非抗震/抗震工况（精选3篇）
非抗震/抗震工况 篇1
建筑抗震设计的主要责任一直落在结构设计工程师的身上, 由结构工程师对结构构件作详细的计算、分析和设计, 根据 《建筑抗震设计规范》GB50011-2010, 建筑非结构构件指建筑中除承重骨架体系以外的固定构件构件和部件, 主要包括非承重墙体, 附着于楼面和屋面结构的构件、装饰构件和部件、固定于楼面的大型储物架等。非结构构件和附属机电设备, 自身及其与结构主体的连接, 应进行抗震设计。新的抗震设计规范将非结构构件的抗震设计新增为强制性条文。说明非结构抗震设计应该引起足够的重视。房屋的结构构件, 是指作为骨架把房屋支撑起来并承受重力荷载、地震荷载、风荷载及其他类型荷载的构件, 如柱、梁、楼、梯 、屋盖、承重墙及基础等, 主体结构的抗震结构计算、结构抗震构造措施都是严格按《建筑抗震设计规范》进行, 而对于附属结构构件, 一般都没有经结构工程师分析计算, 而是由建筑师、设备工程师或室内设计师指定, 或者在没有任何结构设计人员参与的情况下, 由业主或住户在房屋竣工之后自行购置。正因为如此, 目前在地震时, 附属结构及非结构构件破坏的概率通常要比结构构件的破坏机率高得多。实际上, 对于单体建筑的抗震设计, 建筑师和工程师应当共同承担责任。而在房屋的形体确定, 选择技术上、经济上合理的抗震设计方案, 并力求建筑物体形简单, 重量、刚度对称和均匀分布, 建筑物的形状和垂心能接近或合一 , 避免立面、平面上的突然变化, 不规则的形状和非结构构件设计方面。建筑附属结构及非结构构件抗震设计, 主要包括以下内容。
1 附属构件
女儿墙及附在屋面上的构件等女儿墙是地震时最易遭受破坏和倒塌的建筑构件。这类构件的抗震问题是防止倒塌, 采取的抗震措施是加强非结构构件本身的整体性, 并与主体结构加强锚固连接。在抗震设防区, 屋面的女儿墙及檐口外挑构件应尽可能的采用现浇钢筋混凝土结构, 并且与主体结构可靠连接, 且双层双向配筋。对采用砖砌女儿墙时女儿墙在人流出入口和通道处应与主体结构锚固;非出入口无锚固的女儿墙高度, 6～8度时不宜超过0.5m, 9度时应有锚固。防震缝处女儿墙应留有足够的宽度, 缝两侧的自由端应予以加强。为提高砖砌女儿墙的抗震性能, 减轻地震灾害, 采用砖砌女儿墙时应满足以下要求:1) 不宜将女儿墙直接砌在屋面板上, 避免因屋面板插入墙内而使女儿墙根部与主体结构连接削弱;2) 女儿墙顶部应采用现浇通长钢筋混凝土压顶;3) 在女儿墙内不宜埋设灯杆、旗杆等构件, 如屋顶设有这些构件, 则尽可能不要同女儿墙接结。
2 非结构的墙体
多层或高层建筑的非承重墙体在地震时破坏的主要原因是主体结构变形或层间侧移, 隔墙连接和接缝不牢靠, 自身材料的原因及隔墙的刚度与主体结构的刚度不协调, 都是造成隔墙破坏的重要原因。钢筋混凝土结构常用的结构体系有:框架 、框架一剪力墙以及剪力墙结构体系。框架建筑地震时层间侧移较大, 其非结构填充墙普遍受到破坏。框架一剪力墙结构体系房屋地震时层间侧移较小, 其承重墙的破坏较轻。剪力墙结构体系房屋地震时层间侧移最小, 其隔墙的破坏甚为轻微。非承重隔墙的地震破坏同所选用的材料有关, 粘土砖隔墙普遍破坏 , 轻质材料隔墙破坏较轻, 且轻质极材隔墙的抗震性能又优于轻质块材隔墙。另外, 隔墙的破坏同间隔墙与主体结构构件连接方式有关, 长而高且与主体结构拉结不良的隔墙或未砌到梁或板的底部, 上端留空的隔墙, 破坏普遍较严重。在框架柱中留有钢筋并与墙体有较好拉结结构的, 震裂缝较少。