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序论:在您撰写高层建筑抗震设计规范时,参考他人的优秀作品可以开阔视野,小编为您整理的7篇范文,希望这些建议能够激发您的创作热情,引导您走向新的创作高度。
关键词:建筑抗震设计;发展与背景;最新修订;注意的方面
中图分类号:TU2文献标识码: A
引言
继唐山大地震,近年来我国陆续又发生大规模的严重地震,不断在敲响建筑抗震的警钟,《建筑抗震设计规范》也在我过建筑科技科研人员的精心研究下,做出了一次又一次的改动变更。随着科技的进步与经济的发展,在人民政府的带动下,越来越多的高层住宅,高层办公用楼等高层建筑陆续出现在了我们的视线中。所以为了人民更安全的生活,我们需要在高层建筑的设计上响应规范的微调,做出一些变化。本文结合了《建筑抗震设计规范》的发展进程与最新的修改,对于高层建筑的抗震设计给出了一些新的见解。
1 《建筑抗震设计规范》的发展与背景
我国最早期的建筑工程抗震设计主要参考苏联的《地震区建筑抗震设计规范》。1959年和1964年,我国曾两次起草并拟定了包括各类工程结构的《地震区建筑抗震设计规范》(草案),虽然未正式颁布,但对以后的工程抗震设计仍起了重要的作用[1]。而后,随着国力的发展与技术的提高,我国于1974年正式颁布了第一本工程抗震设计规范――TJ11―74《工业与民用建筑抗震设计规范》(试行)。1978年,TJ11―78《工业与民用建筑抗震设计规范》(简称《78规范》)[2],国家建委批准颁布。1989年,GBJ11―89《建筑抗震设计规范》(简称《89规范》)[3],建设部批准颁布。1990年开始实施,并于1993年作局部修订。2001年,GB50011―2001《建筑抗震设计规范》(简称《2001规范》)[4],建设部和国家质检总局联合。于2008年5・12汶川地震后作了局部修订,成为GB50011―2001《建筑抗震设计规范》(2008版本)[5]。2010年,GB50011―2010《建筑抗震设计规范》,目前已完成报批手续。我国在建筑工程抗震设计领域的规范基本成型。
2 建筑抗震设计规范的最新修订
修订主要依据住房和城乡建设部建标[2006]77号文件通知进行的。于2007年7月对《2001规范》开始修订,2008年4成初稿。而2008年5月12日发生了汶川地震,面向全国征求意见的修订计划工作暂时中断,但是编制组成员迅速进入灾区开展震害调查,取得大量的建筑破坏资料数据,为规范修订提供宝贵而珍重的参考。震害资料显示,建设规划选址应充分考虑各种地质情况影响,中、小学校舍和医院等重要建筑应提高抗震设防类别,各类结构的重要部位和薄弱部位、例如楼梯间等应予加强,结构防止连续倒塌和强柱弱梁设计问题应予重视等等。根据住房和城乡建设部落实国务院《汶川地震灾后恢复重建条例》的要求,在认真总结建筑震害经验的基础上,对《2001规范》作了应急的局部修订,于2008年7月30日颁布了GB50011―2001(2008版)《建筑抗震设计规范》。局部修订的修订内容有:
(1)依据地震动参数区划图的局部修订,对四川、陕西、甘肃地震灾区的设防烈度予以变更;
(2)增加山区场地建筑抗震设计的专门要求;
(3)从概念设计的角度,提出建筑结构体系需要注意和改进之处;
(4)提高楼梯间抗震安全性的对策;
(5)抗震结构材料性能和施工要求的局部调整;
(6)增加一定数量的强制性条文。
在完成2008版局部修订之后,《2001规范》的修订工作步入正轨,认真吸取汶川地震的震害经验,按要求于2009年12月完成审查并报批。2008版和2009年修订基本延续了《2001规范》的主要抗震设计理念和方法。
3 高层建筑抗震设计中应该注意的方面
3.1结构体系与材料的选用
在地震常发区,建筑结构体系或材料的选用是否合理是人们特别关注的事情。在我国,低于150 米的建筑采用的结构体系主要有三种:筒中筒、框―筒和框架―支撑体系。其它国家的高层建筑也常采用这些体系。但国外建筑大多都是钢结构建筑,而我国钢筋混凝土建筑的比例高达9 成。如此高的钢筋混凝土结构及混合结构,国内外对如此高比例的钢筋混凝土建筑的抗地震作用并没有很好的经验。混式结构的钢筋混凝土内筒常常要承受70%至90%的震层剪力。采用钢筋混凝土核心筒结构,则应将钢筋混凝土结构的位移限值作为变形控制的基准;但因为此结构的弯曲变形侧移比较大,采用刚度较小的钢框架协助减小侧移的方式,不仅效果不明显,而且会使钢结构负担显著增大,有时必须通过设置伸臂结构或增加混凝土筒的刚度的方式产生加强层才能达到规范的侧移限值;如果柱距或结构体系发生变化时,就应设置结构转换层。转换层和加强层产生的大刚度容易造成结构刚度的突变,往往会造成柱构件剪力的突然加大,外框架柱连接处与转换层构件或加强层伸臂之间很难保证强柱弱梁。因此要慎重选择转换层和加强层的结构模式,尽可能降低它们的刚度,避免其造成的不利影响
