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我國現(xiàn)行的橋梁抗震設計規(guī)范還很不完善,無論是鐵路橋或公路橋,還是采用基于強度設防基礎上的設計方法,即根據(jù)折減后的彈性地震反應進行抗震設計,而結構的延性要求沒有明確規(guī)定,僅從墩柱的箍筋配筋率及構造方面提出要求,以保證結構的延性。因此對我國現(xiàn)行震規(guī)進行修訂和補充,使其提高到一個新的先進水平已是刻不容緩。90年代初在上海南浦大橋的抗震設計中,首次提出了二水平的抗震設計方法。之后,用同樣方法先后對20余座大橋、城市立交橋和城市高架橋進行了抗震研究,20余年來積累了很多科研成果,對橋梁抗震的設計思想也日趨成熟。在此基礎上于1998年開始,范立礎教授將正式主持“城市橋梁抗震設計規(guī)范”的制訂工作。
減震和隔震設計思想是利用材料或裝置的耗能性能,達到減小結構地震反應的目的,是一種經(jīng)濟有效的方法。近年來世界各國在結構的減隔震設計方面也做了很多研究,如彈性支座隔震體系是目前能采用的最簡單的隔震方法,其中普通板式橡膠支座構造簡單、性能穩(wěn)定,已在橋梁上廣泛應用,法國跨度320m的伯勞東納(Brotonne)預應力混凝土斜張橋的兩個塔墩頂上各用了12塊橡膠支座,該橋已通車20年,使用情況良好。
2斜張橋梁抗震設計方法
常用的結構抗震設計方法有震度法和動態(tài)分析法兩種,動態(tài)分析法中又包括反應譜法和時程分析法。
動態(tài)分析法比震度法有了較大的改進,它同時考慮了地面運動和結構的動力特性。其中反應譜方法中一個重要概念是動力放大系數(shù),或稱標準化反應譜。其定義為:β(ω,ξ)=|U+Ug|max/Ug,max
式中,右端項的分子為單質(zhì)點體系動力反應的絕對加速度反應,分母為地面加速度反應的峰值。
應用反應譜計算結構地震反應,首先要計算結構的動力特性和各階振型參與系數(shù),然后按各階振型對某項反應的貢獻程度進行線性疊加,得到這項反應的最大值。我國“震規(guī)”中的驗算方法就是建立在反應譜理論的基礎上的,但反應譜理論在大跨度橋梁抗震驗算上的應用還存在一些問題,如“震規(guī)”中加速度反應譜,或橋址場地設計加速度反應譜的適用范圍大都在5s以內(nèi),而大跨度橋梁是長周期結構,它們的基本周期大都大于5s,在長周期范圍動力放大系數(shù)β的取值對大跨度橋梁的地震反應的準確性至關重要。項海帆教授早在八十年代初就對公路工程抗震設計規(guī)范中的反應譜提出了長周期部分的修正意見,王君杰副教授也提出了“長周期地震反應譜的取值和規(guī)范化應以強震記錄位移反應譜的統(tǒng)計結果為依據(jù)”的觀點,并以此為基礎提出了對當前公路工程抗震設計規(guī)范中的反應譜的長周期部分的修正和補充方法,增加了表達長周期地震反應譜特性的參數(shù);其次大跨度橋梁地震反應組合中,如何考慮地震動的空間變化也是一個需要考慮的問題,因為對于大跨度橋梁,地震動的空間變化效應是不可忽略的。另一個在大跨度橋梁抗震分析中需要解決的問題,就是在多分量地震動作用下振型組合問題,目前常用的組合方法有SUM法(最大值絕對值之和法)、SRSS法(最大值平方和的平方根法)、CQC法(基于平穩(wěn)隨機振動理論導出的完全二次組合法)等。由于CQC方法計入了振型間的相關性,較好地考慮了密集振型間的強耦合性,而大跨度橋梁的動力特性具有自振周期長、頻率密集和阻尼較小的特點,因此CQC方法對大跨度橋梁的地震反應分析更為適用。除此以外,在反應譜分析中給出的反應值基本上還是彈性反應,不能做到真正的非線性分析。總之,反應譜方法在大跨度橋梁的方案設計階段,對結構的抗震性能進行粗略的評估還是可行的,但是對于重要結構或大跨度橋梁的地震反應分析則應進行專題研究。
一個很重要的步驟,就是在橋址地震危險性分析的基礎上,進行結構的時程反應分析,這在大多數(shù)工程抗震設計規(guī)范中都提出了這一要求。時程分析法與反應譜法相比具有能進行結構的非線性地震反應分析、考慮復雜場地的非一致激勵影響、能給出任意截面(或結點)的任意一種反應的時間歷程等特點,而這些方面在大跨度橋梁地震反應分析中是必須考慮的。但在進行時程分析時也應該注意到地震波選用的隨機性,因為地震是一個隨機事件,它發(fā)生的時間、空間、強度、頻譜成分、波形等等都是不確定的。而時程分析法還是一個確定性分析法,它是根據(jù)地震危險性分析中的人工地震波作為分析依據(jù)。所以,為了提高分析結果的可靠性,一般要求在同一鉆孔位置給出一組(一般3~5條)地震波,然后取各條地震波反應的最大值。
我國建筑行業(yè)相比歐美一些建筑業(yè)比較發(fā)達的國家起步比較晚,而且在建筑行業(yè)起步初期人們只是一味的重視建筑的美觀性,認為只有修建的奢華和富麗堂皇才能彰顯出自己的社會地位和身份象征。只有符合人們審美趨勢的建筑才是好的建筑,就比如蘇州園林和一些南方比較具有代表性的園林等等。因此在這樣的社會背景下一個階段中阻礙了建筑業(yè)的發(fā)展,局限了建筑業(yè)的發(fā)展方向。人們對他的牢固性和抗災害性能沒有更高的要求,這也就使得一些建筑師為了迎合大眾的口味,不至于被社會所淘汰而沒有進行創(chuàng)造設計,因此設計的建筑也沒有長足的發(fā)展,抵擋不了天災的發(fā)生,對人們的生命財產(chǎn)構成了一定的威脅。
1.2沒有處理好建筑設計與抗震設計之間的關系
建筑設計是在建筑施工之前就需要完成的工作,設計圖紙就像一張標注明確的地圖,它會指導人們應該去哪里,如何去哪里。因此建筑設計是十分重要的,一張表美的建筑圖紙就相當于工程量完成了三分之一,將抗震理念融入到這張圖紙中也是對抗震設計提出了更高層次的要求。但是由于目前的技術有限,建筑師還不能很好的將抗震設計融人到建筑設計中去,不能使兩者更好的協(xié)作,發(fā)揮很好的作用。因此說不能協(xié)調(diào)建筑設計與抗震設計的關系是抗震設計常見的最根本問題。
1.3缺乏實踐
為了提高建筑的抗震性,一些建筑師盲目的從國外引進先進的經(jīng)驗和技術,并沒有結合我國建筑構造的自身特點加以創(chuàng)新改造,而是為了講究工作效率,趕進度,生搬硬套地將這些所謂的先進前沿技術強加于一些本不符合的建筑物上,沒有起到應有的抗震作用反而在一定程度上弄巧成拙,破壞了建筑本身的美感,更嚴重的還會使建筑物在地震時產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)建筑物的作用,對人們的生命財產(chǎn)造成更大程度上的傷害。因此建筑師這種急于求成缺乏實踐精神的建造理念,不會對建筑物的抗震性能起到很好的作用。
1.4建筑設計問題
對于一些建筑的設計本身就存在不合理的問題,因此我們從以下幾個方面進行探究:第一,建筑體型的設計,目前人們越來越追求建筑美感,因此將部分建筑的外立面都涉及成凹凸不平或者一些沒有規(guī)則的不光滑表面,如果發(fā)生地震對這種建筑物的破壞是最大的,表面平滑的建筑則相對可以減少地震對他的破壞,盡可能的做到建筑物與鋼架結構相對比較勻稱。第二,平面設計,對于一些建筑物人們會使用一些柱子、內(nèi)墻進行裝飾。但是在確定柱子的數(shù)量與距離上就需要好好的下功夫去研究,比如人民大會堂的柱子多少根,每根之間的間隔距離是多少這都是很有講究的,不對稱性、不協(xié)調(diào)性對抗震起到了負面的作用。第三,豎向布置問題,越來越多的大型商場隨著人們物質(zhì)生活的需要而產(chǎn)生,并且大型商場是人們比較容易聚集的地方,如果沒有很好的抗震性能則技術衾浼會對人們的生命財產(chǎn)造成很大的威脅。很多商場現(xiàn)在都是高層建筑,下層一般柱子相對較多、墻體較少,但是高層一般柱子較少、墻體較多,如果柱子與墻體分布不合理,這在地震中會起到特別不好的作用,也會加大對人們的傷害。下層柱子與上層柱子應該互相對齊,在空間上起到很好的支撐作用,對穩(wěn)定整個商場的空間結構都起到了不可估量的作用。
1結構的抗震設計局限
