抗震论文2.doc

住宅建筑抗震设计分析【论文摘要】:地震区建筑结构设防与不设防,震后结果大不一样。要使工程建设真正达到能够减轻以至避免地震灾害,把握好抗震设计关是减轻地震灾害的根本措施。文章根据实践经验和对有关资料的总结,对多层及高层钢筋混凝土房屋的抗震设计问题进行了研究和探讨。 【关键词】:多层建筑;高层建筑;混凝土房屋;抗震设计;抗震设防 地震是人类在繁衍生息、社会发展过程中遇到的一种可怕的自然灾害。强烈地震常常以其猝不及防的突发性和巨大的破坏力给社会经济发展、人类生存安全和社会稳定、社会功能带来严重的危害。据统计,历史上各种自然灾害曾毁灭了世界各地52个城市,其中因地震而毁灭的城市有27个。地震之外的其它各种灾害,如水灾、火灾、火山喷发、风灾、沙灾、旱灾等毁灭的城市为25座。因此,地震占灾害总数的52%。可见地震灾害确系“群害之首”。研究表明,在地震中造成人员伤亡和经济损失最主要的因素就是房屋倒塌及其引发的次生灾害(约占95%)。无数次的震害告诉我们,抗震设防是防御和减轻地震灾害最有效、最根本的措施。另一方面,我国作为发展中国家,人口稠密,建筑物抗震能力低。因此,我国的地震灾害可谓全球之最。上个世纪,全球因地震而死亡的人数为110万人,其中我国就占55万人之多,为全球的一半。因此,粗略地说,我国的国土面积占全球的1/14,人口占1/4,地震占1/3,地震灾害占1/2。因此,建筑物的抗震设防问题是我国减轻自然灾害、保障国民经济建设和社会持续发展,特别是保障人民群众生命安全的一个重要问题。一、震害多发点地震作用具有较强的随机性和复杂性,要求在强烈地震作用下结构仍保持在弹性状态,不发生破坏是很不实际的;既经济又安全的抗震设计是允许在强烈地震作用下破坏严重,但不倒塌。因此,依靠弹塑性变形消耗地震的能量是抗震设计的特点,提高结构的变形、耗能能力和整体抗震能力,防止高于设防烈度的“大震”不倒是抗震设计要达到的目标。(一)结构层间屈服强度有明显的薄弱楼层钢筋混凝土框架结构在整体设计上存在较大的不均匀性,使得这些结构存在着层间屈服强度特别薄弱的楼层。在强烈地震作用下,结构的薄弱层率先屈服,弹塑性变形急剧发展,并形成弹塑性变形集中的现象。如1976年唐山大地震中,13层蒸吸塔框架,由于该结构楼层屈服强度分布不均匀,造成第6层和第11层的弹塑性变形集中,导致该结构6层以上全部倒塌。(二)柱端与节点的破坏较为突出框架结构的构件震害一般是梁轻柱重,柱顶重于柱底,尤其是角杜和边柱易发生破坏。除剪跨比小的短柱易发生柱中剪切破坏外,一般柱是柱端的弯曲破坏,轻者发生水平或斜向断裂;重者混凝土压酥,主筋外露、压屈和箍筋崩脱。当节点核芯区无箍筋约束时,节点与柱端破坏合并加重。当柱侧有强度高的砌体填充墙紧密嵌砌时,柱顶剪切破坏严重,破坏部位还可能转移至窗洞上下处,甚至出现短柱的剪切破坏。(三)砌体填充墙的破坏较为普遍砌体填充墙刚度大而变形能力差,首先承受地震作用而遭受破坏,在8度和8度以上地震作用下,填充墙的裂缝明显加重,甚至部分倒塌,震害规律一般是上轻下重,空心砌体墙重于实心砌体墙,砌块墙重于砖墙。二、抗震结构设计较合理的框架地震破坏机制,应该是节点基本不破坏,梁比柱屈服可能早发生、多发生,同一层中各柱两端的屈服历程越长越好,底层柱底的塑性铰宜最晚形成。即:框架的抗震设计应使梁、柱端的塑性铰出现尽可能分散,充分发挥整个结构的抗震能力。 (一)抗震计算中的延性保证从用楼层水平地震剪力与层间位移关系来描述楼层破坏的全过程可反映出,在抗震设防的第二、三水准时,框架结构构件已进入弹塑性阶段,构件在保持一定承载力条件下主要以弹塑性变形来耗散地震能量,所以框架结构需有足够的变形能力才不致抗震失效。试验研究表明,“强节点”、“强柱弱梁、“强底层柱底”和“强剪弱弯”的框架结构有较大的内力重分布和能量消耗能力,极限层间位移大,抗震性能较好。规范通过构件承载力调整办法在一定程度上可以体现上述的强弱要求,且考虑了设计者的使用方便,采用地震组合内力的抗震承载力验算表达式,只是要对地震组合内力的设计值按有关公式进行相应的调整。综合大量实验研究成果,影响不同受力特征节点延性性质的主要综合因素有:相对作用剪力、相对配筋率、贯穿节点的梁柱纵筋的粘结情况。