相對均勻的變化,一旦樓層(部位)的比值有突變時,會由于塑性內力重分布導致塑性變形的集中。(3)要防止在局部上加強而忽視了整個結構各部位剛度、承載力的協調。(4)在抗震設計中有意識、有目的地控制薄弱層(部位),使之有足夠的變形能力又不使薄弱層發(fā)生轉移,這是提高結構總體抗震性能的有效手段。
1.4選擇合理的結構形式
抗震結構體系是抗震設計應考慮的關鍵問題。按結構材料分類,目前主要應用的結構體系有砌體結構、鋼結構、鋼筋混凝土結構、鋼-混凝土結構等;按結構形式分類,目前常見的有框架結構、剪力墻結構、框架剪力墻結構、簡體結構等。結構體系的確定受到抗震設防烈度、建筑高度、場地條件以及建筑材料、施工條件、經濟條件等諸多因素影響,是一個綜合的技術經濟問題,需進行周密考慮確定。
2、建筑抗震設計中存在的問題
2.1缺乏前期勘察資料
缺乏巖土工程勘察資料或資料不全。有的在擴初設計階段還缺建筑場地巖土工程的勘察資料,有的在擴初設計會審之后就直接進入了施工圖設計,有的在規(guī)劃設計或方案設計會審后就直接進入了施工圖設計。無巖土工程勘察資料,設計缺少了必要的依據。結構的平面布置中外形不規(guī)則、不對稱、凹凸變化尺度大、形心質心偏心大,同一結構單元內,結構平面形狀和剛度不均勻不對稱,平面長度過長等。
2.2部分建筑物高度過高
按我國現行高層建筑混凝土結構技術規(guī)程規(guī)定,在一定設防烈度和一定結構型式下,鋼筋混凝土高層建筑都有一個適宜的高度。在這個高度,抗震能力還是比較穩(wěn)妥的,但是目前不少高層建筑超過了高度限制。在震力作用下,超高限建筑物的變形破壞性會發(fā)生很大的變化,建筑物的抗震能力下降,很多影響因素也發(fā)生變化,結構設計和工程預算的相應參數需要重新選取。
2.3地基的選取不合理
由于城市人口的增多和相對空間的縮小,不少建筑商忽略了這一問題,哪里商業(yè)空間大就在哪里建。建筑應選擇位于開闊平坦地帶的堅硬土場地或密實均勻中硬土場地,遠離河岸,不應垮在兩類土壤上,避開不利地形、不采用震陷土作天然地基,避免在斷層、山崖、滑坡、地陷等抗震危險地段建造房屋。建筑的地基選取不恰當可能導致抗震能力差。
2.4材料的選用不科學,結構體系不合理
在地震多發(fā)區(qū),采用何種建筑材料或結構體系較為合理應該得到人們的重視。由于我國建筑結構主要以鋼筋混凝土核心筒為主,變形控制要以鋼筋混凝土結構的位移限值為基準。但因其彎曲變形的側移較大,靠剛度很小的鋼框架協同工作減小側移,不僅增大了鋼結構的負擔,而且效果不大,有時不得不加大混凝土的剛度或設置伸臂結構,形成加強層才能滿足規(guī)范側移限值。
2.5抗震設防烈度較低
許多專家提出,現行的建筑結構設計安全度已不能適應國情的需要,建筑結構設計的安全度水平應該大幅度提高。我國現行抗震設防標準是比較低的,中震相當于在規(guī)定的設計基準期內超越概率為lO%的地震烈度,較低的抗震設防烈度放松了建筑的抗震要求。
2.6平面布局的剛度不均
抗震設計要求建筑的平、立面布置宜規(guī)正、對稱,建筑的質量分布和剛度變化宜均勻,否則應考慮其不利影響。但有的平面設計存在嚴重的不對稱:一邊進深大,一邊進深?。灰贿呍O計大開間,一邊為小房間;一邊墻落地承重,一邊又為柱承重。這些都對抗震極為不利。
3、建筑結構抗震設計的措施
3.1建筑選址要正確。
避免抗震危險地段,選擇對抗震有利的場地、地基和基礎在進行設計時,應根據工程需要,掌握地震活動情況和工程地質的有關資料,作出綜合評價,宜選擇堅硬土或開闊平坦密實均勻的中硬土等有利地段;避開軟弱土、液化土、河岸和邊坡邊緣,平面分布上成因、巖性、狀態(tài)明顯不均勻的土層等不利地段;同一結構單元不宜設置在性質截然不同的地基土上,也不宜部分采用天然地基,部分用樁基,當地基有軟弱黏性土、液化土、新近填土或嚴重不均勻土層時,宜加強基礎的整體性和剛度。
3.2合理的確定平立面布置。