而墙体由两种材料砌筑, 如空心砖墙与实心砖墙接槎砌筑, 或隔墙中有消火栓等嵌入物时, 震后两种材料交接处大多出现裂缝, 砖隔墙上端没有和梁或板底卡紧, 且砂浆不饱满, 接槎不好的, 震后常在交接处出现通长水平裂缝。针对以上震害, 结构设计人员在设计中应采取相应对策, 根据《建筑抗震设计规范》, 建筑多遇地震作用下的抗震变形验算弹性层间位移角限制框架为1/550、框架一剪力墙为1/800、剪力墙为1/1000, 为保证建筑的正常使用功能, 结构设计人员应当根据填充墙材料, 适当提高多遇地震作用弹性层间位移角限制, 如采用空心砖, 加气混凝土砌块, 层间位移角限制框架建议适当提高到1/600, 框架一剪力墙适当提高到1/900, 剪力墙适当提高到1/1100, 而对于采用轻质高强延性墙板层间位移角限制不提高。非承重墙体应优先采用轻质材料。鉴于非轻质材料的墙体在工程中的大量使用, 因此在抗震设计中是一个复杂而又不容忽视的问题。首先, 其造型和布置, 应根据设防烈度、房屋高度、建筑体型、结构层间变形、墙体抗侧力性能的利用等因素经综合分析后确定, 避免使结构形成刚度和强度上的突变。如有可能, 应采取适当的措施, 使其成为抗震的第一道防线。其次, 应保证墙体自身稳定及与结构体系的可靠拉结抗震, 如设拉结筋、系梁、圈梁、构造柱等, 应能适应不同方向的层间位移。在与主体结构连接时, 应注意两种连接方案与结构体系计算模型的对应一致。刚性连接时, 在布置上要使非结构墙体成为结构抗震体系的一部分, 并注意质量、刚度均匀对称, 在计算中要考虑非结构墙体的质量、刚度和强度, 在构造上要与主体结构紧密牢靠结合;柔性连接 (包括脱开) 时, 在布置上要避免非结构墙体与主体结构共同工作, 在计算上只考虑其重量, 不利用其刚度和强度, 在构造上要使非结构墙体和主体结构在水平方向能各自自由变形, 但要防止非结构墙体平面外倒塌。
3 建筑的装饰物
建筑的饰物指建筑贴面、装饰、顶棚和悬吊重物等, 地震时, 由于水平和竖向运动, 悬挂的吊顶和天棚系统特别容易破坏。吊顶和天棚坠落, 灯具连接不牢, 都会对公众生命安全产生威胁。装修部分的损坏虽然不至影响到整个建筑物的坚固性和稳定性, 但当它们塌落时, 对人和设备则具有严重的危险性。随着装修行业的发展, 在改造原有建筑空间的同时, 如不严格控制, 二次装修时, 容易造成对原有结构体系的破坏。如在承重墙上凿洞、随意扩大或移动门窗洞口;另一方面, 一些较为复杂的装饰造型, 只注重了外形, 没有形成合理稳定的结构体系, 易造成安全隐患, 所以应当加固。这类构件的抗震问题是防止落和装饰物的破坏, 采取的抗震措施是同主体结构的可靠连接。对重要的贴面和装饰, 也可采用柔性连接, 即使主体在地震作用下有较大变形, 也不致影响到贴面和装饰的损坏。对建筑物内的装饰构件应与主体结构、墙体有可靠连接, 避免震害情况下坠落、倾倒伤人。建筑物不宜采用无可靠连接的外装饰构件, 外装饰面材应与主体可靠连 (粘) 接。建筑屋顶非结构装饰构件宜优先采用钢结构形式。
4 建筑附属机电设备及支架
附属于建筑的机电设备和设施种类繁多, 其与结构体系的连接构件和部件在地震时破坏的主要原因是:1) 电梯配重脱离导轨;2) 支架间相对位移导致管道接头损坏;3) 后浇基础与主体结构连接不牢或固定螺栓强度不足造成设备位移或从支架上脱落;4) 悬挂构件强度不足导致灯具坠落;5) 不必要的隔震装置加大了设备的振动或发生共振, 反而降低了抗震性能等。上述机电设备和设施的抗震措施, 应根据设防烈度、建筑使用功能、房屋的高度、结构类型和变形特征、设备和设施所处的位置和运转要求等, 经综合分析后确定。应注意合理设计设备支架及与建筑物应有可靠的连接和锚固, 包括增加接头变形能力, 并应使设备在遭遇设防烈度的地震影响后能迅速恢复运行。 建筑附属机电设备的设置部位要适当, 支架设计时要注意防止设备系统和建筑结构发生谐振现象。
