建筑结构设计中的抗震设计

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  【摘 要】 建筑造型和构造措施是建筑物抗震设计的关键,抗震规范也是随工程抗震的不断发展变化而不断地修改以至逐步完善的。进行抗震设计是把政策性、科学性、先进性、经济性、实用性和规范延续性等方面的要求较好地结合起来,应从国家和人民财产生命安全这个百年大计上考虑,逐步提高我们的建筑物抗震设计水平。
  【关键词】 建筑结构;设计;抗震
  引言:
  近年来频发的地震灾害已经导致了太大的生命财产损失,加强建筑结构的抗震能力变得越来越重要。传统的建筑结构设计过于信赖计算设计的结果,忽略了建筑结构的实际情况,没能充分发挥计算设计在建筑抗震设计中的作用。而抗震概念设计的出现,将建筑结构设计引向了人性化方向,并且拓宽了建筑结构设计的思路,为建筑抗震设计提供了新的视角,并在实际应用中发挥了良好作用。
  一、抗震设计时应注意地震破坏的特点
  1、地基方面
  在具有较厚软弱冲积土层场地,高层建筑的破坏率显著增高;地基土液化导致地基不均匀沉降,从而引起上部结构损坏或整体倾斜;建造在不利或危险地段的房屋建筑,因地基破坏导致房屋损坏;当建筑结构的基本周期与场地自振周期相近时,因共振效应破坏程度将加重。
  2、结构体系方面
  采用“填墙框架”的房屋结构,钢筋混凝土框架结构平面内柱上端易发生剪切破坏,外墙框架柱在窗洞处因受窗剪墙的约束而发生短柱型剪切型破坏:采用框架——抗震墙体系的房屋结构,破坏程度较轻;采用“底框结构”体系的房屋,刚度柔弱的底层破坏程度十分严重:采用“填墙框架”体系的房屋,当底层为敞开式框架间未砌砖墙,底层同样遭到严重破坏。
  3、刚度分布方面
  矩形平面布置的建筑结构,电梯井等抗侧力构件的布置当存在偏心时,因发生扭转振动而使震害加重;采用三角形、L形等不对称平面的建筑结构,同样在地震作用時因发生扭转振动而使震害加重。
  4、构件形式方面
  在框架结构中,通常柱的破坏程度重于梁、板;钢筋混凝土多肢剪力墙的窗下墙通常会出现斜向或交叉裂缝;配置螺旋箍筋的混凝土柱,当层间位移角达到较大数值时,核心混凝土仍保持完好,柱仍具有较大的抵抗能力。
  二、高层建筑抗震设计分析方法
  1、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,应该充分的了解当地的地震活动情况,对当地的地质情况进行科学的勘察,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。对于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者是其它具有较高密实度的地基土,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。
  2、建筑工程结构材料的选用
  建筑工程结构设计中结构材料选用也很重要。如果结构设计的很完善,同时也符合防震的要求,但是如果结构材料的选用不当,就可能达不到预期的防震效果。在防震结构设计时必须要对结构材料参数随机性的防震模糊可靠度进行分析,这与以往的结构抗震可靠度的研究不同,以往的研究中只考虑荷载的不确定性而不考虑别的是因素。设计时应该综合考虑了材料参数的随机性,地震烈度的不确定性以及烈度等级界限的模糊性等因素,确保设计时考虑因素的全面性。
  3、建筑结构的规则性
  为了保证建筑的可靠性以及其所承载的力量的分布均匀,在进行建筑结构设计过程中,一定要尽量保证建筑结构的规则性,并且也要使抗侧力结构尽量保证简单化。在选择建筑结构平面布置图形时,应该选择较为规整的图形,因为只有规则的图形,才能使建筑在面对地震发生时所带来的承载力的均匀分布。对于不规则的建筑结构平面,应该尽量避免,因为不规则的建筑平面容易造成建筑结构质心与刚心间的交错,这样的建筑在面对地震时,容易产生刚心距离较大,刚性小足,最终建筑将会面临倒塌的危险。
