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關鍵詞:框架;剪力墻;抗震;設計要求
中圖分類號:S611文獻標識碼: A
框架—剪力墻結構具有剛度比較大、抗震效果好、建筑用料省、工程造價低等優點,它被廣泛地應用于建筑結構中??蚣堋袅Y構是將框架結構與剪力墻結構相結合的一種建筑結構,它能夠將框架結構的功能同剪力墻結構的功能結合起來,從而達到增強框架—剪力墻結構抗震能力的目的。由于地震作用形式的多樣性以及框架—剪力墻結構本身的復雜性,框架—剪力墻在建筑結構中的應用中仍然存在很多問題。要想解決好該問題,必須要對框架—剪力墻建筑結構的抗震設計方法進行進一步的完善。
一、分析在地震作用下框架—剪力墻結構的內力分布以及變形情況
框架—剪力墻結構是一種具有良好抗震性能的結構,它能夠將框架與剪力墻這兩種結構的優點融合在一起,具有更強的抗側向力、更好的延展性。在強度比較大的地震的作用下,框架—剪力墻結構由彈性階段轉為彈塑性階段,與彈性階段相比,這一時期的框架—剪力墻結構的內力分布以及變形情況都有了很大的不同。經過相關研究人員的理論分析以及試驗論證,剛度特征值以及樓層與樓層之間發生位移時的位移角度是了解與闡述彈塑性階段的框架—剪力墻結構的內力分布以及變形情況的兩個關鍵性能參數。
二、框架結構與剪力墻結構協同原理
框架—剪力墻結構是將框架結構與剪力墻結構相結合的一種建筑結構,它能夠將框架結構的抗側力功能同剪力墻結構的抗側力功能結合起來,從而達到增強框架—剪力墻結構抗震能力的目的。其中,框架結構采用剪切型,剪力墻結構采用彎曲型。單獨的剪力墻結構的受力情況與豎直方向擺放的懸臂梁的受力狀況是相似的,當它受到因地震作用而產生的側向力時,其結構會產生變形現象,受力曲線呈現彎曲型。單獨剪力墻結構的受力特點是上部結構的層間位移角度大于下部結構的層間位移角度,呈現從上而下依次減小的趨勢。單獨的框架結構在受到因地震作用而產生的側向力時,其結構也會發生變形現象,但其受力曲線呈現剪切型。單獨框架結構的受力特點是上部結構的層間位移角度小于下部結構的層間位移角度,呈現從上而下依次增大的趨勢。這兩種結構的功能相互補充,將這兩種結構結合起來具有更強的抗側向力能力。
三、框架—剪力墻結構的抗震設計方法
1.從性能角度出發進行框架—剪力墻結構的抗震設計。
從性能角度出發進行框架—剪力墻的抗震設計,就是在進行抗震設計時,要以“投資—效益”為基礎,來對框架—剪力墻結構的抗震性能進行分析,將框架—剪力墻結構進行有關抗震性能的分類,將其劃分為不同的種類,并與我國相關法律法規要求的設防標準以及現實中業主對于設防標準的要求相適應。在應業主的要求對框架—剪力墻進行抗震性能的設計時,選擇符合現實需求的設防標準,根據設防標準確定框架—剪力墻結構的抗震等級,并進行合理的結構設計。綜上所述,與傳統的框架—剪力墻結構的抗震設計方法相比,從性能角度出發進行的框架—剪力墻結構的抗震設計方法,業主更具有選擇的自主性,可以提出自己的要求,由相關設計人員對框架—剪力墻結構進行抗震設計。從性能角度出發進行框架—剪力墻結構的抗震設計,實現了設防標準由單級向多級的轉變,更具有個性、多樣性以及創新性,能夠更好地促進技術的創新與發展、更好地實現設計方案的優化以及更好地發揮框架—剪力墻結構的抗震性能,這是建筑行業的一個進步。傳統的框架—剪力墻結構的抗震設計方法與從性能角度出發進行的框架—剪力墻結構的抗震設計方法是共性與個性之間的關系??蚣堋袅Y構的設計過程主要包括以下三方面的內容:明確設防標準、確定框架—剪力墻結構的抗震等級、框架—剪力墻結構的抗震設計方法。這一具有明顯個性的抗震設計方法的出現,必將會顛覆原有的傳統抗震設計方法。
當前,建筑行業通常都采取傳統的框架—剪力墻結構的抗震設計方法,主要包括底部剪力法以及振型分解反應譜法,這兩種方法都應用了反應譜理論,都將承載力這一參數作為具有決定性意義的控制參數。傳統意義上的框架—剪力墻結構的抗震設計方法在對框架—剪力墻結構進行抗震性能的設計時,首先必須要進行加速度反應譜的設計,并以此為基礎來進行框架—剪力墻結構抗震性能的設計。進行加速度反應譜的設計是當前建筑行業內最為主要也是最為基本的對抗震性能進行計算的方法。以承載力這個參數作為具有決定性的控制參數來對框架—剪力墻結構進行抗震性能的設計具有一定的缺點,它不能夠準確描述當框架—剪力墻結構處于彈塑性工作階段時能否具有正常的工作狀態,也不能控制框架—剪力墻結構在承受地震作用力狀態下的損害程度,是一種極其被動的抗震設計方法。從能量平衡角度出發的極限設計方法、從延性角度出發的設計方法,以及從損傷角度的設計方法,分別以能量參數、延性參數以及損傷參數作為具有決定性質的控制參數,這三種抗震設計方法能夠克服以承載力這一參數為主要控制參數的抗震設計方法的缺點,但同時它們也存在自己的缺點。在采用這三種方法進行框架—剪力墻結構的抗震性能設計時,設計人員在設計過程不能夠明確掌握設計參數,不利于保證設計方案與設計人員的思路的一致性。綜上所述,在進行框架—剪力墻結構的抗震性能設計時,最好采取變形參數來作為主要的控制參數,一方面可以使設計人員在設計過程中能夠明確掌握設計參數,保證實際設計方案與其本身的思路相符合,另一方面,可以對具有非結構性質的構件進行性能水平的控制。經過對以往地震災害的綜合分析,相關研究人員發現,框架—剪力墻結構之所以會出現損壞、倒塌的現象,主要是因為框架—剪力墻結構所承受的作用力大小已經超過了其塑性變形的極限,從而使框架—剪力墻結構變形程度過大。通過綜合分析,并經過相應的理論驗證之后,從變形角度出發進行框架—剪力墻結構的抗震性能的設計是目前最具實用性的框架—剪力墻結構的設計方法。
從位移角度出發進行框架—剪力墻結構的抗震性能設計。
從位移角度出發進行框架—剪力墻結構的抗震性能設計方法將框架—剪力墻結構的抗震性能分為三大類:使用狀態良好的抗震性能、能夠抱證人身財產安全的抗震性能以及能夠防止框架—剪力墻結構倒塌的抗震性能,同時用層與層之間的位移角度將這三種抗震性能具體化。首先,將呈現水平分布規律并以倒三角形式發生作用的側移曲線來作為初始的側移模式。對于具有使用狀態良好的抗震性能的框架—剪力墻結構,在其側移曲線上,首先找出其反彎點,并找出反彎點在實際情況中所代表的樓層,然后確定樓層間的位移角度,當位移角度達到相應的數值時,將這時的側移曲線作為目標,并依據此時的相關數據計算出等效參數以及基底剪力和水平方面的地震作用力。對于能夠保證人身財產安全的抗震性能以及能夠防止框架—剪力墻結構倒塌的抗震性能,主要是以Pushover曲線以及需求曲線之間的關系,來調整框架—剪力墻結構,使框架—剪力墻具有能夠保證人身財產安全的抗震性能或者是能夠防止框架—剪力墻結構倒塌的抗震性能。
結語:
框架—剪力墻結構是一種將框架結構與剪力墻結構結合起來、具有很強抗震能力的建筑結構?;诳蚣堋袅Y構結構抗震性能的設計方法,是多年來世界各國共同關注的一個問題,必須要重視并加強對于房屋框架—剪力墻結構結構抗震性能設計方法的進一步研究與完善。
參考文獻:
[1]胡志明.論框架—剪力墻結構的抗震設計[J].探索·經驗,2010(13)
關鍵詞:建筑結構 框架房屋 砌體房屋 抗震設計 常見問題 解決措施
中圖分類號:TU2 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2013)05(b)-0052-01
地震產生的危害主要是人民群眾的生命和財產受到損失。地震造成建筑物和工程設施的破壞,并造成二次災害。房屋建筑在城市和農村都占有很大的面積,與廣大人民群眾的生產和生活密切相關,是人們正常生活的重要組成部分,是人民群眾的生產和生活的主要場所。做好房屋建筑建設工程抗震設防以及抗震設計,減少未來可能會遇到地震造成的損失,這也是最有效、最根本的措施。在本文中,主要分析框架房屋和砌體房屋建筑結構設計。
1 房屋建筑結構抗震設計中存在的問題
1.1 框架房屋設計中存在的問題
