抗震设计和施工（共8篇）
抗震设计和施工 篇1
建筑结构的安全性是指结构防止破坏倒塌的能力, 是结构工程最重要的技术指标。节点是结构梁、柱、板等受力构件集中交汇的部位, 是结构中承受荷载、传递荷载的中枢, 是维系整个抗震结构体系稳定发挥作用的重要环节。为了提高节点的抗震性能, 在抗震设计中对其进行必要的抗震强度验算和采取相应的构造措施就显得格外重要。
1 节点强度和变形性能
在外荷载产生的节点剪力作用下, 节点抗剪强度在核心区斜裂缝突然出现时达到极限。随着荷载的反复作用, 承载力迅速下降, 当核心区采取有效的箍筋约束, 提高抗剪能力时, 承载力能够有所维持而下降稍慢。因此, 必须控制核心承剪截面上的剪应力水平, 提高节点核心的抗剪强度, 采取有效的抗震构造措施, 才能增强节点的抗震性能。
2 节点核心区截面抗震验算
首先, 框架节点核心区受剪承载力的验算应使节点核心区组合的剪力设计值Vj不大于其混凝土与箍筋承担的剪力。除了满足受剪承载力外, 为了控制节点核心区验算截面上的平均剪应力, 《规范》规定节点核心区组合的剪力设计值还应满足Vj≤1/rRE (0.35ηjbjfc) 。另外, 节点应具有可靠强度足以抵抗相邻构件承受的最不利荷载组合。
3 框架节点抗震构造措施
由于框架节点是梁、柱纵筋的锚固区, 如何防止纵筋的锚固破坏问题尤为突出。通常的锚固方式是将梁纵筋深入节点, 然后向上或向下弯起以满足锚固长度的要求。但经常因节点内交叉钢筋的增多而降低纵筋的锚固效果。通常采取梁纵筋端的焊接锚板, 由于锚板的楔作用, 可大大减少梁端纵筋的粘结滑移量。节点内交叉钢筋的减少, 又使梁纵筋与混凝土的握裹力增强。
4框架梁、柱节点的破坏形式
在强震作用下, 框架梁、柱节点核心区震害的主要表现:1) 节点核心区抗剪强度不足引起的剪切破坏。2) 当节点区剪压比较大时, 箍筋可能并未达到屈服, 而是混凝土被剪压酥碎成块而发生破坏。3) 由于构造措施不当而引起的破坏常表现为节点箍筋过稀而产生的脆性破坏, 或由于交于节点核心区的钢筋过密而影响混凝土浇筑质量引起的剪切破坏。4) 由于梁、柱主筋通过节点时搭接不合理, 使结构的连续性难以保证。因此, 结构抗震设计的一项重要内容就是采取必要的构造措施来保证节点抗震能力的实现。
5节点设计和施工中常见的问题
5.1节点混凝土方面的问题
5.1.1节点混凝土强度等级的错误选择的影响
施工单位按照常规的施工方法, 往往是先将框架柱的混凝土浇筑至框架梁底标高处, 然后在完成框架梁模板、钢筋后进行一次性浇筑混凝土, 这样节点处的混凝土的强度等级就自然等同于框架梁的混凝土等级了。这样的问题常常被忽视, 甚至被认为是正确的施工方法。然而, 根据抗震设计遵循的原则中“节点更强”的要求以及上面文中阐述的节点的受力及破坏的机理, 显然这样的做法是不符合要求的, 无法达到节点在复杂应力状态下抗震性能要求。
5.1.2节点混凝土的施工质量的影响
节点区域的钢筋排布十分密集, 包括框架柱主筋还有四周梁伸进的主筋锚固区段。由于节点处钢筋占据着很大的空间且分布杂乱, 导致施工中振捣困难, 节点处混凝土容易发生不密实, 而使节点处混凝土的强度降低, 也是发生剪切破坏的主要成因。因此, 应加大施工管理力度, 保证混凝土的振捣质量。节点处钢筋体积量的增大, 钢筋分布的不规则, 很大程度上影响混凝土与钢筋协同工作的机理, 严重时使节点处抗震验算计算模型的适用性发生了变化, 验算结果的可靠性降低, 设计时应给予重视, 并采取相应的构造补强措施。
5.1.3施工缝的影响
在框架结构的抗震设计中要认真遵循“强柱强梁”的设计原则, 对柱子的承载力设计和抗变形能力设计尤为关键。但地震中仍有可能首先在柱端出现塑性铰。因此, 实际结构在设计中还要采取一些构造措施以保证柱的抗震性能。
框架结构施工时通常将施工缝设置在节点处沿框架梁高度的上口及底口处。节点上下端作为柱承受较大剪力的部位, 其施工质量的好坏, 对其抗震性能至关重要, 应认真做好施工缝接茬的各项工作, 保证接缝处混凝土性能的连续性和完整性。
5.2节点处钢筋常见的问题
5.2.1框架梁与柱钢筋排放关系的影响
在结构施工图中, 通常不显示节点区域梁、柱钢筋的排放关系, 只是对梁的纵向钢筋伸进柱内的锚固长度和端头弯折形式作出要求, 这样在施工时通常会存在梁的主筋与柱子的主筋相碰的状况, 根据框架梁、柱之间的受力传递方式, 框架梁的纵向主筋应放置在柱竖向主筋的内侧, 即“柱包梁”, 由于柱筋规格较大、数量多、排列紧密, 梁筋又只有在柱筋的间隙中穿过, 由此梁的钢筋定位不可避免的产生较大偏差, 若梁、柱设计截面同宽, 梁内外侧纵筋间距小于设计宽度, 梁端部加密区的箍筋不能与纵向主筋紧密连接, 不能形成规格的钢筋骨架, 这样造成梁端部有效断面的宽度减小, 最终导致梁的承载力降低, 同时箍筋不能有效地与主筋协同工作, 箍筋加密区的作用降低, 抗剪能力也大大减小。这样的情况在剪力墙中暗梁与墙体主筋、暗梁与暗柱主筋的排放关系时有发生, 应该引起足够重视, 并应积极采取附加补强措施。
5.2.2节点箍筋配置不足
