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【关键词】房屋建筑 结构 抗震 设计
据统计,每年世界范围内发生地震的次数已达50 万多次,而国内的地震次数便占了当中的 1/3。地震灾害严重损害了国内的经济发展与社会发展,并带来了严重灾难。因此在房屋建筑的结构设计中,需对结构的抗震性能充分考虑。针对地震灾害采取有关预防措施,尽可能减少地震灾害对于房屋建筑的损害,确保人们的生命安全与财产安全。本文就对房屋建筑在结构抗震设计上的若干要求展开了研究。
一、合理选择建筑场地
受地震灾害影响,地震范围内的建筑物会被严重破坏。由于地震而引起的地质运动可导致建筑直接面临结构破坏,由此可见,地质条件也属于房屋建筑受损的一个重要因素。因此在房屋建筑设计中,需对建筑场地进行合理选择。一方面,应首选地质坚硬、地势开阔等有利于抗震的地质条件,从而减少地基土在地震期间的沉陷程度,预防房屋建筑发生坍塌不良现象。另一方面,尽可能避免山坡边缘、河岸等地质软不利于抗震的地段,以免在地震期间,在地质条件的共同影响下,导致房屋建筑出现倒塌的情况。若实在无法避免此类地段,则需要采取相应的有效抗震措施。第三,不应选择自然灾害并发区域等危险地段(如地陷、滑坡以及泥石流等地段)作为房屋建筑的建造地段,以避免地震灾害并发其他自然灾害而导致房屋建筑破损程度加重。最后,建筑场地的土质刚度、覆盖层厚度等也属于建筑物受到地震损害的一项重要因素。有关研究指出,建筑地段的土质坚硬、覆盖层薄属于减少地震灾害对于房屋建筑损害程度的一项重要原因。因此在选址时,还需要对土质及其覆盖厚度进行考察。
二、房屋建筑的地基设计
首先,在建造房屋建筑期间,同一个房屋建筑不允许建造在性质不同的地基上。并且在地基应用上,尽量全然应用天然地基或是桩基,尽可能避免出现两种地基各一半的状况。从而增强房屋建筑的整体刚性,提高房屋建筑的抗震性能。
其次,在埋置房屋建筑的基础时,需注意其埋置深度的控制。若基础埋置深度过浅,将会减少房屋建筑的嵌固作用,增强房屋建筑在地震期间的振幅,提高震害发生几率。因此在设计房屋建筑的基础埋置深度时,应尽量增加其埋置深度。并认真做好基槽回填工作以及夯实工作,确保回填土可基础侧面的紧密接触,提高房屋建筑地基稳定性。
最后,房屋建筑是由上部建筑、基础两个部分所构成的一个整体。因此在建筑室外地坪下,不应应用内外交圈基础圈梁,以免影响上部建筑和基础的整体性。此外,应将上部结构构造柱钢筋嵌入基础圈梁内,从而加强上部建筑和基础的连接牢固性。若建筑建造地段的土质刚度较弱,则还需设置圈梁在基底底部。
三、房屋建筑屋顶与墙体的抗震设计
在地震期间,房屋建筑的受损程度与建筑质量之间呈正比关系。也就是建筑质量越重,建筑的受震害程度则越严重。反之,若建筑质量越轻,那么其受震害程度将会越小。其次,建筑结构越稳定,其在地震灾害中的安全性也越高。因此,在房屋建筑结构设计中,应尽可能最小化建筑质量,以达到最小化减小房屋建筑受震害程度的目的。
一方面,减轻房屋建筑围护结构的质量,从而达到减轻房屋建筑墙体质量的目的。若建筑的墙体质量过重,将会降低建筑的抗震性能,使得建筑在面临地震灾害时,易受破坏。因此,在建筑结构设计中,需对减轻墙体重量这一点进行考虑。
另一方面,在建筑屋盖设计期间,应尽量选择质量较轻的材质。并且不要在建筑屋顶设计中添加不必要的附属物,以免增加屋盖重量,间接增加建筑高度,对房屋建筑抗震性能产生不良影响。若在屋盖设计期间,个别物品是必须建造的,则需要通过设计尽可能降低其高度,并增强牢固性。选择质量轻的材料,从而提高建筑的抗震性能。