由于地震和地面運動有很大的不確定性,導致結構在其使用期限內(nèi)可能遭遇預期強度等級的地震,也有可能遭遇遠遠大于預期強度等級的地震,這就使結構工程師很難準確了解結構的抗震需求。當前,多數(shù)國家對結構抗震設計原則為:對于一般的工程結構,設計時以本區(qū)域內(nèi)多遇地震作為結構彈性階段承載力和變形驗算依據(jù),以保證結構在小震作用的結構正常使用功能;同時以大震作為結構在極限狀態(tài)下的驗算依據(jù),以滿足在結構在強震下不至于倒塌危及生命安全。雖然這種設計方法較為簡單,設計結果較為經(jīng)濟,但也在某種局限了結構的抗震設計。首先,僅僅以正常使用狀態(tài)和極限狀態(tài)作為設計階段,并不能保證結構在除此兩狀態(tài)之外的處于其它狀態(tài)時的損傷程度和功能完整性,這就要求我們對結構的其它狀態(tài)的性能水平進行更深入的研究。其次,這種設計僅僅要求結構滿足基本的抗震設防目標,局限了業(yè)主對結構抗震方面提出更高的設防要求,安全度已與目前的經(jīng)濟和社會發(fā)展不符,故我們有必要對結構的設防目標進入更進一步的研究。因此,對結構采用多級性能水平和多級抗震設防目標的基于性能的抗震設計具有重要的理論意義和實用價值。
2結構的地震反應分析了方法
自1899年日本學者大森房吉首次提出用于結構抗震設計的靜力法以來,結構的地震反應分析方法經(jīng)歷了從靜力法到動力的反應譜法和動力時程分析法這三個階段的演變過程,在動力階段中又可分為彈性與非彈性(非線性)兩個階段。根據(jù)所考慮的地震動特點,結構地震反應分析方法可以分為確定性方法和隨機振動方法。確定性方法利用地震記錄或由其他方法確定的地震波進行結構的地震反應計算,隨機振動方法則把地震視為隨機過程,把具有統(tǒng)計性質(zhì)的地震動作用在結構上來求出結構的反應。到目前為止,國內(nèi)外的抗震設計規(guī)范絕大多數(shù)都采用確定性方法,因此本文也僅考慮確定性方法。
由大森房吉提出的彈性靜力法理論假設結構各個部分與地震動具有相同的振動,因此,地震力等于地面運動加速度與結構總質(zhì)量的乘積;在大森房吉之后,佐野利器于1916年提出震度法,認為以結構10%的總重量作為水平地震力來考慮地震作用。該法把結構的動力反應特性這一重要因素忽略了,具有很大的局限性,只有當結構可近似地視為剛體時,該方法才適用。
由于缺乏對地震動特性的認識和結構振動分析理論的了解,基于動力學的地震反應分析理論一直未能得到發(fā)展;直到1930年之后,人們逐漸認識到地震動特性對確立合理的抗震設計方法的重要性,從1931年起,美國開始進行地震觀測臺網(wǎng)的布置,并在1940年ImperialValley地震中成功地收集到了包括El-Centro地震記錄在內(nèi)的大量地震記錄資料,為抗震動力學方法的發(fā)展提供了寶貴的資料。1943年,M.A.Biot提出了反應譜的概念,并給出了世界上第一條彈性反應譜曲線。G.W.Housner于1948年提出基于加速度反應譜曲線的彈性反應譜曲線,1956年N.M.Newmark率先將該法應用于實際工程設計,并在實際地震中得到了驗證,自1958年第一屆世界地震工程會議之后,反應譜法被許多國家所接受,并逐漸被采納應用到結構抗震設計規(guī)范中。我國1959年的抗震規(guī)范草案就采用了反應譜理論并在以后的各次規(guī)范修訂中不斷完善和發(fā)展。在彈性反應譜的概念提出不久之后,就提出了非線性反應譜的概念,試圖將這一簡單的概念應用于非線性地震反應分析中,目前,除新西蘭抗震規(guī)范采用非線性反應譜以外,非線性反應譜基本沒有直接得到應用。
動力時程分析方法是將地震動記錄或人工地震波作用在結構上,直接對結構運動方程進行積分,求得結構任意時刻地震反應的分析方法,根據(jù)是否考慮結構的非線,該法義可分為線性動力時程分析和非線性動力時程分析兩種。該方法是借助于強震臺網(wǎng)收集到的地震記錄和模擬電子計算機,于20世紀50年代末由美國的G.W.Housner提出的:日本于20世紀60年代初,在武藤清教授的領導下,也開始了這項研究工作。隨著計算機的發(fā)展,該方法在國外于20世紀60、70年代得到了迅速的發(fā)展。我國于20世紀70年代末和80年代初在這方面開展了大量的研究工作。隨著計算手段的不斷發(fā)展和對結構地震反應認識的不斷深入,該方法越來越受到重視,特別是對體系復雜結構的非線性地震反應,動力時程分析方法還是理論上唯一可行的分析方法,目前很多國家都將此方法列為規(guī)范采用的分析方法之一。
3對性能的抗震設計的不同定義
“基于性能”一詞源于英文Performance-based。基于性能的抗震設計(PBSD)理論是20世紀90年代由美國科學家和工程師首先提出的,最早應用于橋梁抗震設計中。基于性能抗震設計的基本思想是使被設計的建筑物在使用期間滿足各種預定功能或性能目標要求。這一思想影響了美國、日本和歐洲地震工程界。各國同行表現(xiàn)出了極大的興趣,紛紛展開多方面的研究。
SFAOCVision2000對PBSD的定義是“性能設計應該是選擇一定的設計準則,恰當?shù)慕Y構形式、合理的規(guī)劃和結構比例。保證建筑物的結構與非結構構件的細部構造設計,控制建造質(zhì)量和長期維護水平,使得建筑物在遭受一定水準地震作用下,結構的損傷或破壞不超過某一特定的極限狀態(tài)”。
ATC-40對PBSD的定義為“基于性能的抗震設計是指結構的設計準則由一系列可以實現(xiàn)的結構性能目標來表示,主要針對鋼筋混凝土結構并且建議采用基于能力譜的設計原理”。顯然,ATC-40建議使用能力譜方法對鋼筋混凝土結構進行抗震設計。
FFMA273和FFMA274對PBSD的定義為基于不同設防水準地震作用,達到不同的性能目標。在分析和設計中采用彈性靜力和彈塑性時程分析來實現(xiàn)一系列的性能水準,并且建議采用建筑物頂點位移來定義結構和非結構構件的性能水準,不同的結構形式采用不同的性能水準。而且FFMA273利用隨機地震動概念提出了許多種性能目標.,適合于多級性能水準結構的分析與設計方法從線性靜力延伸到彈塑性時程分析。
1995年的Kobe地震后,日本啟動了“建筑結構現(xiàn)代工程開發(fā)”研究項目,對性能設計涉及的內(nèi)容進行了概述;1996年,日本建筑標準法按照基于性能的要求進行了修訂;1998年,日本的建筑標準法加入了能力譜方法。
我國一些學者也對PBSD進行了定義:“基于性能的結構抗震設計是指根據(jù)建筑物的重要性和用途確定其性能目標;根據(jù)不同的性能目標提出不同的抗震設防標準,使設計的建筑在未來地震中具備預期的功能。”
PBSD已成為近幾年美國、日本、新西蘭等國家在抗震方面的主要研究課題。美國學者認為,基于性能的抗震設計方法應該編成指南或規(guī)定,而不是規(guī)范提供給設計人員和業(yè)主,從現(xiàn)行的以保障生命安全為宗旨的抗震設計規(guī)范向基于性能的抗震設計規(guī)范的選擇性設計規(guī)定的轉(zhuǎn)變應該是“演進”而不是“革命”,其基本思想還可以通過每三年一次的規(guī)范修訂融入現(xiàn)行規(guī)范中去。美國國際規(guī)范委員會(ICC)1997年5月出版國際建筑規(guī)范2000(InternationalBuildingCode.IBC)草案已強調(diào)了與性能要求有關的內(nèi)容。近年來,基于性能的抗震設計思想及研究成果已經(jīng)納入美國大學本科生和研究生的結構抗震設計課程教學工作中,主要內(nèi)容即以Vision2000為基礎。日本也在多方資助下于1995年開始了為期3a的“新建筑結構體系開發(fā)”研究項目,成立了由國內(nèi)著名學者參加的新建筑構造體系綜合委員會。該委員會下設性能評價、目標水準和社會機構3個分委員會。為推進和協(xié)調(diào)這一項目的進程,還建立了“新構造體系促進會議”,討論、規(guī)劃和協(xié)調(diào)各方而的工作。英國等歐洲國家和智利等拉美國家也對PBSD開展了研究。1996年在中美抗震規(guī)范學術討論會上也對PBSD進行了交流,提出了把PBSD引入到結構優(yōu)化設計領域的概念。有學者建議,中國21世紀的抗震設計應順應國際發(fā)展的趨勢,發(fā)展適合于中國國情的PBSD。
4目前國內(nèi)外地震工程界學界對PBSD開展的研究工作
(1)多級性能水準的確定與統(tǒng)一。生命安全水準、結構損傷水準和確保使用功能水準為當前規(guī)范普遍接受的3級性能水準。生命安全水準要求建筑在罕遇地震作用下不倒塌;結構損傷水準要求建筑損傷控制在可修復的范圍內(nèi);確保使用功能水準要求結構不產(chǎn)生影響建筑直接使用的變形等。PBSD要求細化這3級性能水準并建立相應的結構設計準則。