《规范》规定节点核心区内箍筋量不应小于柱端加密区的实际配箍量。但实际操作中偏差很大。首先节点区域钢筋密集, 四周有梁筋伸入节点, 造成节点处沿梁高度范围内空间小, 将加工成型的箍筋特别是多肢箍穿入就位困难很大。如果在梁筋伸进节点之前先将节点箍筋绑扎完成, 则梁端有弯折段的钢筋无法穿入就位。鉴于上述施工困难, 施工中常常出现节点处无箍筋、箍筋少、箍筋绑扎混乱的状况。
5.2.3节点内钢筋锚固的问题
在设计和施工中, 尤其是位于外墙转角处和框架梁T字交接处的框架柱, 梁纵向钢筋弯折后伸入节点, 《规范》中对抗震节点的最小钢筋锚固长度la或lae, 锚固钢筋水平段长度lh, 弯折段lv的长度均作了明确规定。同时, 梁纵向钢筋进入节点后由于只能将弯折端头排放在柱筋内侧, 另外还得避让与之垂直方向的梁筋穿过, 都使得实际锚固钢筋水平段长度lh减少很多, 有的弯折端头甚至无法超过柱子的中心线。
5.2.4施工缝位置对钢筋锚固端长度的影响
在实际工程施工中, 框架柱的施工如果采用先将梁锚固端的钢筋绑扎完成再进行柱子的混凝土浇筑的施工方法, 给混凝土下料及振捣造成很大困难, 容易造成柱子混凝土不密实等质量问题。
实际施工中普遍采用的常规施工方法, 往往是先将框架柱的混凝土浇筑至框架梁底标高处, 然后再进行框架梁模板、钢筋的施工, 但常常出现梁上层纵向钢筋无法正常安装的情况。因此, 尽可能地减小由于施工缝的因素导致的结构承载力和抗变形能力的削弱。
5.2.5在梁、板上插筋生根的柱、剪力墙的钢筋的问题
工程施工中, 常常遇到在基础地梁、阀板、框架梁及楼板上插筋生根的柱子和剪力墙。按照结构受力状态, 在施工中通常采用“梁 (板) 包柱 (墙) ”的方式进行钢筋的排放。由于受到梁上层纵筋、板上层网片钢筋位置和间隙的限制常发生柱主筋定位偏差大导致主筋间距增大和缩小的情况, 严重的导致柱子根部有效截面尺寸远远大于或小于设计尺寸。另外, 在插筋施工中, 在保证柱子生根钢筋最小锚固长度的同时, 要重视保证竖直段的锚固长度。
剪力墙的竖向主筋在梁和板插筋生根时, 同样会发生上述问题。往往使剪力墙的有效厚度降低, 导致两侧钢筋网片之间的拉结筋失去作用, 承载力降低, 无法达到设计要求。
因此, 在施工时在保证柱 (墙) 插筋定位和构件截面尺寸的前提下应对梁板钢筋的排距进行适当的调整, 若仍然无法满足要求时, 就需要对柱 (墙) 筋的根部采取附加补强的措施进行处理。同时如果由于生根构件的截面高度无法保证插筋竖直段的锚固长度时, 应对锚固段钢筋的形式进行细部专项设计。
6结语
通过对节点受力变形机理的分析以及对施工中普遍存在的问题的阐述, 总结出在设计和施工中应重视节点处的细部设计和构造措施, 以提高节点处抗剪切破坏的能力。同时在施工中增强节点区域的钢筋和混凝土的施工质量, 特别是箍筋配置和混凝土的浇筑质量以及施工缝的留置。对于在正常施工条件下仍无法安全满足《规范》要求的, 应在保证节点和构件基本技术条件满足《规范》的前提下, 对于局部采取必要的附加措施进行补强, 以达到建筑结构抗震设计的原则和目的。
摘要：通过对节点受力变形机理以及施工中普遍存在的问题的阐述, 总结出在设计和施工中应重视节点处的细部设计和构造措施, 以提高节点抗剪切破坏的能力, 从而满足了建筑结构抗震设计的要求。
关键词：抗震节点,节点混凝土,钢筋锚固
参考文献
[1]GB 50010-2002, 混凝土结构设计规范[S].
[2]GB 50011-2001, 建筑抗震设计规范[S].
[3]翁义军, 冯世平.房屋结构抗震设计[M].北京:地震出版社, 1990.
[4]谷自修.抗震结构节点设计和施工中的几个问题[J].山西建筑, 2007, 33 (33) :107-108.
抗震设计和施工 篇2
自从国家标准《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204-2002（2011年版）颁布实施以来，其中与钢筋有关的新标准新内容受到了工程界的普遍关注，特别是第5.2.2条款提出了针对部分框架、斜撑构件（含梯段）中纵向受力钢筋强度、伸长率等技术参数要求的规定，其目的是保证重要结构构件的抗震性能。
新标准中对牌号带“E”钢筋的解释是专门为满足第5.2.2条款提出的性能要求生产的钢筋，其表面必须轧有专用标志。此为强制性条文，必须严格执行。究竟带E抗震钢筋和普通钢筋区别在哪里？如何体现带E钢筋在工程使用中的抗震优越性？国家标准《钢筋混凝土用钢第2部份：热轧带肋钢筋》GB1499.2-2007中明确规定，适用较高要求的抗震结构牌号后加“E”HRB400E，HRB500E。“E”，是英语单词Earthquake（地震）的第一个字母，标志着钢筋产品达到了国家颁布的“抗震”标准。
其第7.3.3条款作出如下规定：牌号后加E的钢筋除应满足：a）钢筋实测抗拉强度与实测屈服强度之比不小于1.25；b）钢筋实测屈服强度与屈服强度特征值之比不大于1.30；c）钢筋的最大力总伸长率不小于9%这三条要求外，其他要求与相对应的已有牌号钢筋相同。也就是说，带E钢筋的化学成分、碳当量限值以及抗拉强度、屈服强度、强度设计值、弹性模量等基本力学性能指标的取值与不带E的同牌号热轧带肋钢筋相同。相关资料表明，带E钢筋冶炼、轧制的坯料成分组成与普通钢筋相同，只是实际生产过程中的工艺路线不同。