(1)在平坦的表面上,在橫向剛性的結構,為改變其分布,從而改變地震內力的分布狀態,導致改變結構層的變化,使得在垂直方向上出現薄弱層,對房屋結構造成危害。(2)對主體地震的分析變得困難,不容易選擇合適的地震分析模型,以準確估計地震響應并作出處理,按照我國通用的建筑規范,處理填充墻對結構側向剛度貢獻時,通常被認為是減少振動自然周期的行為,從而擴大作為一個整體考慮,而不考慮在地震作用下平面和垂直填充墻布局結構是否合理。(3)填充墻設計的不合理,對建筑的主體造成了影響,還容易產生安全的隱患,對抗震、防震更是有百害而無一利,這都是設計中存在的比較突出的問題。(4)框架結構的任意樓層不可避免存的在一定數量的填充墻,在正常情況下,框架柱的填充墻容易產生裂縫。因此,為了避免更大的損害,必須對檢查層的位移漂移角度進行限制,必須考慮填充墻的非結構構件裂縫的允許程度。不同的材料組成的目標間隙的填充墻框架梁,其變形也有一定的差異。因此,在地震比較頻繁的地區,采用標準化的剛度填充墻是一個合理的選擇。但是現在的設計中很多剛性填充墻設計的與要求不符。(5)鋼筋混凝土結構在罕遇地震作用下,一般不會產生變形,一旦遇到地震主要依靠自己的結構變形吸收地震能量消耗。綜合各種因素,出現地震的時候利用漂移周期減少層間位移比,如果不考慮填充墻的剛度,或者考慮的不夠詳細,往往就會出現計算的錯誤而導致彈性因素失去應有的作用。
1.2 砌體房屋設計中存在的問題
(1)城市住宅磚房建設中,房屋超高或超層時有發生,尤其是現代的建筑層數越來越高,底層還建有商場的大型的場所,這都對方陣設計造成了難題。(2)在公用建筑砌體房屋中,為了滿足需要的大空間,底部和頂層結構很多都是使用“混合”建筑的方式。在底部或頂部的鋼筋混凝土框架結構就存在著構造柱和圈梁的框架結構局部增加從而導致防震抗震功能下降的危險。(3)砌體住宅建筑往往都是追求大空間、大客廳,布置大開間和大門洞,有的大墻之間的厚度只有240 mm,嚴重的降低了抗震的性能,有的為了延伸住房的使用面積,在進行房屋建筑設計的時候還將陽臺進行了擴展,但是不采取磚墻構造柱數量增加的加強措施,這就導致抗震性能完全不能達到要求。(4)多層砌體建筑的抗震設計,為了追求建筑的美感,往往設計的抗震功能都不是體現最好的抗震能力的方式。有的設計人員缺乏的工程經驗,對類似的多層磚混砌體抗震設計強度沒有設計經驗,對多層砌體抗震構造柱和圈梁之間的差異沒有采取必要的措施,很多設計都缺少抗震連接措施,多數設計不完整或未交代清楚抗震的方式,在設計中對建筑的樓梯設計不合理,有的設計的樓梯較窄,有的設計的樓梯位置靠近建筑物兩側,都不利于地震后的逃生。
2 房屋建筑結構抗震設計采取的解決措施
2.1 房屋建筑框架結構抗震設計應該采取的措施
(1)在設計階段,一定要對房屋建筑詳細的結構進行分析,把非結構構件也要作為抗震結構的一部分進行充分考慮,尤其是涉及到非結構構件的質量中剛度的強度和變形能力進行認真的分析;對抗震結構進行合理選擇,以加強結構的主體剛度,以減少主體結構的變形量,防止非結構構件的破壞;設計過程中,應充分考慮主體結構的非結構構件的影響,并考慮在設計上有可能會出現的短柱位置,并進行適當的加強;嚴格控制施工質量,柱箍筋加密區必須滿足的要求,以避免建筑結構受到施工的影響所造成的安全隱患,降低建筑抗震性能;改造工程必須嚴格遵守國家的有關規定,不得破壞原有結構,以確保結構安全。(2)框架結構的框架受到變形與破壞的機理是密切相關的。實驗研究表明,如果梁承受不住了,對整個框架的影響是很大的,會受到更大的再分配的內力和軸向壓縮耗能能力壓制,柱一般在軸向壓力作用下,延性通常是比梁要小的,但是在抗震、防震設計中也是一項重要的內容,如果不采取措施,即使是柱端部都可能會超過計算出的內力,會增加鋼筋的梁端塑性鉸壓力,所以在進行設計的時候,必須要保證塑性鉸首先出現在梁端,只有這樣,建筑的抗震性才能做到做好。
2.2 房屋建筑砌體結構抗震設計應該采取的措施
(1)砌體結構的房屋建筑設計,必須保證多層砌體承重的房屋的墻厚不能低于240 mm,也不能一味追求建高層,在設計階段。必須對建設所在地的各種因素進行分析,并結合國家對建筑抗震的相關標準,給出當地能建設的高層防震、抗震最理想的高度。(2)結構體系。交叉承重墻或垂直和水平的壁系統的承載結構,應優先考慮。相同的結構單元,應該使用同一類型的結構,不應使用“混合型”結構或磚混結構住房。如樓梯間,煙道應采取措施改善其抗震能力。(3)平、立面布置??箓认蛄Y構的布局和建筑布局應排除,對稱平面應具有良好的整體形狀。縱向和橫向的墻布局不能對齊,樓梯不應該是住房的盡端和轉角處。垂直部分建筑外立面,橫向剛度的結構應該是均勻變化,墻體上下沿垂直布局應該是連續的,以避免剛度突變。避免的抗側力構件的承載能力受到橫截面的結構的強度以及材料水平的自底向上的垂直突變。(4)抗震計算作為抗震設計的重要組成部分,是保證滿足抗震能力的基礎。多層砌體抗震計算建議采用底部剪切方法。應使用不規則的平面和豎向不規則多層砌體,扭轉地震分析程序的影響。
3 結語
綜上所述,地震災害涉及到人類的生命和財產安全,是人類生活面臨的重要的問題,也是建筑結構抗震設計的主題之一。因此,在建筑結構設計的時候,必須充分考慮到抗震設計,這已經在房屋建筑結構設計中占據非常重要的位置,在設計時只有采取適當的措施,以防止地震對建筑物的造成的巨大破壞,為減少地震的損失與危害在設計上作出應有的貢獻,以保護人民的生命和財產安全。
參考文獻
[1] 張立軍.房屋建筑砌體結構抗震設計存在問題及對策[J].城市建設理論研究,2012(16).
關鍵詞:抗震 砌體 設計
1
前言
我國位于四川西部的南北地震構造帶,其地震的頻度高、強度大。我國大陸地震活動目前正處于本世紀以來的第五個活躍期。四川已經缺震7級以上地震近23年,缺震6級以上地震近10年。目前,四川的地震形勢十分嚴峻。
地震造成人民生命財產損失的主要原因,是由地震引起的建筑物(絕大部分是磚房)和工程設施的破壞,以及次生災害。國內外歷次地震的經驗告訴我們:抓好抗震設防地區建設工程的抗震設計,是減輕未來地震災害損失最積極、最有效和最根本的措施。
據文獻[4]記載,全國城鎮民用建筑中以磚砌體作為墻體材料的占90%以上;據有關部門近兩年對四川省的16個城鎮各類公建房屋統計顯示,多層磚房(含底框磚房)所占(面積)比例達89%;筠連縣城的這類房屋,預計所占比例在90%以上。所以,磚房是我國房屋建筑的主體。同時,磚房在歷次地震中的震害又是嚴重的。據對1976年我國唐山7.8級地震震害統計,磚房是100%破壞,其中85%以上倒塌。磚房之所以地震破壞比例如此大,主要原因是磚砌體是一種脆性結構,其抗拉和抗剪能力均低,在強烈地震作用下,磚結構易于發生脆性的剪切破壞,從而導致房屋的破壞和倒塌。如果在多層磚房的設計中再過度追求大開間、大門洞、大懸挑,甚至通窗效果等,必將大大削弱房屋的抗震能力
2 目前多層磚房抗震設計中存在的主要問題
(1)
城市住宅磚房建設中,房屋超高或超層時有發生,尤其是底層為“家帶店”的磚房,高度超過限值1m以上。
(2)
在“綜合樓”磚房中,底層或頂層有采用“混雜”結構體系的,即為滿足部分大空間需要,在底層或頂層局部采用鋼筋砼內框架結構。有的僅將構造柱和圈梁局部加大,當作框架結構。
(3)
住宅磚房中為追求大客廳,布置大開間和大門洞,有的大門洞間墻寬僅有240mm,并將陽臺作成大懸挑(懸挑長度大于2m)延擴客廳面積;部分“局部尺寸”不滿足要求時,有的不采取加強措施,有的采用增大截面及配筋的構造柱替代磚墻肢;住宅磚房中限于場地或“造型”,布置成復雜平面,或縱、橫墻沿平面布置多數不能對齊,或墻體沿豎向布置上下不連續等等。
(4)
多層磚房抗震設計中,未作抗震承載力計算的占多數,加之缺乏工程經驗,使相近的多層磚房采用的砌體強度等級相距甚遠。
(5)
多層磚房抗震設計中,所采取的抗震措施區別較大。構造柱和圈梁的設置:多數設計富余較大,部分設計設置不足(含大洞口兩側未設構造柱);抗震連接措施:多數設計不完整或未交待清楚,有的設計還采用“一本圖集打天下”的作法,不管具體作法和適用與否,全包在“圖集”身上。