建筑物的動力性能基本上取決于它的建筑布局和結構布置。建筑布局簡單合理,結構布置符合抗震原則,從而確保房屋具有良好的抗震性能。建筑物的平、立面布置宜規(guī)則、對稱,質量和剛度變化均勻,避免樓層錯層。對體形復雜的建筑物合理設置變形縫,在結構設計時要進行水平地震作用計算和內力調整,并應對薄弱部位采取有效的抗震構造措施,嚴格控制建筑物的高度和高寬比。
3.3 結構選型和結構布置要合理。
結構選型根據建筑的重要性、設防烈度、房屋高度、場地、地基、基礎、材料和施工等因素,經技術、經濟條件比較綜合確定。單從抗震角度考慮,作為一種好的結構形式,應具備下列性能:延性系數高;勻質性好;正交各向同性;構件的連接具有整體性、連續(xù)性和較好的延性,并能發(fā)揮材料的全部強度。結構布置遵循的原則是平面布置力求對稱,使構件分配的力均勻;豎向布置力求均勻,盡可能使其豎向剛度、強度變化均勻,避免出現薄弱層,并應盡可能降低房屋的重心。
3.4剛度、承載力和延性要匹配。
當結構具有較高的抗力時,其總體延性的要求可有所降低;反之,較低的抗力需要較高的延性要求相配合。地震時建筑物所受地震作用的大小與其動力特性密切相關,具有合理的剛度和承載力分布以及與之匹配的延性。提高結構的抗側剛度,往往是以提高工程造價及降低結構延性指標為代價的。要使建筑物具有很強的抗倒塌能力,最理想的是使結構中的所有構件都具有較高的延性,然而實際工程中很難做到。有選擇地提高結構中的重要構件以及關鍵桿件的延性是比較經濟有效的辦法。
4、結束語
抗震設計問題是一個非常復雜的過程,涉及面非常廣泛,需要在設計過程中考慮全面。在以后的設計過程中,還有許多方面需要我們進一步的探討和研究,我們也期待有更多新型抗震技術應用于建筑中來,減輕地震帶來的危害。
參考文獻:
【關鍵詞】高層建筑,混凝土,抗震設計
中圖分類號:TU973+.31文獻標識碼: A 文章編號:
一、前言
建筑行業(yè)是我國重要的經濟增長行業(yè)之一,關系到居民的切身利益。我國是多地震國家,但我國目前對地震的預防能力較弱,地震給我國帶來了及其巨大的災害,因此,加強建筑設計中的抗震設計,是進一步保障我國居民生命財產安全的重要措施之一。目前我國高層混凝土建筑應用的范圍越來越廣泛,其綜合性和高集成性都使得高層建筑的抗震設計需要更為明確的重視,加強對高層混凝土建筑抗震設計,已經十分的迫切。
二、高層混凝土建筑結構中抗震設計的現狀和存在的問題
高層混凝土建筑是經濟發(fā)展的產物,高層建筑結構的設計尤其是在抗震結構設計上,我國雖然引進了一些西方歐美抗震設計理念,但缺乏符合本國實際的理論技術創(chuàng)新。很大方面存在著缺陷,主要表現在以下幾個方面。
1.高層混凝土建筑在結構防震設計中缺乏科學規(guī)范的理論指導,缺乏實際經驗的積累;而且我國對地質地震的認識尚不夠完善,對地震的成因,預測,防治研究不夠深入。因此,在進行高層建筑結構抗震設計時候,缺乏一定的科學依據,或依據的是不完善的理論。因此,難以在高層建筑結構設計中完美融合防震設計理念。
2.高層混凝土建筑結構設計中,設計立足于固定參數,而忽視了實際情況,設計完全依據“計算設計”完成。而且將一定的地震或力學參數做出固定的規(guī)范,比如,在我國地震設計研究中,把地震的降級系數統一規(guī)定為2.81,將小震賦予固定統計意義。而小震多用于結構設計中,結構截面承載能力設計和變形的檢驗計算,需要依據一定的實際情況而行。雙向板內力計算時,查用《建筑結構靜力計算手冊》的內力系數時,其泊松比取值為0。 而鋼筋混凝土材料的泊松比取值為1/6, 這在設計板時往往容易被忽略,在計算跨中彎矩時,未考慮引入泊松比后的計算公式,導致內力計算結果錯誤。
3,沒有能夠深入研究地震對建筑結構破壞的層次和順序,難以做到重視主體的設計且兼顧細節(jié)問題。沒有能根據實際情況靈活變通的運用抗震設計準則。
三、高層混凝土建筑結構抗震設計的方案