(2)多級地震設防水準的確定與統(tǒng)一:當前規(guī)范普遍采用3級性能水準所對應的最高設防水準。在建筑使用期內(nèi)遭遇一次地震危險的水準和可能遭受多次地震危險的水準3級地震設防水準。PBSD同樣要求細化這3級地震設防水準。
(3)可行的結構設計與分析方法:PT3SD要求建立適合于在多級水準地震作用下實現(xiàn)多級性能水準的結構設計與分析方法。
(4)結構安全性評估方法的完善:當前由靜力推覆分析方法和能力譜分析方法結合形成的靜力彈塑性方法被普遍用來評估罕遇地震作用下建筑的抗震性能。
基于性能的抗震研究是一個非常龐大和復雜的問題,就目前的發(fā)展水平,還存在以下問題需要進一步研究解決。
在結構性能方面,雖然提出了不同性能水平,但只是對結構和非結構性能的破壞程度的描述,對結構“不壞、可修、不倒”定義模糊,未給出明確的量化指標,是本文主要研究問題之一,有待進一步研究。
在結構多級性能目標方面,如何進一步考慮建筑場地特征和近震的影響,以及設防水平與震后重建時間、費用之間的定量關系。
對于高層建筑或沿高度側(cè)向剛度有變化的建筑,采用何種目標側(cè)移曲線,側(cè)向力分布模式是否考慮高階振型的影響,都需要作進一步深入的研究。
如何針對復雜的混合塑性鉸分布破壞機制建立位移延性和曲率延性的轉(zhuǎn)化關系,從而獲得結構曲率延性需求,有待進一步研究。
參考文獻
抗震墻廣泛用于多層和高層鋼筋混凝土房屋,規(guī)范規(guī)定的現(xiàn)澆鋼筋混凝土結構房屋中,除框架結構外,其余幾種結構體系均與剪力墻有關,所以有必要對剪力墻結構作一個重點研究。
在受力方面,因為剪力墻的剛度大,容易滿足小震作用下結構尤其是高層結構的位移限值。在地震作用下,其變形小,破壞程度低,可以設計成延性抗震墻,大震時通過連梁和墻肢底部的塑性鉸范圍內(nèi)的塑性變形,耗散地震能量,在與其他結構共同工作的同時,能吸收大部分的能量,降低其他結構的抗震要求,在設防較高的地區(qū)(8度及區(qū)以上地區(qū))優(yōu)點更為突出。
抗震墻由墻肢和連梁兩部分組成。設計時應遵循強墻弱梁、強剪若彎的原則。即連梁的屈服先于墻肢,連梁和墻肢均應為彎曲屈服。與舊規(guī)范相比,新規(guī)范在剪力墻抗震設計特別是在抗震構造方面有比較大的變化。主要包括:
(1)底部加強區(qū)高度的變化;
(2)墻肢組合截面的彎矩、剪力設計值和連梁組合的設計值;
(3)分布鋼筋的最小配筋率;
(4)增加了剪力墻的軸壓比的限值;
(5)將邊緣構件分為約束邊緣構件和構造邊緣構件;兩種邊緣構件的構造不同,加強了應加強的部位,放松了可放松的部位,使抗震墻的設計更具合理性;
(6)新規(guī)范取消了舊規(guī)范的“弱連梁”和“小墻肢”的術語,代之以“跨高比”和墻肢長度和厚度的比值,應當說在概念上是沒有區(qū)別,但89規(guī)范雖然對“弱連梁”作了規(guī)定,但在設計中難以確定什么是弱連梁。
在進行抗震墻設計時應注意如下的要求:
1、抗震墻的布置要求:作為主要的抗側(cè)力構件,合理的布置是構建良好抗震性能的基礎。應遵循“”即“對稱、均勻、周邊、連續(xù)”外,還須注意:
(1)將長墻分成墻段:對于抗震墻結構和部分框支抗震墻結構,若內(nèi)縱墻很長,且連梁的跨高比小、剛度大,則墻的整體性好,在水平地震作用下,墻的剪切變形較大,墻肢的破壞高度可能超過底部加強部位的高度,新規(guī)范規(guī)定將長墻分成墻段,使墻的高寬比大于2。墻段由墻肢和連梁組成。舊規(guī)范也有相同的規(guī)定。二者的區(qū)別在于連梁。舊規(guī)范為弱連梁,而新規(guī)范為跨高比不小于6的連梁,其目的是:設置剛度和承載力較小的連梁,在地震作用下可能先破壞,使墻段成為抗側(cè)力單元,且墻段以彎曲變形為主。
(2)避免墻肢長度突變:抗震墻和部分框支抗震墻結構的墻肢的截面長度,沿高度不宜有突變,當抗震墻的洞口比較大時,以及一、二級抗震墻的底部加強區(qū),不宜有錯洞布置的剪力墻。
2、框支層墻體的布置要求:
(1)對框支層剛度的要求:部分框支的抗震墻結構的框支層,抗震墻減少,側(cè)向剛度降低,在地震作用時有可能將變形集中在框支層,框支層是使結構具有良好抗震性能的關鍵部位。對于矩形平面的部分框支抗震墻結構,為避免框支層成為薄弱層或軟弱層,新規(guī)范第規(guī)定:框支層的側(cè)向剛度不應小于上一層非框支層側(cè)向剛度的50%(應該說規(guī)范的要求并不過分,設計時應盡量避免這種對抗震極為不利的結構形式。與建筑師一起努力,為建造牢固的建筑產(chǎn)品而共同奮斗)。新規(guī)范取消了舊規(guī)范對框支層落地剪力墻數(shù)量的規(guī)定,從設計上講比原規(guī)范抽象但卻更加合理,所以我建議:在平面布置時可以借用原規(guī)范的數(shù)量控制作為直觀的手段,然后進行量化計算。
(2)框支墻落地的間距不宜過大:框支層的水平地震剪力主要由落地剪力墻承擔,作用在緊鄰框支層的上一層非落地剪力墻的水平力亦通過框支層樓板傳到落地墻,為保證樓板有足夠大的平面內(nèi)剛度(傳遞水平力),新規(guī)范規(guī)定:落地墻的最大水平間距不宜大于24米,取消了原“四開間”的含糊概念。另外,新舊規(guī)范均對框支層樓板提出了具體的特殊規(guī)定(詳見附錄),希望能引起設計者的高度重視。
(3)部分落地墻宜設計成筒體,以增加抗扭剛度和抗側(cè)剛度。此條在實踐中似較難作到,但須與建筑專業(yè)很好協(xié)調(diào)的話,相信一定會有很明顯的效果。
3、框架-抗震墻結構的抗震墻布置要求:框架-抗震墻結構在實際工程中運用最多(對高層而言)。布置要點是:位置和數(shù)量,抗震墻的數(shù)量以滿足剛度即滿足層間位移限值為宜,位置相對靈活,但應符合規(guī)范相關的具體規(guī)定。
(1)沿房屋高度,抗震墻宜連續(xù)布置,宜全長貫通,避免切斷,且洞口宜上下對齊,避免墻肢長度的突變。對外墻而言較容易作到,這與上述的“”相統(tǒng)一,內(nèi)墻有時相對較困難。
(2)不宜開大洞口,避免削弱抗震墻的剛度。雖然取消了舊規(guī)范對洞口面積的限值的規(guī)定,但在實際中對此條規(guī)定較難掌握,由此引起的爭執(zhí)亦屢見不鮮。
(3)洞邊距柱端(指距柱內(nèi)側(cè))不小于300㎜,以保證柱作為邊緣構件的作用和約束邊緣構件的長度。
(4)雙向抗側(cè)力的結構形式。且縱橫墻宜相連,使彼此成為有翼緣的剪力墻,不但可以增加剛度,同時還能有效地提高塑性變形的能力。
(5)對于較長的房屋,不宜在房屋的端部設剪力墻,以避免溫度應力對剪力墻的不利影響。
(6)對于一、二級抗震墻,其連梁的跨高比不宜大于5。且高度不小于400㎜。連梁有較大的剛度,可保證墻體的整體性能良好并能增大耗能能力。
(7)柱中線與梁、墻中線不宜大于柱寬的1/4,以減少地震作用對柱的扭轉(zhuǎn)效應。否則應通過加水平腋的方法或者加強柱內(nèi)配箍率等方法加以彌補。
4、抗震墻及連梁的截面尺寸的有關規(guī)定:新老規(guī)范基本相似,但具體數(shù)值并不相同。主要包括:截面尺寸、最大剪壓比、最小墻體厚度等。
(1)最大剪壓比限值:對剪跨比大于2的剪力墻和跨高比大于2.5的連梁,剪壓比不應大于0.2;剪跨比小于2的剪力墻和跨高比小于2.5的連梁,剪壓比不大于0.15。原因是:剪跨比小的墻和跨高比小的連梁其剪切變形較大,甚至以剪切變形為主,故對剪壓比的要求應更嚴格一些。實驗表明:剪壓比超過一定值時,將過早出現(xiàn)斜向裂縫,增加水平筋和箍筋的方法沒有作用,在箍筋水平筋未屈服前混凝土即已在剪壓的共同作用下破碎。合理的方法是:加大混凝土強度等級,加厚墻梁或加長墻的長度,但不宜加高梁的高度。在計算墻肢的剪跨比時彎矩和剪力均取地震作用下的效應組合的計算值,當樓層上下端計算彎矩不同時,取較大值。
單層磚柱廠房具有選價低廉、構造簡單、施工方便等優(yōu)點,在中小型工業(yè)廠肩中得到廣泛應用。磚柱廠房是以磚柱(墻)做為承重和抗側(cè)力構件,由于材料的脆性性質(zhì),其抗震性能比鋼筋混凝土柱廠房差;由于磚往廠房內(nèi)部空曠、橫墻問距大,地震時的抗倒塌能力不如砌體結構的民用建筑。因此根據(jù)磚柱廠房的震害特點,找出杭震的薄弱環(huán)節(jié),提出相應的抗震措施,提高其抗震能力是必要的。
1.地震震害及其特點:
地震震害表明:6、7度區(qū)單層磚柱廠房破壞較輕,少數(shù)磚柱出現(xiàn)彎曲水平裂縫:8度區(qū)出現(xiàn)倒塌或局部倒塌,主體結構產(chǎn)生破壞;9度區(qū)廠房出現(xiàn)較為嚴重的破壞,倒塌率較大。
從震害特點看,磚柱是廠房的薄弱環(huán)節(jié),外縱墻的磚柱在窗臺高度或廠房底部產(chǎn)主水平裂縫,內(nèi)縱墻的磚柱在底部產(chǎn)生水平裂縫,磚柱的破壞是廠肩倒塌的主要原因。山墻在地震時產(chǎn)生以水平裂縫為代表的平面外彎曲破壞,山墻外傾、檁條拔出,嚴重時山墻倒塌,端開間屋蓋塌落。屋蓋形式對廠房抗震性能有一定的影響,重屋蓋廠房的震害普遍重子輕屋蓋廠房,楞攤瓦和稀鋪望板的瓦木屋蓋,其縱向水平剛度和空間作用較差,地震時屋蓋易產(chǎn)生傾斜。
2.適用范圍及結構布置
2.1單跨和等高多跨的單層磚柱廠房,當無吊車且跨度和柱頂標高均不大時,地震破壞較輕。不等高廠房由于高振型的影響,變截面柱的上柱震害嚴重又不易修復,容易造成屋架塌落。因此規(guī)定磚柱廠房的適用范圍為單跨或等高多跨且無橋式吊車的中小型廠房,6-8度時廠房的跨度不大子15m且柱頂標高下大于6.6m,9度時跨度不大于12m且柱頂標高不大于4.5m。
2.2廠房的平立面應簡單規(guī)則。平面宜為矩形,當平面為L、T形時,廠房陰角部位易產(chǎn)生震害,特別是平面剛度不對稱,將產(chǎn)生應力集中。對于立面復雜的廠房,當屋面高低錯落時,由于振動的不協(xié)調(diào)而發(fā)主碰撞,震害更為嚴重。
2.3當廠房體型復雜或有貼建的房屋(或構筑物)時,應設置防震縫將廠房與附屬建筑分割成各自獨立、體型簡單的抗震單元,以避免地震時產(chǎn)主破壞。針對中小型廠房的特點,鋼筋混凝上無檀屋蓋的磚柱廠房應設置防震縫,而輕型屋蓋的磚柱廠房可不設防震縫。防震縫處宜設置雙柱或雙墻,以保證結構的整體穩(wěn)定性和剛度,防震縫的寬度應根據(jù)地震時最大彈塑性變形計算確定。一般可采用50~70mm。
3.結構體系
3.1地震時廠房破壞程度與屋蓋類型有關,一般來說重型屋蓋廠房震害重,輕型屋蓋廠房震害輕,在高烈度區(qū)影響更為明顯。因此要求6-8度時宜采用輕型屋蓋,9度時應采用輕型屋蓋。人之地震震害調(diào)查表明:6、7度時的單跨和等高多跨磚柱廠房基本完好或輕微破壞,8、9度時排架柱有一定的震害甚至倒塌。因此《建筑抗震設計規(guī)范》(G8Jll一89)規(guī)定:6、7度時可采用十字形截面的無筋磚柱,8度1、2類場地應采用組合磚柱,8度3、4類場地及9度時邊柱宣采用組合磚柱,中柱直采用鋼筋混凝土柱。經(jīng)過地震震害分析發(fā)現(xiàn):非抗震設計的單層磚柱廠房經(jīng)過8度地震也有相當數(shù)量的廠房基本完好,所倒塌的廠肩大部份在設計和施工上也存在先天不足,因此正常設計正常施工和正常使用的無筋磚柱單層廠后,在8度區(qū)仍然具有一定的抗震能力。可見對8度區(qū)的單層磚柱廠房都配筋的要求是偏嚴的,在抗震規(guī)范的修訂稿中將8度1、2類場地“應”采用組合磚往改為“宜”采用組合磚柱,允許設計人員根據(jù)不同情況對是否配筋有所選擇。一般來說,當單層磚柱廠房符合砌體結構剛性方案條件,經(jīng)抗震驗算承載力滿足要求時,可以采用無筋磚柱。
3.3對于單層磚柱廠房的縱向仍然要求具有足夠的強度和剛度,單靠磚柱做為抗側(cè)力構件是不夠的,如果象鋼筋混凝土柱廠房那樣設置柱間支撐,會吸引相當大的地震剪力。使磚拄剪壞。為了增強廠房的縱向抗震承載力,在柱間砌筑與柱整體連接的縱向磚墻,以代替柱間支撐的作用,這是經(jīng)濟有效的方法。
3.4當廠房兩端為非承重山墻時,山墻頂部與檁條或屋面板恨難連接,只能依靠屋架上弦與防風柱上端連接做為山墻頂部的支點,這不僅降低了房屋整體空間作用,對防止山墻的出平面破壞也不利,因此廠房兩端均應設置承重山墻。
3.5廠房的縱橫向內(nèi)隔墻宣做成抗震墻,其目的充分利用培體的功能,避免主體結構的破壞。當內(nèi)隔墻不能做成抗震墻時,最好采用輕質(zhì)隔墻,以避免墻體對柱及柱與屋架連接節(jié)點產(chǎn)生不利影響,如果采用非輕質(zhì)隔墻,則應考慮隔墻對柱及其與屋架節(jié)點產(chǎn)生的附加剪力。
3.6無窗架不應通至廠房單元的端開間,以免過份削弱屋蓋的剛度。天窗架采用磚壁承重時,將產(chǎn)生嚴重的震害甚至倒塌,地震區(qū)應避免使用。
4抗震承載力計算
4.1橫向抗震計算
單層磚往廠房橫向抗震計算的計算簡圖,可按下列規(guī)定選取:(1)當廠房柱為無筋磚柱或邊柱為組合磚柱、中柱為鋼筋混凝土柱時,可采用下端為固接、上端為鉸接的徘架結構模型;(2)當廠肩邊柱為無筋磚柱、中柱為鋼筋混凝士柱,在確定廠房自振周期時,磚柱下端按固接考慮,在計算水平地震作用時,磚柱下端按鉸接考慮。這主要是考宅到在地震作用下,隨著變形的不斷增加,無筋磚柱下端開裂并退出工作,囚而全部橫向地震作用由中部的鋼筋混凝土柱承擔。輕型屋蓋單層磚柱廠房的橫向抗震計算,可以忽略空間工作影響·采用平面排架進、廳計算。對于鋼筋混凝上屋蓋和密鋪望板的瓦木屋蓋廠肩,其空間作用不能忽略,應按空間分析的方法進行計算:但為了簡化,對于一定條件下的廠房可以按平面排架進行計算,考慮到其空間工作影響,對計算的地震作用效應要進行調(diào)整。
4.2縱向抗震計算
對于鋼筋混凝土屋蓋的等高多跨磚柱廠房,當考慮屋蓋為剛性時,縱向地震作用在各柱列之間的分配與柱列的側(cè)移剛度成正比:當考慮屋蓋的彈性進行空間分析時,側(cè)移剛度較大柱列分配的地震作用比按剛性屋蓋分配的地震作用小,而側(cè)移剛度較小柱列分配的地震作用比按剛性屋蓋分配的地震作用大。設計中為了利用剛性屋蓋假定時縱向地震作用分配形式簡單的優(yōu)點,可以針對不同屋蓋形式對柱列的側(cè)移剛度乘以修正系數(shù),做為縱向地震分配時的柱列剛度,并對所計算的廠房自振周期進行修正,以考慮屋蓋的彈性影響。
對于縱墻對稱布置的單跨廠房,在廠房縱向沿跨中切開,取一個柱列單獨進行縱向計算與對廠房進行整體分析結果是相同的。對于輕型屋蓋的多跨廠房雖然屋蓋仍具有一定的水平剛度,考慮到屋蓋與磚墻的彈性極限變形值相差較大,為了計算簡便,仍可假定各縱向往列在地震時獨立振動,按柱列法進行計算。
5抗震構造措施
5.1單層磚柱廠房采用鋼筋混凝上屋蓋時的抗震構造措施可參照鋼筋混凝土柱廠房的有關規(guī)定。采用瓦木屋蓋時,設有滿鋪望板的抗震能力比無望板強得多,望板能起到阻止屋架傾斜的作用。地震震害表明,未設上弦及下弦水平支撐的楞攤瓦屋蓋,屋架產(chǎn)主傾斜甚至倒塌的震害較多,因此要有足夠的屋蓋支撐系統(tǒng),保證屋蓋沿縱向有足夠的剛度和穩(wěn)定,以滿足抗震的要求。
5.2圈梁對增強廠房的整體性起到了重要作用,但預制圈梁抗震性能差,地震時在連接外容易拉斷,因此要求圈梁應現(xiàn)澆且在廠房柱頂標高處沿房屋外墻及承重內(nèi)墻閉合。對于8、分度區(qū)還應沿墻高每隔3-4m增設一道圈梁,可提高磚墻的抗震性能,并能夠限制地震時墻體裂縫的開展,減輕墻體破壞。當?shù)鼗鶠檐浫跽承酝痢⒁夯痢⑿陆钔粱驀乐夭痪鶆蛲翆訒r,地震易出現(xiàn)裂縫,如果裂縫穿過廠房將使房屋撕裂,基礎頂面應設置基礎圈梁,以減輕地震災害。當圈梁兼做門窗過梁或抵抗不均勻沉降影響時,圈梁的截面和配筋除滿足抗震構造要求外,還應根據(jù)實際受力計算確定。采用鋼筋混凝土無檁屋蓋的磚柱廠房,地震時在屋蓋處圈梁下一至四皮磚的磚墻上易出現(xiàn)水平裂縫,因此8、9度時,在墻頂沿墻長每隔1m左右埋設1根8豎向鋼筋,并插入頂部圈梁內(nèi),以避免上述震害的產(chǎn)生。
5.3地震中屋架與磚柱連接不牢,柱頭產(chǎn)主破壞甚至屋蓋坍落的震例是較多的。為了加強屋架與磚柱的連接,柱頂墊塊應與墻頂圈梁整體澆注,屋架與墊塊的預埋件采用螺栓連接或焊接。當墊塊厚度或配筋過小時。預埋件的錨固不能滿足要求,墊塊厚度丁應小于240mm,井配置兩層直徑不小于8間距不大于100mm的鋼筋網(wǎng)。烈度較高時,屋蓋承受的地震作用較大,與墊塊整體澆注的圈粱受到較大的扭矩,墊塊兩側(cè)各500mm范圍內(nèi)圈梁的箍筋應加密,其間距不應大子100mm。