3 多層磚房抗震設計意見
我國建筑抗震設防的目標是三個水準。多層磚房可通過一階段設計達到下列要求:滿足抗震承載力要求,房屋可“小震不裂”;滿足結構體系、平立面布置和抗震措施等要求,房屋可符合“中震可修”;滿足房屋高度和層數及構造柱和圈梁等要求,房屋可做到“大震不倒”。
確保多層磚房抗震設計質量,主要有以下三個方面的內容。
3.1
抗震概念設計
3.1.1
房屋的高度和層數
實心粘土磚的多層磚房,墻厚不小于240mm,總層數不應超過文獻[1]表5.1.2的規定,總高度不宜超過表5.1.2的規定,高度允許稍有選擇的范圍應不大于0.5m。需要特別指明的是,表5.1.2是適用于橫墻較多的多層磚房。橫墻較多是指同一層內開間大于4.2m的房間占該層總面積的1/4以內。對于醫院、教學樓等橫墻較少的多層磚房總高度,應比表5.1.2的規定降低3m,層數相應減少一層;對橫墻很少的多層磚房,應根據具體情況,在橫墻較少的基礎上,再適當降低總高度和減少層數;對抗震橫墻最大間距超過文獻[1]表5.1.5要求的多層磚房,已不屬于側力作用下的剛性房屋,不能按多層磚房設計,應按空曠房屋進行抗震設計。多層磚房總高度與總寬度的最大比值,不應超過文獻[1]表5.1.3的要求。
房屋的總高度指室外地面到檐口的高度,半地下室可從地下室室內地面算起,全地下室和嵌固條件好的半地下室(符合文獻[2]第250頁半地下室在地面下嵌固的條件)可從室外地面算起;頂層利用閣樓坡屋面設躍層時應算到山尖墻的半高處。多層磚房的層高不宜超過4m。房屋總寬度的確定,可分下列四種情況:對于規則平面,可按房屋的總體寬度計算,不考慮平面上局部凸出或凹進;對于凸出或凹進的較規則平面,房屋寬度可按加權平均值計算或近似取平面面積除以長度;對懸挑單邊走廊或單邊由外柱承重的走廊房屋,房屋寬度不包括走廊部分的寬度;對設有外墻的單面走廊房屋,房屋寬度可以包括1/2走廊部分的寬度。
3.1.2
結構體系
應優先采用橫墻承重或縱橫墻共同承重的結構體系。同一結構單元中應采用相同的結構類型,不應采用磚房與底框磚房或內框架磚房或框架結構等“混雜”的結構類型。墻體布置應滿足地震作用有合理的傳遞途徑??v橫向應具有合理的剛度和強度分布,應避免因局部削弱或突變造成薄弱部位,產生應力集中或塑性變形集中;對可能出現的薄弱部位,應采取措施提高其抗震能力。
3.1.3
平、立面布置
建筑的平面布置和抗側力結構的平面布置宜規則、對稱,平面形狀應具有良好的整體作用。縱、橫墻沿平面布置不能對齊的墻體較少,樓梯間不宜設在房屋的盡端和轉角處;建筑的立面和豎向剖面力求規則,結構的側向剛度宜均勻變化,墻體沿豎向布置上下應連續,避免剛度突變;豎向抗側力結構的截面和材料強度等級自下而上宜逐漸減小,避免抗側力構件的承載力突變。8度和9度時,當房屋的立面高差較大、錯層較大和質量及剛度截然不同時,宜采用防震縫將結構分割成平面和體形規則的獨立單元。房屋的頂層不宜設置大會議室、舞廳等空曠大房間,房屋的底層不宜設鋪面等通敞開大門洞。當確需設置時,應采取彌補薄弱部位的加強型措施或進行專門研究。
多層磚房門窗間墻的局部尺寸宜符合文獻[1]表5.1.6的要求。當部分的局部尺寸不滿足要求時,如該部位已設構造柱,可對已設構造柱增大截面及配筋;如該部位原未設構造柱,則可用增設構造柱來滿足要求。房屋轉角處的門窗間墻承受雙向側向應力,其局部尺寸應不小于1m;其余外縱墻的門窗間墻局部尺寸部分不滿足1m要求時,其限值可放寬到0.8m;內墻門間墻局部尺寸不滿足要求時,可用設構造柱來滿足。
值得指出的是,近幾年在多層磚房的抗震設計中,較普遍存在為了客廳開大門洞,不惜犧牲門間墻寬度的現象。這是個對局部尺寸認識不足的概念設計問題,一是認為部分不滿足局部尺寸要求關系不大;二是認為只要用擴大了的構造柱替代門間墻就沒有問題了,在設計中將構造柱當作“靈丹妙藥”到處使用。應當明白,磚砌體和砼的變形模量差別很大,雖然磚砌體與構造柱和圈梁可以協同工作,增加房屋的延性,但是它們不能同時段進入工作狀態,在“中震”階段的抗震承載力主要由磚砌體承擔。因此,砌體結構中過多配置砼的桿系構件,其作用是有限的。
3.2 抗震計算
抗震計算是抗震設計的重要組成部分,是保證滿足抗震承載力的基礎。多層磚房的抗震計算,可采用底部剪力法。對平面不規則和豎向不規則的多層磚房,宜采用考慮地震扭轉影響的分析程序。目前,多層磚房的抗震設計中,不作抗震驗算是較普遍的現象,這樣就必然存在一是不安全二是浪費的問題。多層磚房的抗震計算比較容易,文獻[2]中有較完整的計算實例,可供手算時參考。筆者經對7度區若干幢規則的7層住宅磚房抗震計算分析顯示,底層所用混合砂漿的強度等級不能低于M10。
3.3 抗震措施
保障多層磚房的抗震措施,是多層磚房“大震不倒”和不作“二階段設計”的關鍵。多層磚房的抗震措施內容較多,概括起來,可分為三部分。
3.3.1
構造柱和圈梁的設置
對橫墻較多的多層磚房,應按文獻[1]表5.3.1的要求設置構造柱;對橫墻較少或橫墻很少的多層磚房,應根據房屋增加一層或二層后的層數,按表5.3.1的要求設置構造柱。表中的“較大洞口”,設計中可界定為:門洞寬不小于2m和窗洞寬不小于2.3m;“大房間”可界定為:層高超過3.6m或長度大于7.2m。
對橫墻承重或縱橫墻共同承重的裝配式鋼筋砼樓、屋蓋或木樓、屋蓋的多層磚房,應按文獻[1]表5.3.5的要求設置圈梁;對于隔開間或每開間設置構造柱的多層磚房,應沿設有構造柱的橫墻及內、外縱墻在每層樓蓋和屋蓋處均設置閉合的圈梁。
值得注意的是,圈梁的截面和配筋不宜過大,通常按文獻[1]第5.3.6條要求的數值或提高一個等級采用就可以了,不宜無限提高。同理,圈梁的作用也是有限的。
3.3.2
構件間的連接措施
多層磚房各構件間的抗震構造連接是多層磚房抗震的關鍵??拐饦嬙爝B接的部位較多,重要部位的連接措施有下列幾項。
a)
構造柱與樓、屋蓋連接
當為裝配式樓、屋蓋時,構造柱應與每層圈梁連接(多層磚房宜每層設圈梁);當為現澆樓、屋蓋時,在樓、屋蓋處設240mm×120mm拉梁(配4φ10縱筋)與構造柱連接。
b)
構造柱與磚墻連接
構造柱與磚墻連接處應砌成馬牙槎,并沿墻高每隔500mm設2φ6拉結鋼筋,每邊伸入墻內不小于1m。
c)
墻與墻的連接
7度時層高超過3.6m或長度大于7.2m的大房間,以及8度和9度時,外墻轉角及內外墻交接處,當未設構造柱時,應沿墻高每隔500mm設2φ6拉結鋼筋,每邊伸入墻內不小于1m。
d)
屋頂間的連接
突出屋面的樓梯間等,構造柱應從下一層伸到屋頂間頂部,并與頂部圈梁連接。屋頂間的構造柱與磚墻以及磚墻與磚墻的連接,可按上述抗震措施采取。
(5)后砌體的連接
后砌的非承重砌體隔墻,應沿墻高每隔500mm設2φ6拉結鋼筋與承重墻連接,每邊伸入墻內不小于0.5m。8度和9度時,長度大于5.1m的后砌墻頂,應與樓、屋面板或梁連接。
(6)欄板的連接
磚砌欄板應配水平鋼筋,且壓頂臥梁應與砼立柱相連,壓頂臥梁宜錨入房屋的主體構造柱。
(7)構造柱底端連接
構造柱可不單獨設基礎(承重構造柱除外),但應伸入室外地面下500mm,或錨入室外地面下不小于300mm的地圈梁。
3.3.3
懸臂構件的連接
(1) 女兒墻的穩定措施
6~8度時,240mm厚無錨固女兒墻(非出入口處)的高度不宜超過0.5m,當超過時,女兒墻應按抗震構造圖集要求采取穩定措施。女兒墻的計算高度可從屋蓋的圈梁頂面算起,當屋面板周邊與女兒墻有鋼筋拉結時,計算高度可從板面算起。
(2) 懸挑構件
懸臂陽臺挑梁的最大外挑長度不宜大于1.8m,不應大于2m。
不應采用墻中懸挑式踏步或豎肋插入墻體的樓梯。
4
結語
多層磚房在城鄉建設中量大面廣,又是人類活動和生活的主要場所。因此,加強多層磚房抗震設計,重視多層磚房抗震設計中的三個環節,就能使多層磚房的地震破壞降低到最低限度。
參考文獻
1
建筑抗震設計規范(GBJ11—89)及1993年局部修訂.中國建筑工業出版社,1989遼寧科學技術出版社,1993
2
建筑結構設計手冊叢書編委會.建筑抗震設計手冊.中國建筑工業出版社,1994
3