(二)构造措施上的延性保证四川大地震实践证明,当建筑结构在大地震中要求保持足够的承载能力来吸收进入塑性阶段而产生的巨大能量,因为此时的结构在震中进入到一个塑性阶段,容易产生变形。所以,根据这种特点和抗震的要求,多发地震的国家钢筋混凝土结构抗震设计均要求按延性框架结构进行设计,所以建筑结构的设计必须保证结构局部薄弱区的承载力与刚度,保证了建筑构造的整体性,延性的增加也就提高了变形能力,这样可以减少地震的破坏性,提高了建筑的抗震能力。在结构布置上,按扩大了的柱端抗弯承载力进行设计,理论上可将柱屈服的可能性减少,保证“强柱弱梁”的设计原则。但因各种原因,如梁的实际抗弯承载力可能增大,高振型使柱中反弯点的转移等综合因素影响,要使柱中完全避免塑性铰是困难的,同时为实现“强剪弱弯”的要求,保证塑性铰区域的局部延性,也必须通过一定的构造措施来保证结构的延性,具体做法如下:1.限制轴压比与纵筋最大配筋率合理的受力过程可明显提高构件延性,为实现受拉钢筋的屈服先与受压区混凝土压碎的破坏形态,以提高塑性铰区域的转动能力,规范限制轴压比与纵筋最大配筋率,同时对混凝土受压区高度也提出相应要求。2.限制约束配筋和配筋形式。加密塑性铰区内的箍筋间距是很重要的一点,为保证“强节点”、“强柱弱梁”、“强底层柱底”和“强剪弱弯”的设计原则及塑性铰区域的局部延性,有必要加密塑性铰区内的箍筋间距,这不但可提高柱端抗剪能力,还可约束核心区内混凝土,对纵向钢筋提供侧向支承,防止大变形下纵筋压曲,从而改善塑性铰区域的局部延性。规范对约束区纵筋的最小直径、最大间距、塑性铰区域的最小长度等做出了详细的规定,并对箍筋肢距及箍筋形式提出了相应要求。随着工程应用中箍筋强度和混凝土强度不断提高,对塑性铰区域内箍筋布置的要求是抗震构造措施的一个重要方面,这一情况将导致高强度混凝土中约束箍筋配筋率的减少而降低结构的设计可靠度,建议以配筋特征值代替原体积配筋率,同时鉴于约束配筋对柱端塑性铰区的良好约束作用,建议适当增大配筋量。3.限制材料。拒绝豆腐渣工程的第一关就是把握好材料质量,材料延性对确保构件(结构)延性极为重要,为此规范对材料也提出了相应的限制,如保证钢筋强屈比、延伸率及混凝土强度等级等,同时对施工过程中可能出现的钢筋代换也提出了相应的限制。(三) 抗震设计的依据和目标.1基于性能的抗震设计依据。抗震设计的依据是抗震设防烈度。它是按国家规定的权限，作为一个地区抗震设防一句的地震烈度，一般情况下，可采用GBI8306-2001中国地震动参数区划图的地震基本烈度，或采用GB50011-2001建筑抗震设计规范（2008版）中设计基本地震加速度值对应的烈度值，抗震设防标准应符合GB50223-2008建筑工程抗震设防分类标准的要求。建筑抗震设计规范规定：抗震设防烈度6度及其以上地区的建筑，必须进行抗震设计。确定北京、天津、西安、成都、昆明地区必须有抗震设计。2抗震设计的目标。按照我国的国情和目前的经济水平，确定住宅建筑抗震设计的目标为3个层次：第一层次是小震不坏。当遭受发生机会较多的地震（多遇地震）、地震烈度低于本地区的抗震设防烈度时，建筑物不受损坏或不需修理，仍可继续使用。第二层次是中震可修，当遭受本地区设防烈度的地震时，建筑物有一定损坏，经一般修理或不需要修理，仍可继续使用。第三层是大震不倒，当遭受发生机会极少的地震（罕遇地震）、地震烈度高于本地区的抗震设防烈度时，建筑物不致倒塌或发生危及生命的严重破坏。（四）住在建筑抗震设计的体会1基于性能的住宅建筑抗震设计方案应该既要技术先进，也要结构合理、安全和实用；既要降低工程造价和成本，也要保证抗震设防要求和抗御地震风险的能力。既要注重经济效益，也要重视社会效益和环境效益。用较少的投入，获得最佳的地震防灾效果。2应该采用定性与定量相结合、理论与实践相结合的方法。从整体全局着眼，运用定性分析的方法做好抗震概念试设计；从单体局部入手，运用定量分析的方法做好结构薄弱部位的弹塑性变形演算，控制结构的弹塑性变形在允许的范围内；通过震害调查和分析，找出抗震设计不当、抗震措施不合理和效果不良之处，细致地、有针对性地设置控制措施，弥补前面两种抗震设计的空白或不足。这个工作过程是从定性开始的，通过定量分析和研究，达到对住宅建筑抗震深层的认识。3每应该采用专家、技术人员和工人三结合。充分发挥专家的经验和主导作用，把握整体。充分发挥个专业骨干人员的特长和聪明才智，结构与建筑专业之间要相互理解，通过协作和密切配合；充分发挥工人在建造中的作用，提高施工质量，消除结构或构造破坏的隐患。4应该符合现行的设计标准和规范的规定。特别是应符合GB50011-2001建筑抗震设计规范（2008年版）的规定。按照GB50223-2008建筑工程抗震设防分类标准规定：建筑工程看诊设防分类划分4类：特殊设防类（简称甲类）、重点设防类（简称乙类）、标准设防类（简称丙类）和适度设防类（简称丁类）、住宅建筑属于丙类建筑，应从地震作用计算和抗震措施两个方面符合本地区抗震设防烈度的要求。5应该依据工程特点和功能要求，了解并掌握建设场地的地质构造和有关的地震活动情况，合理地选择建设场地和地基。面对土地这种不可再生资源的不断减少，小区住宅建筑必须向高空发展。目前高层住宅站高层建筑总数的80%以上（按栋数算），选择建设场地和建筑地基对住宅建筑抗震有利的地段，避开不利的地段，不在危险的地段建造。6应该选择有利于抗震的住宅建筑平面和立面布置。住宅小区建设项目的开发将由目前建造多层住宅向建造少占地、少拆迁、层数增多、多用途和多功能的高层住宅建筑方向发展。7应该选择合理的抗震结构体系。随着平面布置和立面体型日益复杂，层数增多和抗震设防烈度提高，高层建筑结构体系日趋多样化，由钢筋混凝土框架结构、剪力墙结构和框架剪力墙结构组成的三大常规体系难以满足要求，出现了空间整体手里为特征的框架简筒结构、筒中筒结构、多筒体结构体系，以及由若干个巨柱与若干个巨梁组成的巨型框架体系。住宅建筑抗震设计方案应该根据建筑等级、房屋高度和设防烈度，并结合建筑场地和地基、建筑结构的规则性、材料和施工、技术和经济条件等因素，选择合理的抗震结构体系。8基于性能的住宅建筑抗震设计方案，应该处理好非结构构件，如果不重视、处理不当，地震时将造成倒塌伤人、砸坏机器设备、引起主体结构的破坏和倒塌。因此，应该对女儿墙、高低跨封山墙、雨篷、挑檐和吊顶，以及装饰贴面和悬吊的装饰物等非结构构件，做好与主体结构的可靠连接和铆固，应该对框架填充墙、维护墙和内隔墙等非承重墙，考虑它们对结构抗震的不利影响。9根据抗震概念设计理念，做好并加强对不需计算的结构及非结构各部分的抗震构造措施，主要考虑和分析以下问题：（1）对于钢筋混凝土柱的设计。一是应该按轴压比控制，轴压比相差不宜大于0.2，当建筑有要求时，应和建筑业主协商好该问题。二是柱配筋时，应同时满足配筋、箍筋、主筋、角筋、最小体积配筋率的要求。三是框架结构中主楼梯柱（中间平台作用处）因为该柱为短柱，应该全程加密。（2）对于钢筋混凝土梁的设计。一是框架梁高取1/101/15跨度，应该与建筑业主协商好绝高要求。二是对于一些大跨度公共建筑，梁的宽度应适当加大。应取300mm以上。三是梁配筋应充分考虑梁的铆固长度。特别是此梁，应满足现行规范要求。（3）对大于悬挑梁的设计。一是悬挑梁宜做成等截面（大悬挑梁外露者除外）、与悬挑板不同，悬挑梁的自重占总荷载的比例很小，做成变截面不能有效地减轻自重，变截面悬挑梁的箍筋，每个都不一样，演绎施工。二是要注重加强悬挑梁顶面的钢筋，箍筋全长加密对于1m长的悬挑梁应演算长度。（4）对于钢筋混凝土板的设计。一是现浇楼板厚度：多层建筑屋面、地下室顶板为120mm，高层建筑屋面、地下室顶板为150mm；顶应力楼板为150mm；一般现浇板80mm。二是当板内预埋暗管时，板厚不宜小于100mm。预埋暗管多层交叉时，板厚应加厚以满足要求。三是作为上部结构嵌固的地下室顶板，厚度应不小于180mm，混凝土标号不低于C30。四是板应采用双层双向配筋，每个方向的配筋率均不宜小于0.25%。三、结语钢筋混凝土框架结构是我国大量存在的建筑结构形式之一,历年震害资料表明:钢筋混凝土框架结构的柱端与节点的破坏较为严重,其抗震设计中必须满足“强柱弱梁”、“强剪弱弯”、“强节点”、“强底层柱底”等延性设计原则和有关规定。在多层及高层钢筋混凝土房屋抗震设计的实践中,由于设计人员对规范的理解和掌握尺度上,以及因地因人在结构选型、布置以及计算方法上相互差异较多而对设计产生较多的争议,抗震设计方法值得深入研究。参考文献1李鸿晶,宗德玲.关于工程结构抗震设防标准的几个问题的讨论J.防灾减灾工程学报,2003,(2).2宋天齐.关于8度区多层砖房最多