(2)局部抗震設計。局部抗震設計主要包括以下幾個方面:其一,在詳細的分析了地震的破壞機理之后,發(fā)現(xiàn)地震縱波的傳播速度比地震橫波快,地震縱波在建筑結構的主體部位以及連接構件之間形成了一個相對容易被破壞的環(huán)節(jié),當?shù)卣饳M波抵達后會直接作用在工業(yè)與民用建筑結構主體,導致工業(yè)與民用建筑出現(xiàn)倒塌的問題,通過對工業(yè)與民用建筑發(fā)生的地震資料進行分析,工業(yè)與民用建筑的后砌墻結構和樓板很容易出現(xiàn)損壞與坍塌的問題,因此,應該充分的考慮建筑主體結構與連接構件之間的質(zhì)量,科學的設計截面形式以及接觸面積,同時深入探討和設計后砌墻和模板之間的連接狀況,有效的提高工業(yè)與民用建筑結構設計的抗震能力;其二,科學的選擇建設場地,工業(yè)與民用建筑場地對建筑的抗震性能具有直接的關系,全面的分析工業(yè)與民用建筑場地的巖土工程、工程地質(zhì)遺跡地形地貌等環(huán)境條件,確定最為合理、科學的場地條件,盡可能的降低建筑上部結構對建筑接觸的影響,以此降低在地震作用下對建筑結構的損壞程度,因此,在選擇建筑場地時,應該盡可能的避免選擇軟弱粘土區(qū)、采空區(qū)、非巖質(zhì)陡坡區(qū)等,如果需要在軟土地基中上建筑工業(yè)與民用建筑,應該采取合理的地基處理基礎有效的提高地基的整體性與剛性,以此保證工業(yè)與民用建筑在地震作用下具備較強的抗震能力;其三,提高施工質(zhì)量,根據(jù)近幾年較大地震的相關資料顯示,影響工業(yè)與民用建筑抗震能力的原因與施工質(zhì)量具有直接的關系,因此,為了保證人們的生命和財產(chǎn)安全,工業(yè)與民用建筑的抗震設計人員以及施工人員,應該以國家、社會以及人們的生命財產(chǎn)安全為出發(fā)點進行抗震設計和施工,以此保證工業(yè)與民用建筑具備足夠的抗爭能力。
2強化工業(yè)與民用建筑結構抗震設計的有效措施
(1)選擇合適的抗震結構形式。目前,我國工業(yè)與民用建筑的結構形式相對較多,主要包括鋼筋混凝土結構、磚混結構、鋼結結構等形式,各種建筑結構形式的抗震性能存在一定的差異。因此,為了提高工業(yè)與民用建筑的抗震性能,應該根據(jù)建筑現(xiàn)場的具體狀況,選擇具有較強承載能力、變形能力、柔性以及抗爭能力的抗震結構形式,防止工業(yè)與民用建筑在地震作用下受到破壞。
(2)選擇合適的建筑場地。全面的熟悉和了解我國相關的抗震減災法,尤其是對于可能發(fā)生自然災害的地區(qū)的工業(yè)與民用建筑工程來說,更應該重視工業(yè)與民用建筑的抗震性能,通過評價工業(yè)與民用建筑的抗震性能符合國家的相關標準之后,設置相應的抗震標準。通常狀況下,抗震設防主要分為甲、乙、丙、丁四種,對于容易發(fā)生地震災害的工業(yè)與民用建筑,在選擇建筑場地時,應該選擇能夠降低或者消除地震影響的地理位置,盡量避免在容易影響工業(yè)與民用建筑工程安全的區(qū)域建造工業(yè)與民用建筑,特別是軟弱地基,在地震的作用下很容易出現(xiàn)液化現(xiàn)象,降低工業(yè)與民用建筑地基的抗震能力,導致工業(yè)與民用建筑出現(xiàn)傾斜甚至倒塌的問題。
1前言
我國位于四川西部的南北地震構造帶,其地震的頻度高、強度大。我國大陸地震活動目前正處于本世紀以來的第五個活躍期。四川已經(jīng)缺震7級以上地震近23年,缺震6級以上地震近10年。目前,四川的地震形勢十分嚴峻。
地震造成人民生命財產(chǎn)損失的主要原因,是由地震引起的建筑物(絕大部分是磚房)和工程設施的破壞,以及次生災害。國內(nèi)外歷次地震的經(jīng)驗告訴我們:抓好抗震設防地區(qū)建設工程的抗震設計,是減輕未來地震災害損失最積極、最有效和最根本的措施。
據(jù)文獻[4]記載,全國城鎮(zhèn)民用建筑中以磚砌體作為墻體材料的占90%以上;據(jù)有關部門近兩年對四川省的16個城鎮(zhèn)各類公建房屋統(tǒng)計顯示,多層磚房(含底框磚房)所占(面積)比例達89%;筠連縣城的這類房屋,預計所占比例在90%以上。所以,磚房是我國房屋建筑的主體。同時,磚房在歷次地震中的震害又是嚴重的。據(jù)對1976年我國唐山7.8級地震震害統(tǒng)計,磚房是100%破壞,其中85%以上倒塌。磚房之所以地震破壞比例如此大,主要原因是磚砌體是一種脆性結構,其抗拉和抗剪能力均低,在強烈地震作用下,磚結構易于發(fā)生脆性的剪切破壞,從而導致房屋的破壞和倒塌。如果在多層磚房的設計中再過度追求大開間、大門洞、大懸挑,甚至通窗效果等,必將大大削弱房屋的抗震能力
2目前多層磚房抗震設計中存在的主要問題
(1)城市住宅磚房建設中,房屋超高或超層時有發(fā)生,尤其是底層為“家?guī)У辍钡拇u房,高度超過限值1m以上。
(2)在“綜合樓”磚房中,底層或頂層有采用“混雜”結構體系的,即為滿足部分大空間需要,在底層或頂層局部采用鋼筋砼內(nèi)框架結構。有的僅將構造柱和圈梁局部加大,當作框架結構。
(3)住宅磚房中為追求大客廳,布置大開間和大門洞,有的大門洞間墻寬僅有240mm,并將陽臺作成大懸挑(懸挑長度大于2m)延擴客廳面積;部分“局部尺寸”不滿足要求時,有的不采取加強措施,有的采用增大截面及配筋的構造柱替代磚墻肢;住宅磚房中限于場地或“造型”,布置成復雜平面,或縱、橫墻沿平面布置多數(shù)不能對齊,或墻體沿豎向布置上下不連續(xù)等等。
(4)多層磚房抗震設計中,未作抗震承載力計算的占多數(shù),加之缺乏工程經(jīng)驗,使相近的多層磚房采用的砌體強度等級相距甚遠。
(5)多層磚房抗震設計中,所采取的抗震措施區(qū)別較大。構造柱和圈梁的設置:多數(shù)設計富余較大,部分設計設置不足(含大洞口兩側(cè)未設構造柱);抗震連接措施:多數(shù)設計不完整或未交待清楚,有的設計還采用“一本圖集打天下”的作法,不管具體作法和適用與否,全包在“圖集”身上。
3多層磚房抗震設計意見
我國建筑抗震設防的目標是三個水準。多層磚房可通過一階段設計達到下列要求:滿足抗震承載力要求,房屋可“小震不裂”;滿足結構體系、平立面布置和抗震措施等要求,房屋可符合“中震可修”;滿足房屋高度和層數(shù)及構造柱和圈梁等要求,房屋可做到“大震不倒”。
確保多層磚房抗震設計質(zhì)量,主要有以下三個方面的內(nèi)容。
3.1抗震概念設計
3.1.1房屋的高度和層數(shù)
實心粘土磚的多層磚房,墻厚不小于240mm,總層數(shù)不應超過文獻[1]表5.1.2的規(guī)定,總高度不宜超過表5.1.2的規(guī)定,高度允許稍有選擇的范圍應不大于0.5m。需要特別指明的是,表5.1.2是適用于橫墻較多的多層磚房。橫墻較多是指同一層內(nèi)開間大于4.2m的房間占該層總面積的1/4以內(nèi)。對于醫(yī)院、教學樓等橫墻較少的多層磚房總高度,應比表5.1.2的規(guī)定降低3m,層數(shù)相應減少一層;對橫墻很少的多層磚房,應根據(jù)具體情況,在橫墻較少的基礎上,再適當降低總高度和減少層數(shù);對抗震橫墻最大間距超過文獻[1]表5.1.5要求的多層磚房,已不屬于側(cè)力作用下的剛性房屋,不能按多層磚房設計,應按空曠房屋進行抗震設計。多層磚房總高度與總寬度的最大比值,不應超過文獻[1]表5.1.3的要求。
房屋的總高度指室外地面到檐口的高度,半地下室可從地下室室內(nèi)地面算起,全地下室和嵌固條件好的半地下室(符合文獻[2]第250頁半地下室在地面下嵌固的條件)可從室外地面算起;頂層利用閣樓坡屋面設躍層時應算到山尖墻的半高處。多層磚房的層高不宜超過4m。房屋總寬度的確定,可分下列四種情況:對于規(guī)則平面,可按房屋的總體寬度計算,不考慮平面上局部凸出或凹進;對于凸出或凹進的較規(guī)則平面,房屋寬度可按加權平均值計算或近似取平面面積除以長度;對懸挑單邊走廊或單邊由外柱承重的走廊房屋,房屋寬度不包括走廊部分的寬度;對設有外墻的單面走廊房屋,房屋寬度可以包括1/2走廊部分的寬度。
3.1.2結構體系
應優(yōu)先采用橫墻承重或縱橫墻共同承重的結構體系。同一結構單元中應采用相同的結構類型,不應采用磚房與底框磚房或內(nèi)框架磚房或框架結構等“混雜”的結構類型。墻體布置應滿足地震作用有合理的傳遞途徑。縱橫向應具有合理的剛度和強度分布,應避免因局部削弱或突變造成薄弱部位,產(chǎn)生應力集中或塑性變形集中;對可能出現(xiàn)的薄弱部位,應采取措施提高其抗震能力。
3.1.3平、立面布置