3.2场地和地基的选择
建筑的场地以及地基的选择对于高层建筑的抗震能力具有直接的影响,是建筑抗震设计的基础,在进行建筑场地以及地基的选择时,应该充分了解当地的地震活动情况,对当地的地质情况进行有效性、科学性的勘察,在收集丰富资料的基础之上对场地进行综合的分析和评价,评估当地的抗震设计等级,对一些不利于抗震设计的场地应该尽可能的进行规避,而实在无法规避的应该有针对性的做好相应的处理措施,在高层建筑地基选择过程当中应该尽可能的选择岩石或是其它具有较高密实度的基土,从而提高建筑地基的抗震能力,尽可能的避开不利于抗震的软性地基土,对于一些达不到抗震要求的地基应该采取相应的措施进行加固和改造,使其能够符合相应的标准。
3.3建筑结构的规则性
在进行建筑结构设计的过程当中,应该尽可能的按照规则来,尤其是抗侧力结构应该尽可能的简单化,从而保证可靠性和承载力分布的均匀性;建筑结构的平面布置应该选择形状比较规则的图形,这样在发生地震的时候能够确保建筑整体的承载力均匀分布;应该尽可能的避免不规则的结构平面,造成建筑结构质心和刚心出现交错,这样一旦出现地震;一些和刚心距离比较大,刚度不足的构件就会发生侧移,受到较大的地震力的影响,有可能因为承受不住而发生损坏,最终导致建筑由于某个构件的损坏而发生倾斜和倒塌,为了防止抗侧力结构横向刚度突然出现变化,应该使垂直方向的抗侧力的截面积从上到下逐渐的递减。
3.4楼梯间设计的加强
楼梯的结构是直接或间接与主体结构相连的,例如,对于框架结构房屋,楼梯事实上是主体框架结构的一部分,在地震作用下,斜向构件梯段板也要承受剪力,这有可能导致梯段板断裂。梯段板通常有半个层高,两个标高处的水平位移有差值,容易使梯段板拉裂。另外,其各跑段梯段板的振型不一定相同和同步,容易导致梯段板底部受力钢筋与梯段板分离,钢筋断裂,还可能导致平台梁受扭破坏。在框架结构楼梯中由于存在休息平台,易形成短柱*除此以外,楼梯间高度相当于1.5个层高,这也会对楼梯间的稳定性造成影响.施工缝的留置也可能会影响楼梯的稳定性。多层民用房屋结构中,楼梯多为现浇板式结构,楼梯的施工应与楼房其他主体结构的施工同步进行,才能保证房屋的主体结构安全和抗震效果。这样,在楼梯中就不可避免地留置一定数量的施工缝,施工缝的留置位置和支模方法直接关系到主体工程质量和施工难易程度。
为加强楼梯间的整体性及墙体的稳定性,以增强其空间刚度,应加强纵横墙体之间的可靠连以限制墙体裂缝的产生,发展及倒塌。
(1)顶层楼梯间墙体应沿墙高每隔500mm设2Φ6通长钢和Φ4分布短钢筋平面内点焊组成的拉结网片或Φ4点焊网片;7~9度时,其他各层楼梯间墙体在休息平台或楼层半高处设置60mm厚、纵向钢筋不应少于2Φ10的钢筋混凝土带或配筋砖带;配筋砖带不少于3皮,每皮的配筋不少于2Φ6,砂浆强度等级不应低于M7.5且不低于同层墙体的浆强度等级。
(2) 楼梯间及门厅内墙阳角处的主梁支承长度不应小于500mm并应与圈梁连接。
(3)突出屋顶的楼梯间,除其构造柱应伸到顶部!并与顶部圈梁连接外,所有墙体应沿墙高隔2Φ6通长钢和Φ4分布短钢筋平面内点焊组成的拉结网片或Φ4点焊网片。
4 结语
我国的《建筑抗震设计规范》还会在今后的实践中吸取更多的经验,从而成长的更加成熟,而高层建筑的成熟也将称为这我国走向小康社会的鲜明符号。在高层建筑的设计上积极响应《建筑抗震设计规范》是对人民群众安全的责任。从长远角度看,开发各种合理的实用可行抗震设计策略,是一件非常重要且有意义的事情。
参考文献
[1]TJ11-74 工业与民用建筑抗震设计
[2]GB 50011-2001 建筑抗震设计规范[S].2008版
[3]王亚勇 《建筑抗震设计规范》的发展沿革和最新修订 《建筑结构学报》 2010年6月
关键词:抗震设计高层建筑性能设计
Abstract: now China construction industry's rapid development, China's construction industry standards and industry standards have been continuously improved and updated in reform. Contemporary, put forward higher requirements of people on the use of building function. Now, in this paper is that the problem of design for high-rise building seismic elaboration, and proposed some standardized measures.