从新标准对带E抗震钢筋的三条规定要求来看，主要针对钢筋强度和伸长率的实测值在技术指标上作了一定的提升，如第一条对抗震钢筋规定从屈服到拉断还应承受25%以上的拉力；第二条保证钢筋屈服强度离散性不会过大而影响到设计对结构延性要求的效果；第三条由对普通钢筋规定的最大力总伸长率不小于7.5%提高到不小于9%。这些技术指标的提高，加强了钢筋的抗震能力，保证了结构构件在地震力作用下具有更好的延性。
因此，带E抗震钢筋和普通钢筋的本质区别就是使钢筋获得更好的延性，从而能够更好地保证重要结构构件在地震时具有足够的塑性变形能力和耗能能力。望各单位应提高对带E抗震钢筋的认识和理解，在工程建设中能够正确使用此类钢筋，避免误用，确保工程质量安全。
抗震设计和施工 篇3
1 抗震设计算例比较分析
下面将对一座3×30 m连续梁桥分别采用两种规范进行纵桥向简单抗震设计, 以实际体会两种规范的异同。
1.1 算例简介
某一3×30 m连续梁桥, 见图1。上部结构为预应力混凝土连续箱梁, 宽18 m, 高1.5 m, 桥面铺装层厚度13 cm, 三道防撞栏质量共计2.6 t/m。采用双柱式桥墩, 墩柱为1.5 m×1.35 m的实心钢筋混凝土截面, 横向间距为4.15 m, 混凝土用C50。中墩每一立柱顶设置一固定盆式支座, 其他立柱顶设置单向活动盆式支座。桥梁处于中硬场地, 采用刚性扩大基础。
墩柱截面尺寸及配筋如图1。主筋为36根直径28 mm的Ⅱ级钢筋, 净保护层厚度为40 mm, 箍筋为直径12 mm的Ⅱ级钢筋, 纵向间距在塑性铰区内为10 cm, 塑性铰区外为20 cm。
1.2 按《2008公路桥梁抗震设计细则》进行抗震设计
1.2.1 设计地震力
抗震设防烈度为8度, 桥址场地设计基本地震加速度峰值为A=0.20 g, 桥址为I类场地条件, 场地特征周期Tg取值为0.30 s。桥梁结构纵桥向可简化为单自由度振动体系, 其自振周期为:设计水平地震力为Ehtp=ShlGtp/g=Sm=2.25CiCsC-dAm则墩柱纵桥向设计地震力考虑滑动墩摩阻影响后为Ehtp=Sm-Ci∑μiNi, 计算结果:设计地震E1级水平地震力FE1=2331 kN, E2级水平地震力FE2=7 034 kN。
1.2.2 延性构件的设计计算
下面对固定墩的单个墩柱进行设计验算。
(1) 抗弯强度验算
墩底弯矩为:M=Ehtp1q=8 160 kN·m, 恒载轴力为:N=5682 k N, 在轴力作用下, 墩柱抗弯强度为:Mu=5 746kN·m
(2) 抗剪强度验算
剪力设计值:, 墩柱的抗剪强度由混凝土抗剪强度Vc和横向钢筋抗剪强度Vs提供, 塑性铰区内:Vco=<φ× (Vc+Vs) =3 565 kN, 塑性铰区外:Vco<φ× (Vc+Vs) =2 582 kN, 均满足要求。
(3) 变形验算
地震E2作用下, 墩顶水平位移:Δl=90 mm, 单柱墩位移为:Δul=359 mm, Δul>Δl, 满足要求。
1.3 按《Caltrans抗震设计准则》进行抗震设计
为了方便对比, 地震力采用1.2.1计算出的地震力。
1.3.1 桥梁抗震验算
(1) 最小侧向强度验算
墩底弯矩为:M= (0.1×Pdl) /2×l=13 448 kN·m, 恒载轴力为:N=5 682 k N, 在轴力作用下, 墩柱抗弯强度为:Mu=5 746 kN·m
(2) 抗剪能力验算
最大剪力需求为:Vco=1.2 M/L=2 660 kN, 塑性铰区内:Vco<φ× (Vc+Vs) =4 312 kN, 塑性铰区外:Vco<φ× (Vc+Vs) =3 196 kN, 均满足要求。
(3) 桥梁结构整体位移验算
桥梁的整体位移应满足Δd<Δc, 本例中, 桥梁的整体变形能力取决于固定墩的变形能力, 因此近似以固定墩的变形能力作为桥梁结构的整体变形能力。则Δd=72 mm<Δc=355 mm, 满足要求。
1.4 算例小结
从算例中可以看出, 美国规范的弯矩需求为13 448 kN·m, 对剪力的需求为2 660 kN, 均远高于我国规范所对应的值, 可见美国规范对墩柱的抗弯能力提出了更高的要求。可以得出使用美国规范设计固定墩纵筋增加了136%, 而使用我国规范设计纵筋只增加了63%, 可知美国规范对固定墩的延性要求更高。
2 结论
抗震设防不能追求绝对的安全, 需从危险概率的大小来定义安全度, “小震不坏、中震可修、大震不倒”的多级设防思想已为包括中美在内的多国设计规范所采用。延性构件对整个桥梁结构体系所起的作用如同保险丝, 桥梁的抗震安全很大程度上取决于延性构件的设计是否合理, 而美国规范对墩柱、盆式支座和基础等构件的要求普遍高于中国规范, 可以认为是相对保守的。为了对两规范中各种规定和公式的合理性和准确性进行评估, 应该通过研究更多的实际桥梁震害资料和试验, 以便对我国规范的进一步修改提供参考。
摘要：对我国新颁布的公路桥梁抗震设计细则和美国的《Caltrans抗震设计准则》进行比较分析。按照这两种规范对一座连续梁桥分别进行抗震设计验算, 简要的对比两国抗震设计思想的不同。
关键词：桥梁抗震,抗震细则,设计,比较
参考文献
[1]赵冠远, 阎贵平.对美国桥梁抗震规范中桥墩抗剪强度计算公式的评价[J].世界地震工程, 2002, (4) :85-90.