1. 高層混凝土建筑結構設計要從建筑的全局出發(fā),全面考慮各種建筑部位的功能,在此基礎上,科學設計每個部分的構件,保證每個部件之間的契合,促使每個部件或者是若干部件組合起來可以完成某一特定的設計要求,滿足一定的現實需求,同時,通過抗震設計,使得每個構件都可以具有相應的承載力,當地震來襲時,每個構件都可以有著一定的先后破壞次序,整體組合構件將會有著更強大的承載力和柔性,從而延緩地震破壞的速度,消耗爆發(fā)的能量。增強建筑的整體抗震能力。
2.地基設計是進行建筑結構設計的基礎,因此,在房間結構抗震設計中,要科學避開山嘴,山包,陡坡,河流等不利因素,要本著堅硬,牢固,平坦,開闊的選址原則。親身實地,利用先進技術設備,進行地質勘探,山石水土監(jiān)測,并取樣論證,科學嚴謹分析。力求使得整個地基牢固可靠,地質穩(wěn)定無滲漏,無坍塌,無暗河,無熔巖,無火山等,從而保證整個地基不會因為承載力不均,而發(fā)生小范圍的坍塌,影響到整體承載能力和抗震能力設計。
3. 高層混凝土建筑物的動力性能基本上取決于其建筑布局和結構布置。建筑布局簡單合理,結構布置符合抗震原則,通過無數次的實驗表明,簡單、規(guī)則、對稱的建筑結構抗震能力強,對延緩地震烈度范圍延伸,消耗地震的能量,減少地震對整體結構的破壞,而且,對稱結構容易準確計算其地震反應。
4.抗震結構體系是抗震設計應考慮的關鍵問題。如果按結構材料分類,目前主要應用的結構體系有砌體結構、鋼結構、鋼筋混凝土結構、鋼-混凝土結構;若是按結構形式分類,目前常見的有框架結構、剪力墻結構、框架剪力墻結構、筒體結構。高層建筑結構抗震設計中,不同結構的抗震結構體系的承載力受到抗震設防烈度、建筑高度、場地條件以及建筑材料、施工條件、經濟條件等多種條件的影響,因此高層建筑結構抗震設計要綜合考慮,做到科學選擇,嚴謹設計。
5.結構良好的延性有助于減小地震作用,吸收與耗散地震能量,避免結構倒塌。因此,結構設計應力求避免構件的剪切破壞,爭取更多的構件實現彎曲破壞。始終遵循“強柱弱梁,強剪弱彎、強節(jié)點、弱錨固”原則。構件的破壞和退出工作,使整個結構從一種穩(wěn)定體系過渡到另外一種穩(wěn)定體系,致使結構的周期發(fā)生變化,以避免地震卓越周期長時間持續(xù)作用引起的共振效應。
6.在高層建筑結構抗震設計中,一般而言,要尤其注意其是由諸多構件共同組合在一起,因此,要進行整體化的對待。要充分調動各個構件的作用來完成整體建筑的抗震效果。當高層建筑的一些基本構件都失去了原有功能的時候,那么,在地震來臨后,很容易讓整體的建筑結構喪失對地震的抵抗能力。在這種情況下,很容易讓整個高層建筑坍塌,因此,要保證所有構件的功能協調,并確保所有的構件都能夠在地震作用下保證良好的性能,如此,可以增強建筑結構的整體抗震能力。
7.設計高層混凝土建筑和超高層建筑時,屋頂建筑抗震設計也是整個設計的一個重要環(huán)節(jié)。近幾十年來,從多數高層建筑抗震設計評定結果看,屋頂建筑設計還存在一些問題,例如:屋頂設計較高或者設計過重。屋頂設計較高或者設計過重,無形當中加大了屋頂建筑變形,而且也加大地震作用,尤其對自身和屋頂之下的建筑物的抗震作用都不利。有時屋頂建筑的重心和屋頂之下的中心不在同一直線上,如果屋頂的抗側力墻和屋頂之下的抗側力墻出現間斷,在地震發(fā)生時,帶來的地震扭轉作用也會更嚴重,對抗震更不利。所以,在進行屋頂建筑設計過程中時,應該最大限度的降低屋頂建筑的高度。選用強度較高、輕質、剛度均勻的材料,使得地震作用傳遞不受阻礙;屋頂重心和屋頂之下的建筑中心在同一直線上;如果屋頂建筑非常高,屋頂建筑就必須具有較強的抗震性,讓屋頂建筑地震作用和突變降低到最小,盡量避免發(fā)生扭轉效應。
四、結束語