四、房屋建筑结构设计的规则性
1. 合理控制房屋建筑高宽度
对于房屋建筑而言,其受震害程度与建筑本身的高宽比具有一定的关系。受地震作用影响,房屋建筑的倾斜程度(侧移程度)会因为其本身高宽比越大而越严重。同时,房屋建筑的层数越多,其在地震灾害中所面临的破坏也会越严重。因此,为了保障房屋建筑对于地震破坏的抵抗能力。在设计期间,需对其建筑的高度与宽度进行合理控制。结合房屋建筑的实际情况,在保障房屋建筑的抗震要求的条件下,对房屋建筑层数进行合理调整。
2. 规则性设计房屋建筑结构
在房屋建筑的结构设计上,均匀分布结构刚度与质量、规则设计建筑平面与立体结构等是保障建筑抗震性能的一个重要环节。若房屋建筑具有平面设计复杂,而质量、刚度等分布混乱的情况,在面临地震时,房屋建筑将会产生扭转情况,使房屋建筑受到严重破坏。其次,在建筑整体结构的设计中,房屋若具有规则性,在地震期间发生扭转的可能性较大。并且若建筑采用错落立面,将会因为高度过高而引起鞭梢效应。
3. 合理处理房屋建筑的防震缝
若房屋建筑结构不规则,需处理好建筑的防震缝。设置防震缝期间,应将房屋建筑划分为相互独立且规则的结构。防震缝两边需具备足够宽度,彻底分开防震缝两边的上部建构。并顺着建筑高度,在防震缝两侧布置墙体。
4. 合理布置房屋建筑的纵横墙
墙体属于房屋建筑的主要承重构件,由于房屋建筑的刚度大小主要取决于墙体数量,若承重墙体上,将会加大墙体间隔,进而降低房屋建筑的刚度以及抗震能力。因此在设计期间,需均匀分布房屋建筑的横墙以及纵墙,从而确保房屋建筑的整体抗震性能。
5. 合理布置构造柱以及圈梁
构造柱、圈梁等均属于提高房屋建筑抗震性能的重要组成部分。其中构造体有利于增强建筑墙体的抗剪性能,并优化建筑结构变形能力,从而使建筑结构在外力作用不大的影响下仅发生变形,不对建筑结构整体的稳定性产生影响。因此,在布置构造柱时,需以《抗震规范》作为布置依据,在墙体交叉处均设置构造柱,促使墙体材料由脆性演变为延性。另外,圈梁有利于缓解地震对于建筑的损害,提高墙体之间的连接牢固性,对于增强房屋稳固性、整体性等可起到明显的促进作用。在一定情况下,还可抑制墙体产生裂缝。
五、 结语
目前,抗震技术属于房屋建筑设计当中的一项主要技术,抗震设计的好坏将会直接影响到房屋建筑的抗震性能。因此在房屋建筑结构设计中,需根据抗震设计的相关要求,对房屋建筑进行合理设计,满足房屋抗震设计的相关要求。尽可能提高房屋的抗震能力,减少地震灾害对于房屋建筑的损害。
参考文献:
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关键词:房屋建筑结构;抗震设计;设计要求;设计方法
中图分类号:TU2文献标识码: A
一、建筑结构抗震设计中的基本原则
在进行建筑结构抗震设计的过程中需要遵循一定的原则,讲求方法,才能够确保设计方案的科学性和可行性。为此,设计的过程中需要遵循以下原则。
(一)确保结构构件具有必要的性能
在进行抗震设计的过程中,一定要保证建筑结构构件具有一定的承载能力、稳定性、刚度和延性等性能。结构构件需要遵循强柱弱梁、强剪弱弯、强底层柱、强节点弱构件的设计原则,在设计中对于可能会造成构件相对薄弱的部位,需要采取从事提高其抗震能力,对于承受竖向荷载的主要构件则最好不作为主要的耗能构件。
(二)尽量多的设置抗震防线