建筑的平面布置和抗側(cè)力結構的平面布置宜規(guī)則、對稱,平面形狀應具有良好的整體作用。縱、橫墻沿平面布置不能對齊的墻體較少,樓梯間不宜設在房屋的盡端和轉(zhuǎn)角處;建筑的立面和豎向剖面力求規(guī)則,結構的側(cè)向剛度宜均勻變化,墻體沿豎向布置上下應連續(xù),避免剛度突變;豎向抗側(cè)力結構的截面和材料強度等級自下而上宜逐漸減小,避免抗側(cè)力構件的承載力突變。8度和9度時,當房屋的立面高差較大、錯層較大和質(zhì)量及剛度截然不同時,宜采用防震縫將結構分割成平面和體形規(guī)則的獨立單元。房屋的頂層不宜設置大會議室、舞廳等空曠大房間,房屋的底層不宜設鋪面等通敞開大門洞。當確需設置時,應采取彌補薄弱部位的加強型措施或進行專門研究。
多層磚房門窗間墻的局部尺寸宜符合文獻[1]表5.1.6的要求。當部分的局部尺寸不滿足要求時,如該部位已設構造柱,可對已設構造柱增大截面及配筋;如該部位原未設構造柱,則可用增設構造柱來滿足要求。房屋轉(zhuǎn)角處的門窗間墻承受雙向側(cè)向應力,其局部尺寸應不小于1m;其余外縱墻的門窗間墻局部尺寸部分不滿足1m要求時,其限值可放寬到0.8m;內(nèi)墻門間墻局部尺寸不滿足要求時,可用設構造柱來滿足。
值得指出的是,近幾年在多層磚房的抗震設計中,較普遍存在為了客廳開大門洞,不惜犧牲門間墻寬度的現(xiàn)象。這是個對局部尺寸認識不足的概念設計問題,一是認為部分不滿足局部尺寸要求關系不大;二是認為只要用擴大了的構造柱替代門間墻就沒有問題了,在設計中將構造柱當作“靈丹妙藥”到處使用。應當明白,磚砌體和砼的變形模量差別很大,雖然磚砌體與構造柱和圈梁可以協(xié)同工作,增加房屋的延性,但是它們不能同時段進入工作狀態(tài),在“中震”階段的抗震承載力主要由磚砌體承擔。因此,砌體結構中過多配置砼的桿系構件,其作用是有限的。
3.2抗震計算
抗震計算是抗震設計的重要組成部分,是保證滿足抗震承載力的基礎。多層磚房的抗震計算,可采用底部剪力法。對平面不規(guī)則和豎向不規(guī)則的多層磚房,宜采用考慮地震扭轉(zhuǎn)影響的分析程序。目前,多層磚房的抗震設計中,不作抗震驗算是較普遍的現(xiàn)象,這樣就必然存在一是不安全二是浪費的問題。多層磚房的抗震計算比較容易,文獻[2]中有較完整的計算實例,可供手算時參考。筆者經(jīng)對7度區(qū)若干幢規(guī)則的7層住宅磚房抗震計算分析顯示,底層所用混合砂漿的強度等級不能低于M10。
3.3抗震措施
保障多層磚房的抗震措施,是多層磚房“大震不倒”和不作“二階段設計”的關鍵。多層磚房的抗震措施內(nèi)容較多,概括起來,可分為三部分。
3.3.1構造柱和圈梁的設置
對橫墻較多的多層磚房,應按文獻[1]表5.3.1的要求設置構造柱;對橫墻較少或橫墻很少的多層磚房,應根據(jù)房屋增加一層或二層后的層數(shù),按表5.3.1的要求設置構造柱。表中的“較大洞口”,設計中可界定為:門洞寬不小于2m和窗洞寬不小于2.3m;“大房間”可界定為:層高超過3.6m或長度大于7.2m。
對橫墻承重或縱橫墻共同承重的裝配式鋼筋砼樓、屋蓋或木樓、屋蓋的多層磚房,應按文獻[1]表5.3.5的要求設置圈梁;對于隔開間或每開間設置構造柱的多層磚房,應沿設有構造柱的橫墻及內(nèi)、外縱墻在每層樓蓋和屋蓋處均設置閉合的圈梁。
值得注意的是,圈梁的截面和配筋不宜過大,通常按文獻[1]第5.3.6條要求的數(shù)值或提高一個等級采用就可以了,不宜無限提高。同理,圈梁的作用也是有限的。
3.3.2構件間的連接措施
多層磚房各構件間的抗震構造連接是多層磚房抗震的關鍵。抗震構造連接的部位較多,重要部位的連接措施有下列幾項。
a)構造柱與樓、屋蓋連接
當為裝配式樓、屋蓋時,構造柱應與每層圈梁連接(多層磚房宜每層設圈梁);當為現(xiàn)澆樓、屋蓋時,在樓、屋蓋處設240mm×120mm拉梁(配4φ10縱筋)與構造柱連接。
b)構造柱與磚墻連接
構造柱與磚墻連接處應砌成馬牙槎,并沿墻高每隔500mm設2φ6拉結鋼筋,每邊伸入墻內(nèi)不小于1m。
c)墻與墻的連接
7度時層高超過3.6m或長度大于7.2m的大房間,以及8度和9度時,外墻轉(zhuǎn)角及內(nèi)外墻交接處,當未設構造柱時,應沿墻高每隔500mm設2φ6拉結鋼筋,每邊伸入墻內(nèi)不小于1m。
d)屋頂間的連接
突出屋面的樓梯間等,構造柱應從下一層伸到屋頂間頂部,并與頂部圈梁連接。屋頂間的構造柱與磚墻以及磚墻與磚墻的連接,可按上述抗震措施采取。
(5)后砌體的連接
后砌的非承重砌體隔墻,應沿墻高每隔500mm設2φ6拉結鋼筋與承重墻連接,每邊伸入墻內(nèi)不小于0.5m。8度和9度時,長度大于5.1m的后砌墻頂,應與樓、屋面板或梁連接。
(6)欄板的連接
磚砌欄板應配水平鋼筋,且壓頂臥梁應與砼立柱相連,壓頂臥梁宜錨入房屋的主體構造柱。
(7)構造柱底端連接
構造柱可不單獨設基礎(承重構造柱除外),但應伸入室外地面下500mm,或錨入室外地面下不小于300mm的地圈梁。
3.3.3懸臂構件的連接
(1)女兒墻的穩(wěn)定措施
6~8度時,240mm厚無錨固女兒墻(非出入口處)的高度不宜超過0.5m,當超過時,女兒墻應按抗震構造圖集要求采取穩(wěn)定措施。女兒墻的計算高度可從屋蓋的圈梁頂面算起,當屋面板周邊與女兒墻有鋼筋拉結時,計算高度可從板面算起。
(2)懸挑構件
懸臂陽臺挑梁的最大外挑長度不宜大于1.8m,不應大于2m。
不應采用墻中懸挑式踏步或豎肋插入墻體的樓梯。
4結語
多層磚房在城鄉(xiāng)建設中量大面廣,又是人類活動和生活的主要場所。因此,加強多層磚房抗震設計,重視多層磚房抗震設計中的三個環(huán)節(jié),就能使多層磚房的地震破壞降低到最低限度。
參考文獻
1建筑抗震設計規(guī)范(GBJ11—89)及1993年局部修訂.中國建筑工業(yè)出版社,1989遼寧科學技術出版社,1993
2建筑結構設計手冊叢書編委會.建筑抗震設計手冊.中國建筑工業(yè)出版社,1994
2超高層建筑結構抗側(cè)剛度設計與控制
為了提高超高層建筑的抗震性,其足夠的結構側(cè)向剛度必不可少。足夠的結構側(cè)向剛度不僅可以保障建筑物的安全性、抗震性,還可在一定程度上有效抵抗建筑結構構件的不利受力情況及極限承載力下的安全穩(wěn)定性。設計超高層建筑的結構抗震側(cè)向剛度,應重點從其結構體系和剛度需求進行。
2.1結構設計。結構初步設計根據(jù)建筑高度和抗震烈度確定高度級別和防火級別。超高層結構設計首先滿足規(guī)范要求的高寬比限值和平面凹凸尺寸比值限值,其次控制扭轉(zhuǎn)不規(guī)則發(fā)生:在考慮偶然偏心影響的規(guī)定水平地震力作用下,扭轉(zhuǎn)位移比不大于1.4;最大層間位移角不大于規(guī)范限值的0.4倍時,扭轉(zhuǎn)位移比不大于1.6;混凝土結構扭轉(zhuǎn)周期比不大于0.9,混合結構及復雜結構扭轉(zhuǎn)周期比大于0.85。最后設計過程中嚴格控制偏心、樓板不連續(xù)、剛度突變、尺寸突變、承載力突變、剛度突變等現(xiàn)象。滿足結構設計規(guī)范的同時,還應考慮建筑師的設計意圖和功能需求,同時滿足設備專業(yè)設計要求。結構平面的規(guī)整程度直接影響著抗震設計的強弱,盡量采用筒體結構,以使得承受傾覆彎矩的結構構件呈現(xiàn)為軸壓狀態(tài),且其中的豎向構件應最大程度的安置在建筑結構的外側(cè)。各豎向構件和連接構件的受力合理、傳力明確,降低剪力滯后效應,杜絕抗震薄弱層產(chǎn)生。
2.2結構側(cè)向剛度控制。超高層建筑的抗震性能設計主要與結構側(cè)向剛度的最大層間位移角和最小剪力限制相關。對于層間位移角限值,其是衡量建筑抗震性的剛度指標之一,地震作用應使得建筑主體結構具有基本的彈性,保證結構的豎向和水平構件的開裂不會過大。同時,因超高層建筑的底部樓層、伸臂加強層等特殊區(qū)域的彎曲變形難以起主導作用,所以應采取剪切層間位移或有害層間位移對其變形進行詳細的分析與判斷。對于最小地震剪力,其最重要的兩個影響因素是建筑結構的剛度和質(zhì)量,當超高層建筑難以達到最小地震剪力要求時,設計人員應該結合具體情況適度的增加設計內(nèi)力,提高其抗震能力和穩(wěn)定性,然而,當不能滿足最小地震剪力時,還需通過重新設計或調(diào)整建筑結構的具體布置或提高剛度來提高建筑物在地震作用下的安全性,而非單純增高地震力的調(diào)整系數(shù)。
3超高層建筑的性能化抗震設計