隨著我國經濟的發(fā)展和人民生活水平的提高,在目前的發(fā)展趨勢中,高層建筑結構設計的主流趨勢有低碳,環(huán)保,安全,節(jié)能,生態(tài)。其中指標之一,就是建筑的安全性,而我國目前破壞力最大的安全威脅便是地震,因此,加強對高層建筑結構的抗震設計,必將會被提升到建筑設計新的戰(zhàn)略高度。要科學合理的設計好房間結構,增強抗震能力,設計人員不僅要大力提升自己的力學,建筑學,設計學等各方面的專業(yè)知識和制圖技能,更要培養(yǎng)嚴謹縝密的態(tài)度,深刻理解設計規(guī)范,深刻了解建筑結構中的每個構件,做好每個構件,從整體構思,不斷提高設計水平和設計質量,提升建筑結構的質量,為完美實現建筑的實用價值和美學價值的融合做出貢獻。
參考文獻:
[1]宮彩紅,才永杰 試析高層混凝土建筑抗震結構設計[期刊論文] 《城市建設理論研究(電子版)》 -2012年9期-
[2]盧偉 高層建筑抗震結構設計之探討[期刊論文] 《價值工程》 ISTIC -2011年5期
關健詞:概念設計 建筑結構設計 重要性 應用
Abstract: the concept design structure from the general scheme design of the start, people use to structural seismic has some correct knowledge to deal with the problems in structural design, such as: building shape, structure, the stiffness distribution, component ductility and so on. In this paper the author peacetime work practice, to the conceptual design in the structural design of importance and application to brief discussion and explained.
Key words: concept design structure design application importance
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一、概念設計的涵義
所謂的概念設計一般指不經數值計算,尤其在一些難以作出精確理性分析或在規(guī)范中難以規(guī)定的問題中,依據整體結構體系與分體系之間的力學關系、結構破壞機理、震害、試驗現象和工程經驗所獲得的基本設計原則和設計思想,從整體的角度來確定建筑結構的總體布置和抗震細部措施的宏觀控制。運用概念性近似估算方法,可以在建筑設計的方案階段迅速、有效地對結構體系進行構思、比較與選擇,易于手算。所得方案往往概念清晰、定性正確,避免后期設計階段一些不必要的繁瑣運算,具有較好的的經濟可靠性能。同時,也是判斷計算機內力分析輸出數據可靠與否的主要依據。
對建筑物抗震來說,從宏觀原則上進行評價、鑒別、選擇等處理,再輔以必要的計算和構造措施。從而消除建筑物抗震的薄弱環(huán)節(jié),以達到合理抗震設計的目的。也就是說概念設計是工程師運用思維和判斷力,根據從大量震害經驗得出的結構抗震原則,從宏觀上確定結構設計中的基本問題。因此,工程師必須從主體上了解結構抗震特點,振動中結構的受力特征,抓住要點,突出主要矛盾,用正確的概念來指導概念設計,才會獲得成功。由于概念設計包括的范圍極廣,因此不僅僅要分析總體方案確定的原則,還要顧及非材料的正確使用和關鍵部位的細部構造。但是首先和最重要的還是結構總體概念設計、材料選型和細部構造等問題,這些設計原則和結構概念中,較為重要的是結構總體設計。
二、概念設計的重要性