一个抗震结构体系需要有多个延性较好的分体系组合而成,并且由延性较好的结构构件连接协同工作。例如框剪结构就是由延性框架和剪力墙两个分体组成,双肢或者多肢剪力墙体系组成的。由于在一次地震之后将会伴随着多次余震的出现,如果在结构设计时只有一道防线,那么在建筑遭到第一次破坏之后再遭余震,就会因为损伤积累导致建筑物坍塌。抗震结构体系应该有最大可能数量的内部和外部冗余度,在设计中需要有意识的建立起一系列分布的屈服区,这样能够使结构吸收和消耗大量的地震能量,从而能够提高建筑的抗震性能。
(三)恰当的处理建筑结构的构件强弱关系
在设计的过程中需要正确的处理好构件的强弱关系,在统一楼层内使主要耗能构件屈服之后,其他抗侧力构件则仍然处于弹性阶段,这样能够使得有效屈服保持较长的阶段,能够保证建筑结构的延性和抗倒塌的能力。需要注意的是,如果在抗震设计中一部分结构的设计超强,那么就会导致结构的其他部位出现相对薄弱的现象,所以说在设计的过程中需要恰当的处理结构的强弱关系,对于不合理的加强的作法或者是在施工中以大代小,改变抗侧力构件配筋的这些做法都需要尽量的避免。
二、房屋建筑结构中的抗震设计方法
(一)建筑场地的选择
当前地震的发生虽然可以预测,但是还是会给建筑物造成很大程度的损坏,地震发生的过程中,由于地质结构发生变化,就使得整个建筑结构发生改变,严重的话会直接导致整个建筑物倒塌。所以,为了能够有效地减小地震对房屋建筑的损坏,我们必须选择好施工场地。
(1)由于我国地理条件比较复杂,最佳的施工场地应该选择在地势平坦、开阔的地区,这样能够减少地震时的沉降度,提高建筑物的稳定性,进而减少建筑物的坍塌情况。
(2)有些地区的地形本身就容易受到地震的破坏,例如,河流、山川附近、地形不均匀地区等等,如果在这样的土地上建设建筑物,一旦发生地震,就会直接导致建筑物倒塌。在选择施工场地的时候应该尽量避开这些地区,如果不能避开,就必须做好抗震措施。
(3)有些危险地区能够直接主观判断出来,例如容易发生泥石流、滑坡等地区,建筑物一定不能在这些地区建设,如果把房屋建筑在这些地区,一旦发生地震就会引发一些其他的自然灾害,给人们的生命安全造成更大的危害。此外,建筑场地土地的性能也和建筑物的抗震性有直接关系。通过大量的实践数据显示,土质越坚硬,抗震性能就越好。
(二)地基和基础设计
(1)为了全面的加强房屋建筑整体的刚性,增强建筑整体结构的抗震性。在房屋建造的过程中,同一个建筑单元不能够建设在不同性质的地基上,也不能够采用不同的方式,要么就全部采用天然地基的方式,要么就全部采用桩基方式,不能一半采用天然地基,一半采用桩基。
(2)房屋建筑物的基础的埋置要有一定的深度,埋置过浅就会使建筑物的嵌固作用减小,从而使建筑物在地震中的振幅增大,极易发生震害。所以,在对建筑物的基础进行埋置时,要尽可能的增加埋置的深度,同时做好基槽的回填和夯实工作,使回填土与基础的侧面发生紧密的接触,更好地提高地基的稳定性。
(3)基础和上部建筑构成了房屋建筑的整体,为了加强两部分建筑之间的整体性,基础在室外的地坪下不宜做内外交圈的基础圈梁。同时为了使上部结构与基础之间的连接更加的牢固,就要把上部结构的构造柱钢筋插入到基础的圈梁中。当地基的土质刚度不强时,还应该在基底的底部布置圈梁。
(三)建筑设计和建筑结构的规则性
(1)房屋的高度和宽度。不论是房屋建筑的高度还是宽度都不能够单独影响抗震性能,而是高宽比。房屋建筑的抗震性能和高宽比成反比,也就是说,建筑物的高宽比越大,建筑物的抗震性能越不好,受到地震损害的程度就越高。此外建筑物受到地震损坏的程度还和层高有关系,层数越高,损害程度就越大。所以为了减小建筑物受到地震损害的程度,对建筑物实行限高政策。此外,在抗震性能设计的时候,还应该根据工程的实际情况选择最佳的高度和宽度。
