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刍议建筑结构抗震概念设计

时间:2022-06-14 08:42:01  浏览次数:

摘要:由于地震活动的不确定性和频繁性,再加上抗震结构设计模型与实际建设工作之间的差异,使得很难控制地震中结构的一些薄弱环节。这就使得在对结构进行抗震设计的时候,除了必要计算以外,更要注重抗震概念设计,抗震概念是最为重要的。它不仅能有效的保障我国人民生命安全,还能避免重大的经济损失。良好的抗震概念是保证一个建筑工程安全性、抗震性、质量的手段。只有在实际中我们把抗震概念落实到实处,才能发挥出它的效益。

关键词:建筑结构设计;抗震概念;方法

前言

所谓的抗震概念,指的就是正确的解决建筑物抗震的总体方案、建筑物结构构造、建筑物材料的使用,通过抗震设计的原则,来达到抗震设计的目的。我国是一个地震频繁发生的国家,由于地震的活动频率高。震级较大,是世界上遭受地震灾害比较严重的国家之一。一次大的地震在十几秒,又或者是几十秒就能够使一个城市变成废墟,导致人员的大量伤亡和经济上不可估量的损失。因此建筑物抗震设防的问题,是城市建设发展中所面临的重要课题。

1 在设计过程中考虑房屋抗震功能的建筑理念

我国的不少地方都位于地震高发区,地震发生时以地震波的形式进行扩散,因地震波具有水平方向及竖直方向的分量,对地面上的建筑物会造成较大的破坏,其中建筑中受力复杂的部位以及突出顶面的部位,更容易受到破坏。根据地震的形成规律和破坏规律,在建筑设计的过程中想要提高房屋的抗震功能,就需要科学地设计房屋的受力结构和建筑平面。

1.1砌体房屋的抗震设计思路

传统建筑结构以砌体结构为主,以砖石结构为主的砌块砌成砌体,根据有无结构性钢筋分为配筋和无筋两种,因建筑材料成本低廉且可以就近取材,房屋建成后有较强的耐久性和稳定性,是比较常见的建筑方式,根据统计数据表明,砌体结构的房屋在Ⅷ度地震时即会受到严重的破坏,抗震效果较差。在砌体房屋的抗震设计过程中,要注意建筑的结构中心与质量中心的重合,以保证建筑在地震波的作用下不发生扭转,从而削弱地震波的破坏作用;建筑的附属配件不要突出于建筑之外,以免在地震发生时发生甩落现象。另外砌体结构的房屋要严格控制其高度,控制高度与宽度的比值,尽量降低房屋的建筑重心,以增强其稳定性,避免整体坍塌的现象的发生,砌体房屋的日常维护任务比较艰巨,需要在使用过程中注意维修和加固。

1.2高层建筑的抗震设计思路

随着我国城市化进程的不断加快,城市建设用地日趋紧张,为了缓解城市居民的居住压力,城市规划的过程中新建筑一般以高层建筑为主。高层建筑因其本身的结构特点,对防风和防震的要求要比普通的中低层建筑高,在设计过程中应该进行整体上的设计,以精密的结构方案和施工布置保证建筑的抗震性能,要注重建筑结构的整体完整性和连续性,使建筑能够在地震中保持其稳定性。高层建筑各建筑部件之间的连接是否可靠,对建筑的承载力和稳定性起到至关重要的作用,在地震发生时,可靠的连接方式可以使地震波沿其传导方向进行传导,适应地震中的延展性的要求;在进行设计时,要注重建筑结构纵向和横向的结构刚度,使房屋在建筑基础牢固的基础上实现整体的稳定性,使建筑在地震发生之后地基沉降的情况下,能够保持建筑的形状。要实现结构部件之间的可靠连接以及整体的刚性,需要从设计过程中就有足够的重视,对建筑进行完整而精确的力学分析。

2 对建筑进行抗震设计的主要设计方法

地震对建筑造成的破坏,除了地震波造成的直接破坏之外,地形地貌的改变对建筑的破坏也十分明显,因此对建筑进行抗震设计,需要从建筑方案立项之初就要开始考虑,从建筑场地的选择,到对建筑地形的勘察和地基的设计,以及建筑整体上的设计,都是抗震设计的重点环节。根据房屋建筑抗震设计的理念,对建筑进行抗震设计的主要方法有以下几个方面:

2.1选择适宜的建筑地点

根据地震对建筑的破坏特点,在建筑工程立项之初的选址上,就要注意建筑的抗震功能,在选址时要规避影响建筑结构抗震效果的地域,如非岩质的柔软沙土地,以及孤立的高耸山丘,河边或者易发生滑坡的丘陵地带等,无法避免在危险地带进行建筑施工时,要加强建筑过程中的抗震设计,但是往往会提高建筑的成本,因此在选址时尽量选择在开阔平坦的中硬度场地,建筑地点适宜可以方便建筑地基的施工,能够提高建筑结构的稳定性。

