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建筑結構設計中抗震設計淺析

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建筑結構設計中抗震設計淺析

發布日期:2020-02-20 作者: 點擊:

近年來,一些國家和地區相繼發生強烈地震,造成巨大損失。而我國又是一個地震多發的國家,要抵御、減輕地震災害,必須對建筑結構進行必要的抗震設計。武漢新盛建設集團在結合建筑構造中的抗震設防理念,建筑結構的地震反應,地震反應特性、地震破壞模式等因素綜合考慮的同時,為了努力減輕地震造成的破壞,減輕經濟損失,我國政府和相關部委陸續頒布了一系列防震減災的法律、法規條文,并強制規定設防強度為6度以上地區的建筑必須進行抗震設計。    

一、建筑結構抗震設防的目標    

抗震設防是指對建筑物進行抗震設計,并采取一定的抗震構造措施,以達到結構抗震的效果和目的。我國通常采用“三水準抗震設防”和“兩階段抗震設計”的設計方法。下面就對這兩種設計方法進行闡述和分析。    

1.三水準抗震設防    抗震設防的依據是抗震設防烈度,抗震設防烈度按不同的頻率和強度可以分三個地震烈度水準。采用第三水準烈度的地震動參數,計算出結構的彈塑性層間位移角,以滿足第三水準大震不倒的要求。目前,我國抗震設防為“三水準”目標通常將其概括為:“小震不壞、中震可修、大震不倒”。其中,“小震不壞”是指當遭受低于本地區抗震設防烈度的多遇地震時,建筑物一般不受損壞或不需修理仍可使用,建筑處于正常使用狀態,從結構地震分析角度,可以視為彈性體系。第一水準對應抗震正常使用極限狀態,就是在該狀態下結構的功能和使用應不受影響,這意味著結構和非結構都不會發生需要修復的損傷?!爸姓鹂尚蕖笔侵府斣馐艿较喈斢诒镜貐^抗震設防烈度的地震影響時,建筑物可能損壞,經一般修理或不需修理仍可繼續使用,結構在地震影響時進入非彈性工作階段。第二水準對應結構損傷控制極限狀態,在該結構狀態下結構中受力較充分的部位已經進入屈服后變形狀態?!按笳鸩坏埂笔侵府斣馐芨哂诒镜貐^抗震設防強度的罕遇地震時,建筑物不致倒塌或發生危機生命安全的嚴重破壞,此階段結構有較大的非彈性變形,但人員可以逃離。第三水準對應人在地震中能夠幸存的極限狀態。在這一極限狀態下雖然允許結構出現不可修復的損傷,但要求保持較好的整體性而不倒塌。    

2.兩階段抗震設計    為實現上述三個烈度水準的抗震設防要求,《抗震規范》提出了兩階段抗震設計方法。第一階段設計是多遇地震下的承載力驗算和彈性變形計算。除了在確定結構方案和進行結構布置時考慮抗震要求外,還應按照小震作用進行抗震計算和保證結構延性的抗震構造設計。第一階段設計的第一步是,在方案布置符合抗震原則的前提下,采用第一水準烈度的地震動參數,用彈性反應譜法求得結構在彈性狀態下的地震作用標準值和相應的地震作用效應,然后與其他符合效應按一定的組合系數進行組合,對結構構件截面進行承載力驗算,從而滿足第一水準的強度要求。第二步,采用同一地震參數計算出結構的彈性層間位移角,使其不超過規定的限值,另外,采用相應的抗震措施,保證結構具有相應的延性變形能力和塑性耗能能力,從而滿足第二水準的變形要求。第二階段是罕遇地震下的彈塑性變形驗算,主要針對甲級建筑和特別不規則的結構用大震作用進行結構易損部位(薄弱層)的塑性變形驗算。第二階段的設計主要表現在反應譜理論的變化,反應譜理論是根據彈性結構的地震反應得到的,因此一般也只能計算結構處在彈性狀態下的最大地震反應。當結構遇到強烈地震而進入強塑性階段時,反應譜將不能給出各構件進入強塑性狀態的內力、變形,無法找出結構的薄弱環節。利用延性系數將彈性反應譜變為塑性反應譜,從而使抗震設計理論進入了非線性反應階段。    

二、做好建筑結構抗震設計的基本措施    由上述可見,抗震規范設計的方法已經具有了基本的雛形,但在實現這一抗震設防目標時,仍有一些問題需要認真研究。因此做好建筑結構中抗震設計的基本措施顯得至關重要,它是保證抗震設計實現“三水準”抗震設防目標的基礎。    

建筑結構應立足于工程抗震基本理論,靈活運用抗震設計準則,從根本上提高結構的抗震能力。根據當前抗震理論下形成的基本原則和要求,下面就對做好建筑結構中抗震設計的基本措施進行探討分析。   武漢新盛建設集團 

1.選擇有利場地    造成建筑物震害的原因是多方面的,場地條件是其中之一。在不同工程地質條件的場地上,地震對建筑物的破壞程度是截然不同的。因此,選擇工程場址時,設計者必須結合工程的實際需要,盡可能避開對建筑抗震不利的地段,選擇對建筑抗震有利的地段,當沒有辦法避開時,適當的抗震加強措施應被采用,任何情況下均不得在抗震危險地段上建造可能引起人員傷亡或較大經濟損失的建筑物。    

2.優化平立面布置    建筑布置的平立面應規則,體型要求簡單。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,就能從根本上保證房屋具有良好的抗震性能。建筑中的獨立單元及整個建筑應力求質量剛度對稱,使其剛心與質心偏心很小甚至完全重合。此外,建筑沿豎向分布的剛度和質量還須均勻,只有簡單、規則、對稱結構容易準確計算其地震反應。    3.選擇合理的結構形式    選擇合理的抗震結構體系,首先,應有多道抗震防線,避免因部分結構或構件破壞而導致整個體系喪失抗震能力;其次,應具備良好的耗能、變形能力和必要的強度。一個沒有足夠延性,只有較高的抗側力強度的抗震結構體系,在地震時很容易遭到破壞;再次,結構剛度和強度分布須合理。結構體系宜具有合理的剛度和承載力分布,避免因局部削弱或突變形成薄弱部位,產生過大的塑性變形集中,對可能出現的薄弱部位,應采取措施提高抗震能力。    

4.提高結構的延性    結構的延性可定義為結構在承載力無明顯降低的前提下發生非彈性變形的能力。結構的延性反映了結構的變形能力,是防止在地震作用下倒塌的關鍵因素之一。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。構件的破壞和退出工作,使整個結構從一種穩定體系過渡到另外一種穩定體系,致使結構的周期發生變化,以避免地震長時間持續作用引起的共振效應。    

5.確保結構的整體性    結構是由許多構件連接組合而成的一個整體,并通過各個構件的協調工作來有效地抵抗地震作用。若結構在地震作用下喪失了整體性,則結構各構件的抗震能力不能充分發揮,這樣容易使結構成為機動體而倒塌。因此,結構的整體性是保證結構各個部分在地震作用下協調工作的重要條件,確保結構的整體性是抗震概念設計的重要內容。   

總的來講,結構工程師在建筑結構的抗震設計中,只有注重對結構抗震設計的方法總結和不斷完善,不斷提高建筑抗震等級,真正理解設計規范,嚴謹認真,才能設計出經濟安全的建筑,才能確保人民生命財產安全。也就是說,在建筑結構抗震體系中,只要使體系布局合理,計算正確,同時采取有效的加強措施,便可獲得結構的最大抗震能力,達到防震減災的目的。  

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