四川省行業技術規定.四川省新建工程抗震設計評定標準(試行).1997
4
周炳章.砌體房屋抗震設計.地震出版社,1991
關鍵字:高層鋼結構建筑;抗震設計;震害;基于性能
中圖分類號:TU97 文獻標識碼: A
1. 高層鋼結構建筑抗震設計理念
建筑結構的抗震設計包括三個方面:一是概念設計,即把握抗震設計的主要原則,彌補由地震作用和結構地震反應的復雜性而造成抗震計算不準確的不足;二是抗震計算,為抗震設計提供量的保證;三是構造措施,為抗震概念及計算提供有利的保障。
高層建筑鋼結構抗震設計基本原理:保證結構的完整性,提高結構的延性以及設置多道結構防線。
高層鋼結構應采用全剛接框架,當結構剛度不夠時,可采用中心支撐框架、鋼框架混凝土芯筒或鋼框筒結構形式;但在高烈度區(8度和9度區),宜采用偏心支撐框架和鋼框筒結構,從而保證結構具有較好的延性。對于鋼框架支撐結構及鋼框架混凝土芯筒結構,鋼支撐或混凝土芯筒部分的剛度大,可能承擔整體結構絕大部分地震作用力。但鋼支撐或混凝土芯筒的延性較差,為發揮鋼框架部分延性好的作用,承擔起第二道結構抗震防線的責任,要求鋼框架的結構承載力不能太小,為此框架部分按計算得到的地震剪力應乘以調整系數,達到不小于結構底部總地震剪力的25%和框架部分地震剪力最大值1.8倍兩者的較小值。高層鋼結構和混凝土結構一樣也要滿足以下三個原則即強柱弱梁的原則(保證梁端的破壞先于柱端的破壞)、強剪弱彎的原則(彎曲破壞先于剪切破壞)以及強節點弱構件的原則(構件的破壞先于節點的破壞)。
建筑的平面布置宜簡單規則,并使結構各層的抗側力剛度中心與質量中心接近或重合,同時各層的剛心和質心接近在同一豎直線上,建筑的開間和進深宜統一。高層鋼結構建筑不宜設置防震縫,但薄弱部位應注意采取措施提高其抗震能力,如當結構平面布置不規則時,可設置防震縫。
2. 高層鋼結構建筑主要震害特征及分析
鋼結構的強度高、延性好、重量輕、抗震性能好??偟膩碚f在同等場地、烈度條件下,鋼結構房屋的震害較鋼筋混凝土結構房屋的震害要小。例如在墨西哥的高烈度區內有102幢鋼結構房屋,其中59幢為1957年以后所建,在1985年9月的墨西哥大地震中,1957年以后建造的鋼結構房屋倒塌或嚴重破壞的不多,而鋼筋混凝土結構房屋的破壞就要嚴重得多。
高層鋼結構在地震中破壞形式有節點連接破壞、構件破壞及結構倒塌。節點連接破壞中一種是支撐連接破壞,一種是梁柱連接破壞。1978年日本宮城縣遠海地震造成鋼結構建筑的破壞更多是支撐連接破壞。1995年日本的阪神地震造成了很多梁柱剛性連接破壞。高層建筑鋼結構構件破壞主要表現為支撐壓屈(支撐在地震中所受的壓力超過其屈曲臨界力時即發生壓屈破壞)、梁柱局部失穩(梁或柱在地震作用下反復受彎,在彎矩最大截面處附近由于過度彎曲可能發生翼緣局部失穩破壞)、柱水平裂縫或斷裂破壞。1995年日本阪神地震中,位于阪神地震區蘆屋市海濱城的52棟高層鋼結構住宅,有57根鋼柱發生斷裂,其中13根鋼柱為母材斷裂,7根鋼柱與支撐連接處斷裂,37根鋼柱在拼接焊縫處斷裂。結構倒塌是地震中結構破壞的最嚴重的形式。鋼結構建筑盡管抗震性能好,但在地震中也會發生倒塌。1985年墨西哥大地震中有10幢鋼結構房屋倒塌,1995年的日本阪神地震中也有鋼結構房屋倒塌。
3. 常規的抗震設計與基于性能的抗震設計的對比
為了更有效地將地震所帶來的災害及損失降低,隨著對地面運動特征和結構地震反應特征認識的不斷深化,高層建筑抗震設計思想也在不斷完善,美國從上世紀90年代陸續提出了一些有關抗震性能設計的文件(如ATC40、FEMA356、ASCE41等),近幾年由洛杉磯市和舊金山市的重要機構了新建高層建筑(高度超過160英尺、約49m)采用抗震性能設計的指導性文件。2008年美國一學術組織“國際高層建筑及都市環境委員會(CTBUH)”發表了有關高層建筑(高度超過50m)抗震性能設計的建議。日本從1981年起已將基于性能的抗震設計原理用于高度超過60m的高層建筑。高層建筑采用抗震性能設計已形成一種發展趨勢。
我國常規抗震設計方法是滿足“小震不壞、中震可修、大震不倒”的設防目標,按指令性、處方形式的規定進行設計,通過結構布置的概念設計、小震彈性設計、經驗性的內力調整、放大和構造以及部分結構大震變形驗算,即認為可實現預期的宏觀的設防目標,但隨著新技術、新材料、新結構體系的發展,這種抗震設計方法已經不能很好地滿足現在高層建筑的抗震功能的深層次要求,更加不能有效地控制地震所造成的損失。
基于性能的抗震設計理論是20世紀90年代初由美國學者提出,按此理論設計的結構在未來的地震災害下能夠維持所要求的性能水平。基于性能的抗震設計理論是一種更加合理的設計理念,它將抗震設計以保障人民生命安全為基本目標轉化為在不同風險水平地震作用下滿足不同的性能目標,通過多目標、多層次的抗震安全設計來最大限度保障人民生命安全,采用多個預期的性能目標,包括結構的、非結構的、設施的各種具體性能指標,由業主選擇具體工程的預期目標,而且提出了符合預期性能要求的論證,包括結構體系、詳盡的分析、抗震措施和必要的試驗,并經過專門的評估予以確認。通過對兩者的分析比較可以看出基于性能的抗震設計的優越性,它代表了未來結構抗震設計的發展方向。
4. 結語
通過以上的闡述及分析我們可以看到基于性能的抗震設計能夠更好的強化結構抗震的安全目標和提高結構抗震的功能要求,在新修訂的建筑抗震設計規范中也得到了體現,然而基于性能的抗震設計也存在一些問題,例如地震作用的不確定性,結構分析模型及參數選用存在不少經驗因素,模型試驗以及震害資料的欠缺,存在的這些問題都需要進一步的改進與完善,從而減少地震所帶來的災害與損失。
參考文獻:
[1] 李國強建筑結構抗震設計 中國建筑工業出版社 2009
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[3] 史慶軒高層建筑結構設計 科學出版社 2006
[4] 沈蒲生高層建筑結構設計 中國建筑工業出版社 2006
【關鍵詞】底層框架—抗震墻砌體房屋;抗震設計;托墻梁框架
底層框架—抗震墻砌體房屋是我國砌體房屋中的一種特殊形式。底部框架砌體房屋是由底部托墻梁框架—抗震墻和上部砌體結構所組成。這種由上下不同材料組成的混合結構,其抗震性能存在明顯的不利因素。事實證明,在歷次地震震害中,這種結構的震害是相對比較重的。結合新規范,底層框架—抗震墻砌體房屋的抗震設計的基本要點如下:
一、房屋的平、立面布置應規則、對稱。
歷次震害調查說明,體型復雜或結構構件(墻體、柱網等)布置不合理,將加重房屋的震害.對于底層框架抗震墻磚房,其抗震性能相對于多層鋼筋砼房屋要差一些。因此,這類房屋平、立面布置的規則要求應更嚴格一些,即房屋體型宜簡單、對稱,結構抗側力構件的 布置也應盡量對稱,這樣可以減少水平地震作用下的扭轉。
二、嚴格限制房屋層數和高度。
在唐山大地震、汶川大地震中,未經抗震設防的底層框架抗震墻磚房的破壞較為嚴重。其主要原因是 底層沒有設置為框架抗震體系。在震害較為嚴重的底層框架磚房中,底層為半框架沿街一 跨為框架另一跨為磚墻承重體系,底層為內框架體系以及底層大部分為框架體系而山墻與樓梯間墻處不設框架梁柱等?;诳偨Y震害經驗等,《建筑抗震設計規范》GB50011一2010(以下簡稱2010規范)結合砌體的種類,按設防烈度對房屋的總層數及高度給予了強制性的限制。2010規范特別規定了乙類建筑,以及丙類建筑8度0.30g和9度設防時不推薦采用此類底部托墻梁框架—抗震墻上部砌體結構的房屋。
三、嚴格控制底部框-墻結構和上部砌體結構的側移剛度比。
在地震作用下底層框架抗震墻磚房的彈性層間位移反應均勻和減少在強烈地震作用下的 彈塑性變形集中,能夠能夠提高房屋的整體抗震能力。2010規范對底層框架抗震墻磚房的彈性和彈塑性位移以及層間極限剪力系數進行了分析,強制性規定:第二層計入構造柱影響的砌體剛度與底層托墻梁框架—抗震墻的側移剛度比,6、7度不大于2.5,8度不大于2.0,同時不小于1.0;底部兩層托墻梁框架—抗震墻時,除底部一二層的側移剛度應相互接近外,對第三層計入構造柱影響的砌體剛度與第二層側移剛度比,6、7度不大于2.0,8度不大于1.5,且均不應小于1.0;
