在震害中抗震设计

在5.12震害中探讨抗震设计摘要：本文从“5.12”汶川地震的震害研究出发，深入讨论结构抗震设计的新老方法。“5·12”汶川特大地震造成大量的人员伤亡，经济损失惨重，灾害发生后，房屋质量受到社会各界广泛关注，深入房屋抗震设计技术有重要意义。钢筋混凝土结构是工业与民用建筑中最常见的结构类型。在我国,其抗震设计思想发展至今已形成较为成熟的体系，然而现行抗震设计体系依然存在各种各样的问题，这些问题有待进一步解决和完善。在钢筋混泥土框架结构的抗震设计中主要注意几点问题，梁柱及节点核心区箍筋的配置、纵向钢筋的配置、混凝土强度等级、截面尺寸，合理地采取构造措施等，使抗震结构有足够的强度和延性，从而最大限度地减少地震所造成的损失。抗震是建筑设计的重点，本文还讨论了新的抗震设计技术如：隔震、消能减震及其他减震技术，以及介绍他们在工程中的应用情况以及。关键词：震害抗震设计新技术1“5.12”汶川地震中各种房屋结构震害研究1.1砖混结构中以大开间、大开窗、外走廊等建筑样式的震害最为严重。不少地方在上世纪90年代以前建造的砖混结构房屋中较多地使用了大开间、大开窗、外走廊等建筑样式。当时的抗震规范没有在圈梁和构造柱的设置上提出更多要求。再加上大量与墙体连接不充分的预制空心楼板，使砖混结构的整体性受到影响。这些结构建筑在重灾区普遍遭受到严重的破坏甚至是整体倒塌。1.2采用框架—砌体混合结构形式的建筑在重灾区普遍损毁严重。无论是底部框架砖混的竖向混合结构还是部分框架部分砖混的水平混合结构，由于刚度突变、传力途径复杂和变形能力不协调等因素，大量此类建筑受损严重。1.3框架结构在框架结构中出现了框架柱先于框架梁受到破坏的现象。震害调查显示，此次地震中，部分房屋的一些框架结构的破坏体现为框架柱先于框架梁受到破坏。规范中考虑框架的抗震作用主要是指抵抗水平振动作用和水平荷载作用。但此次地震的竖向振动十分剧烈，震中区域部分房屋的框架柱受到了水平、竖向叠加作用力，发生粉碎性压缩损坏，导致房屋受损严重甚至垮塌。1.4厂房、库房的排架结构受灾严重，震害调查中发现，灾区的不少厂房、库房的排架结构由于跨度大、屋架重、柱间连接薄弱，加上年久失修等原因，在此次地震中受损严重，垮塌较多。其中单跨结构比双跨结构震害严重，重屋架结构比轻屋架结构震害严重。1.5木结构房屋和轻钢结构房屋在此次地震中损坏较轻，木结构采用榫卯进行连接，榫头在榫卯节点处可轻微转动，具有“柔性”连接的特点；柱根直接放在柱基石上，水平震动时柱根可在柱基石上轻微滑动；厚重的屋盖通过穿斗或斗拱的连接方式与内柱、檐柱体系连成一体，保证了木结构房屋的整体性。木结构的这些特点使得重灾区的木结构房屋除有不少屋面瓦脱落外，多数房屋损坏较轻。灾区还有少量采用轻钢结构的厂房，由于轻钢结构具有质量轻、连接可靠、结构整体延性好的特点，再加上配套屋盖和墙板均采用轻质材料，因此，这类房屋具有较好的抗震性能。此次地震中，该类房屋受损主要是柱间支撑连接被拉断、钢构件防火涂料剥落等，震害较轻。2抗震设计需关注的问题2.1砖混结构窜设置钢筋混凝界土构造反柱三:蓄合理的设置钢升筋混凝土构造怎柱可以明显地沸提高砖混结构此房屋的抗震性泥能仁,铁使砖混结构的坐强度特别是变拴形能力得到提荒高踪,缘而使脆性性能春得以改善。但伤是应注意不要蛋片面夸大构造竟柱的作晕用宝,共认为墙体数量吵少、抗震不珍足酬,孔可以依靠增加犯构造柱来弥补煤。例牲如海:迅有人在多层砖哪混结构设计中托抗震砖墙与构不造柱不匹巧配周,领抗震砖墙偏少踢、偏换小绒,耐而钢筋混凝土福构造柱数量偏牛多、断面偏宪大要,韵特别是商住楼尝的一层商悉店城,趴抗震砖墙体明倚显不足。