Keywords: Design of aseismic design of high-rise building performance
中图分类号:TU97 文献标识码:A文章编号:
高层建筑抗震设计的特点
1、水平荷载是地震荷载中的最重要因素
水瓶荷载会造成建筑物产生不平衡,并且会在建筑的结构之中产生很大的轴力,这些都会和建筑物高度的两次方成一个正比的关系。所以,随着建筑高度的慢慢增加,水平的荷载就会完全不同。对一些高度不是很高的建筑物来说,,向荷载一般都是不会变的。但是如果随着建筑物的刚度和质量等等动力 特点的不同,水平地震荷载和风荷载的转变一般都是较大的。
2、建筑结构的延伸审计必须要得到重视
一般而言,高层建筑结构的刚度会随着高度的增加而减少,显得越来越柔,在地震荷载的作用下会导致变形严重。所以,就必须要要求建筑结构一定要有强大的变形能力,这样才能就算结构产生塑性变形也不会有危险。一定要在建筑结构的延伸设计上采取实用的措施,才使得建筑结构的延性稳定。
高层建筑抗震设计一般遇到的问题
在高层建筑的抗震设计中,抗震问题的研究的就是遇到的最根本的问题。在这些问题中,最主要的问题就是中短柱的问题。现在,我就抗震设计中一般都会遇到的几个问题作一个简单的介绍。
1、缺乏充足资料数据
在岩石的探察中,由于缺乏充足的资料数据。很多时候,有些工程在扩初设计的阶段都还没有能够得到准确的岩土工程的探察数据,在这个时候就已经直接的进入的施工设计的阶段。没有岩土工程的探察数据和相关资料,设计就缺少了一些必要的数据。
2、平衡面布置不规整
对于结构平衡面的布置。例如不规则的外形,不对称的外形和凹凸的变化很大,还有结构平面的形状和刚度在同一结构的单元里面显得不均匀而且不对称。
3、抗震构造柱布置不完善
例如,在外墙的转角处,大厅的四个角的构造柱设置不成对和甚至没有设置构造柱,有些以构造柱来代替砖墙去承山重力,在山墙和纵墙的交接点没有设计抗震构造柱,或者设置的抗震构造柱太多等等。
4、竖向布置结构不当
对于高层建筑,竖向体型过大而产生外挑和内收的情况,便要进行调整。立面收进部分的尺寸的比值一般是B1/B不满足》=0.75的要求。
高层建筑抗震设计的规范化措施
选择合正确的高层建筑结构体系
正确的高层建筑结构体系可以有效的实现建筑物的安全,并且经济划算。首先,我们在进行高层建筑的时候,一定要把抗震的概念融合在自己的设计中,一定要对建筑物的外形尺寸有一个全面的考虑,每一个因素都要考虑清楚。例如抗侧力的构件布置,承载力的分布和质量分布等等这些常见的因素。我提倡平立面的简单对称,对于构建规则的布置,我们要采取相对应的抗震结构措施,并且对细部要进行一些处理。要确保抗侧力体系的刚度的承载力可以实现上下变化的自动性和均匀性。其次,还要对建筑的承载力和弹性等等这些方面有一些严谨的计算,不可出错,要建立一个完整精细的抗震结构图的框架。最后,要对结构的刚度,承载力和稳定性采取一些必要的辅助的措施。如下图所示为高层建筑抗震设计规范表:
图一
图二
选择抗震性能比较好的材料
一般来说,抗震功能比较好的高层建筑都是和所选择的材料有莫大的关系。好的建筑材料在面对地震的袭击的时候,承载能力和延展的能力一般都高于材料一般的建筑。这就要求我们,在进行高层建筑的时候,要严格根据建筑工程所需要的条件,去选择抗震性能比较好的材料。一般比较好的材料是钢结构的材料。现在,我国钢材市场的产量还是很充裕的,所以要尽可能的采用多一些钢结构材料去建设高层建筑。根据数据研究表明,在相同的地基下建造高层建筑,采用钢材料的建筑物可以把承重柱的重量减少百分之65左右,为此可以大大的降低建筑体的重心,在地震时的倾覆力矩也会大大的得到减少,从而提高高层建筑的稳定性。
要构造多种不同的抗震技术措施
首先,可以改变结构的特性,采取软垫防震和摆动防震等方式去减少地震的能量输入:其次,还可以采用钢管材料的混凝土柱,利用他们良好的塑性去提高混凝土的延性。钢材料和混凝土的结合,抗压强度可以明显的提高还可以使得极限压得到应变;最后,在高层建筑的建设中,要使建筑结构体系保持一个比较大的内部空间,对于结构构件的强弱关系,要进行适当的处理和调节。除此之外,还要建立一系列的区服区,建立区服区,可以把有效区服的阶段大大的延长,从而达到吸收和耗散地震的能量的功能。
结语
高层建筑防震设计是一种复杂的结构体系,本文以实际的工程作为背景,对高层建筑抗震设计体系作了一个深刻的研究,详细的研究了在施工过程中要注意的问题和要选择的材料。在跨度比较大的时候,可以选择钢析架,减轻结构的自重和方便施工。
参考文献:
1.张刚.:浅谈高层建筑的抗震设计[J]. 中国新技术新产品, 2011,(08) .