5 楼梯
发生强烈地震时, 楼梯间是重要的紧急逃生竖向通道, 楼梯间 (包括楼梯板) 的破坏会延误人员撤离及救援工作, 从而造成严重伤亡。《建筑抗震设计规范》修订增加了楼梯间的抗震设计要求。民用建筑中楼梯间是防震安全疏散的关键部位, 框架结构中必须采取相应措施:1) 楼梯间尽量不要设置在建筑物尽端山墙处;2) 在楼梯间的楼层标高处设置现浇钢筋混凝土圈梁 ;3) 楼梯间和人流通道的填充墙, 尚应采用钢丝网砂浆面层加强。当采用砖砌体房屋时楼梯间尚应符合下列要求:1) 顶层楼梯间墙体应沿墙高每隔500mm设2Φ6通长钢筋和Φ4分布短钢筋平面内点焊组成的拉结网片或Φ4点焊网片;7～9度时其他各层楼梯间墙体应在休息平台或楼层半高处设置60mm厚、纵向钢筋不应少于2Φ10的钢筋混凝土带或配筋砖带, 配筋砖带不少于3皮, 每皮的配筋不少于2Φ6, 砂浆强度等级不应低于M7.5且不低于同层墙体的砂浆强度等级。2) 楼梯间及门厅内墙阳角处的大梁支承长度不应小于500mm, 并应与圈梁连接。3) 装配式楼梯段应与平台板的梁可靠连接, 8、9度时不应采用装配式楼梯段;不应采用墙中悬挑式踏步或踏步竖肋插入墙体的楼梯, 不应采用无筋砖砌栏板。4) 突出屋顶的楼、电梯间, 构造柱应伸到顶部, 并与顶部圈梁连接, 所有墙体应沿墙高每隔500mm设2Ф6通长钢筋和Φ4分布短筋平面内点焊组成的拉结网片或Φ4点焊网片。
6 结束语
总之, 对非结构构件的设计, 可根据不同情况区别对待, 首先, 做好细部构造, 让非结构构件成为抗震结构的一部分, 在对主体结构计算分析时, 充分考虑非结构构件的质量、刚度、强度和变形能力, 而在对非结构构件的构造做法上防止非结构构件参与工作;其次, 对楼梯间等重要的紧急逃生竖向通道, 要加强抗震设计。
参考文献
[1]GB50011-2010, 建筑抗震设计规范[S].北京:中国建筑工业出版社.
[2]黄世敏, 杨沈.建筑震害与设计对策[M].北京:中国计划出版社.
[3]王亚勇, 戴国莹.建筑抗震设计规范疑问解答[M].北京:中国建筑工业出版社
非抗震/抗震工况 篇2
地震作用下, 结构的扭转效应可以使建筑物破坏或倒塌。利用隔振技术积极调控, 不仅显著减小了建筑结构的整体振动, 也有效地抑制了其扭转振动, 有效提高结构抗震性能。对非对称隔振结构进行分析, 有助于提高结构抗震性能, 并合理设计隔振结构。
1 计算模型及运动方程
如图1所示结构, 利用达朗贝尔原理可得其运动方程为:
其中, M, K, C分别为质量阵、刚度阵、阻尼阵;{u}=[ux, uy, uθ]T为楼层的位移向量;Mb为底层质量阵;Kb为隔振层的刚度阵;{ub}=[ubx, uby, ubθ]T为底层的位移向量;为地震加速度向量, 为X, Y向的地震加速度。
若定义Kit为第i个隔振支座的切线刚度, 在任意时刻有Kit=Kie-Kis, 其中, Kie为第i个隔振支座的初始刚度矩阵, Kie=dig[kixb, kiyb], kixbkiyb假设足够大使得支座无滑移。Kis为支座滑移时刻的刚度, 为零矩阵。可用下式确定:
其中, Fix, Fiy分别为第i个摩擦支座为X, Y向的摩擦力;Fi L为第i个摩擦支座的静摩擦力;Fi L=μmig, μ为静摩擦系数, mi为第i个隔振支座的质量。
耦合曲线见图2。
2 结构的计算分析