2.2建筑的外形要简单规整

随着抗震学术界对抗震研究的深入,抗震理论有了比较大的发展,对于建筑结构的抗震方法也有了较多的设计思路根据。对地震后的建筑进行的统计结果,发现结构简单对称的建筑不容易被地震波所破坏,具有较强的抗震效果,在设计时要综合考虑当地的地质资料,研究出地震波的传导方向,对建筑细节进行处理,采取有效的连接方式,以增强建筑结构的整体稳定性。建筑的外形设计要尽量简单,避免突出于表面的结构,建筑整体上的重心不能与刚度中心有较大偏移。

2.3注重增强建筑的整体刚性

建筑的受力部分包括纵向和横向的承重部件,要想使建筑在地震过程中保持整体上的稳定性,就要注重建筑整体上的刚性的增强,目前在建筑过程中所采用的钢筋混凝土结构,就能够较好地实现这样的目的,能使建筑具有较好的整体性,以及较强的水平刚度,能够比较均匀地传递载荷。增大建筑的整体刚性,建筑整体上的受力就较为均匀,可以使建筑在面对地震时,能够有效延迟结构的屈服时间,起到较好的抗震效果。

2.4有效提高建筑结构延性的设计方案

在发生地震之后,采用延性设计的建筑能够有效缓解地震造成的破坏,以局部部件的破坏来减少建筑整体受到的地震冲击,对建筑的抗震贡献和建筑的刚性处于同等重要的地位。在建筑的设计过程中,以塑钢结构来完成柱的建造,使柱子的抗弯折能力远优于梁,是建筑的框架具有较强的耗能能力,通过一定的抗震结构的建设,提高塑性铰的转动能力和耗能效果,从而提高建筑整体式上的延性,减少建筑整体所承受的地震波能量。

2.5选择具有抗震效果的建筑材料

建筑材料的选择对建筑抗震效果也有一定的影响,随着材料技术的不断进步,具有抗震功能的新材料不断面世,在建筑行业也受到广大设计者的青睐,在建筑时尽量采用框架剪力墙的结构,以钢结构为基础进行建设,在宏观上提高了建筑的刚性和延性,有助于提高建筑结构的稳定性。钢结构相比于目前采用的混凝土结构,遇有更高的强度和韧性,在重量比上也要优于混凝土结构,具有更好的抗震性能。

3 对建筑设计方案的抗震性能进行检测的方法

在建筑的设计方案确定之后,需要对设计方案进行抗震性能的检测,以考察建筑的抗震性能是否符合所在地以及客户的抗震需求。目前主要采用的检测方法是能力谱法,该方法的检测思想是对建筑方案进行弹塑性的分析,分析结果以函数的形式绘制成曲线,该函数曲线以基底所受到的剪力为自变量,以建筑顶点的位移为结果变量,考察建筑整体对地震效果的缓冲作用,这条曲线就是该设计方案的能力曲线,主要能反应出建筑的稳定性能,根据图谱可以直观地对建筑的抗震性能进行评价,需要通过分析发现在设计结构无法满足预期的抗震要求的情况时,需要根据检测的结果及时对设计方案进行调整。依据能力图谱对建筑方案进行考察时,根据设计需要的建筑抗震性能,在能力谱曲线图中绘制出设计目标所需要的抗震曲线,对比建筑的能力谱进行分析。若方案的能力曲线与目标曲线之间没有交点,则证明该方案不能满足设计目标的抗震需求,方案中的建筑结构需要进行一定的处理,或者需要重新进行建筑方案的设计;若建筑的能力曲线与目标曲线存在交点,要考察交点出的坐标情况,考察设计方案中的建筑对地震等级的响应情况,能够清晰地表现出建筑结构的抗震能力,以及建筑在受到地震的影响时的响应情况,考察建筑中各部件的情况,如塑性铰的分布是否满足需要,刚性结构的整体抗震能力是否达标等。

4 结束语

近年来世界范围内地质灾害频发,广大的建筑设计者与抗震学术界之间,不断进行着广泛而深刻的合作,取得了比较明显的成果,不少先进的研究成果仍然缺乏实际运用。广大的建筑设计者在进行设计时,要考虑到建筑的抗震功能,从建筑的选址到建筑结构的定型,对建筑进行详细的力学分析,以位移的考虑方法解决建筑在地震中构件变形的问题,利用新型的抗震建材,采用先进的施工工艺,不断提高建筑的抗震功能。

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