(2)房屋建筑的结构体系。在对房屋建筑结构的设计中,要尽量的使结构的刚度和质量分布的均匀,而且使建筑的平面和立体结构呈现规则的感觉。如果平面设计的过于复杂,就会使质量和刚度分布的不均匀,在发生地震时,就会使建筑物发生严重的扭转现象,加重地震对房屋的破坏。另一个影响抗震效果的因素就是结构的整体布置,不规则的房屋,在地震中更容易发生扭转,而且如果采用的是错落的立面,也会由于高度过高而产生“鞭稍效应”。
(3)纵横墙的分布。在房屋建筑物中,最主要的承重构件就是墙体,墙体在地震中很容易产生裂缝甚至是倒塌,所以要对纵横墙进行合理的配置。在对房屋进行设计时,要使横墙和纵墙分布均匀,共同承担房屋的重量。通常来说,墙体的刚度决定建筑物的刚度,如果房屋建筑中承重墙比较少,就会使得墙体之间的空间变大,建筑物的刚度就很小,抗震能力就会弱。所以应该根据实际工程情况来确定好房屋建筑的墙体,保证建筑物的刚度。
(4)建筑悬挑梁梁高度选用。有一些建筑结构设计人员经常对梁饶度计算这一环节进行忽略,在对建筑物进行正常使用这一状态下,梁高的选用往往都比较小,这也就造成了建筑物梁截面受压区应力过高,梁截面受压区也就产生了非线性的徐变 。如果我们进一步发展挑梁变形,梁支座的截面上部的受拉区也就经常会出现一些竖向裂缝,这些竖向裂缝的跨度也就比较大。受到了支座附近剪弯作用影响,竖向裂缝也就不断的向下延伸,进而成为了斜裂缝,这时,建筑物的梁也就已经接近了毁坏的程度,建筑物裂缝在梁支座位置的斜向延伸,那些靠近上部的缝宽度也就越大。
(四)墙体和屋顶的抗震设计要求
房屋建筑的质量越轻,其遭受地震破坏的程度也就越小,结构的稳定性也就越强,房屋的安全性也就越高。所以为了减轻房屋建筑在地震中受到的破坏,就要把结构的各部分做得轻一些。房屋建筑的上部建筑主要是墙体和屋盖。
(1)要使房屋建筑结构的围护结构变轻,就要使房屋的墙体变轻。如果墙体的重量过大,其抗震性能就会变得很弱,发生地震时,就会很容易遭到破坏。所以,应该控制墙体重量材料的特性。
(2)在屋盖的设计中,屋盖要尽可能用材质比较轻的材料,并且尽量不要在屋顶增加沉重的附属物,那样不仅增加了屋盖的重量,还增加了房屋的高度,加大了房屋建筑的高宽比,影响房屋的抗震性能。如果是必须建造的,也要尽量做得矮些、牢固些,或者是用重量较轻的材料。
(五)砌体结构中的圈梁和构造柱的布置
圈梁对于减轻震害有着极大的作用,无论是地基中的圈梁还是墙体中的圈梁。圈梁能够使墙体之间的连接更加的牢固,有效的增强房屋建筑的整体性和稳固性,也可以在一定程度上阻碍墙体裂缝的产生,同时还能够阻止建筑地基的不均匀沉降而使结构遭到破坏。构造柱的设置也对房屋建筑的抗震有很大的作用,构造柱的设置能够提高墙体的抗剪能力,同时能够增加结构的变形能力,使结构在较小外力的作用下只是发生变形,而不影响结构的整体稳定。在房屋建筑的特性保持不变的同时,构造柱的数量要根据《抗震规范》来进行设置,但是在墙体交叉的地方,都要设置构造柱,这样就会使墙体的材料从脆性向着延性发展。
结语
地震是人们正常生活的严重安全隐患,建筑设计人员必须认真研究以往地震灾害中建筑的破坏原因和状态,在房屋建筑结构中强化抗震设计,不断的总结经验和优化设计,提高建筑的抗震能力,最大程度的降低因地震造成的损失。
参考文献
[1]卢建平.论房屋建筑结构中的抗震设计要求[J].江西建材,2011,04:57-58.