抗震设计和施工 篇4
1 重视地震对在建工程建筑的影响
绵阳市中心医院始建于1939年, 是川西北地区最大的一所三级甲等综合医院, 占地面积约83亩, 编制床位702张, 开放床位999张, 是该区域医疗、教学、科研、保健、急救中心。
改扩建三期住院综合楼建筑面积84835m2结构形式为框架剪力墙结构, 属一类高层建筑, 地下一层, 地上十六层, 裙楼层高5米, 主楼层高4米, 总高78.5米, 地震抗震设防烈度6度。“5.12”地震前已修至地上三层主体混凝土浇筑完毕。地震发生后, 造成已搭设完毕的模板6100m2发生整体位移, 最大位移达3CM。5月5日——5月11日三层现浇的混凝土1200m3, 面积约3000m2受损严重, 钢筋混凝土梁、柱裂纹较多, 影响整幢大楼的建筑结构安全, 必须全部进行人工拆除。要拆除这层刚浇筑不久的混凝土, 工作量大, 损失大, 比浇上去1200m3混凝土复杂得多。拆除时要考虑对环境的影响 (声音和灰尘) , 建筑垃圾的荷载对下层楼板、梁、柱的影响, 拆除后重建时柱和剪力墙的连接, 柱子钢筋留置位置搭接、焊接、机械联接等一系列具体技术问题。特别是施工人员安全措施、搭架方案等要详细制定施工方案, 确保拆除顺利完成。
2 提高建筑抗震设防等级, 加大资金入
根据国家新颁布GB18306——2001《中国地震动参数区划图》国家标准第1号修改单内容中绵阳市区抗震设防等级7度, 医院整体上还应提高的原则, 虽然工程属在建工程, 但考虑到医院的特殊性, 必须执行新的国家标准调整三期住院综合楼整体抗震结构设计, 抗震设防烈度等级主体由6度提高至7度, 主要抗震构造按8度设防。工程三层以下已建部分委托具有专业资质的机构对主体结构进行鉴定。设计根据鉴定报告提出加固方案, 方案经专业机构审查合格后按新的抗震结构设计对梁、板、柱进行加固。对三层以上部分重新进行结构设计、增加二根钢筋混凝土大圆柱, 从地下室直至楼顶, 取消原5楼结构转换屋, 增加剪力墙, 提高抗震设防的能力, 保证主体结构的安全, 使用功能作局部调整, 但必须保证结构的安全, 做到经济、适用。
3 提高施工工艺水平, 严格施工质量
建筑施工是一门很博大的学问, 施工工艺在不断变化改进, 施工质量的管理牵涉建筑物的安全和使用功能。要充分发挥业主监理公司和施工单位主观能动性, 积极协调配合把工程管理好。认真熟悉图纸, 领会设计意图, 严格按已批准的设计加固图和施工质量验收规范进行施工和质量监督管理, 抓好图纸会审和技术交底工作, 各分项工程落实好施工方案, 质量保证的技术措施。把好各个环节, 确保建筑质量。
由于建筑施工的工序相当繁杂, 对施工上容易出现的通病, 混凝土振捣不密实或模板拼缝不严密漏浆影响建筑质量, 施工一线操作人员大多来自农民或工人, 多数未经长期正规专业培训, 所以施工质量好坏完全靠管理人员去把关, 这就要求现场管理人员勤奋学习, 精通业务, 不断完善自己的理论知识, 努力学习现代建筑的新技术、新工艺, 在施工实践中提高自己的业务能力和协调管理能力。不断加强责任感使命感教育, 把施工质量的好坏与人民生命财产的安全联系在一起, 加强对每一道工序指导、监管, 把好建筑的安全。
抗震设计和施工 篇5
结构抗震设计作为一个专门的学科发展方向, 被研究的时间已有了一个世纪, 从早期的抗震设计静力法, 发展到之后的弹性反应谱理论, 再到现在的动力时程分析法, 结构抗震设计理论大致上经历了三个主要阶段。
静力理论是指不考虑地震的动力特性和结构的动力性质, 假定建筑物是刚性的, 将地震作用简化为等效的水平方向静力, 并使其作用在质量中心, 其大小相当于建筑物的重量乘以与结构特性无关的地震系数, 结构任意位置的加速度都等于地震动加速度。
反应谱理论是伴随着强地震动加速度观测记录的增多和对地震地面运动性质的进一步了解, 以及对结构动力反应特性的研究而发展起来的, 这种理论以弹性反应谱为基础, 将反应谱同振型分解法相结合, 结构及构件总的内力通过各振型的内力用振型组合的方法得到, 这样使得求解复杂多自由度体系的地震反应简单化。反应谱理论考虑了结构的动力特性与地震动特性之间的动力关系, 但仍把地震作用产生的内力看作静力, 不能反映地震在其持续过程中对结构的破坏影响, 因此, 只能称之为准动力理论。
随着上世纪后一阶段计算机技术和工程试验技术的发展, 结构在强震作用下的非线性反应过程的研究有了重要的基础条件和极大的助力, 伴随着强震及结构的地震反应记录的不断积累, 结构抗震的动力理论随之形成。动力时程分析法把地震看作一个时间过程, 将结构简化为多自由度体系, 输入有代表性的地震波数据作为地面运动, 计算后得到地震历程中每一时刻结构的内力和变形的变化, 并以此进行抗震设计。分析过程中输入的是地震波的整个过程, 且程序中也考虑了不同材料的性能变化及其引起的结构刚度变化等非线性问题, 因此可以真实反映出各个时刻地震作用引起的结构响应, 包括内力、位移、损伤形态等, 相比较其它方法而言分析结果更为准确可靠。
一直以来抗震设计的理念都是为了保证生命安全, 实际震害经验也表明这种设计思路基本上也达到了它的目的, 但这种单一的、基于生命安全的抗震设计方法无法保证小、中震时建筑结构的破坏, 特别是附属功能及各种设备等不属于结构构件的中断和损坏, 而这些会导致多方面的严重的经济损失。随着工程技术人员对抗震设计理论的进一步思考, 上世纪末期美国科学家和工程师首先提出了基于性能的抗震设计理论, 这种理论的基本思想是即经济又可靠地保证被设计的建筑结构在使用期间满足各种预定功能或性能目标要求, 即在控制建筑和设施的地震破坏的同时, 保持地震时正常的生产生活功能, 减少地震危害。
1 基于性能的抗震设计理论的主要内容
基于性能的设计理论是设计者根据不同的设防目标, 将结构的性能水准划分为不同的等级。根据建设者的要求, 以结构的抗震性能分析为基础, 选取合理的抗震性能目标进行抗震设计, 其主要内容有以下几点:
1) 地震动水准, 作为自然现象的地震有着很大的不确定性, 性能化设计需要对不同水准的地震作用进行预先估计, 同时也要考虑不同地方发生地震时近场地震的影响。我国规范中按照基准期50年对应的不同超越概率, 给出的地震作用有多遇地震、设防地震和罕遇地震。结构抗震设计的基准期是抗震规范确定地震作用取值时选用的统计时间参数, 与国内外一般建筑结构取用的结构设计使用年限一致, 均为50年。不同设防地震的基本加速度值及加速度时程最大值在抗震规范中均有给出, 对于设计使用年限不到50年的结构, 其地震作用取值需经过专门研究及批准后确定。
2) 结构抗震性能目标, 结构抗震设计的性能目标是对应于不同地震动水准而预估出现的预期损坏状态或使用功能, 我国的相关规范提出的“小震不坏、中震可修、大震不倒”这三个水准的要求, 明确大震时不发生危及生命的严重破坏, 保证生命安全就是属于一般情况的性能设计目标。《抗规》及《建筑地震破坏等级划分标准》中对地震破坏分级和直接经济损失估计方法都有明确划分, 总体上分为基本完好、轻微损坏、中等破坏、严重破坏及倒塌这五个结构的性能水准, 这与国外标准的一些描述并不完全相同, 对应于上述等级划分, 规范中也给出了4个可选的高于一般情况的抗震性能目标级别。
结构性能目标的建立需要综合考虑抗震设防类别、设防烈度、场地特征, 结构类型、功能, 投资大小、震后的损失与修复难度, 潜在的历史、文化价值及业主的承受能力等诸多因素。同时, 性能目标可根据需要分别选定整个结构、结构的某些关键部位、重要构件、次要构件以及建筑、机电构配件等, 具有很强的针对性和灵活性。考虑到地震运动的不确定性、结构在强震下的非线性分析方法本身存在的经验因素, 以及工程在实际震害中抗震性能的判断难以做到十分准确, 规范中对于性能目标的选择是倾向于偏安全一些的。
3) 结构性能设计的量化指标, 设计过程中性能目标的实现需要落实到若干具体的设计指标, 以便应用于具体的工程设计, 如不同地震动水准下结构或构件的承载力、变形以及细部构造等。《抗规》中对结构构件实现抗震性能要求所需要的抗震承载力、变形能力以及构造的抗震等级, 均有对应条文规定, 对于不同性能水准要求的构件承载力复核所涉及的地震内力计算和调整、地震作用效应组合、材料强度取值和验算方法等, 也有不同组合公式的表达方式。整个结构不同部位构件的抗震性能要求不尽相同, 当以提高抗震承载力安全性为主时, 结构构件对应于不同性能要求的承载力参考指标;而当需要按照残余变形确定使用性能的时候, 结构构件除了满足提高抗震安全性的性能要求外, 不同性能要求的层间位移也对应有相应的参考指标;结构构件细部的构造对应不同性能要求的抗震等级, 结构中的不同构件可按各自最低的性能要求选用对应的抗震等级。
4) 结构抗震性能化设计的计算分析和工程判断, 结构抗震的性能化设计仍然是以目前现有的科学技术水平为前提条件的。
现阶段的计算机等相关学科技术水平相比较上世纪中后期, 已经有了很大的发展, 与各种软件技术以及不断改进的抗震设计理论相结合后, 产生了许多不同类型的设计应用软件, 极大地丰富了建筑结构设计的手段, 提高了设计效率。
分析论证结构抗震性能的重点是通过深入的计算分析和工程判断, 找出结构的薄弱部位, 采取针对性的抗震措施。现在的结构计算基本上都是在计算机软件中建立模型加以计算分析, 而分析模型是否正确, 将直接关系到结果的合理性和可信程度。因此, 经过合理简化后, 仍能正确反应结构的实际工作情况, 这是结构计算分析最基本的前提条件。在软件设置中, 对整体结构、构件及节点的各种计算参数要力求正确合理, 有时还要辅以必要的工程试验, 以补充设计依据。性能化设计通常都会考虑强烈地震下构件的弹塑性工作阶段和重力二阶效应, 而目前的软件在弹塑性分析所需参数、软件对于裂缝状态和残余变形的模拟、结构阻尼系数的赋值、构件实际配筋与计算值的差异等方面仍需要进一步的分析研究。
中震或大震时的构件受剪承载力验算, 应根据整个结构不同部位进入弹塑性阶段程度的不同而采用不同的方法。当构件总体上处于开裂阶段或刚刚进入屈服阶段, 可以采用等效刚度和等效阻尼, 按等效线性方法简化模型进行估算。构件总体上处于承载力屈服至极限阶段, 宜采用静力或动力弹塑性分析方法估算。构件总体上处于承载力下降阶段, 应采用计入下降段参数的动力弹塑性分析方法估算。而对于弹塑性计算结果, 可结合弹性假定的计算结果对比分析, 对一些复杂的结构体系还应注意作必要的补充计算分析。时程分析法的目的在于发现结构构件在中震及大震下的承载力和变形规律, 适合于对结构整体性能的把握和验证。
弹塑性变形通常比弹性变形大很多, 同时不同软件在模型处理及有限元等相关支持理论等也有些许不同, 再有不同的设计人以及不同的经验等因素。因此, 弹塑性分析相比弹性静力分析有更大的不确定性, 这要求设计人员对采用软件的适用性要有相当程度的了解。当计算结果不合理或者存在怪异问题时, 可能还需要结构与软件设计人员共同分析解决。
2 性能化设计与抗震概念设计的关系
进行性能化抗震设计的一项主要工作是对结构方案进行分析, 以确定是否采用性能化设计方法, 包括场地条件、结构类型及高度、规则性等内容, 而这些均属于抗震概念设计的范畴。事实上现在几乎所有的建筑结构在开始设计时, 首要进行的都是概念设计, 而且一个抗震设计是否合理, 在很大程度上取决于是否有一个好的概念设计。需要采用性能化设计的工程, 很多的初始方案都不能完全满足抗震概念设计的要求, 这时就需要结构设计人员与建筑等相关专业设计人员商议协调, 尽量减少结构中不符合概念设计的情况和程度, 在《抗规》中明确规定不应采用严重不规则的建筑, 对于特别不规则的建筑应进行专门研究和论证, 如进行性能化抗震设计, 则需要慎重选用结构的抗震性能目标。
3 结语
基于性能的抗震设计综合考虑了生命安全与经济损失两方面的要求, 使得“多级设防”的理念更加具体化, 是解决复杂超限结构设计问题的有效手段和重要方法之一, 这个理论在我国也已经有了一系列的研究和发展。新编制施行的规范和规程中对这一理论有着日渐详细的规定和条文说明, 也使得这一设计方法在工程实践中的可操作性不断提高。现在, 基于性能的抗震设计理论已经成为了抗震设计理论的发展方向, 对结构工程的设计和发展具有重大意义。