假设ωx=ωy=2π, b=d=6 m (见图1) ;总共9个隔振支座, 刚度为kixb=kθb=10 000Kx, 上部结构为9层阻尼比ξ=0.05, 地震参数wg=15 rads-1;ξg=0.5;S0=0.05 m2·s-3。输入加速度反应谱 (见图3) 。分别对非对称结构模型和对称结构模型 (二者具有相同的振动周期) 进行分析, 得到了如图4~图7所示的分析结果。
3 影响参数分析
为了研究隔振支座和扭转耦合效应。定义R为隔振同普通结构地震响应峰值比值。
3.1 ex/d, ey/d的影响
图4a) 给出了R随着偏心率ex/d的变化, ux响应比值Rux随ex/d变化不明显。然而, uy响应比值Ruy, uθ响应比值Ruθ受ey/d影响显著。由此可见, 随着偏心距的增大, 隔振效果会下降。然而, R随着偏心率ex/d的变化不受是否考虑两个方向相互作用的影响。从图4b) 中可以看出, 结构底部位移Db受偏心率ex/d影响较大, 当考虑两个方向的相互作用, 结构底部位移增大。对于偏心距为零且不考虑耦合作用将高估结构的抗震性能。
3.2 频率比值ωθ/ωx影响
如图5所示, Rux受ωθ/ωx的影响不明显, 当0<ωθ/ωx≤1时, 随着ωθ/ωx值的增大, Ruθ明显下降。由于扭转耦合, 随着ωθ/ωx增加, Ruy增大。当1<ωθ/ωx≤2时, 随着ωθ/ωx增大, Ruy减小。Ruθ随着ωθ/ωx增大而增加。当2<ωθ/ωx时, Rux, Ruy, Ruθ趋于相同。当ωθ/ωx1时, 结构底部扭转耦合效应很小, 而且结构Db受ωθ/ωx的影响不大。
3.3 质量比值mb/m影响
图6给出了反应比值R同质量比mb/m的关系曲线, 从图中可得, 反应比值R随质量比mb/m增加而增大;由于随着质量m的增大, 静摩擦力FL增大, 结构的滑移减小, 导致结构耗散地震的能量降低, 因此随着mb/m降低, 反应比值R降低。结构Db受质量比值mb/m影响不大。
3.4 摩擦系数μ的影响
随着摩擦系数μ的增加, 上部结构反应比值R增大, 这是由于通过支座传递给上部结构的地震荷载增大。但是随着摩擦系数μ的加大, 结构底部平动反应下降, 扭转反应略有增强。
4 结论
通过对非对称摩擦隔振结构非线性分析, 得出了影响结构平扭耦合的参数, 通过对这些参数的研究分析得到了以下结论。摩擦隔振装置两个方向摩擦力耦合, 增加了结构的隔振效果。忽略结构偏心, 导致过高估计摩擦隔振的效果。随着结构偏心增大, 隔振效果降低。当0<ωθ/ωx≤1时, 随着ωθ/ωx增加, 隔振对降低结构扭转响应作用提高。随着mb/m及μ增大, 摩擦隔振效果降低。结构底部位移受ex/d, ωθ/ωx, mb/m等参数影响小, 但是若忽略摩擦力双向耦合, 分析得到的底部位移较实际值偏低。
摘要：采用弹塑性模型模拟了摩擦隔振力与变形关系, 对非对称摩擦隔振结构进行了分析, 得到了影响隔振效果参数e x/d, ωθ/ωx, m b/m, μ等, 同时分析了双向摩擦力耦合与非耦合情况, 结果表明双向摩擦力耦合对隔振结构扭转影响较大, 忽略了双向摩擦力耦合, 低估了结构扭转响应, 在实际设计中应给予考虑。
关键词：摩擦隔震结构,双向地震,摩擦力耦合,扭转响应
参考文献
[1]张延年, 李宏男.双向耦合地震作用下滑移隔震结构振动控制及其优化研究[J].地震工程与工程振动, 2007, 27 (1) :141-146.
[2]杜勇峰, 林治丹.双向作用下串联隔震结构的振动控制[J].抗震加固与加固改造, 2010, 32 (4) :32-37.
[3]王建强, 姚谦峰, 李大望.基础滑移隔震结构双向地震反应分析[J].振动与冲击, 2005 (4) :87-91.