关键词:房屋 建筑 结构 抗震 设计
中图分类号:TS958文献标识码: A
针对抗震设计标准和建筑类型, 在设计中要考虑地区和建筑结构条件, 双重的进行建筑结构抗震设计, 在建筑物本身的材料、 地理位置、 结构层、 基础结构等方面进行抗震设计, 采取有效的抗震措施, 降低建筑物在地震作用下的不稳定性, 提高建筑物的整体稳定性。
1 房屋建筑结构抗震设计概述
目前在我国建筑结构的抗震设计时,需要做到“小震不坏,中震可修,大震不倒”。这是对于抗震设计的具体要求。即在发生的地震烈度低于建筑的抗震设防烈度时,建筑建筑处于弹性工作状态,即其在地震中不会受到损坏,仍可以正常进行使用;而对发生的地震烈度与建筑的抗震烈度相当时,则此时建筑结构处于非弹性阶段,建筑物可能受到损坏,但经一般性的修理即可继续使用,即建筑物在地震破坏下经修理后仍可以继续进行使用,即建筑结构处于可修复的范围;而当发生较大震级的地震时,其烈度高于建筑物设防的烈度,在这种情况下,建筑物处于非弹性变开中,但要求建筑结构防震设计不致于倒塌或危及生命安全,在非弹性变形下人员可以从建筑物内进行逃离。
2 房屋结构抗震性能所存在的问题
地震所造成的损害主要来源于地震发生时所产生的地震波,地震波具有较强的穿透力,可以在非常短的时间内,通过土壤、岩层和低级,使建筑物发生外部的裂变和挤压,当结构内部的力量超过了建筑物的承受能力,就会发生建筑物的变形、损坏甚至倒塌。
现阶段,房屋的抗震技术主要采用等效斜撑的方法,该方法具有一定的有效性,但是由于其精确度较低,所以在实际的应用的过程中具有一定的局限性。对于结构抗震的刚度,按照相关理论有些学者企图从非线有限元的角度进行模型的填充,但是实施过程过于复杂,实际效应并不高。在抗震设计的过程中,我们应该对其有理论上的把握。影响建筑物抗震能力主要在于建筑物的刚度,所谓的规定,与在按空框架分析的基础上乘以小于 1 的周期修正系数体现填充墙对结构的刚度贡献,而不去计算填充墙的刚度。周期修正系数与地震作用下混凝土结构的反应密切相关。所以在抗震设计中对于周期修正系数的确定是确定框架填充墙结构是否合理的一个重要的因素。如果我们没有进行精确的计算,那么将直接导致在建筑施工和使用过程中稳定性和抗震性的不精确。另外,对于结构周期修正系数的合理性,现阶段也存在一定的疑问,并没有十分肯定的理论依据和学界认可。
3房屋结构抗震设计方法
第一,以房屋建筑结构的基本构造为依据。传统的抗震设计方案的确定主要依据房屋的基本机构,以钢筋混凝土框架为主要特点的房屋为例,则主要考虑钢筋混凝土的构件尺寸、最小配筋率等等方面。近些年来,随着科学技术的发展,我国的抗震技术有了一定水平的提高,抗震设计规范也得到了一定程度的完善,对建筑结构从整体到局部的设计都形成了一套完整的抗震措施,对于大部分建筑,只要按照规范进行合理的设计,就能保证建筑结构具有较好的抗震性能。
第二,以房屋建筑规划和场地为依据。为了提高房屋的抗震水平很多开发商在建筑的前期对建筑场地进行较为科学准确的测定和选择。抗震层对于建筑物未来的稳定性具有十分重要的作用。同时在建设的过程中,房屋的外部情况与其他建筑物之间物理空间关系也应该进行综合的考虑,例如邻栋楼之间的距离、建筑物的外观等等都十分重要。同时在设计的前期,应该考虑到建筑物上部位移的特点、位移的性能等等方面。我们知道建筑物的使用周期较长,所以在设计的过程中,在建筑能够移动的范围内不能有其他物体成为障碍物。所设计的入出口等等要保证在出现地震时的绝对安全。