四、抗震墻的最大間距限值。
底層框架抗震墻磚房的抗震墻間距分為底層和上部磚房兩部分,上部磚房備層的橫墻間距要求應和多層磚房的要求一樣;底層框架抗震墻部分,由于上面幾層的地震作用要通過底層的樓蓋傳至底層抗震墻,樓蓋產生的水平變形將比一般框架抗震墻房屋分層傳遞地震作用的樓蓋水平變形要大。因此,在相同變形限制條件下,底層框架抗震墻磚房底層抗震墻的間距要比框架—抗震墻的間距要小一些。
五、合理布置上、下樓層的墻體。
首先應盡量使上層承重墻體落在下層框架梁上,即上部砌體抗震墻與底部框架梁“對齊”。不能落在框架梁上的砌體改為非抗震墻;若確實有困難時,可以部分落在框架次梁上,但是數量不能過多,以利于荷載傳遞。上部砌體抗震墻與底部框架梁的中心有偏差時,底部框架梁應考慮偏心引起的扭轉。
六、加強拖墻梁及其樓蓋和過渡層的墻體。
承托上層砌體墻的托墻梁,由于所受的荷載比較集中,在靜力作用下可以考慮為墻梁的作用,使墻梁荷載由于內拱作用而有所分散。但是在地震作用下,尤其是抗震設防原則允許墻體裂而不倒,因此,對其墻梁作用的程度和荷載的大小,在計算上和靜載下有不同的假設,可以參考有關資料確定。對于過渡層,作為剛度變化較大的樓層,理應加強處理,如考慮底部框架柱與上層構造柱的連接,樓蓋水平剛度的加強,墻體適當配置水平鋼筋等措施,以利豎向剛度的漸變。
七、提高底部托墻梁框架及抗震墻的抗震等級。
對底部的鋼筋混凝土結構,通過抗震等級來確定其主要抗震措施。對于抗震墻,一般要求采用鋼筋混凝土墻。對于底部框架-抗震墻的鋼筋混凝土部分原則上都要求符合鋼筋混凝土結構的要求。但對于抗震墻可針對低矮墻的特點設計或開設豎縫形成帶縫混凝土墻。托墻梁框架的抗震等級要高于框架—抗震墻結構中框架的等級且接近抗震墻結構的框支層框架的要求。
底層框架—抗震墻砌體房屋除了按上述要點進行抗震設計外,尚需嚴格按照規范要求采取抗震構造措施。汶川地震震害表明,只要嚴格遵循《建筑抗震設計規范》,可以大大減輕地震對結構的破壞和倒塌。
參考文獻
[1] 建筑抗震設計規范 GB50011-20 10.
關鍵詞:多層磚混結構;結構抗震;抗震概念設計和抗震措施
近年,隨著社會發展和人民生活水平的提高,建筑師在設計中追求更新穎的立面造型,更靈活的平面布置,許多大開間,大洞口,不規則平面布局應運而生,這些都嚴重地削弱了建筑物的抗震能力,導致了建筑物的破壞和坍塌。多次的地震災害已經充分說明抗震設計對于建筑物安全的重要性,因此,在多層磚混結構房屋的設計中,應有針對性的加強對結構的抗震設計,合理實施抗震構造措施。
一、多層磚混結構房屋抗震設計中存在的主要問題
1、建筑結構體系不規則??v、橫墻沿平面布置多數不能對齊,或墻體在豎向上下不對齊,不能形成規則完整的抗震體系。建筑物立面造型過于復雜,有的在頂層有局部突出,易產生鞭梢效應,這樣對抗震都是極為不利的。
2、建筑物超高。歷次震害表明,磚混結構的建筑物的抗震性能遠遠低于鋼筋混凝土結構建筑物。磚混結構層數越低,震害的破壞程度越輕,五、六層的建筑物在相同設防烈度的條件下要比二、三層建筑物的震害程度嚴重的多,倒塌的比例也較高。因此,在設計中適當限制建筑物的高度是減輕震害的一種比較有利的方法。
3、目前的磚混結構住宅中大開間、大門洞很多,造成有的窗間墻尺寸不符合規范要求的最小尺寸;陽臺洞口兩側墻垛越來越小,有的陽臺與房間連成一體,形成開敞式大房間,而且要求在結構上不能夠有分隔,這樣在結構上就沒有了連續的外縱墻,也無法形成完整的抗震體系。
4、有的商住樓、綜合樓,一層為滿足大空間的要求,做成鋼筋混凝土內框架形式,這樣就造成了底層建筑與上層建筑剛度上的很大差異,結構體系不明確,不合理,對抗震是很不利的。
5、多層磚混結構抗震構造措施設置不合理。在多數設防烈度較低的設計中, 設計者在構造措施上考慮抗震,設置了圈梁和構造柱.但表達不清晰,不完整, 不能組成完整的抗震結構體系,與整個結構也不能互相協調,形成有機的整體。
二、抗震概念設計對于磚混結構的重要性
所謂“概念設計”,就是進行結構抗震設計時,著眼于結構的總體地震反應,按照結構的破壞機制和破壞過程,靈活運用抗震設計準則,全面地合理解決結構設計中的基本問題,既注意總體布置的大原則,又顧及到關鍵部位的細節,從根本上提高結構的抗震能力,現有的各種抗震計算方法都是基于一定的計算假定,由于結構個體的特殊性以及地震運動的復雜性,使得數值計算很難準確地計算出結構在地震作用下實際受力狀態和變形.因此,良好的概念設計是結構抗震性能的重要因素.在充分理解概念設計的基礎上運用概念設計,并輔之以必要的數值計算,也就能達到規范中要求的”三水準”設計要求。
三、多層磚混結構房屋的抗震設計
1、選擇合理的結構布置方案,科學布局建筑平面和立面,多層磚混房屋的平、立面布置從整體上決定了建筑物的抗震能力,合理的布置是抗震設計的關鍵。建筑物的體形要簡單,平、立面布置宜規則、對稱,不宜有較大的錯層,外挑和縮進,并應具有良好的整體性。體形簡單和規則的建筑傳力途徑簡捷,受力明確,結構細部構造易于處理,結構震 害輕。建筑物的平面和立面質量和剛度應力求分布對稱、變化均勻。分布不均勻容易產生扭轉震動,變化不均勻則容易形成應力集中現象。
建筑的質量中心和剛度中心應盡量重合避免在水平地震作用下產生扭轉力矩,加重震害,當上述條件不能滿足時,建筑物應按規范要求設置防震縫。
2、增強砌體房屋的剛度及整體性。房屋是縱、橫向承重構件和樓蓋組成的一個具有空間剛度的結構體系.其抗震能力的強弱取決于結構的空間整體剛度和整體穩定性。剛性樓蓋是各抗側力構件按各自側移剛度分配地震作用的保證?,F澆鋼筋混凝土樓板及屋蓋具有整體性好、水平剛度大的優點, 是較理想的抗震構件,不但可消除滑移、散落問題,增加房屋的整體性,增大樓板的剛度,而且對平面上墻體對齊的 要求也可予以適當放寬。因作為以剪切變形為主的砌體結構,層間變形是可控制的。較強的樓板及屋蓋水平剛度使荷載傳遞具有良好的條件。平面上,當上下墻體不對齊時,現澆樓板及屋蓋能起到一定的傳遞水平力的作用,同時樓、屋蓋現澆增加了樓板對墻體的約束。因此。采用現澆樓、屋蓋是一種較好的增強樓房結構空間剛度和整體穩定性的方法。
3、處理好非結構構件與主體結構的關系。在抗震設計中,處理好非結 構構件與主體結構的關系,可防止附加震害,減少損失。因此,非結構構件應與主體結構有可靠的連接或錨固,避免倒塌傷人或砸壞重要設備,如女兒墻、挑檐、雨篷等附屬構件應與主體結構有可靠的連接和錨固。圍護墻和隔墻應考慮對結構抗震的不利影響,避免不合理的設置而導致主體結構的破壞。當建筑物需要裝飾時,貼鑲或懸吊較重的裝飾物應有可靠的防護措施。
4、加強抗震構造措施。磚混結構體系中應注意根據設防烈度和場地類別按規定設置鋼筋混凝土圈梁和構造柱、芯柱或采用配筋砌體等防構件發生脆性破壞;房屋層高,總高度及高寬比、橫墻間距和厚度等應滿足抗震要求,窗間墻的寬度、墻的陽角至洞口邊的距離等也應滿 足抗震要求。樓梯間的位置應合理布置,板與板、板與梁、板與墻,墻與梁等應有可靠連接。歷次震害分析表明,在多層磚混房屋中的適當部位設置鋼筋混凝土構造柱并與圈梁連接使之共同工作,可以增加房屋的延性,提高房屋的抗側能力,防止或延緩房屋在地震作用下發 生突然倒塌,或者減輕房屋的損壞程度。因此,設置構造柱是房屋抗震的一種有效措施。鋼筋混凝土圈梁是增加墻體的連接,提高樓蓋、 屋蓋剛度,抵抗地基不均勻沉降,限制墻體裂縫開展,保證房屋整體性,提高房屋抗震能力的有效措施,而且是減小構造柱計算長度,充分發揮抗震作用不可缺少的連接構件。 因此,鋼筋混凝土圈梁在砌 體房屋抗震中起到了較重要的作用。
5、增加墻承載體面積和提高砂漿強度等級,多層磚混房屋的抗震能力與墻體面積大小及砂漿強度等級高低成正比,增加墻體承載面積、提高砂漿強度等級能有效地提高房屋的抗震能力,是減輕震害的有效途徑之一。特別是樓房底部第一層的地震作用力較大,是最薄弱層,應注意增加墻體的承載面積或提高砂漿的強度等級,這樣能夠明顯提高房屋的整體抗震能力。