2.张越. 高层建筑抗震设计原则及应注意的问题[J]. 民营科技, 2011,(01) .
3.崔烨,孙晓红. 高层建筑结构抗震设计与分析[J]. 科技资讯, 2011,(17) .
关键词:抗震;民用建筑
中途分类号:TU24 文献标识码:A 文章编号:1674-3520(2014)-01-0196-01
一、高层民用建筑设计特点
(一)控制建筑物的侧移
在地震的作用下,建筑结构所产生的水平剪切力,是建筑物产生明显的侧移。随着建筑物的高度不断增加,结构的侧向位移快速增大,结构变形也随之增大,侧向位移过大将使结构产生附加内力,当期超过一定限度值时将使整个结构倒塌。因此必须将侧移限制在一定范围之内,保证建筑结构应有的强度刚度稳定性,才能结构安全以及其功能的使用。
(二)地震中产生的水平力
水平力会使建筑物产生倾覆力矩,而且在竖向结构中产生很大的轴力。对高度一定的建筑物而言,竖向荷载基本是不变的,而水平方向上地震作用的数值大小往往会随着高层建筑结构动力特性的不同而存在较大幅度变化。
(三)建筑结构的延性设计
高层民用建筑随着高度的增加,在地震的影响下易产生形变的可能性越大。所以就应该要求建筑结构有足够的抗震以及变形能力,设计应遵循“强柱弱梁,强剪弱弯、强节点、强底层柱”的设计原则尽可能设置多道抗震防线,主要耗能应有较高的延性和适应的刚度。从而能使建筑结构能承受吸收和消耗大量的地震能量。同时要控制薄弱的部分有足够的形变能力,又不使其发生位移。在结构上采取更精准的设计,使建筑结构具有足够的延性。
二、高层民用建筑抗震设计
(一)场地、地基的选择
选择场地地基首先要根据实际工程的需要,同时还需考虑地震活动情况。分析天然地基的抗震承载力要根据不同的场地来进行,另外分析地震所造成的危害程度,也要根据不同的施工场地来进行。对避让距离的确定可根据地震强度、断裂的地质历史、场地的土地厚度进行,进而有利于对场地范围内地震断裂的确定。必须确保避开那些对建筑物不利的地段进行地基的选择。
(二)良好的抗震结构体系
高层民用建筑结构在抗震设计时应考虑选择适当的抗震结构类型,设计结构尽可能要考虑其抗震的安全特点以及它的经济性。
(三)结构隔震和消震
为了提高结构的的整体抗震性能,隔震和消能减震等抗震技术应用于设计使用功能有特殊要求的建筑,耗能元件及其体系可错开地震动卓越周期,从而防止共振破坏,减轻地震振动及风振。隔震即在建筑物基础与上部结构之间设置设置一层隔震层,使房屋与基础隔开隔离地面运动能量向建筑物的传递,以减小房屋结构的地震反应实现地震时建筑物只发生较轻微运动和形变从而保证建筑物的安全。消能减震则是通过在建筑物中设置消能部件,使地震中输入到建筑物的能量的一部分被消能部件所消耗,另一部分被结构的动能变形承担以达到减振抗震的目的。
三、建筑抗震要点
(一)规则结构
建筑物尤其是高层建筑物设计应符合抗震概念设计要求,对建筑物进行合理布置。大量地震灾害表明,平立面简单且对称的结构类型建筑物在地震时具有较好的抗震性能,因为该种建筑结构能够容易估计出其地震反应,易于采取相应的抗震构造措施并进行细部处理。结构的规则是指建筑物平立面外形尺寸、抗侧力构建布置承载力分布等多方面因素要求。要求建筑物平面对称均匀、体型简单、结构刚度,质量延建筑物竖向变化均匀,同时保证建筑物有足够的抗扭转刚度,以减小结构扭转的影响。并且应该尽量满足建筑物在竖向上重力荷载受力均匀,以减小结构内应力和竖向构件间差异变形对建筑结构产生的不利影响。
(二)减小地震能量输入
具有良好抗震性能的高层建筑结构要求结构的变形能力满足在预期的地震作用下的变形要求。因此在设计过程中除了控制构件的承载力外还应控制结构在地震作用下的层间位移或位移延性比,然后根据构件变形与机构位移的关系来确定构件的变形值,同时根据截面达到的应变大小及分布来确定构件的要求,选择坚硬的场地土来建造高层建筑等方法减小地震能量输入。
(三)减轻结构自重
对于同样的地基条件下的建筑结构设计,若减轻结构自重则可相应增加层数或减少地基处理造价,尤其是在软土基础上进行结构设计这一作用更为明显,同时由于地震效应与建筑质量成正比,而高层建筑物由于其高度大、重心高等特点,在地震作用时期倾覆力矩也随之增加,因此,为了尽量减少其倾覆力矩应对高层建筑物的填充墙及隔墙尽量采用轻质材料以减轻结构自重。