概念設計是展現先進設計思想的關鍵,一結構工程師的主要任務就是在特定的建筑空間中用整體的概念來完成結構總體方案的設計,并能有意識地處理構件與結構、結構與結構的關系。強調概念設計的重要,主要還因為現行的結構設計理論與計算理論存在許多缺陷或不可計算性,比如對混凝土結構設計,內力計算是基于彈性理論的計算方法,而截面設計卻是基于塑性理論的極限狀態(tài)設計方法,這一矛盾使計算結果與結構的實際受力狀態(tài)差之甚遠,為了彌補這類計算理論的缺陷,或者實現對實際存在的大量無法計算的結構構件的設計,都需要優(yōu)秀的概念設計與結構措施來滿足結構設計的目的。同時計算機結果的高精度特點,往往給結構設計人員帶來對結構工作性能的誤解,結構工程師只有加強結構概念的培養(yǎng),才能比較客觀、真實地理解結構的工作性能。概念設計之所以重要,還在于在方案設計階段,初步設計過程是不能借助于計算機來實現的。
三、概念設計在結構設計中的應用
所謂的概念設計一般指不經數值計算,尤其在一些難以作出精確理性分析或在規(guī)范中難以規(guī)定的問題中,依據整體結構體系與分體系之間的力學關系、結構破壞機理、震害、試驗現象和工程經驗所獲得的基本設計原則和設計思想,從整體的角度來確定建筑結構的總體布置和抗震細部措施的宏觀控制。運用概念性近似估算方法,可以在建筑設計的方案階段迅速、有效地對結構體系進行構思、比較與選擇,易于手算。所得方案往往概念清晰、定性正確,避免后期設計階段一些不必要的繁瑣運算,具有較好的經濟可靠性能。同時,也是判斷計算機內力分析輸出數據可靠與否的主要依據。
運用概念設計的思想,也使得結構設計的思路得到了拓寬。傳統的結構計算理論的研究和結構設計似乎只關注如何提高結構抗力R,以至混凝土的等級越用越高,配筋量越來越大,造價越來越高。結構工程師往往只注意到不超過最大配筋率,結果肥梁、胖柱、深基礎處處可見。以抗震設計為例,一般是根據初定的尺寸、砼等級算出結構的剛度,再由結構剛度算出地震力,然后算配筋。但是大家知道,結構剛度越大,地震作用效應越大,配筋越多,剛度越大,地震力就越強。這樣為抵御地震而配的鋼筋,增加了結構的剛度,反而使地震作用效應增強。其實,為什么不考慮降低作用效應S呢?目前在抗震設計中,隔震消能的研究就是一個很好的例子。隔震消能的一般作法是在基礎與主體之間設柔性隔震層;加設消能支撐(類似于阻尼器的裝置);有的在建筑物頂部裝一個“反擺”,地震時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。合理設計可降低地震作用效應達60%,并提高屋內物品的安全性。這一研究在國內外正廣泛地深入展開。在日本,研究成果已經廣泛應用于實際工程中,取得良好的經濟、適用效果。而我國由于經濟、技術和人們認識的限制,在工程界還未被廣泛地應用。
四、小結
隨著社會經濟的發(fā)展和人們生活水平的提高,對建筑結構設計也提出了更高的要求。發(fā)展先進計算理論,加強計算機的應用,加快新型高強、輕質、環(huán)保建材的研究與應用,使建筑結構設計更加安全、適用、可靠、經濟是當務之急。其中,打破建筑結構設計中的墨守成規(guī),充分發(fā)揮結構工程師的創(chuàng)新能力,是相當必要的。因為他們是結構設計革命的推動者和執(zhí)行者。這則需要工程界和教育界進行共同的努力。推廣概念設計思想是一種有效的辦法。
著名的美國工程院院士林同炎教授在《結構概念和體系》一書中為結構工程師提供了廣泛而又有獨特見解的結構概念設計基礎知識和設計實例。該書著重介紹用整體概念來規(guī)劃結果總體方案的方法,以及結構總體系和個分體系尖的相互力學關系和簡化近似設計方法。為結構工程師和建筑師在設計中創(chuàng)造性地相互配合,設計出令人滿意的建筑奠定基礎。這本書第二版的出版,為我們更好的加深概念設計的理解,提供有益的幫助??傊?,概念設計必然會成為今后結構設計的主流思想,這就讓我們來共同學習、發(fā)展它吧,為結構設計的發(fā)展作出應有的貢獻。
參考文獻:
[1]林同炎,S.D.思多臺斯伯利.結構概念和體系.中國建筑工業(yè)出版社.
[2]建筑抗震設計規(guī)范.(GB5011一2010).混凝土結構設計規(guī)范.(GB5010一2010).