四、結語
[ 關鍵詞 ]:磚房 抗震設計 存在問題 處理辦法
前言
2008年汶川地震過去已經有兩年多了,地震給當地人民的生命安全及財產造成了巨大的損失。地震造成人民生命財產損失的主要原因,是由地震引起的建筑物(絕大部分是磚房)和工程設施的破壞,以及次生災害。國內外歷次地震的經驗告訴我們:抓好抗震設防地區建設工程的抗震設計,是減輕未來地震災害損失最積極、最有效和最根本的措施。因此,震后國家對現行規范及當地的抗震設防標準做出了重大修改。
磚房是我國房屋建筑的主體。同時,磚房在歷次地震中的震害又是嚴重的。據對1976年我國唐山7.8級地震震害統計,磚房是100%破壞,其中85%以上倒塌。磚房之所以地震破壞比例如此大,主要原因是磚砌體是一種脆性結構,其抗拉和抗剪能力均低,在強烈地震作用下,磚結構易于發生脆性的剪切破壞,從而導致房屋的破壞和倒塌。如果在多層磚房的設計中再過度追求大開間、大門洞、大懸挑,甚至通窗效果等,必將大大削弱房屋的抗震能力。
2目前多層磚房抗震設計中存在的主要問題
(1)城市住宅磚房建設中,房屋超高或超層時有發生,尤其是底層為“家帶店”的磚房,高度超過限值1m以上。
(2)在“綜合樓”磚房中,底層或頂層有采用“混雜”結構體系的,即為滿足部分大空間需要,在底層或頂層局部采用鋼筋砼內框架結構。有的僅將構造柱和圈梁局部加大,當作框架結構。
(3)住宅磚房中為追求大客廳,布置大開間和大門洞,有的大門洞間墻寬僅有240mm,并將陽臺作成大懸挑(懸挑長度大于2m)延擴客廳面積;部分“局部尺寸”不滿足要求時,有的不采取加強措施,有的采用增大截面及配筋的構造柱替代磚墻肢;住宅磚房中限于場地或“造型”,布置成復雜平面,或縱、橫墻沿平面布置多數不能對齊,或墻體沿豎向布置上下不連續等等。
(4)多層磚房抗震設計中,未作抗震承載力計算的占多數,加之缺乏工程經驗,使相近的多層磚房采用的砌體強度等級相距甚遠。
(5)多層磚房抗震設計中,所采取的抗震措施區別較大。構造柱和圈梁的設置:多數設計富余較大,部分設計設置不足(含大洞口兩側未設構造柱);抗震連接措施:多數設計不完整或未交待清楚,有的設計還采用“一本圖集打天下”的作法,不管具體作法和適用與否,全包在“圖集”身上。
3多層磚房抗震設計意見
我國建筑抗震設防的目標是三個水準。多層磚房可通過一階段設計達到下列要求:滿足抗震承載力要求,房屋可“小震不裂”;滿足結構體系、平立面布置和抗震措施等要求,房屋可符合“中震可修”;滿足房屋高度和層數及構造柱和圈梁等要求,房屋可做到“大震不倒”。
確保多層磚房抗震設計質量,主要有以下三個方面的內容
3.1抗震概念設計
3.1.1房屋的高度和層數
實心粘土磚的多層磚房,墻厚不小于240mm,總層數不應超過現行建筑抗震規范的規定,總高度不宜超過建筑抗震規范的規定,高度允許稍有選擇的范圍應不大于0.5m。需要特別指明的是,表7.1.2是適用于橫墻較多的多層磚房。橫墻較多是指同一層內開間大于4.2m的房間占該層總面積的1/4以內。對于醫院、教學樓等橫墻較少的多層磚房總高度,應比表7.1.2的規定降低3m,層數相應減少一層;對橫墻很少的多層磚房,應根據具體情況,在橫墻較少的基礎上,再適當降低總高度和減少層數;對抗震橫墻最大間距超過規范表7.1.5要求的多層磚房,已不屬于側力作用下的剛性房屋,不能按多層磚房設計,應按空曠房屋進行抗震設計。多層磚房總高度與總寬度的最大比值,不應超過規范表7.1.3的要求。
房屋的總高度指室外地面到檐口的高度,半地下室可從地下室室內地面算起,全地下室和嵌固條件好的半地下室可從室外地面算起;頂層利用閣樓坡屋面設躍層時應算到山尖墻的半高處。多層磚房的層高不宜超過4m。房屋總寬度的確定,可分下列四種情況:對于規則平面,可按房屋的總體寬度計算,不考慮平面上局部凸出或凹進;對于凸出或凹進的較規則平面,房屋寬度可按加權平均值計算或近似取平面面積除以長度;對懸挑單邊走廊或單邊由外柱承重的走廊房屋,房屋寬度不包括走廊部分的寬度;對設有外墻的單面走廊房屋,房屋寬度可以包括1/2走廊部分的寬度。
3.1.2結構體系
應優先采用橫墻承重或縱橫墻共同承重的結構體系。同一結構單元中應采用相同的結構類型,不應采用磚房與底框磚房或內框架磚房或框架結構等“混雜”的結構類型。墻體布置應滿足地震作用有合理的傳遞途徑。縱橫向應具有合理的剛度和強度分布,應避免因局部削弱或突變造成薄弱部位,產生應力集中或塑性變形集中;對可能出現的薄弱部位,應采取措施提高其抗震能力。
3.1.3平、立面布置
建筑的平面布置和抗側力結構的平面布置宜規則、對稱,平面形狀應具有良好的整體作用。縱、橫墻沿平面布置不能對齊的墻體較少,樓梯間不宜設在房屋的盡端和轉角處;建筑的立面和豎向剖面力求規則,結構的側向剛度宜均勻變化,墻體沿豎向布置上下應連續,避免剛度突變;豎向抗側力結構的截面和材料強度等級自下而上宜逐漸減小,避免抗側力構件的承載力突變。8度和9度時,當房屋的立面高差較大、錯層較大和質量及剛度截然不同時,宜采用防震縫將結構分割成平面和體形規則的獨立單元。房屋的頂層不宜設置大會議室、舞廳等空曠大房間,房屋的底層不宜設鋪面等通敞開大門洞。當確需設置時,應采取彌補薄弱部位的加強型措施或進行專門研究。
多層磚房門窗間墻的局部尺寸宜符合抗規7.1.6的要求。當部分的局部尺寸不滿足要求時,如該部位已設構造柱,可對已設構造柱增大截面及配筋;如該部位原未設構造柱,則可用增設構造柱來滿足要求。房屋轉角處的門窗間墻承受雙向側向應力,其局部尺寸應不小于1m;其余外縱墻的門窗間墻局部尺寸部分不滿足1m要求時,其限值可放寬到0.8m;內墻門間墻局部尺寸不滿足要求時,可用設構造柱來滿足。
值得指出的是,近幾年在多層磚房的抗震設計中,較普遍存在為了客廳開大門洞,不惜犧牲門間墻寬度的現象。這是個對局部尺寸認識不足的概念設計問題,一是認為部分不滿足局部尺寸要求關系不大;二是認為只要用擴大了的構造柱替代門間墻就沒有問題了,在設計中將構造柱當作“靈丹妙藥”到處使用。應當明白,磚砌體和砼的變形模量差別很大,雖然磚砌體與構造柱和圈梁可以協同工作,增加房屋的延性,但是它們不能同時段進入工作狀態,在“中震”階段的抗震承載力主要由磚砌體承擔。因此,砌體結構中過多配置砼的桿系構件,其作用是有限的。
3.2抗震計算
抗震計算是抗震設計的重要組成部分,是保證滿足抗震承載力的基礎。多層磚房的抗震計算,可采用底部剪力法。對平面不規則和豎向不規則的多層磚房,宜采用考慮地震扭轉影響的分析程序。目前,多層磚房的抗震設計中,不作抗震驗算是較普遍的現象,這樣就必然存在一是不安全二是浪費的問題。多層磚房的抗震計算比較容易,規范中有較完整的計算實例,可供手算時參考。筆者經對7度區若干幢規則的7層住宅磚房抗震計算分析顯示,底層所用混合砂漿的強度等級不能低于M10。
3.3抗震措施
保障多層磚房的抗震措施,是多層磚房“大震不倒”和不作“二階段設計”的關鍵。多層磚房的抗震措施內容較多,概括起來,可分為三部分。
3.3.1構造柱和圈梁的設置
對橫墻較多的多層磚房,應按規范表5.3.1的要求設置構造柱;對橫墻較少或橫墻很少的多層磚房,應根據房屋增加一層或二層后的層數,按表5.3.1的要求設置構造柱。表中的“較大洞口”,設計中可界定為:門洞寬不小于2m和窗洞寬不小于2.3m;“大房間”可界定為:層高超過3.6m或長度大于7.2m。
對橫墻承重或縱橫墻共同承重的裝配式鋼筋砼樓、屋蓋或木樓、屋蓋的多層磚房,應按規范表5.3.5的要求設置圈梁;對于隔開間或每開間設置構造柱的多層磚房,應沿設有構造柱的橫墻及內、外縱墻在每層樓蓋和屋蓋處均設置閉合的圈梁。
值得注意的是,圈梁的截面和配筋不宜過大,通常按規范第7.3.6條要求的數值或提高一個等級采用就可以了,不宜無限提高。同理,圈梁的作用也是有限的。
3.3.2構件間的連接措施
多層磚房各構件間的抗震構造連接是多層磚房抗震的關鍵??拐饦嬙爝B接的部位較多,重要部位的連接措施有下列幾項。
(1)構造柱與樓、屋蓋連接
當為裝配式樓、屋蓋時,構造柱應與每層圈梁連接(多層磚房宜每層設圈梁);當為現澆樓、屋蓋時,在樓、屋蓋處設240mm×120mm拉梁(配4φ10縱筋)與構造柱連接。