参考文献
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楼梯间和楼梯的抗震设计浅议 篇6
无论是公用建筑还是民用建筑, 最薄弱的地方是楼梯间。而当发生地震和火灾时, 楼梯是重要的紧急逃生竖向通道。疏散时密集的人群又使得很大的活荷载集中在楼梯间及楼梯段上, 这些相对来说是建筑比较薄弱的地方。此时, 楼梯的堵塞和破坏会延误撤离及救援和消防人员的工作, 从而导致严重伤亡。
1 楼梯间抗震设计
楼层之间的上下交通主要是靠楼梯来解决的。它具有沿房屋全高的刚性构件和主体结构直接或间接联系的特性。为了达到稳固、实用的目的, 建造时除了必须达到功能上的要求外, 还应采取必要的措施以达到抗震的效果。
地震时, 楼梯间较为薄弱, 其破坏主要来自于与其相连接的墙体的破坏, 而位于这些部位的墙体往往由于受到嵌入墙内楼梯段的削弱, 所以其破坏程度一般比其他部位的墙体更严重, 如图1所示。另外, 由于楼梯间的开间小, 因而其水平方向的刚度相对较大, 这样, 它分配到的地震力也就较大;而且, 由于在这里的墙体沿高度方向缺乏强劲的支撑, 所以空间的刚度较差;加上顶层休息平台以上的外纵墙常常达一层半高, 其稳定性很差。所有这些都是造成楼梯间的震害比其他部位严重的原因, 尤其是它的上部结构。
为此, 在建筑设计时, 要求楼梯间不要布设在房屋端部的第一开间或其转角外, 不宜凸出, 也不应开设过大的窗洞, 以免将楼层圈梁切断。
新修订的GB 50011-2001建筑抗震设计规范里面也做了如下修改:“附着于楼、屋面结构上的非结构构件, 以及楼梯间的非承重墙体, 应采取与主体结构可靠连接或锚固等避免地震时倒塌伤人或砸坏重要设备的措施。”这条比以前增加了“楼梯间的非承重墙体”几个字, 主要是增加对楼梯间墙体的抗震安全性要求, 增强疏散通道抗震性, 以此提高对生命的保护。
楼梯间应符合下列要求:1) 顶层楼梯间横墙和外墙应沿墙高每隔500 mm设2ϕ6通长钢筋;地震烈度为7度～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60 mm厚的钢筋混凝土带或配筋砖带, 其砂浆强度等级不应低于M7.5, 纵向钢筋不应少于2ϕ10。2) 楼梯间及门厅内墙阳角处的大梁支承长度不应小于500 mm, 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;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) 凸出屋顶的楼、电梯间, 构造柱应伸到顶部, 并与顶部圈梁连接, 内外墙交接处应沿墙高每隔500 mm设2ϕ6通长拉结钢筋。
[修订说明]里面这样解释:本条新增为强制性条文, 楼梯间作为地震疏散通道, 而且地震时受力比较复杂, 容易造成破坏, 故提高了砌体结构楼梯间的构造要求。
从图2汶川地震中某中学教学楼的破坏中可以看出, 以往认为楼梯间是抗震的薄弱部位, 可这次汶川地震教学楼的震害恰恰相反, 楼梯间两侧的教室都倒塌了, 而楼梯间却还矗立在那里或是破坏轻微。由此可见, 大开间预制板砖混结构的震害是相当严重的, 而楼梯间尽管没有楼板, 可它是小开间, 且楼梯都是现浇结构, 抗震性能远大于大开间预制板的教室。因此, 作为震时逃生通道的楼梯间, 应尽量采用现浇钢筋混凝土, 它整体性好, 抗震效果明显。
福建省建筑结构抗震设计暂行技术规定 (征求意见稿) 有如下的建议:砌体结构应采用以下措施:1) 楼梯间四角须设置构造柱, 且应该加强四角的构造柱配筋。构造柱周边的墙体须采用马牙槎砌法, 必须采用先砌墙后浇捣构造柱的施工方法。2) 砌体房屋楼梯间不宜设置在建筑物的两端头, 如不能避免, 由于楼梯间设置在建筑的两端头, 整体性差, 震害严重, 考虑到楼梯间无楼板、整体性差, 楼梯间四角的构造柱应按能承受上部荷载、四周圈梁应按能承担本层荷载来设计, 同样采用先砌墙后浇捣柱的施工方法。3) 楼层 (屋面) 标高处应设置钢筋混凝土圈梁。对于框架结构楼梯间两侧采用轻质砌体填充墙时, 应设构造柱, 间距不大于2 m, 水平构造连接筋竖向间距不大于1 m, 楼梯段不应嵌入填充墙内在有条件的情况下应该把楼梯间的墙体做成混凝土剪力墙, 并可以在楼梯间墙体上设置暗梁, 加大楼梯梁的高度和配筋率。
2楼梯抗震设计
楼梯的结构形式主要是板式和梁式楼梯, 在一些公共建筑中也用剪刀式和螺旋式楼梯。本文仅就一般常见的板式楼梯作分析。板式楼梯由楼梯板、平台板和平台梁组成。在框架结构中, 支撑楼梯结构的框架柱由于休息平台的约束可能形成短柱, 这些地方极有可能在地震中破坏。图3a) 为唐山地震某约束短柱破坏, 图3b) , 图3c) , 图3d) 分别为汶川地震中的楼梯梁、楼梯板及平台板破坏形式。从图3中可以看出, 楼梯结构在地震中各个构件都可能出现破坏。楼梯板具有类似斜撑的作用, 造成楼梯间刚度很大, 吸收了很大的水平力, 而楼梯板及楼梯梁的截面通常较小, 因此造成楼梯板及楼梯梁的破坏。对于楼梯板和平台板的破坏, 由于楼梯间楼板开大洞削弱, 可以加大休息平台和楼梯板厚度, 并提高配筋率:采用双层双向配筋, 或加配斜向钢筋等措施。支承楼梯段的平台梁应考虑楼梯段引起的推力和扭矩作用, 加大高度和配筋, 梯梁箍筋要加密。支承楼梯结构的框架柱由于平台板的约束可能形成短柱, 应根据规范要求采取各种有效措施提高短柱的延性, 改善短柱的抗震性能。例如可以使用复合螺旋箍筋等措施。
摘要：就楼梯间和楼梯结构的震害作了简要分析, 同时提出了一些抗震设计概念及构造措施, 通过增强梯板结构构造与配筋等, 以期将楼梯间建成震时疏散的生命通道, 同时揭示了楼梯间及楼梯抗震设计的重要性。
关键词：楼梯,楼梯间,抗震设计,构造措施
参考文献
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[2]GB 50011-2001, 建筑抗震设计规范[S].