【關鍵詞】房屋,建筑結構,抗震設計,要求
中圖分類號:TU318 文獻標識碼:A 文章編號:
一.前言
由于經濟發(fā)展速度加快,社會需求不斷增多,使得建筑的高度不斷加高,形態(tài)愈加復雜,建筑結構中抗震設計也趨于多樣化。我國作為一個多震國家,結構設計中應注重抗震設計,良好的抗震設計和抗震措施至關重要??拐鹪O計中,要進行地基基礎的抗震設計??拐饦嬙齑胧┦墙Y構設計的重要內容。針對房屋建筑結構中的抗震設計要求,進行結構抗震設計和抗震措施,在結構設計與建筑施工中,應熟悉各種結構設計的抗震構造措施。
二.建筑結構抗震設計的基本要求
地震作用越大,房屋抗震要求越高。不同設防烈度和場地上,結構的實際抗震能力會有差別,結構可能進入彈塑性狀態(tài)的程度不同。震害表明,未經抗震設計的鋼筋混凝土結構,在7度區(qū)只有個別構件破壞,8度、9度破壞增多,因此,對不同設防烈度和場地可以有明顯差別。結構的抗震能力主要取決于主要抗側力構件的性能,主、次要抗側力構件的要求可以有區(qū)別。如框架結構中的框架與框架――抗震墻結構中的框架應有所不同。房屋越高,地震反應越大,其抗震要求越高。綜合考慮地震作用,結構類型和房屋高度等因素劃分抗震等級進行抗震設計,可以對同一設防烈度的不同高度的房屋采用不同抗震等級設計;對同一建筑物中結構部分采用不同抗震等級。
三.影響建筑抗震的因素分析
1.建筑抗震取決于所選取建筑結構形式
為實現“小震不壞、中震可修、大震不倒”的抗震目標,新版《建筑抗震設計規(guī)范》中取消了磚混內框架結構,提高了磚混結構建筑的設計要求。目前普遍使用的框架-剪力墻結構、剪力墻結構、框架結構三種結構形式中,框架-剪力墻結構的抗震性能最為突出,剪力墻次之。單純的框架結構造價雖然抗震性能不如前兩種,但其造價較低,施工技術成熟,是目前最為常見的結構形式。根據建筑當地的實際情況,結合建筑的使用功能,選取合適的結構形式,對于建筑抗震意義重大。
2.建筑抗震取決于適宜的抗震措施
在場地類型不同的情況下,抗震措施主要由建筑的不同等級決定。在確定建筑等級及場地類型之后,將先進的抗震理念和系統的分析計算納入到抗震措施設計中,即可改善建筑抗震設計,提高建筑抗震效果。
3.影響房屋建筑抗震性能的因素
房屋建筑抗震性能取決于場地選擇、施工質量等其他因素。建筑工程場地選擇不當等造成施工質量下降,這些因素都可能對建筑結構的抗震性能造成重要影響。選擇建好的工程場地、加強施工質量監(jiān)督,對于提高建筑抗震性能是十分必要的。
四.建筑抗震設計具體分析
抗震設計的重要基本要求就是要確保房屋基礎構造的延性設計要求得以保證,能夠在建筑結構延性問題上設立多道防線,以此才能避免建筑結構脆性過大造成的構造強度失衡、失控的現象發(fā)生,從而影響其抗震性能及成果。因此,這就需要做好以下幾點把握。
1.周全考慮房屋建筑選址問題在房屋工程項目立項之初,就要周全考慮好能夠發(fā)揮抗震成果的選址問題,如健全周到考慮好土體結構、地質、地貌等問題,并要預測分析地震活動發(fā)生時建筑構造的承受能力,且要記錄相關技術資料檔案中,待實地考證時能夠綜合評價。此外,還要避開影響建筑構造抗震效果發(fā)揮的不利區(qū)域、地段等,當避無可避時應當立足實際采取合理控制措施
2.加強建筑構造規(guī)劃研究
由于地震發(fā)生時建筑結構本身會發(fā)生應力過于集中、突破塑性變形彈性極限等的可能,進而形成結構抗震薄弱部分。因此,建筑構造設計應能保證建筑結構延性、安全度、以及選取合適的建筑平面、剖面進行設計,既要保證建筑結構強度穩(wěn)定,又能避免建筑脆性過大而延性過小的負面現象發(fā)生。
3.保證地基與基礎設計要求當房屋項目工程的地基土體為粘性土、軟土、液化土、以及不均勻沉降土時,應當評估好地基的基礎沉降是否在預控范疇之內,是否發(fā)生嚴重不規(guī)則沉降現象,從而才能有針對性的采取防控措施。
4.滿足建筑構造體系設計要求
抗震性能價值體現是建筑構造體系設計中的重要組成部分。因此在構造設計上就要綜合分析、周全考慮、能夠統籌把握好各項綜合因素。如考慮好抗震防御等級、抗震強度控制指標、項目建設場地、以及基礎地基處理、供應材料的質量體系要求、現有技術規(guī)模等問題。
5.確保建筑構造的構件要求
(一)房屋建筑工程的結構基礎構件設計應當滿足相關規(guī)程標準、要求,如混凝土的圈梁、構造柱、芯柱、或者配筋砌體等的質量建設體系要求就必須能夠保證。
(二)要保證混凝土結構合理設計,在建筑的具體結構構件應能具備尺寸合理、縱向承重鋼筋及箍筋的強度達到設計標準,目的是控制剪切破壞先于彎曲破壞發(fā)生的可能,以及防止鋼筋屈服而引起的構件塑性變形遭受破壞發(fā)生。
(三)鋼結構建筑施工時能夠保證其構件尺寸、規(guī)格、數量合理,進而才能避免整體構造抗震成果發(fā)揮不利、結構失穩(wěn)的現象發(fā)生。最后,還要周全考慮好建筑構造構件之間的鏈接、銜接性的體現,控制好構件節(jié)點的穩(wěn)定性,保證其在地震發(fā)生時的塑性破壞能夠晚于其他結構構件,進而才能增強建筑結構的整體穩(wěn)定性與安全度。
五.建筑結構設計抗震關鍵措施和設計方法
1.建筑結構抗震措施要點
(一)房屋建筑結構設計要從建筑的全局出發(fā),全面考慮各種建筑部位的功能,在此基礎上,科學設計每個部分的構件,保證每個部件之間的契合,促使每個部件或者是若干部件組合起來可以完成某一特定的設計要求,滿足一定的現實需求,同時,通過抗震設計,使得每個構件都可以具有相應的承載力,當地震來襲,每個構件都可以有著一定的次序先后破會,整體組合構件將會有著更強大的承載力和柔性,從而延緩地震破壞的速度,消耗爆發(fā)的能量。增強建筑的整體抗震能力。
(二)要嚴格選擇地基選址,地基選址是進行建筑結構設計的基礎,因此,在建筑結構抗震設計中,要科學避開山嘴,山包,陡坡,河流等不利因素,要本著堅硬,牢固,平坦,開闊的選址原則。親身實地,利用先進技術設備,進行地質勘探,山石水土監(jiān)測,并取樣論證,科學嚴謹分析。力求使得整個地基牢固可靠,地質穩(wěn)定無滲漏,無坍塌,無暗河,無熔巖,無火山……從而保證整個地基不會因為承載而發(fā)生小范圍的坍塌。影響到整體承載能力和抗震能力設計。
(三)采用合理的建筑平立面。建筑物的動力性能基本上取決于其建筑布局和結構布置。建筑布局簡單合理,結構布置符合抗震原則,通過無數次的實驗表明,簡單、規(guī)則、對稱的建筑結構抗震能力強,對延緩地震烈度范圍延伸,消耗地震的能量,減少地震對整體結構的破壞,而且,對稱結構容易準確計算其地震反應。
(四)選擇合理的結構形式。抗震結構體系是抗震設計應考慮的關鍵問題。建筑結構抗震設計中,不同結構的抗震結構體系的承載力受到抗震設防烈度、建筑高度、場地條件以及建筑材料、施工條件、經濟條件等多種條件的影響,因此房建結構抗震設計要綜合考慮,做到科學選擇,嚴謹設計。
(五)結構良好的延性有助于減小地震作用,吸收與耗散地震能量,避免結構倒塌。因此,結構設計應力求避免構件的剪切破壞,爭取更多的構件實現彎曲破壞。
六.結束語
因為涉及到人類生命財產安全的重要問題,建筑物的抗震問題是目前建筑結構設計界討論比較多的話題之一。因此,我們在對建筑物進行結構設計的時候,必須把房屋建筑結構中的抗震設計要求放到非常重要的位置,并采取適當的措施,盡量避免地震對建筑物的損壞,為保障人民的生命及財產作出應有貢獻。
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