非抗震/抗震工况 篇3
由于非结构构件不属于主体结构,在设计和施工中很容易被忽视,使用中在地震作用下是很容易破坏的构件,它会造成巨大的危害。如,在5.12的汶川地震中,有许多非结构构件在地震中首先倒塌伤人、砸坏设备、破坏主体结构,造成大量人员伤亡和财产损失。笔者根据多年的设计和施工经历,浅谈一下非结构构件在设计中应该注意的几个问题,以期能够引起注意。
1 非结构构件的定义与分类
所谓非结构构件,是指一般不属于主体结构的构件,具体包括建筑非结构构件和建筑附属机电设备两大类。其中建筑非结构构件又分为三类,第一类为附属结构构件(如,女儿墙、雨篷、高低跨封墙等),第二类为装饰物(如,贴面、顶棚、悬吊重物等),第三类为非结构墙体(如,内隔墙、围护墙、框架填充墙等)。
2 设计中存在的问题
(1)设计人员在思想上不重视,技术上忽视。有些设计人员总认为非结构构件并非主体结构构件,因而不影响主体结构的安全性,或者认为该地区只是抗震设防区域并非抗震设计区域,只做简单的构造处理即可,不用进行抗震设计。并未按规范要求将非结构构件与主体结构进行可靠连接(规范强调“可靠连接”)。(2)少数设计人员技术水平低,不能完全理解规范的构造及计算等相关要求,出现设计失误。
3 采取的措施
(1)针对设计人员思想方面要加强认识,应将非结构构件与主体结构在重要性方面同等对待,设计时必须满足规范的强制性条文要求,不能含糊。(2)针对设计人员水平低问题,则要加强对规范学习和掌握,尤其要理解规范强制性条文内容,在设计中严格执行规范规定。
4 各类非结构构件在抗震设计中要注意的主要问题和应采取的措施
我们对非结构构件的抗震问题要有充分的了解,能够针对非结构构件的具体类型,采取据有针对性的设计方案,采取加强非结构构件的安全性措施,进一步加强和细化非结构构件节点的细部设计。
第一类为附属结构构件,如女儿墙、雨篷、高低跨封墙等构件。主要抗震问题是防止倒塌,采取的措施是加强非结构构件的整体性,并使之与主体结构可靠锚固连接。
第二类为装饰物,如贴面、顶棚、悬吊重物等。主要抗震问题是防止脱落和装饰的破坏,采取的主要措施是同主体结构可靠连接。对重要的贴面和装饰,也可采用柔性连接,既使主体结构在地震作用下有较大变形,也不致将贴面和装饰损坏。
第三类为非结构墙体,如内隔墙、围护墙、框架填充墙等。根据材料的不同和同主体结构的连接条件,它们可能对主体结构产生不同程度的影响,如:(1)减小主体结构的自振周期,增大结构的地震作用。(2)改变主体结构的侧向刚度分布,从而改变地震作用在各结构构件之间的内力分布状态。(3)处理不好,会引起主体结构的破坏,如局部高度的填充墙形成短柱,地震时发生柱的脆性破坏。
第四类为附属机电设备及支架等,这些设备通过支架与建筑物连接,要求设备的支架要有足够的刚度和强度,并与建筑物应有可靠的连接和锚固,使设备在遭遇设防烈度的地震影响后能够迅速恢复运行。建筑附属机电设备的设置部位要适当,支架设计时要防止设备系统和建筑结构发生谐振现象。
5 对非结构构件在抗震设计时的具体对策
我们要根据非结构构件不同类型、工程所处的不同环境区别对待:
(1)做好细部构造,让非结构构件成为抗震结构的一部分,在计算分析时,充分考虑非结构构件的质量、刚度、强度和变形能力。(2)与第(1)条相反,在结构做法上防止非结构构件参与工作,抗震设计时只考虑其质量,不考虑其强度和刚度,从而加大了非结构构件的抗震可靠性。(3)防止非结构构件在地震作用下出平面倒塌。(4)对装饰要求高的建筑选用适合的抗震结构形式,主体结构要有足够的结构刚度,以减小主体结构的变形量,使之符合规范要求,避免由于主体破坏导致装饰破坏。(5)加强建筑附属机电设备支架与主体结构的连接与锚固,避免由于连接牢固引起的次生灾害。
6 总结