(2)構造柱與磚墻連接
構造柱與磚墻連接處應砌成馬牙槎,并沿墻高每隔500mm設2φ6拉結鋼筋,每邊伸入墻內不小于1m。
(3)墻與墻的連接
7度時層高超過3.6m或長度大于7.2m的大房間,以及8度和9度時,外墻轉角及內外墻交接處,當未設構造柱時,應沿墻高每隔500mm設2φ6拉結鋼筋,每邊伸入墻內不小于1m。
(4)屋頂間的連接
突出屋面的樓梯間等,構造柱應從下一層伸到屋頂間頂部,并與頂部圈梁連接。屋頂間的構造柱與磚墻以及磚墻與磚墻的連接,可按上述抗震措施采取。
(5)后砌體的連接
后砌的非承重砌體隔墻,應沿墻高每隔500mm設2φ6拉結鋼筋與承重墻連接,每邊伸入墻內不小于0.5m。8度和9度時,長度大于5.1m的后砌墻頂,應與樓、屋面板或梁連接。
(6)欄板的連接
磚砌欄板應配水平鋼筋,且壓頂臥梁應與砼立柱相連,壓頂臥梁宜錨入房屋的主體構造柱。
(7)構造柱底端連接
構造柱可不單獨設基礎(承重構造柱除外),但應伸入室外地面下500mm,或錨入室外地面下不小于300mm的地圈梁。
3.3.3懸臂構件的連接
(1)女兒墻的穩定措施
6~8度時,240mm厚無錨固女兒墻(非出入口處)的高度不宜超過0.5m,當超過時,女兒墻應按抗震構造圖集要求采取穩定措施。女兒墻的計算高度可從屋蓋的圈梁頂面算起,當屋面板周邊與女兒墻有鋼筋拉結時,計算高度可從板面算起。
(2)懸挑構件
懸臂陽臺挑梁的最大外挑長度不宜大于1.8m,不應大于2m。
不應采用墻中懸挑式踏步或豎肋插入墻體的樓梯。
關鍵詞:建筑結構;抗震設計;存在問題;改良方案;房屋建筑 文獻標識碼:A
中圖分類號:TU352 文章編號:1009-2374(2015)03-0044-02 DOI:10.13535/ki.11-4406/n.2015.0214
我國是一個地震災害比較嚴重的國家。隨著科學技術的不斷發展,我國的建筑結構抗震設計的方法隨著結構試驗、結構分析、地震學以及動力學的發展也在不斷的進步,在不斷學習國外經驗的基礎上,我國的震害調查、強震觀察的方法在不斷的成熟。但是,如何從我國的社會發展和地震環境的實際情況出發來提高建筑結構抗震性能,從而保持建筑物更加合理經濟、安全可靠,是結構抗震設計中的一項重要的任務。
1 建筑結構抗震設計中的問題
1.1 選擇建筑抗震場地的問題
如果施工的條件相同,不同工程地質條件下的建筑物在地震時會受到明顯不同的破壞程度。所以,選擇一個好的建筑場地是提高建筑物抗震性能的重要基礎,在場地選擇的過程中,要降低地震災害,盡可能地避開工程地質不良的抗震場地(比如河岸、邊坡邊緣、高聳孤立的山丘、非巖質陡坡、濕陷性黃土區域、液化土區域),選擇有利的建筑場地(比如中等風化、微風化的基巖,不含水的粘土層,密實的砂土層)。如果實在無法當避開不利區域的話,應該在場地采取抗震加強措施,應根據抗震設防類別、濕陷性黃土等級、地基液化,來采取措施提高地基的剛度和整體穩定性。比如,如果建筑地基的受力層范圍處在嚴重不均勻土層、軟弱粘性土層、新近填土時,要合理估計計算地基在地震時形成的不均勻沉降,從而采取加強上部結構和基礎的處理措施或者加固地基、樁基的措施來加強地基的承
載力。
1.2 選取房屋結構抗震機制的問題
1.2.1 房屋結構機制應有科學恰當的強度與剛度,能夠有力地規避房屋結構由于突然變化或者個別位置減弱構成薄弱位置,引發太大的應力聚集或者塑性產生變化聚集;對于或許形成的脆弱位置,應采用提升抗震水平的手段。
1.2.2 在房屋架構機制中應設計有科學的地震功能傳送通道與確定清楚的核算簡圖。另外,設置縱向房屋構件時,應盡量保持在垂直重力負荷作用下縱向房屋構件的壓應力多少平均;設置樓層蓋梁機制時,盡量保證垂直重力負載能夠通過距離最小的途徑傳送到縱向構件墻或者柱子上;設置轉換架構機制時,盡量保證從上面架構縱向構件傳過來的垂直重力負載能夠通過轉換層完成再次轉換。
1.2.3 在選取房屋架構機制時,應重視防止由于一些構件或者架構的損壞而讓總體房屋架構失去對重力負載的承受性能與抗震性能。房屋架構抗震設置的基本準則是架構應該具備內力再次分攤作用、優秀的變形性能、一定的贅余度等。進而在地震出現時,一些構件即便出現問題,其他構件仍然可以承載縱向負載,提升房屋架構的總體抗震穩固性。
1.3 房屋架構平面設置的規則性與對稱性問題
房屋的平面與立體的設置應遵照抗震理論基本設置準則,通常運用規則的房屋架構設置方案。依照房屋結構抗震設置規范的標準,對平面不規則或縱向不規則,或者兩者均不規則的房屋架構,應運用空間架構的核算模式;對樓板部分區域連接不暢或者表面凹凸不成規律時,應運用相對應的貼合樓層強度剛度變動的模型;脆弱位置應當注重相對應的內力加大系數,而且依照規范標準來對彈塑性形狀改變加以剖析,脆弱位置應采用抗震構造手段。
在房屋架構的抗震中,對稱性是不容忽視的。對稱性包含房屋平面的對稱、品質分布的對稱及房屋架構抗側剛度的對稱三個部分。保證這三個方面的對稱中心為同樣的位置是最優的抗震設置方案。國內的房屋結構中,架構的對稱性通常指的是抗側力主要架構的對稱。對稱的房屋架構有框架架構、簡體框架架構等。
房屋架構的規則性體現在以下四點:
1.3.1 在平面設置房屋抗側力的主要架構時,應當保證周圍結構與中心的剛度與強度平均分布,讓房屋的主要架構維持較強的強度與抗扭剛度,很大程度上防止了房屋在風力較大或者地震的扭矩影響下而產生很大的形狀改變造成非架構構件與架構構件的損壞。
1.3.2 在平面設置房屋抗側力的主要架構時,還應當重視保證同一主軸方向的所有抗側力架構剛度與強度位于平均形態。
1.3.3 建筑結構的抗側力主體結構沿著構成變化和豎向斷面也要保持均勻,避免出現突變。
1.3.4 建筑結構的抗側力主體結構的兩個主軸方向也要有比較接近的強度和剛度,還要有比較相近的變形特性。
總體來說,在建筑結構抗震設計中,一定要對建筑平、立面布置的規則性加以重視,在實際的工程中還應該對建筑結構抗震設計的規范規定給予高度的重視。
2 提高建筑結構抗震能力的改良方案
(1)對地震外力能量的吸收傳遞途徑進行恰當合理的布局,保證支墻、梁、柱的軸線處于同一平面,形成一個構件雙向抗側力結構體系。在地震作用下構件呈現出彎剪性破壞,有效地使建筑結構的整體抗震能力得到提高。
(2)要按照抗震等級來對梁、柱、墻的節點采取抗震構造措施,保證在地震作用下建筑物結構可以達到三個水準的設防標準。按照“強節點弱構件”、“強剪弱彎”、“強柱弱梁”的原則,來合理選擇柱截面的尺寸,注意構造配筋要求,控制柱的軸壓比,確保結構在地震作用下具有足夠的延性和承載力。
(3)進行多道抗震防線的設置。在一個抗震結構體系中,在地震作用下一部分延性好的構件可以擔負起第一道抗震防線的作用,而在第一道抗震防線屈服后其他構件才逐次形成第二、第三或更多道抗震防線,有效提高建筑結構的抗震安全性。各地區要根據所處區域的地質特征,提高抗震設防標準。
(4)在可能發生破壞性比較強的地震區域,建設、地震、科技等部門要對建筑技術規范進行嚴格的規定,從施工保障、材料選用、規劃設計、建房選址等方面來加強監督檢查和技術指導,保證建筑設施能夠符合抗震設防的基本要求。
(5)根據地震地區本身建筑物的特點來積極引用抗震減災新材料、新工藝、新技術,并且借鑒發達國家的技術和經驗,將其推廣應用到建筑抗震設計中。
(6)建筑結構抗震設計的管理者以及實施者也對建筑的抗震能力起到很大的作用。所以,必須提高抗震設計工作人員的整體素質,提升整個建筑的抗震工程
質量。
3 結語
經過多年來對建筑結構中抗震設計的研究,我國的抗震設計方法已經逐漸趨于成熟,但是還有許多需要完善的地方。我們要在嚴格按照建筑抗震規范要求的基礎上上,科學地合理地進行建筑抗震設計,保證建筑物的穩定性和可靠性,促進我國建筑結構抗震設計向著高水平方向發展。
參考文獻
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[2] 胡潔.淺析建筑結構抗震設計[J].科技創新與應用,2012,(6).