超高層建筑的抗震性能設計,國內(nèi)主要根據(jù)“三個水準,兩個階段”,即“小震不壞、中震可修、大震不倒”。超高層建筑來說,其建筑工程復雜、高度極高、面積大、成本高,一旦受到地震損害,其損失程度會更高,因此,必須充分考慮各方理論、實際情況和專家意見,兼顧經(jīng)濟、安全原則,定量化的展開超高層建筑的性能化抗震設計。同時,相關文件雖針對超高層建筑結構的性能化設計制定了較具體且系統(tǒng)的指導理念,涉及宏觀與微觀兩個層面。但是,由于結構構件會受到損壞,且損壞與整體形變情況的分析計算都需進行專業(yè)的彈塑性靜力或動力時程計算,而目前我國尚未形成相關的定量化的評價體系,因此,設計人員應在積極參考ATC-40和FEMA273/274等規(guī)范。此外,對于彎曲變形為主導的建筑結構,在大震作用后應尤其注重構件承載力的復核。
4超高層建筑多道設防抗震設計
除了上述注意事項外,針對超高層建筑進行抗震性設計時,還因注重設計多道的抗震防線。多道抗震防線是指一個由一些相對獨立的自成抗側(cè)力體系的部分共同組成的抗震結構系統(tǒng),各部分相互協(xié)同、相互配合,一同工作。當遭遇地震時,若第一道防線的抗側(cè)移構件受到損害,其后的第二道和第三道防線的抗側(cè)力構件即會進行內(nèi)力的重新調(diào)整和分布,以抵御余震,保護建筑物。目前,我國超高層建筑主要依靠內(nèi)筒和外框的協(xié)同工作來達到提供抗側(cè)剛度的目的,包含兩種受力狀態(tài):首先,建筑的內(nèi)外結構通過樓板和伸臂析架來協(xié)調(diào)作用,進而使得外部結構承受了較多的傾覆彎矩和較少的剪力,而內(nèi)筒則承受了較大的剪力和一些傾覆彎矩,廣州東塔就是此受力方式的典型;其次,以交叉網(wǎng)格筒或巨型支撐框架為代表的建筑外部結構,其十分強大,依靠樓板的面內(nèi)剛度,外部結構即可同時承受較大的傾覆彎矩和剪力,如廣州西塔。
1基本情況
廣州琶洲香格里拉酒店項目位于廣州市海珠區(qū),廣州國際會議展覽中心東側(cè),在建的黃洲大橋西側(cè),北臨珠江,南靠新港東路,長約240米,寬約200米。整個項目包括一座37層的酒店(塔樓高32層,裙樓5層)和宴會大廳,以及2層地下車庫。
2抗震設防標準
(1)抗震設防烈度:7度。
(2)本工程屬丙類建筑,按本地區(qū)設防烈度采取抗震措施。
3基本數(shù)據(jù)
(1)場地類別:Ⅱ類。
(2)土層等效剪切波速為168.4m/s-173.8m/s,場地覆蓋層厚度約13.5m-17.4m,砂土液化等級綜合評定為嚴重,屬于抗震不利地段。
(3)持力層名稱:微風化巖層,埋深約10.90m-23.70m,地基承載力特征值fak=4500KPa,巖石天然濕度下單軸抗壓強度的標準值fr=13.5Mpa。
(4)樁型為沖孔/鉆孔灌注樁,樁端埋深約15-20m。
4建筑結構布置和選型
(1)主樓高度(±0.00以上)140.7m,地面以上結構層為38層,其中出屋面一層,高度為4.7m。
(2)裙房高度(±0.00以上)29.0m,地面以上結構層為4層。
(3)塔樓主體部分、裙樓和宴會廳之間設兩道110mm寬抗震縫分開。建筑物總高度為136.0m,總平面尺寸為195m×122m。其中塔樓部分(轉(zhuǎn)換層以上)平面尺寸為72米×18米,長寬比L/B=4<[6],高寬比H/B=6.0<[7];裙樓部分平面尺寸110m×45m,長寬比L/B=2.4,高寬比H/B=0.5;宴會大廳平面尺寸65m×53m,長寬比L/B=1.2,高寬比H/B=0.3。
(4)塔樓質(zhì)心有微小的向上偏心(以底端為原點)。
(5)結構形式簡單、平面形狀規(guī)則、布置均勻;結構層第5層為轉(zhuǎn)換層,豎向構件布置不連續(xù)。
(6)本工程為現(xiàn)澆鋼筋混凝土結構,樓蓋整體性好。
(7)結構類型:框架—剪力墻結構,屬于復雜類型。
(8)抗震等級:本工程塔樓的框架和核心筒為一級抗震。由于地下室頂板作為上部結構的嵌固部位,地下一層的抗震等級與上部結構相同。其余部分裙樓及其地下一層與主樓相連,一級抗震。
(9)結構概況:
整個大樓的設計采用框架—剪力墻結構形式,分為兩級結構,轉(zhuǎn)換層以下布置了21根巨型框支柱,剪力墻及承重柱均落地直至基礎,由剪力墻、的框架柱和框架梁形成第一級結構,承受水平力和豎向荷載,而樓面及次梁作為第二級結構,只承受豎向荷載并傳遞到第一級結構上。5結構分析主要結果
(1)計算軟件:PKPM系列結構分析軟件SATWE模塊(2002規(guī)范版本)中國建筑科學研究院PKPMCAD工程部編制。
(2)樓層自由度為3(剛性樓板)。
(3)周期調(diào)整系數(shù):0.8。
(4)主樓結構總重:2291152.81KN(SATWE)。
(5)基底地震總剪力:32581KN(X向)36421KN(Y向)(SATWE)。
(6)扭轉(zhuǎn)位移比:1.3。
(7)轉(zhuǎn)換層的上下剛度比:0.6027。
(8)最大軸壓比:n=0.85。
(9)最大層位移角為1/941,在17層(SATWE)。
(10)時程分析采用人工模擬的加速度時程曲線,選用了兩組實測波和一組場地人工波進行彈性動力時程分析。彈性階段的時程分析,構件內(nèi)力,側(cè)向位移小于采用振型分解反應譜法的構件內(nèi)力和側(cè)向位移。
6計算結果小結(與規(guī)范要求對比):
(1)在風荷載及地震作用下各構件的強度和變形均滿足有關規(guī)范的要求。
(2)墻、柱的軸壓比均符合《建筑抗震設計規(guī)范》和《高規(guī)》的要求,轉(zhuǎn)換層以上柱子軸壓比小于[0.85],框支柱軸壓比小于[0.6]。
(3)按彈性方法計算的樓層層間最大位移與層高之比Δμ/h=1/941滿足《高層建筑混凝土結構技術規(guī)程》(JGJ3-2002)第4.6.3條要求的1/800。
(4)塔樓滿足(JGJ3-2002)關于復雜高層建筑結構扭轉(zhuǎn)為主的第一自振周期與平動為主的第一自振周期之比最大值為0.729,不大于0.85的規(guī)定。
(5)塔樓滿足(GB50011-2001)第3.4.2條關于復雜高層建筑各樓層的最大層間位移不應大于該樓層兩端層間位移平均值的1.4倍的規(guī)定。
(6)除轉(zhuǎn)換層外,塔樓各層均滿足(GB50011-2001)第3.4.2條關于各樓層的側(cè)向剛度不小于相鄰上一層的70%,并不小于其上相鄰三層側(cè)向剛度平均值的80%的規(guī)定。
(7)塔樓滿足(JGJ3-2002)第E.0.2條關于轉(zhuǎn)換層上部結構與下部結構的等效側(cè)向剛度不應大于1.3的規(guī)定。
(8)除轉(zhuǎn)換層外,塔樓各層均滿足(JGJ3-2002)第4.4.3條關于樓層層間受剪承載力不宜小于相鄰上一層的80%的規(guī)定。
(9)塔樓滿足(JGJ3-2002)第5.4.4條關于結構穩(wěn)定性的規(guī)定。
(10)塔樓滿足(JGJ3-2002)第3.3.13條關于各樓層對應于地震作用標準值的樓層水平地震剪力系數(shù)不小于表3.3.13的規(guī)定。
(11)塔樓滿足(JGJ3-2002)第3.3.5條關于按時程曲線計算所得的結構底部剪力不宜小于CQC法求得的底部剪力的65%的規(guī)定。
(12)結構薄弱層彈塑性層間位移符合《建筑抗震設計規(guī)范》(GB50011-2001)第5.5.5條關于彈塑性層間位移角(1/164)小于1/100的規(guī)定。
7其它需要說明的問題
本工程在三種超限條件(高度、高寬比、體型規(guī)則性)中,高度超限13.3%,高寬比滿足規(guī)范及規(guī)程的有關要求,結構平面形狀規(guī)則,豎向不規(guī)則。
主要超限抗震措施包括:
(1)為避免大樓整體結構之間形狀的不規(guī)則,引起不利于抗震的情況,在主樓和裙樓之間設置110mm寬抗震縫兩道,縫的兩側(cè)設置雙柱,地下室、基礎不用設縫。
(2)轉(zhuǎn)換層位于第5層,框架柱和剪力墻的抗震等級根據(jù)《高規(guī)》表4.8.2和表4.8.3規(guī)定提高一級,為特一級。
(3)首層、設備夾層、避難層、屋面層樓板加強,板厚為180mm,中央核心筒板厚加強為150mm,配筋相應加強,設雙向雙層鋼筋網(wǎng)。