  4、建筑结构材料的选取
  建筑结构材料的好坏决定着建筑在地震发生时的安全性。事实上,高层建筑抗震结构设计的实质就是将各个建筑构件的延性整合起来,并对其进行相应的协调与把握,其目的就使建筑在面对地震时能够安全稳定。在选择建筑钢筋时,一定要尽量选择那些具有较高韧性的材料。对于在垂直方向受力的钢筋,要采用热轧钢筋,以HRB400级和HRB335级为标准,对于箍筋,则是以HRB335,HRB400和HPB300级热轧钢筋为佳。在选取建筑结构材料过程中,一定要时时考虑材料抗震方面的性能,当然,在建筑过程中,建筑成本、造价控制也是建筑企业必须要考虑的问题,因此,在对建筑结构材料选取的过程中,一定要找到建筑成本与抗震性能之间的点,兼顾二者,以期实现以最少的材料获取最佳的抗震效果。
  5、提高房屋建筑结构的抗震力
  出于对建筑结构抗震功能的保证,在房屋建筑结构设计中要特别注意做到以下几点:首先,在房屋建筑结构设计中要考虑地基的稳定性因素,挑选对抗震有益的地基,防止地基变形影响抗震功能。其次,同一房屋建筑结构单元要设计在性质一样的地基上,要把地基最大潜力融入房屋建筑的结构设计,有利于发挥地基的抗震功能。房屋建筑结构设计尽量做到规则、对称,以降低地震作用导致的房屋建筑变形度以及避免地震作用力集中导致房屋建筑扭曲的状况发生。再次,房屋建筑的整体结构设计中要多加几道抵抗防线,以提高房屋建筑结构的抗震力,同时建筑结构受力设计要明确,防止存在建筑结构局部薄弱。最后,最大程度的减少房屋建筑结构自身重量,从而减小房屋建筑对地基的压力,达到缓解地震冲击作用对建筑体的影响力。
  6、抗侧力体形的优化
  对一般性构造的高楼,刚比柔好,采用刚性结构方案的高楼,不仅主体结构破坏轻,而且由于地震时的结构变形小,隔墙,围护墙等非结构部件将得到保护,破坏也会减轻。提高结构的超静定次数,在地震时能够出现的塑性铰越多,耗散的地震能量也就越多,结构就愈能经受住较强地震而不倒塌。改善结构屈服机制,使结构破坏按照整体屈服机制进行,而不是楼层屈服机制。设计结构时遵循强节弱杆、强柱弱梁、强剪弱弯,强压弱拉的原则。在进行结构设计时,应该选定构件中轴力小的水平杆件,作为主要耗能杆件,并尽可能使其发生弯曲耗能。从而使整个构件具备较大的延性和耗能能力。
  7、常用的加固设计
  为了有效的提高建筑结构的抗震能力,应该根据建筑结构的实际情况采取相应的加固措施,在进行加固方法选择的时候应该具体考虑以下几个方面的因素:第一,对于一些机构设计存在缺陷的情况,应该根据实际情况增加构件进行加固,或者是采取具有较高抗震能力的构件代替原有构件。对于需要提高承载力或结构整体刚度的情况,可以增设构件,扩大原截面,设置套箍等方法;很多建筑结构整体性连接达不到抗震的标准,可以有针对性的对结构进行相应的调整,这样可以分散地震力,减少破坏。建筑中的一些与建筑结构不相关的构件,在地震时有可能倒塌而造成危害,应该适当进行加固。
  三、结束语
  总体来说,对于建筑工程整个施工过程来说,抗震设计是一个科学、复杂的过程,从地理位置的选择到建筑的施工,抗震设计贯穿了整个过程。而且建筑的抗震设计是衡量整个建筑质量是否符合标准的重要参数。总之,建筑的抗震设计与建筑的质量息息相关,要针对不同的建筑风格采用不同的抗震设计,寻找最适合建筑的抗震设计方法。
  参考文献:
  [1]李鸣.浅谈建筑结构抗震设计[J],科技致富向导,2013(6):330
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  [3]毛国栋.论高层建筑结构设计中的抗震概念设计[J].城市建设理论研究,2012(15).
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