补充:建筑抗震的相关理论主要包括拟静力理论、反应谱理论、动力理论。
四、结束语
我国对建筑结构抗震设计的研究有很多,但这些研究一致认为高层民用建筑的抗震设计的重要技术政策就是经济与安全的关系。因此抗震设计就要抓好经济与安全的关系。
参考文献:
[1]胡聿贤 地震工程学{m}北京:地震出版社,2005
关键词:结构设计高层建筑 安全性
中图分类号:TU208文献标识码: A
随着经济的快速发展,城市用地日趋紧张,这使得高层建筑成为了目前阶段建筑设计的主要形式。高层建筑的广泛出现,既节约了建筑的占地面积,增加了使用空间,又丰富了城市的景观。但高层建筑美化城市的同时,也给建筑设计师们在安全设计性方面提供了诸多挑战。其中,结构安全设计就是一个十分重要的部分。
建筑结构设计是整个建筑的精髓,是整个建筑工程的骨骼,因此对于建筑结构的设计至关重要。其合理的设计是保证建筑质量及安全性的重要方法。高层建筑的结构特点是需同时承受水平和竖向的荷载或间接作用。低层建筑结构通常以抵抗竖向荷载为主,水平荷载和作用的影响较小。如风荷载和地震作用,它们所产生的内力和位移较小,一般可以忽略。因此在低层建筑结构中,竖向荷载往往就是设计的控制因素。但在高层建筑结构中,较大的建筑高度造成了完全不同的受力情况,水平荷载和作用不仅是主要荷载的一种,跟竖向荷载共同起作用,而且往往还成为设计中的控制因素。因此,在水平荷载作用下,若高层建筑结构的抵抗侧向变形能力或侧向刚度不足,将会产生过大的侧向变形,不仅使人产生不舒服的感觉,而且会使结构在竖向荷载作用下产生附加内力,会使填充墙、建筑装修和电梯轨道等服务设施出现裂缝、变形,甚至会导致结构性的损伤或裂缝,从而危及结构的正常使用和耐久性。因此设计高层建筑结构时,不仅要求结构有足够的强度,而且要求结构有合理的刚度,使水平荷载所产生的侧向变形限制在规定的范围内。同时,有抗震设防要求的高层建筑还应具有良好的抗震性能,使结构在可能的强震作用下当构件进入屈服阶段后,仍具有良好的塑性变形能力,即具有良好的延性性能。综合高层建筑的上述受力特点可知,与低层结构不同,高层建筑结构在强度、刚度和延性三方面要满足更多的设计要求。抗侧力结构的设计成为高层建筑结构设计的关键。
【关键词】建筑设计,抗震工程,问题,应用
对于建筑抗震设计,至今仍然存在着一种误解,似乎建筑抗震只是结构工程师的事,与建筑师关系不大。因而,长期来只有对结构设计的抗震设计规范和规定,却没有一本专门谈建筑设计的抗震设计规范或规定。建筑抗震的实践表明,一个地震区的工业建设项目(建筑物),如果没有良好的建筑总体布置方案,单靠结构抗震计算和抗震构造措施,在较强烈地震作用下,仍是难以取得建筑抗震的较好效果,甚至减轻不了建筑物的震害程度。《建筑抗震设计规范》的新修订内容中,在抗震设计的基本要求一章里,增加了针对建筑师建筑设计应遵守的有关规定。有了这方面的规定,就可以使建筑设计与建筑抗震要求有机地结合起来,使建筑抗震设计水平达到一个新的比较完善的高度。
建筑设计中需重视的几个抗震问题
1.建筑构件(非结构构件)设计及建筑连接节点构造设计问题随着建筑立面和室内空间装饰标准的提高和发展,在建筑设计上采用的建筑构件品种、材料和形式越来越多。例如,立面上大量采用的外贴瓷砖,外贴、外挂大理石,花岗岩板材,还有外挂的玻璃幕墙等;室内装饰普遍采用的空中吊灯、吊顶,较高装饰标准采用的人工艺术造景,壁雕,悬挑的装饰画,竖立的雕塑制品等。所有这些立面和室内的装饰,都有一个其本身材料和构造是否能抗御住地震的震动而不坏的问题,同时还有与建筑物主体结构相牢固连接的问题。多次地震的震害表明,国外有不少高层建筑的外立面装饰玻璃幕墙在地震时出现了“玻璃雨”的破坏。其原因就是所采用的玻璃幕墙(包括材料性能及其与主体结构的连接构造)不能适应建筑物在地震中产生大变形的要求。所以,在采用玻璃幕墙时,在建筑设计要求上,必须使玻璃幕墙具有足够的强度和变形能力,在其与主体结构的连接构造上,要将连接节点设计成能沿水平向有相应变位能力的节点构造,使其与建筑物的地震变形脱开,不给外挂的玻璃幕墙造成变形破坏。
对于外挂的大型石材面板与主体结构的连接构造也应按上述要求考虑处理。对直接外贴的板材和瓷砖,则必须使其与主体结构能牢固锚拉和粘结,使其在地震时不脱开不坠落。我国则有的直贴得很高。需要重视其抗震的构造连接问题。对室内的各种装饰工程,尤其是悬吊的大型灯具,浮挂的雕塑,各种悬桃的人工艺术造景等,在建筑设计上,一定要重视其在地震发生时的抗震稳定性,在其与主体结构的连接构造上也宜考虑它有一定的相对于建筑物的变形能力和必要的节点连接强度,防止其在地震中发生坠落或倒塌伤人。在建筑设计中,还有相当多的属于建筑布置的非结构构件,保障其抗震稳定性,不发生倒塌破坏,或采用与主体结构脱开的保障自身稳定的抗震措施。
2.建筑上应满足的设计限值控制问题
根据大量震害的经验总结,现行《建筑抗震设计规范》(GBJ11-89)对房屋建筑在建筑设计中应考虑的一些抗震要求的限值控制提出了规定。这些规定,建筑设计应予遵守。一是房屋的建筑总高度和层数。例如,在设防烈度为8度时,粘土砖多层房屋的总高度不宜超过18m,层数不宜超过六层;底层框架多层砖房的总高度不超过16m,层数不超过五层;钢筋混凝土框架房屋总高度不超过45m,框架抗震墙的高层建筑的总高度不宜超过100m等的规定。而在目前实际设计中,有的总高度超过,有的层数超过;还有的在建筑设计中总高度虽未超过,但房屋的高宽比超过规定,如在8度地区有的超过2.2。所有这些超规,都可能对建筑物的抗震安全带来不利,特别是对于高宽比过大的多、高层建筑更是不利。因为在这种情况下,存在房屋的整体抗震稳定问题。应该说,这些限值的控制在建筑设计上只要重视抗震是完全可以做到的。而在某市的抗震设计审查中发现,建筑超高和高宽比过大的设计达14%之多。这说明在建筑设计中未能严格按照《规范》规定进行设计的问题不是个别的,应引起建筑设计的重视。二是对房屋抗震横墙间距和局部墙体尺寸的限值控制。这是根据多层砌体房屋和底层为框架的多层砌体房屋在历次地震中所出现的破坏特征所提出来的规定。对抗震横墙间距的最大限值控制,是因为当横墙间距过大时,使纵墙的侧向变形加大,抗震承载力降低,甚至导致纵墙的侧向失稳破坏倒塌。对房屋局部墙体尺寸最小限值的控制,是因为这些部位的墙体(包括承重和非承重外墙的尽端墙,内墙的阴角,高出屋面的女儿墙)在小于规定的最小限值时,墙体截面的抗震强度(抗弯、抗剪)就不能满足要求,就会导致墙体的开裂和倒塌破坏。所以,在建筑进行平立面布置设计时,要考虑这些来自实际震害经险的设计控制规定,使建筑设计为建筑抗震提供良好的基础。
3.屋顶建筑的抗震设计问题
关键词:高层建筑;剪力墙;抗震设计;研究
中图分类号: TU208 文献标识码: A
随着我国经济的发展和人民生活水平的提高,越来越多的高层建筑物出现在我们的视野里面,建筑物结构的形式和布置也出现了多样化。剪力墙结构是指用钢筋混凝土墙代替框架结构中的柱,以承受竖向荷载、抵抗水平荷载的结构。其最大特点是能够有效控制结构水平作用。《建筑抗震设计规范》(2010年版,以下未注明处相同)称之为抗震墙,本文按照工程界习惯称作剪力墙。多数情况下,剪力墙截面高度大于其厚度8倍,厚度相对而言较薄,一般仅为200~300mm。因此,从墙体尺寸可以看出,其墙身平面内抗侧刚度很大,相反,平外面刚度却很小。根据这一特点,在进行结构方案布置时,墙体应当沿建筑物主轴方向均匀布置,利用平面内较大刚度承受纵横两个方向的水平和扭转作用。抗震设计中,要求在正常使用及小震作用下,处于弹性工作状态;在中等强度地震作用下,允许进入弹塑性状态,但应具有足够承载力、延性;在强震作用(罕遇烈度)下,不应出现倒塌。此外还应保证结构稳定。现通过对剪力墙结构中抗震设计的相关要素分析,希望和广大结构设计人员进行交流,共同进步。
1 受力性能
1.1 整体墙和小开口整体墙