第三,以房屋建筑结构的结构性能目标为依据。抗震设计的最终目标就是为了保证在发生地震的时候能够保证建筑物的安全性。因此,在设计的过程中,应该根据建筑物所在区域的抗震设防烈度对建筑结构进行结构抗震性能的设计,保证结构在地震力作用下的小震不坏,中震可修,大震不倒。同时,对于没有进行地震作用设计的建筑非结构构件,也应该满足相应的构造措施,使房屋发生故障时,可能造成的损害程度在可控的范围内。同时,大风对于建筑的影响也很大,所以在进行设计方案确定的过程中,应该考虑到大风对于建筑物水平震动所能带来的影响,从而保证建筑物的抗震性。
4 提高房屋筑工程杭震设计质量的有效措施
第一,选择恰当的建筑场地。在进行建筑抗震设计方案前,对于重大工程来说,应该综合考量建筑地址的地理特性,对其进行较为科学详细和准确的地震安全性评估。形成评估结果后,在设计和施工的过程中,应该严格按照评估的结果,设计较为科学的防震标准要求,然后进行相关施工。所以拟定进行建筑的前期,应该选择地震发生频率较低、发生地震后能够有效降低地震影响的地方进行选址,尽量避免那些本身就容易给建筑物带来不良影响的地方。
第二,选择科学、合理的结构形式。近些年,随着科学技术的发展,建筑施工的材料和建筑的结构特点也开始呈现多样化的特点。现阶段主要使用的结构包括钢筋混凝土结构、钢结构、砖混结构以及钢混结构。在实际选择中,由于地域不同和设防烈度等不同因素的影响也会对建筑结构的选择产生一定的影响。所以在设计抗震方案的过程中,应该选择科学合理的结构形式。对于以上几种结构形式而言,钢筋混凝土具有一定的优越性,它具有较强的柔韧性,在承受高压的条件下变形能力较强,是现阶段使用较为广泛的一种结构形式。但是实际操作的过程中,也应该结合建筑的时期情况进行综合的考量。我们知道随着房屋层数的不断增加,在发生地震的时候所能造成的水平位移也不断增大。建筑的内部结构也会发生一定的变化,所以在设计的过程中,应该给予较多的考量和关注。
第三,提高抗震设计的质量。地震的破坏力很大,一旦发生地震,建筑本身的抗震的能力与人们的生命财产关系密切。我国对于建筑的抗震能力的关注较晚,现阶段的发展水平也不是很高。如果建筑的设计防范不够合理,不仅会加大建筑工程的成本,同时对于建筑的质量而言也并不会有很大的提高。所以在设计的过程中,应该遵循合理科学的观点,提高建筑结构自身的可靠性和安全性。在设计过程中,对于建筑的内部细节能够给予较多的关注,提高抗震能力。
第四,建筑的体型要简单,平立面布置宜规则
当建筑物其体型较为简单和规则时,在设计时能够更好地明确其受力性能,而且对于其在地震发生时的实际反应及其内力也能够进行准确地分析,而且结构内部具体的构造也易于处理,这样的结构即使在地震作用下其受到的损害也较小。而相对于体型及平面不规则的建筑物,由于立面上高低错落,这样就会形成刚度和强度上的突变,极易使应力或是变形集中出现,导致薄弱环节产生,在地震作用下其薄弱处会首先发生变形损坏,产生较大的危害。
5 总结
综上所述,房屋建筑的抗震设计是判断整个建筑质量的重要依据,也是保证人们安全生活的重要保障,甚至可以在一定程度上,对于整个社会的稳定都具有一定的影响。所以在抗震设计的过程中,首先我们应该认识到抗震意识应该成为建筑设计的重要理念之一,并且在设计的过程中,对于该理念进行严格的执行和操控。本文论述了传统房屋抗震的方法,并且在实际实践中提出了自己的建议,旨在希望可以提高建筑自身的安全性,使建筑行业朝着更加健康安全稳定的方向发展。
参考文献:
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