钢筋热混凝土构造柱夺的设置能增加僵多层砖混房屋很的延性、能显尼著提高房屋的周抗倒塌能格力蹲,巧但钢筋混凝土慰构造柱对增加贼砌体抗剪作用武不明显对砖墙旧体的抗裂效果吗不大。因象此构,赚那种用增加构域造柱来消减砖快墙体的做法是截不对的。设置葡钢筋混凝土圈茄梁睬:统圈梁在房屋建需筑中可以发挥辰多方面的作病用丰,幕如地:扑增强纵横墙体侵的连销接馅;厕增强房屋的整技体栏性樱;婆减小墙的自由理长脊度痒;碧增强墙体的稳线定不性腔;饭提高墙体的抗齐剪能力约束墙骂面裂缝的开展窑及抵抗由于地柴震或其他原因悲引起的地基不熊均匀沉降对房辛屋的影响。膛2.2斧消框架结构爱冠霜框架柱设计机框架柱是框架环结构中最主要县的承重构怜件仁,取要使框架结构努具有较好的抗草震性孙能货,只就要确保框架骑柱有足够的承演载力和必要的电延性。因困此恐,馋框架柱设计应捕满足强柱弱梁据要屠求申,秧破坏时柱尽量速不出现塑性攻铰球,换柱在弯曲破坏永前不发生剪切恨破完坏最,奥同时控制柱的腊轴压比不要太概大缸,誓并应加强约良束云,友配置必要的约泽束箍筋。栗亩嗽框架梁设计冬框架结构的合蚁理屈服机制是延在梁上出现塑哪性铰。但梁形条成塑性铰后又嘴要保证不发生近剪切破济坏葵,杏同时要防止由富于梁筋屈服渗党入节点影响节括点的性能核心盖。因兰此眉,粪框架梁设计应从保证框架梁形挥成塑性铰后有级足够的受剪承谦载赛力确,谨框架梁筋屈服虎后最,珍塑性铰区段应份有较好的延性滩和耗能能精力歪,振框架梁筋锚固旷应满足构造要弱求。千获慈框架节点设计雾框架节点易破音坏且难以修复厚。其破坏形式煌是节点核心区垂剪切破坏和钢竹筋锚固破坏。芳因此框架节点猫设计应满足节烤点的承载力不芦应低于梁柱的缘承载力。多遇多地震委时尿,含节点应在弹性喇范围内工违作阵;鱼罕遇地震疮时诱,屡节点承载力的真降低不得危及烦竖向荷载的传晓递内,吊同时节点配筋厦不应使施工太难。遍2.3纳渐剪力墙结构何挎舱墙体分布筋配撤筋率爆从墙体构件本释身的受力特性省分禾析裙,须看对于较规则的葛纯剪力墙结喉构嫌,喘疏一般的墙肢属萝偏压构辆件份,菊应并仅考虑平面逐内承受水平万力暴,掏哀则受力筋集中沙以暗柱的形式裕配置于墙肢端历部款,饼毒竖向分布筋仅韵需构造配置并牧与水平分布筋婶一起约束墙体屑表面裂搞缝倾,个墙体水平分布国筋起抗剪作校用吩,退违对于墙较多的赔纯剪力墙结邀构以,灯常大部分墙肢的谈水平筋均为构镰造配置。因绑此床,瘦谁对于计算结果员中显示的仅需陈构造配置的分暂布并筋丈,庄订配筋率不宜放述的过狐大移,穷谋以免造成浪费想。但应注意在们连梁及温度应待力较大处应适弯当加大水平分堆布筋配筋率。皱旗顽约束边缘构件税从纹2002极捆年开始实施的茶建筑结构规叙范传,息降根据结构类型凑及受力状围况面,敌用对剪力墙两端虽及洞口两侧的湾加强边惰缘量,腊水按墙肢在重力累荷载代表值作忍用下墙肢轴压留比的线及加强纳部位要求分为疏约束边缘构件疑和构造边缘构链件两类。特牵一涉,照一旱,鞭搬二级抗震等级曾的剪力墙在底粪部加强部位及负其上一层应设专约束边缘构件贯。原因是剪力拜墙的轴压比虽辅未超过限制妨值日,意蜡但轴压比又比康较高疾时绸,稳效在墙肢边缘轴探压应力和压应颂变均较壶大幼,舅局因此需在墙肢凉边缘设置约束贱作用较强的带每箍筋的约束边巾缘构件。在国蜜外纪,砖涌有的规范要求拐计算剪力墙截海面的应力分糖布立,侄按照应力大小马设置带箍筋的丝约束边缘构件亲。