關鍵詞: 多層;磚混結構;房屋;抗震設計
Abstract: in the seismic region, multi-layer brick masonry buildings because of basic materials and connection mode determine the brittleness nature, deformed little house in the seismic performance is poor. Therefore, the improvement of ductility of masonry structure and the aseismatic performance of building has very important significance. This paper discusses the multi-layered brick structure seismic design of the house.
Keywords: multilayer; The brick structure; Houses; Seismic design
中圖分類號:S611文獻標識碼:A 文章編號:
磚混房屋是我國當前建筑中使用最廣泛的一種建筑形式,磚混結構有選材方便 、施工簡單、 工期短、 造價低等特點, 磚混結構多采用機制空心磚和混合砂漿砌筑,通過內外磚墻的咬砌達到具有一定整體連接性的目的。 在地震設防地區,多層磚混砌體房屋由于組成的基本材料和連接方式決定了其脆性性質,變形能力小,導致房屋的抗震性能較差 。因此,改善砌體結構延性,提高房屋的抗震性能具有極其重要意義 。
1、 砌體房屋的總層數及總高度不應該超限值
歷次震害證明,砌體房屋的層數越多,高度越高,它的地震破壞程度越大,所以控制磚砌體房屋的總高度及總層數對減少地震時帶來的震害有很大的作用。在設計中房屋總高度及總層數應同時滿足上標的限值,因為樓蓋重量占房屋總重的一半左右,房屋總高度相同,多一層樓蓋就意味著增加半層樓的側向地震作用,同時加大對底部的傾覆力矩。
2、科學布局建筑平面和立面
建筑平面和立面的規整性是整個結構設計中一個十分基礎、重要的內容。 合理的建筑布置在抗震設計中是頭等重要的, 提倡平、 立面簡單對稱。 因為震害表明, 簡單、 對稱的建筑在地震時較不容易破壞 。
平、 立面布置規則, 使各部位受力均勻, 減少薄弱環節。 由于地震作用的隨機性和復雜性, 從歷次的震害分析, 體型不規則結構震害較重 。如果無法將改變建筑的布局, 那么可以通過設置防震縫將復雜的建筑分成規則的單元, 減輕震害。
3、 合理布置縱墻和橫墻
多層磚混房屋應優先采用橫墻承重或縱橫墻共同承重的結構體系, 縱、 橫墻的布置宜均勻對稱, 沿平面內宜對齊, 沿豎向應上下連續,同一軸線上的窗間墻寬度宜均勻。房屋的空間整體剛度和整體穩定性決定著房屋抗震能力的高低,多層磚混房屋一般采用縱墻或橫墻承重, 由于非承重方向的約束墻體少, 間距大, 因而房屋該方向剛度較弱,空間剛度和整體性均較差, 抗震能力低;在高烈度地區,墻體由于平面外的失穩而先行破壞, 進而引起整個房屋倒塌。而在兩個方向適當布置縱、 橫墻混合承重的房屋,由于其限制了縱、 橫墻的側向變形, 增強了空間剛度和整體性, 對承受縱、 橫兩個方向的水平地震作用及抗彎、 抗剪都非常有利。墻體布置時,應盡量采用縱墻貫通的平面布置, 當縱墻不能貫通布置時,可在縱橫墻交接處采取加強措施,也可在縱、 橫墻交接處增設鋼筋混凝土構造柱, 并適當加強構造配筋; 必要時還可以每隔一定高度放置水平拉結筋如
2Ф6@ 500,以加強房屋整體性, 防止縱、 橫墻交接處被拉開。
在地震中多層磚混房屋的橫向地震力主要由橫墻承擔, 不僅要求橫墻有足夠的承載力,而且樓蓋必須具有能將地震力傳給橫墻的水平剛度;對抗震橫墻最大間距的構造規定就是為了滿足樓蓋對傳遞水平地震力所需的剛度要求?,F行 GB 50011 - 2010 建筑抗震設計規范規定: 房屋抗震橫墻的間距不應超過規范中表7.1.5 的規定,其中, 7 度設防時, 現澆或裝配整體式鋼筋混凝土樓、 屋蓋的多層磚混房屋抗震橫墻最大間距為 15 m。當橫墻間距過大時,縱向磚墻會因過大的層間變形而產生平面外的彎曲破壞,使樓蓋失去傳遞水平地震力的能力, 從而導致地震力還未傳到橫墻, 縱墻就已先破壞,所以有效地控制橫墻間距能提高房屋的抗震能力。
4、增強砌體房屋的剛度及整體性
房屋是縱、 橫向承重構件和樓蓋組成的一個具有空間剛度的結構體系,其抗震能力的強弱取決于結構的空間整體剛度和整體穩定性。剛性樓蓋是各抗側力構件按各自側移剛度分配地震作用的保證。現澆鋼筋混凝土樓板及屋蓋對抗震非常有利, 樓蓋及屋蓋現澆以后,平面上墻體對齊的要求也可以放寬, 因為作為以剪切變形為主的砌體結構, 層間變形是控制性的, 較強的樓蓋及屋蓋水平剛度使荷載傳遞具有良好的條件。
5、有效設置房屋圈梁和構造柱
多次震害調查表明, 圈梁是多層磚房的一種經濟有效的措施,可提高房屋的抗震能力, 減輕震害。鋼筋混凝土圈梁在砌體房屋抗震中起到了較重要的作用。圈梁與構造柱共同作用,對墻體在豎向平面內進行約束, 限制墻體裂縫的開展, 且不延伸超出兩道圈梁之間的墻體,并減小裂縫與水平面的夾角,保證墻體的整體性和變形能力, 提高墻體的抗剪能力。多次實驗表明, 磚墻增設構造柱后能提高磚混房屋的延性,發揮防止磚砌體側向擠出塌落的約束作用;設置鋼筋混凝土構造柱能使砌體的抗剪承載力提高10%-30%, 提高砌體的變形能力, 是有效的抗倒塌措施。
6、在合理位置的墻段內設置水平鋼筋
在抗震驗算中,多層磚混房屋底層往往不容易滿足抗震要求,即使有時在適當部位加設構造柱也不能完全滿足抗震承力驗算 。為了提高墻體的抗震能力,可在抗震力不夠的承重墻段內配置水平鋼筋,使地震力由砌體及水平鋼筋共同承擔。
7、 其他措施
多層磚混結構房屋的樓梯間宜設置在每個建筑單元中部, 盡量避免將樓梯設在房屋盡端靠近山墻處; 凸出屋頂的樓梯間, 構造柱應伸到頂部與頂部圈梁連接。為了避免個別墻段抗震強度不足首先破壞, 導致逐個破壞, 進而造成整棟樓破壞甚至倒塌, 要求房屋的局部尺寸宜滿足抗震規范的限值要求。多層磚混結構房屋可以通過建筑上的合理布局,結構上的構造措施等多種方法來彌補砌體房屋脆性材料在抗震方面的不足,從而滿足抗震要求。
在抗震設計時體現以預防為主的設計思想達到“小震不壞,中震可修, 大震不倒”的設防目標。對于建設工程只有在抗震設防、 抗震設計和施工質量這三方面都符合要求,才能確保建筑工程具備合理的抗御地震的能力。
參考文獻: