建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計論文

時間:2022-06-16 03:39:26

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建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計論文

1.影響建筑結(jié)構(gòu)抗震的主要因素

不確定性的地面運動的影響。地震動是地殼快速釋放能量過程中產(chǎn)生具有不確定性的多維振動,它是通過地震波的傳播實現(xiàn)的,它的隨機(jī)性和復(fù)雜性讓人難以預(yù)測。地震動的各個分量對建筑都具有危害作用,即一個豎向分量、兩個水平分量和一個轉(zhuǎn)動分量。地震災(zāi)害具有突發(fā)性、破壞性、難以預(yù)測性,甚至是毀滅性的。結(jié)構(gòu)動力特性的影響。影響結(jié)構(gòu)動力分析的因素主要有:結(jié)構(gòu)質(zhì)量分布不均勻;基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)的協(xié)同作用;節(jié)點的非剛性轉(zhuǎn)動;偏心扭轉(zhuǎn)可能使位移增加;柱的軸向變形可能會使周期變長,加速度降低;材料的影響?;炷恋膹椥阅A侩S著時間的增長或應(yīng)變的增大而降低,這意味著自振周期可能增長,而加速度反應(yīng)將減小。阻尼變化的影響。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)阻尼比受震松動以后會變大,且自振周期變長?;A(chǔ)不同沉降量的影響。按一般荷載設(shè)計的框架結(jié)構(gòu),當(dāng)?shù)卣鹣禂?shù)大于0,基礎(chǔ)差異沉降可能造成實際彎矩與設(shè)計彎矩出現(xiàn)較大的誤差,而這種誤差在設(shè)計中一般未予考慮。建筑結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量。施工質(zhì)量是影響結(jié)構(gòu)抗震能力的一個重要因素。施工的任一環(huán)節(jié)都可能對建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能造成重要影響。這就是為什么“豆腐渣工程”的抗震性能總是和設(shè)計值相差甚遠(yuǎn)。

2.建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計方法

2.1結(jié)構(gòu)地震分析法

結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的首要任務(wù)就是對結(jié)構(gòu)最大地震反應(yīng)的分析,需要確定內(nèi)力組合及截面設(shè)計的地震作用值。常用的地震分析法有底部剪力法、彈性時程分析方法、振型分解反應(yīng)譜法、非線彈性靜力分析法以及非線彈性時程分析法。其中最為簡單的屬底部剪力法,其在質(zhì)量、剛度沿高度分布較均勻的結(jié)構(gòu)中較為適用。假設(shè)結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)以線性倒三角形的第一振型為主。并通過第一振型周期的估計來確定地震影響系數(shù)。對于較為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)體系,采用振型分解反應(yīng)譜法來計算,它的思路就是根據(jù)振型疊加原理,將各種振型對應(yīng)的地震作用、作用效應(yīng)以一定方式疊加起來得到結(jié)構(gòu)總的地震作用、作用效應(yīng)。而彈性時程分析適用于特別不規(guī)則和特別重要的結(jié)構(gòu)中,將建筑物看作彈性或彈塑性振動系統(tǒng),直接輸入地面振動加速度記錄,對運動方程積分,從而得到各質(zhì)點的位移、速度、加速度和剪力時程變化曲線。非線彈性時程分析法可以準(zhǔn)確完整的反映結(jié)構(gòu)在地震作用下反應(yīng)的全過程。按非線彈性時程分析法進(jìn)行抗震設(shè)計,能改善結(jié)構(gòu)抗震能力和提高抗震水平。非線彈性靜力分析法考慮了結(jié)構(gòu)彈塑性特性,在結(jié)構(gòu)分析模型上施加某種特定傾向力模擬地震水平側(cè)向力,并逐級單調(diào)增大,構(gòu)件一旦屈服,修改其剛度直到結(jié)構(gòu)達(dá)到預(yù)定的狀態(tài)。

2.2建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計方法

為了確保建筑結(jié)構(gòu)的抗震能力最佳,所設(shè)計的結(jié)構(gòu)在強(qiáng)度、剛度、延性及耗能能力等方面都達(dá)到最佳,質(zhì)量分布均勻,平面對稱、規(guī)則抗側(cè)向力較好的體系及剛度與承載能力變化連續(xù)的結(jié)構(gòu)體系是優(yōu)先考慮的設(shè)計方案,從而經(jīng)濟(jì)地實現(xiàn)“小震不壞,中震可修,大震不倒”的目的。

(1)根據(jù)我國的抗震設(shè)計規(guī)范,建筑持力層的選擇非常重要,它關(guān)系著整個建筑物的安全性能,同時規(guī)范還指出,建筑的形體要適當(dāng),要求建筑的形狀及抗側(cè)力構(gòu)件的平面布置宜規(guī)則,并有整體性,不宜用軸壓比很大的鋼筋混凝土框架柱作為第一道防線。

(2)抗震結(jié)構(gòu)體系布置是建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的關(guān)鍵問題,如房屋建造中框架結(jié)構(gòu)體系和砌體結(jié)構(gòu)的選擇問題。地震后會有余震,抗震結(jié)構(gòu)體系應(yīng)具有多道抗震防線。如框架結(jié)構(gòu)設(shè)計中為了避免部分構(gòu)件破壞而導(dǎo)致整個體系喪失抗震能力,將不承受重力荷載的構(gòu)件用作傳遞途徑。

(3)傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)抗震是通過增強(qiáng)結(jié)構(gòu)本身的抗震性能(強(qiáng)度、剛度、延性)來抵御地震作用的,即由結(jié)構(gòu)本身儲存和消耗地震能量。消能減震設(shè)計指在結(jié)構(gòu)中設(shè)置消能器來消耗地震輸入的能量,減輕結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng),減小結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞和避免結(jié)構(gòu)物直接倒塌以達(dá)到預(yù)期防震減震要求。隔震設(shè)計指在建筑物基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)之間設(shè)置隔離層,即安裝隔震裝置,通過隔震裝置延長結(jié)構(gòu)的基本周期,避免地震能量集中使結(jié)構(gòu)發(fā)生屈服和破壞。這是一種以柔克剛積極主動的抗震對策,是一種新方法、新對策、新途徑。

(4)盡可能多設(shè)置幾道抗震防線,一個較好的抗震建筑結(jié)構(gòu)由若干個延性較好的分體系組成,并由延性較好的結(jié)構(gòu)構(gòu)件連接協(xié)同工作。強(qiáng)烈地震之后往往伴隨多次余震,如果只有一道防線,則在第一次破壞后再遭余震,將會因損傷積累導(dǎo)致倒塌。如像教學(xué)樓這種相對大開間、單跨、大窗口、懸臂走廊的純框架結(jié)構(gòu),其縱、橫方向的剛度不均勻,很容易發(fā)生扭轉(zhuǎn)破壞,而整個結(jié)構(gòu)只有框架一道防線,一旦柱子發(fā)生破壞,沒有其他約束措施,整個框架因喪失全部承載能力而倒塌。防止脆性和失穩(wěn)破壞,增加延展性。設(shè)計不良的細(xì)部結(jié)構(gòu)常常發(fā)生脆性和失穩(wěn)破壞,應(yīng)該防止。剛度的選擇有助于控制變形,在不增加結(jié)構(gòu)的重量的基礎(chǔ)上,改變結(jié)構(gòu)剛度,提高結(jié)構(gòu)的整體剛度和延展性是有效的抗震途徑。

(5)場地條件就是導(dǎo)致建筑震害過于嚴(yán)重的關(guān)鍵因素,所以選擇最為有利的地形最大限度的防止建筑物出現(xiàn)在不利于抗震功能發(fā)揮的區(qū)域。選擇在抗震過于危險的區(qū)域來建造房屋,有可能對人們的生命財產(chǎn)安全帶來危害。在汶川地震時,北川縣城西的房屋建造在有滑坡隱患的山體之下,在地震的作用下,山體崩塌、滑坡,將大量的房屋掩埋,死亡1600人,損失慘重。

3結(jié)語

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,為滿足我們的需求,越來越多的建筑物將隨之出現(xiàn)。建筑的抗震結(jié)構(gòu)體系會由原本的硬性為主轉(zhuǎn)向以柔性為主,用“以柔克剛”的辦法對建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行消能減震與隔震,從而在一定程度上減弱地震對建筑物的損壞,以此實現(xiàn)抗震的目的。隨著建筑使用的材料的抗震性能的提高,建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能也會隨之提高;建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的腳步也會隨著新型材料的開發(fā)而邁向更高一層,采用層層修改,優(yōu)化后的抗震方法設(shè)計來充分滿足高層建筑的抗震需求??茖W(xué)技術(shù)的進(jìn)步帶動建筑行業(yè)發(fā)展,建筑結(jié)構(gòu)抗震能力也隨著經(jīng)驗教訓(xùn),科學(xué)發(fā)展,技術(shù)進(jìn)步而日新月異。地震是自然災(zāi)害,很難避免,但是只要我們恰當(dāng)、靈活的采用各項建筑抗震原則,就能使建筑結(jié)構(gòu)更為合理,抗震能力大大提高,從而減少人民群眾的生命財產(chǎn)損失,確保他們可以安居樂業(yè)。

作者:劉山越 單位:重慶宏源勘測設(shè)計有限公司