我国规范为耐了简化设供计察,蝇个规范直接给出增了约束范纠围蚕,搏鉴并将此范围分个为两部貌分纱,那新靠近端部边缘薪部分的应力最踪大纤,编究箍筋数量要求扁多滥,献凉靠内的部分应苍力减斤小裕,气尾约束钢筋要求怎降低一些。芒屯省连梁年高层剪力墙结弦构考虑地震作丢用上机计算挠时暑,辜留往往会出现连武梁超筋的情凯况赢,话睁即使多次调整互计君算得,陶录也不一定能全毫部消除。连梁牺超筋主要是因甘为部分连梁跨箩高比较偶小赵,绩胁刚度较兔大饶,两问造成连梁剪力佛过生大仔,劈到致使连梁抗剪疯能力不能满足果规范对剪压比艇的限值。剪力碍墙结构的一个上设计原则是强附墙弱连就梁金,站吹因此可以考虑占所有可能超限倚的连梁均出现斤塑性镜铰随,颂像按此时计算出诊的墙肢内力进割行墙肢截面设政计循,弱敬剪力墙结构结默构主体是安全妨的。由于目前蛛剪力墙结构计央算柱中梳,丈还大部分墙肢配段筋不拖大东,条蚁所以采用这种尿方法是可行的纱。对于超限连尤梁某,狮淡可采用根据连狐梁最大抗剪承投载力计算庸连梁抗剪箍筋梢及抗弯纵向钢字筋的方紧法梅,蜂岔以确保超限连拌梁的强剪弱速弯快,孤敞具体的公式在湿北京市建筑设寺计研究院主编负的《建筑结构中专业技术措施密》中有详细推板导音2.垫4息框运架婆-是削剪力墙结构毯2.拢4芳.1浴砖框架设计要求因框拾架卵-梅隆剪力墙结构的标框架部分设计蝇按上述考虑。鸟2.陷4返.2拢抗剪力墙设计要饿求先剪力墙部分的遮破坏形态有弯悲曲破坏、斜拉上破坏、斜压破嚼坏、剪压破坏姿、沿施工缝滑叼移和锚固破坏照等。为使剪力蓬墙有良好的抗赴震性次能市,昨设计中应保证往剪力墙在发生愤弯曲破坏之她前苍,遗不发生斜拉、闻斜压或剪压等楼剪切破坏形式监和其他脆性破标坏形素式飞,贿同时应采用合鞋理的构造措桌施痕,罢保证剪力墙具零有良好的延性滚和耗能能力。尼3布驰抗震新方法歌3.1壶盘隔震设计拳隔震是指在建寇筑物的基础和湖上部结构之间任设置一个弹性三的类橡胶垫层明或可滑动、滚悲动的机械装置铜，将强烈的地这震的作用隔离尺或减弱，从而猪达到抗震的目的。漏贫织夹层橡胶垫隔裳震装置恋用于隔震装置芹的橡胶垫块，鸭可用天然橡胶飘，也可用人工卡合成橡胶（氯烧丁胶）。为提猫高垫块的垂直川承载力和竖向栏刚度，橡胶垫需块一般由橡胶埋片与薄铜板叠悲合而成。暂狗张铅芯橡胶支座财这样就使支座犁具有足够的初蓬始刚度，在风兄荷载和制动力周等常见载荷作鱼用下保持具有尽足够的刚度，者以满足正常使训用要求，但强灶地震发生时，涝装置柔性滑动北，体系进入消泽能状态。诵固另虏滚珠（或滚轴揭）隔震耗有自复位能力辽的、有加铜拉其杆风稳定装置激、横向油压千叶斤顶位的。另池外，还有加消捕能装置的，消伴能装置有软消许能杆剪、铅挤侵压消能器、油学阻尼器、光阻抄尼器等。揭聋盒摇摆支座隔震状同原理还有踏因步式隔震制作肝，用于细高的捕结构物，如烟画囱、桥墩、柜仇体筒体建筑物等。闭柴倾滑动支座隔震参上部结构与基技础之间设置相趣互滑动的滑板件。风载、制动呢力或小震时，馋静摩擦力使结况构固结于基础碎上；大震时、卧结构水平滑动太，减小地震作册用，并以其摩号擦阻尼消耗地筒震能源。为控坟制滑板间的摩没擦力，使之满衡足隔震要求；叹在滑板间可以另加设滑层。目雾前常用的滑层饺有：涂层滑层晓（鸡夜聚氯乙烯）、已粉粒滑层（铅岁粒、沙粒、滑凭石、石墨等）洁。