由于没有洞口或洞口很小,此类墙可以看作是一个整体悬臂墙。在轴向压力和水平力作用下,悬臂墙破坏形态主要是弯曲破坏。弯曲破坏又分为大偏压和小偏压破坏,要设计成“延性剪力墙”就是要把剪力墙的破坏形态控制在弯曲破坏中的大偏心破坏范围。从墙体尺寸而言,细高的剪力墙(高宽比大于)容易设计成弯曲破坏的延性剪力墙。另外,墙肢的平面长度(即墙肢截面高度)不宜大于8米。当一个结构单元中有少量长度大于眯的大墙肢时,计算中楼层剪力主要由这些大墙肢承受。一旦地震,尤其是在罕遇烈度地震时,大墙肢容易首先遭受破坏,而小的墙肢又无足够配筋,使整个结构可能形成各个击破。当墙的长度很长时,可以开设洞口,将长墙分成较小长度、较均匀的肢墙,保证均匀受力。
1.2 连肢墙
实际工程中,剪力墙经过门窗分割形成连肢墙。洞口上下部位是连梁,洞口左右部位是墙肢。连肢墙的设计应把连梁放在抗震第一道防线,在连梁屈服前,不让墙肢破坏。连梁自身要做到受剪承载力高于弯曲承载力。目的就是“强肢弱梁”和“强剪弱弯”。无论是在整体的开洞剪力墙设计,还是在连梁、墙肢等局部构件上的设计,都体现上述原则,才能保证墙肢安全。当连梁破坏时,结构会继续承载,直至墙肢截面屈服。
2 结构设计
2.1 强剪弱弯
为避免脆性剪切破坏,应按照”强剪弱弯”的要求设计剪力墙墙肢。一般的方法是将剪力墙底部加强部分的剪力设计值增大,提高抗剪承载力。《建筑抗震设计规范》6.2.8条规定了各个抗震等级剪力墙底部加强部位的剪力设计值应乘以不同的剪力增大系数,以此进行抗剪配筋设计,从而实现“强剪弱弯”的结构受力性能。
2.2 加强底部塑性铰区
一般在底部剪力墙弯矩最大,底截面钢筋屈服后会形成塑性铰区。而且,塑性铰区(分布于一定范围)是剪力最大部位,在反复荷载作用下,会形成交叉裂缝,可能出现剪切破坏。所以在塑性铰区要采取加强措施,即底部加强部位。《建筑抗震设计规范》6.1.10条规定了底部加强部位的具体高度要求。目的就是提高受剪承载力,加强抗震的构造措施,提升结构的弹塑性变形能力。
2.3 限制轴压比
为保证剪力墙延性,避免截面上受压区高度过大而出现小偏压情况,应当控制剪力墙加强区截面相对受压区高度,但截面受压区高度与截面形状有关,实际工程中剪力墙截面复杂,会增加计算受压区高度的困难。为此,《建筑抗震设计规范》采用简化方法,限制截面的平均轴压比。计算轴压比时,规范采用了重力荷载代表值作用下的轴力代表值,即考虑重力荷载分项系数1.2后的最大轴力设计值。《建筑抗震设计规范》6.4.2条具体要求了各个抗震等级下的墙肢轴压比限值。在这里笔者想说明,2010年版《建筑抗震设计规范》6.4.2条较之前版本规范,增加了剪力墙抗震等级三级时0.6的轴压比限值要求(之前版本对抗震等级三级无轴压比限值要求)。
2.4 设置边缘构件
边缘构件分为约束边缘构件和构造边缘构件两类。约束边缘构件是指用箍筋约束的暗柱,端柱和翼墙,其箍筋较多(配箍率特征值相对较大),对混凝土的约束较强;构造边缘构件的箍筋较少,对混凝土约束较差或没有约束。剪力墙墙肢的塑性变形能力和抗地震倒塌能力,除了与纵向钢筋有关外,还与截面形状、截面相对受压区高度(轴压比),墙梁端的约束范围、约束范围内的箍筋配箍特征值有关。当截面相对受压区高度(轴压比)大到一定时,需要设置约束边缘构件,使墙肢端部成为箍筋约束混凝土。《建筑抗震设计规范》6.4.5条对边缘构件的尺寸、配筋都做了具体的说明。特别是6.4.5-2款规定了“一、二、三级抗震墙,以及部分框支抗震墙结构的抗震墙,应在底部加强部位及相邻的上一层设置约束边缘构件,在以上其他部位可设置构造边缘构件。”这一点刚好就和本文之前提到的“加强底部塑性铰区”一节相呼应,可以看出,通过设置约束边缘构件,可以提高墙肢端部混凝土极限压应变、改善剪力墙延性。
2.5 控制墙肢截面尺寸
剪力墙墙肢截面厚度,除了要满足承载力的要求外,还要满足稳定和避免过早出现斜裂缝的要求。一股情况下,把稳定要求的厚度称作最小厚度,通过构造满足。在实际结构体系中,
楼板以及与剪力墙平面外相交的剪力墙,是剪力墙的侧向支撑,可防止剪力墙失稳。通常情况下,剪力墙最小厚度由楼层高度控制。《建筑抗震设计规范》6.4.1条规定了剪力墙最小厚度要求。设计时需留意。另外,就是本文之前提到过的墙段高宽比不宜小于3,《建筑抗震设计规范》6.1.9条也做了具体的要求。
2.6 配置分布钢筋