抗震设计和施工 篇7
关键词：地震,强度,抗震思想,抗震设计
2008年5月12日,在四川汶川县发生的8.0级地震,对我国造成了巨大的损失。地震灾害是人类面临的严重自然灾害之一。地震具有突发性的特点,至今可预报性仍然很低。我国属地震多发国家,需要考虑的抗震设防因素很多,因此研究结构的抗震性能在我国具有充分的必要性。我国的抗震理论从20世纪50年代开始,经过几次修订,逐步形成自己的特色。根据2008年7月30日发布的新规范GB 50223-2008增强了抗震设防能力的要求,提高了某些建筑的抗震设防类别。要想更好的执行新规范就必须明确抗震规范制定的基本思想和抗震设计的基本原则。下面着重从以下几个方面阐述。
1 抗震规范中的基本抗震思想
地震分为小震、中震和大震。所谓小震指的是常遇地震,50年内出现的概率大约为63%,重现期为50年。中震是指50年出现的概率约为10%,重现期为475年。而大震指的是罕遇地震,50年出现的概率为2%～3%,重现期为1600年～2400年。对于偶然性和随机性很大的地震荷载,要想使结构强度一定大于结构反应,几乎是不可能的,而且是十分不经济的。
在“小震”作用下,要求结构不受损伤或不需修理仍可继续使用。从结构抗震分析角度来说,就是要求结构在“小震”作用下保持弹性反应状态,而不进入使建筑物中断使用和产生非结构构件破坏的非弹性反应状态;同时结构的侧向变形应控制在合理的限制范围以内,目的是使结构具有足够的抗侧向力刚度。
设防烈度地震可修,当遭遇到中震作用时,结构可以有一定程度的损坏,经修复或不经修复仍可继续使用。从经济角度来说,维修费用不能太高。
对发生概率极小的罕遇大震。要求当结构在遭遇“大震”作用时,不应倒塌或发生危及生命的严重破坏。
这样一个抗震设防目标是非常经济合理的。
2 结构的抗震设计方法
2.1 基于承载力设计方法
基于承载力设计方法又可分为静力法和反应谱法。静力法产生于20世纪初期,是最早的结构抗震设计方法。静力法和早期的反应谱法都是以惯性力的形式来反映地震作用,并按弹性方法来计算结构地震作用效应。当遭遇超过设计烈度的地震作用时,结构进入弹塑性状态,这种方法显然无法应用。同时,在由静力法向反应谱法过渡的过程中,人们发现短周期结构加速度谱值比静力法中的地震系数大1倍以上。这使得地震工程师无法解释以前按静力法设计的建筑物如何能够经受得住强烈地震作用。
2.2 基于承载力和构造保证延性设计方法
以美国UBC规范为代表,通过地震力降低系数R将反应谱法得到的加速度反应值Am降低到与静力法水平地震相当的设计地震加速度Ad,Ad=Am/R。尽管最初利用地震力降低系数R将加速度反应降下来只是经验性的,但人们已经意识到应根据结构的延性性质不同来取不同的地震力降低系数。这是考虑结构延性对结构抗震能力贡献的最早形式。然而对延性重要性的认识却经历了一个长期的过程。与考虑地震重现期的抗震设防目标相结合,采用反应谱的基于承载力和构造保证延性的设计方法成为目前各国抗震设计规范的主要方法。
2.3 基于损伤和能量的设计方法
在超过设防地震作用下,虽然非弹性变形对结构抗震和防止结构倒塌有着重要作用,但结构自身将因此产生一定程度的损伤。而当非弹性变形超过结构自身非弹性变形能力时,则会导致结构的倒塌,并由此形成基于结构损伤的抗震设计方法。从能量观点来看,只要结构的阻尼耗能与体系的塑性变形耗能和滞回耗能能量大于地震输入能量,结构即可有效抵抗地震作用,不产生倒塌,由此形成了基于能量平衡的极限设计方法。基于能量平衡概念来理解结构的抗震原理简洁明了,但将其作为实用抗震设计方法仍有许多问题尚待解决,如地震输入能量谱、体系耗能能量、阻尼耗能和塑性滞回耗能的分配以及塑性滞回耗能体系内的分布规律。另外,直接采用损伤和能量作为设计指标不易被一般工程设计人员所采用,因此一直未得到实际应用。
2.4 能力设计方法
20世纪70年代后期,新西兰的T.Paulay和R.Park提出了保证钢筋混凝土结构具有足够弹塑性变形能力的能力设计方法。能力设计法的具体思路有三步:1)选择一个可接受的塑性变形机构。引导框架结构或框架—剪力墙(核心筒)结构在地震作用下形成梁铰机构,即控制塑性变形能力大的梁端先于柱出现塑性铰,即所谓“强柱弱梁”。2)避免构件(梁、柱、墙)剪力较大的部位在梁端达到塑性变形能力极限之前发生非延性破坏,即控制脆性破坏形式的发生,即所谓“强剪弱弯”。3)通过相应的构造措施,保证可能出现塑性铰的部位具有所需的塑性转动能力和塑性耗能能力。通常通过箍筋加密,限制轴压比等措施来给予保证。
2.5 基于性能/位移设计方法
基于性能的工程从本质上说不是一个全新的概念,自从20世纪20年代美国第一个建筑规范UBC(Uniform Building Code,1927年)问世以来,基于性能的工程就是美国设计实践的一个目标。初始的目的是允许结构安全地度过地震,没有倒塌或者生命安全之虞。进入20世纪70年代,基于性能的工程扩展到结构的地震修复地震反应的损伤控制等方面
我国抗震设计规范中规定的三阶段设防的抗震设计其实也就是一种基于性能的抗震设计。基于性能的抗震设计把结构的性能目标作为结构抗震设计的目标,针对结构在不同水准地震作用下所要求的性能目标进行设计。简单地来说,基于性能的抗震设计就是使结构抗震性能的能力大于一定设防水准下对结构性能需求具有所规定的可靠度(或失效概率)。无论是基于性能还是基于位移,抗震设计的难点仍然是结构进入非弹性阶段后结构性态的分析。在基于位移抗震设计方法研究中,值得推荐的是能力谱法。该方法由Freeman于1975年提出。近几年研究人员对能力谱曲线以及需求谱曲线的确定方法做了进一步的改进,使得该方法成为各国推进基于位移设计方法的一种主要方法。