質(zhì)量是建筑的核心,而建筑的抗震性能是體現(xiàn)建筑質(zhì)量的主要因素,對建筑質(zhì)量的影響極大,然而,在當今超限高層建筑抗震設計中,卻由于由于多種原因造成抗震設計的質(zhì)量出現(xiàn)了嚴重的問題,材料對其造成的影響只是其中一個重點要素。材料的影響主要現(xiàn)在材料的質(zhì)量、材料的不匹配等問題,在超限高層建筑工程設計中,有很多工作人員為某一己之私而在施工中用一些質(zhì)量不達標的材料,嚴重影響的建筑的抗震性能;另外,還有些工作人員在設計中會將一些其他的建筑抗震設計方案引入到該建筑物中,而由于建筑物的高度以及整體結構都有所不同,導致出現(xiàn)“張冠李戴”的現(xiàn)象,與實際的建筑缺乏匹配度,導致超限高層建筑抗震設計受到了一定的影響,使建筑的安全性降低達不到超限高層建筑抗震的標準。
1.2平面結構設計對超限高層建筑物抗震設計的影響
超限高層建筑物的平面結構設計是與建筑物外形有著直接的聯(lián)系,當然也與建筑物抗震設計有著密切的關系,同時超限高層建筑的平面設計與施工難度有著直接的聯(lián)系,然而,在當今超限高層建筑平面設計中卻存在一定的問題,平面結構設計引起的施工難度過大,而導致的超限高層建筑抗震的施工也受到了一定的阻礙,即使能順利施工也會因為結構設計的不合理對超限高層建筑抗震性能造成一定的影響,在后期的使用中依舊存在重大的安全隱患[3]。另外,如果平面結構設計的不合理,會造成無法準確的確定超限高層建筑抗震的均衡點的位置,尤其是超限高層建筑設計中需要考慮的因素較多,可能會在平面結構設計中會漏掉某些細節(jié)的設計,一些結構細節(jié)出現(xiàn)問題也會導致超限高層建筑整體的抗震性安全性受到一定的影響。
1.3受力體系對超限高層建筑抗震設計帶來的影響
受力體系是建筑抗震設計中需要考慮的重要因素,而且每個建筑的受力體系也各不相同,這與設計者的經(jīng)驗沒有太大的聯(lián)系,因此,在設計的過程中不能光憑經(jīng)驗來完成設計,而且,確實有這種情況發(fā)生,覺得自己有著多年的設計經(jīng)驗,就沒有詳細的對建筑受力體系進行分析,通過以前的經(jīng)驗直接按部就班的放到設計里,最終導致建筑的受力體系與抗震設計發(fā)生了矛盾,造成超限高層建筑抗震的性能降低,使得建筑整體缺乏安全性和穩(wěn)定性。
2超限高層建筑抗震設計優(yōu)化
2.1做好超限高層建筑設計的前期工作
由第一部分得知,建筑材料對超限高層建筑設計抗震設計的影響及其的嚴重,因此在設計前要做好前期的準備工作,主要對設計中涉及到的材料質(zhì)量、數(shù)量、規(guī)格等做好相應的規(guī)劃設計,通過對材料的了解再進行相應的設計,尤其是材料的性能參數(shù)一定要做好詳細的分析,因為有很多材料類型差不多,但是,還是有著細節(jié)上的差別。另外,還應對超限高層建筑地點的地質(zhì)地貌、周邊環(huán)境等進行詳細的分析,這些因素對超限高層建筑抗震設計也有著一定的影響。因此,要做好前期的材料搜集、整理的工作,要確保相關數(shù)據(jù)材料收集的全面性和準確性。通過做好前期的準備工作,不管是在超限高層建筑的整體設計還是對建筑的抗震設計需要將這些數(shù)據(jù)作為設計的基礎,進而確保設計過程中避免出現(xiàn)一些誤差。
2.2對超限高層建筑物平面結構設計的優(yōu)化
超限高層建筑的設計要比平常的多層、高層的設計特點復雜的多,而且對超限高層建筑抗震設計的本身要求也特別高,因此,在這種情況下超限高層建筑抗震設計中,應全面的考慮各種因素,將其作為優(yōu)化方案的因素。另外,在對超限高層建筑抗震設計的過程中,設計者要根據(jù)實際情況,再結合多種有關設計因素,如,抗震指數(shù)、施工方式等,設計出多種超限高層建筑抗震設計方案,然后再通過多種方案的相互比較,選擇出最優(yōu)化的方案,通過這種優(yōu)化方式,能更好的做好超限高層建筑的抗震設計,而且,以這種設計優(yōu)化方式,一旦發(fā)現(xiàn)方案中存在設計問題或安全隱患能及時的比較出來,并及時的改正,對建筑抗震性能具有很大的保障。
2.3明確超限高層建筑抗震設計中的受力體系
隨著社會不斷的發(fā)展,人們不僅對建筑的質(zhì)量要求提高了,同時也對建筑物的外觀有著一定的要求,美觀、大氣、上檔次是建筑外觀現(xiàn)出來的典型特點,但是有很多建筑物只考慮到外觀設計,卻忽略了建筑的受力體系,對建筑物的抗震性能帶來直接的影響,如果這種現(xiàn)象出現(xiàn)在超限高層建筑的設計中,勢必會為建筑物帶來更大的安全隱患,因此,在對超限高層建筑物抗震設計中一定要明確建筑物的受力體系。建筑的外觀要求是要滿足的,而在達到這個要求的同時,還需要設計者充分考慮到超限高層的抗震設計,要盡量以后者為主,畢竟后者是關乎到建筑物使用的安全性。可以通過力學的知識來尋找超限高層建筑抗震設計受力體系中的平衡點,以此來實現(xiàn)超限高層建筑的抗震要求。
建筑的抗震設計以及抗震性能的高低與人民群眾的生命財產(chǎn)安全有著直接聯(lián)系,而建筑抗震設計又是以建筑設計為基礎的。這是由于建筑結構是基于建筑設計的,當建筑設計完成后建筑結構就難以改變。因此建筑設計師在建筑設計前期就應該充分考慮到建筑抗震設計的需求。
二、基于建筑抗震設計的建筑設計措施
(一)建筑結構設計的對稱原則
我國出臺的建筑抗震設計規(guī)范中指出,我國建筑抗震的設計目標是小震不壞,中震可修,大震不倒。對于建筑師和結構工程設計師來說,在進行建筑工程設計師應該秉持著簡單、規(guī)則的建筑結構原則。一般方形、圓形、為主。建筑的豎向形態(tài)的變化要規(guī)則,一般可以選擇矩形、梯形等變化均勻的形狀。對稱結構建筑在地震地面平動作用下一般只會出現(xiàn)平移震動,建筑內(nèi)部構件出現(xiàn)測位移量,內(nèi)部構件受力均衡;而非對稱結構的建筑則會由于剛心和質(zhì)心不重合,在地面平動的過程中也會出現(xiàn)扭轉(zhuǎn)振動。如建筑內(nèi)部的構建離剛心較遠就會由于超出變形極限而出現(xiàn)損壞,進而導致結構一側(cè)失效而倒塌。
(二)注重建筑構件與連接點處質(zhì)量
在建筑工程設計和施工過程中建筑構件的合理配置以及連接點處的質(zhì)量與建筑施工安全質(zhì)量存在直接的聯(lián)系。并且在新型建筑材料問世的同時建筑物的外部設計大都匯采用新型建筑材料,例如大理石、瓷磚等。而建筑室內(nèi)裝飾也會使用到吊頂?shù)燃夹g。這些室內(nèi)以及立面裝飾本身存在抗震性能的問題,并且其與建筑主體的牢固連接也是抗震設計的關鍵。近幾年有部分國外高層建筑在發(fā)生地震時下起了“玻璃雨”,建筑的玻璃幕墻由于地震導致破損。這是由于當前所使用的玻璃幕墻還無法適應地震中產(chǎn)生變形和扭轉(zhuǎn)。因此建筑如要采用玻璃幕墻則必須保證玻璃幕墻的強度與變形能力。在其與建筑主體連接處要設計為能夠在水平向?qū)崿F(xiàn)變位能力的構造,從而在地震時玻璃幕墻能夠與建筑物地震變形脫離,減少玻璃幕墻的損壞。另外,在建筑設計中內(nèi)隔墻、玻璃隔斷等結構件的設計中也要充分考慮其與建筑主體連接點的牢固性,保證其抗震性能。
(三)關注建筑頂部抗震
在高層或超高層的建筑設計過程中,建筑的頂部抗震設計是十分關鍵的。當前高層或超高層建筑的屋頂普遍存在過高和過重的問題。屋頂過高或過重會導致建筑變形加重,進而強化了地震的破壞作用。對于屋頂建筑以及下層建筑物的安全性能有著極大的負面影響。如建筑的屋頂與下層建筑的重心沒有位于同一條直線上,那么建筑屋頂?shù)目箓?cè)力墻也會與下層建筑的抗側(cè)力墻出現(xiàn)分離,當?shù)卣鸪霈F(xiàn)時則會加劇損壞。因此在高層或超高層建筑設計中應該使用新型高強度輕質(zhì)的建筑材料,盡可能保證屋頂?shù)闹匦呐c下層建筑的重心位于通一條直線。當建筑屋頂?shù)妮^高時要保證其抗震定性,緩解地震帶來的變形作用。
(四)建筑豎向布置
建筑豎向布置主要體現(xiàn)在建筑物的高度結構質(zhì)量以及剛度的設計中,特別是在高層或超高層建筑中建筑的豎向布置對于建筑抗震設計來說更加重要。建筑樓層的使用功能差異導致建筑物樓層分布的質(zhì)量和剛度均不一致,例如樓層包括游泳池、會議室、健身房等。樓層的功能需求導致樓層上下之間的剛度差異過大。高層建筑中剛度最差的樓層的抗震性能最為薄弱,在出現(xiàn)地震時即為變形嚴重的薄弱層。在建筑設計中由于樓層功能不同導致的墻體不連續(xù),柱子不對稱等極大的限制了抗震性能。因此在建筑抗震設計中應該盡量保證豎向的剛度分布靠近,尤其是在結構上剛度轉(zhuǎn)換層更加要著重注意。