《建筑抗震设计规范》6.4.3条对剪力墙内分布钢筋的配置提供了具体说明。特别是6.4.3-1款:“一、二、三级抗震墙的竖向和横向分布钢筋最小配筋率均不应小于0.25%,四级抗震分布钢筋最小配筋率不应小于0.20%。”剪力墙中,分布钢筋的作用主要是:抗剪、抗弯、减小收缩裂缝等。如果竖向分布钢筋过少,墙肢端部的纵向受力钢筋屈服后,裂缝将迅速开展,裂缝的长度、宽度都较大;如果横向分布钢筋过少,斜裂缝一旦出现就发展成主要斜裂缝,剪力墙将沿斜裂缝被剪坏。因此,墙肢的竖向和横向分布钢筋最小配筋率是根据限制斜裂缝开展要求确定的。
3 结束语
剪力墙结构具有较好的抗震性能,且结构布置灵活,可以很大程度减小结构构件对建筑的使用影响,所以高层住宅较多使用这种结构形式。在抗震设计中,针对剪力墙结构受力体系及相关规范条文进行分析理解,合理采用计算分析方法,并采取相应构造措施,相信剪力墙结构能够以更加经济、实用的优势展现在住宅设计中,具有更广阔的发展前景。
参考文献:
[1] 苏国芳,王天.框架剪力墙结构设计问题的探讨[J].山西建筑,2012,(05).
[2] 李.高层建筑框架剪力墙结构设计中几个问题的探讨[J].中国高新技术企业,2011,(16).
【关键词】 弯曲变形;相对刚度;侧向刚度比
【中图分类号】 TU971 【文献标识码】 C【文章编号】 1727-5123(2011)02-132-03
1前言
为适应现代建筑体型造型日趋复杂的需要,保证建筑结构竖向刚度变化的均匀性,防止出现刚度突变的情况,国内外相关规范规程对建筑结构楼层侧向刚度及其沿结构高度变化情况均作出明确规定,通过控制层刚度比可以直观地把握结构楼层侧向刚度沿竖向分布的不均匀程度,衡量结构竖向规则与否以及是否形成结构薄弱层、地下室能否作为嵌固端、转换层刚度是否满足要求等等。
本文通过分析以剪切变形为主和以弯曲变形为主的高层建筑结构在地震作用下楼层侧向刚度及其比值,得到目前《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)中采用地震剪力和位移比值的刚度计算方法对弯曲变形为主的建筑结构是不太合适的。
2刚度计算方法
我国《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)和《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3-2002)为了控制建筑结构的竖向不规则性,提出了侧向刚度比的控制指标,并根据不同的应用范围,提出三种刚度比的计算方法,即地震剪力和地震层间位移比(以下简称有效刚度)、剪切刚度和剪弯刚度。
本文提出采用相对刚度的方法计算楼层侧向刚度,即楼层剪力和层间位移角的比值。
2.1有效刚度(地震剪力和地震层间位移的比值)。根据《建筑抗震设计规范》第3.4.2和3.4.3条及《高层建筑混凝土结构技术规程》第4.4.2条的条文说明中建议的方法,楼层的侧向刚度可取地震作用下的层剪力与层间位移的比值计算,其刚度的计算公式为:
4结论
由以上算例和工程实例可见,对于以剪切变形为主的结构,采用国内规范的有效刚度的方法判断楼层侧向刚度是否突变是合理的。而对于以弯曲变形为主的高层建筑结构,采用目前国内规范的相关条文均无法合理地控制楼层侧向刚度变化;而按照相对刚的方法设计的结构、结构概念以及工程经验是一致的,可以有效的反映楼层侧向刚度的变化。
参考文献
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2中华人民共和国国家标准.混凝土结构设计规范.GB50010-2002.北京.中国建筑出版社,2002
3中华人民共和国国家标准. 建筑抗震设计规范.GB50011-2001.北京.中国建筑出版社,2001
4廖宇飚等.高层建筑结构侧向刚度变化及其控制方法研究(I).工程抗震与加固改造,2005.10
5黄小坤等.高层建筑结构侧向刚度变化及其控制方法研究(II).工程抗震与加固改造,2005.12
6胡兴福等.带转换层结构侧向刚度计算的规范方法研究.四川建筑科学研究,2006.6
7徐培福等.剪力墙竖向不连续结构的震害与抗震设计概念. 建筑结构学报,2004.10