坛3.2牌棍被动减震设计街紧肠耗能减震诸结构消能减震稳体系是把结构结的某些非承重潮构件（如支撑休剪力墙等）设拜计成消能杆剪傲，或在结构物悄的某些部位（戚节点或连接）傅装设阻尼器，置在风荷载轻微关地震时，这些术消能杆件或阻翼尼器仍处于刚亡弹性状态，结悬构物仍具有足福够的侧向刚度猛以满足正常使状用要求，在强吩地震发生时，匀随着结构受力汤和变形的增大逮，这些消能杆动件和阻尼器，祸率先进入非弹敞性变形状态，积产生较大阻尼疾，大量消耗输梳入结构的地震党能量，从而使猛主体结构避免陪进入明显的非培弹性状态并迅肌速衰减结构的话地震反应，从愈而保护主体结宾构在强地震中拐免遭损失祥3.3雨管主动控制减震论主动控段制崖—召—冈有外加能源的穴控制，其控制防力是由控制装惧置按某种控制恳规律，利用外疮加能源主动施孤加的。主动控滚制是将现代控他制理论和自动朝控制技术应用护于结构抗震的睬高新技术。主遍动控制有主动蛮拉索系统更（欠ATS唤险）、主动支撑甘系统企（最ABS保甘）、主动可变硬刚度系统振（象AVS酸S赵快）、主动质量捡阻尼系统声（顾AMD乘缠）等。主动控地制体系中的控养制器由三部分道组成绘：厨①浆传感器。安装执在结构上，测脾量结构所受外手部激励或结构溜反应或两者，暮将测量的信息晶传递给控制器泉的处理器包。驾②跳处理器。处理踪测得的信息，定根据给定的控付制算法，计算拖所需的控制力王，并将控制信延息传递给控制胸器中的致动器历。纲③相致动器。根据年控制信息，由垦外部供给能源盒产生所需的控臣制力，从而减描小结构振动反灰应。穗3.4核斧其他减震系统亚花揉变阻尼半主动闭控制系统照通过研究人们翻已知道，阻尼复的减振效果是斩有条件的。单业自由度体系基雷座受到简谐运恼动激励时，阻泪尼愈大，结构敏和相对运动（森位移、速度和薯加速度）不断孙减少；对绝对滥运动则不然，渗当干扰频率与扩自振频率的比薪值时，增大阻分尼反而会使绝竟对位移、速度堡和加速度反应视增大。在地震敞作用下也可能帮出现类似的情霉况。因此变阻是尼半主动控制鄙系统就是寻找院比定阻尼系统鞋更好的减震效用果。对于中、瓶短周期的结构扒，当设计地震羞动的主要周期吵较短时，不必面要采用半主动坊变阻尼系统。鸣但是对于长周损期结构，采用栏半主动变阻尼域控制方法与采厚用上限阻尼时艘相比可以明显栗地减小绝对加御速度反应，对尺相对反应也无闸不利影响。看卫来只有当需要昏同时减小长周哈期结构的相对指位移反应和绝供对加速度反应粘时才有必要采正用变阻尼半主即动控制。常见沉的变阻尼半主棒动控制有变孔蝴径油阻尼器、求电流变阻尼器素、磁流变阻尼题器、变摩擦可历控阻尼器、调觉谐质量可控阻港尼器。令霸润变刚度半主动什控制系统（规AVS竟）惹在此系统中，立应用液压元件计改变刚性支撑骆和大梁的连接稼条件，随时调膨节层间刚度，养避免共振。变昨刚度和变阻尼甲系统应属于变盈结构控制的范否畴，其理论基齿础在自动控制槐领域中已有深床入的研究。在谷变刚度半制动拆控制系统中结秩构的层间水平荐刚度可以在其卸最大值和最小桨值之间跳跃或脸随意调节。当吃强震地面运动伞的主要频率不犬在被控结构自臭振频率的可能按的变化范围以祖内时，对系统度将产生什么样馒的影响则是贷值得研究的问冻题。公叮混合控制以将主动控制与钞被动控制结合捕起来应用或采攀用其它复合控药制方式通常称定为混合控制，偏其最常用的形摊式是用作动器烧拖动调谐质量掌阻尼器（绸HMS氏）。主动控制怜、半主动控制佣和混合控制由窃于都需要实时小观测结构反应笨并进行实时分齿析和反馈控制停，系统极为复刮杂，在推广应彼用方面受制于用经济和技术条杯件。相比之下孤以增加结构阻理尼、避免共振劈的被动控制技吧术则更适合在嫂众多的实际工跟程中应用。结语：要随着社会经济允的发展和人们滥生活水平的提谱高享,朴啦对建筑结构抗软震设计也提出尾了更高的要求泊。我国属于地日震多发国缓家勤,