3结语
本文在回顾结构抗震思想和设计方法的基础上,探究了结构抗震原理,分析了各种设计方法的优缺点,希望设计人员能根据新的抗震规范运用好抗震设计方法,使得结构功能与外部条件一致,并充分发展先进的抗震设计理念,更好地解决构造处理问题,利用定量的计算进行抗震分析,充分发挥结构的功能并取得与经济的协调
参考文献
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抗震设计和施工 篇8
一、高层钢结构抗震设计方法
我国目前钢结构抗震设计方法主要依据《建筑抗震设计规范》 ( GB20011 - 2010) 中提出的“小震不坏, 中震可修, 大震不倒”三水准以及二阶段抗震设计方法。三水准是结构要预期达到的目的, 而达到这个目的的手段则是两个阶段的设计, 结构第一阶段的设计时结构处于弹性阶段, 第二阶段设计时结构处于弹塑性阶段, 所以对于钢结构的抗震设计, 需包含弹性和弹塑性计算。弹性设计阶段应保证钢结构在多遇地震下正常使用, 此阶段主要通过弹性计算对结构及构件强度、稳定以及变形进行验算。弹塑性阶段设计主要是防止结构在罕遇地震作用下倒塌, 此阶段主要通过各种构造措施加以限制从而保证结构安全。目前关于结构抗震计算主要的方法有振型分解法、时程分析法和静力非线性分析法等几种, 实际设计应根据实际情况采用不同方法进行计算。
( 一) 振型分解法。振型分解法全称振型分解反应谱法, 该方法是建立在反应谱基础上的一种方法。反应谱中结构计算用的最多的是加速度谱, 目前《建筑抗震设计规范》 ( GB20011 -2010) 采用的反应谱是结合国内外大量实际地震记录以及人工地震综合绘制得到一个标准反应谱。但目前使用的反应谱都是基于单自由度对象建立的, 也即只能反映单自由度问题的动力特征, 同时反应谱只是反映了地震相应的最大值。振型分解法是一种拟静力的计算方法, 通过把实际问题离散为一个有限自由度问题, 首先求解该离散对象的自振周期及振型, 然后建立该对象的动力方程, 通过对求解位移进行振型组合, 将动力方程解耦, 这样就将多自由度问题转化为若干个单自由度问题, 进而利用反应谱进行求解。
由上述分析可知, 振型分解法存在一定不足, 如振型分解法是一种拟静力法, 是将惯性力作为静力处理的; 反应谱只反映地震响应的最大值, 所以该方法无法反应地震振动全过程, 结构位移、内力等变化过程; 同时也无法反映地震持续时间对结构的影响。尽管该方法存在一定不足, 但由于该方法理论简单, 计算效率高, 容易为设计人员掌握, 振型分解法仍是实际设计中使用最多的计算方法。
( 二) 时程分析法。时程分析法又称直接动力法, 它是将地震作用时间分成若干个小时间段, 从地震开始一直到终止, 逐步进行积分。很显然, 它与振型分解法相比考虑了地震持续时间对结构的影响。时程分析法在计算时由于采用的是逐步积分的方法, 所以可以计算出结构振动的每个时刻构件的内力、变形等信息以及结构破坏的全过程。时程分析法计算时也存在一定问题, 比如计算需要输入的恢复力特性曲线较多, 如何选取的问题; 地震波如何选取的问题; 该方法计算量大, 计算时间长, 计算参数确定困难等等。《建筑抗震设计规范》 ( GB20011 - 2010) 中针对一些较复杂的结构, 除了采用振型分解法计算以外, 需补充时程分析法的计算。
( 三) 静力非线性分析法。实际震害表明, 很多建筑物倒塌破坏主要是由于变形过大引起, 所以如何控制和预测结构在罕遇地震作用下弹塑性变形显得至关重要, 也即需要对结构进行弹塑性分析。弹塑性地震反应分析可分为弹塑性时程分析和静力弹塑性分析两类方法。由前面分析可知, 弹塑性时程分析由于计算复杂、工作量大、耗时以及计算参数确定困难等原因, 实际使用时难度较大。而静力弹塑性 ( pushover) 方法较好反映了结构的变形特性, 操作简单, 被工程界广泛接受。
Pushover方法是一种与反应谱结合的方法, 计算时首先在建筑物上施加水平力, 逐渐增加水平力使建筑物各个构件依次屈服而形成机构, 进而分析结构的薄弱位置以及破坏形态, 同时也可以反过来调整水平力以及分布, 使结构达到预定的破坏形式。
二、结语
钢结构的发展是城市发展的一个重要内容, 钢结构尤其是高层钢结构在经济发达地区发展较快, 在经济落后地区发展相对较慢。钢结构与传统混凝土结构相比具有轻质高强、抗震性能好、施工速度快和节能环保等优点, 正逐步得到越来越多的应用。因此, 研究钢结构抗震设计方法具有重要意义。
摘要：钢结构的发展是城市发展的一个重要内容, 钢结构尤其是高层钢结构在经济发达地区发展较快, 在经济落后地区发展相对较慢。钢结构与传统混凝土结构相比具有轻质高强、抗震性能好、施工速度快和节能环保等优点, 正逐步得到越来越多的应用。我国目前钢结构抗震设计方法主要依据《建筑抗震设计规范》 (GB20011-2010) 中提出的“小震不坏, 中震可修, 大震不倒”三水准以及二阶段抗震设计方法。三水准是结构要预期达到的目的, 而达到这个目的的手段则是两个阶段的设计。目前关于两阶段设计所采用的计算方法主要有振型分解法、时程分析法和静力非线性分析法。
关键词：高层钢结构,抗震设计,振型分解法,时程分析法
参考文献
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