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關(guān)鍵詞:房屋建筑;結(jié)構(gòu)分析;抗震設(shè)計
一、抗震設(shè)計的重要性
從我們現(xiàn)在的經(jīng)濟發(fā)展狀況來講,城市人口越來越密集,房屋建筑也越來越多,若突然發(fā)生大的地震災(zāi)難就會造成難以估量的損失。房屋建筑根本性質(zhì)就是為了給人們提供一個安全舒適的住宿,為人們的一個防護所,避免人們經(jīng)受風吹日曬以及其他極端天氣。地震則是我們目前所知的自然災(zāi)害中最嚴重的一個災(zāi)害,它所給人們造成極大的影響,地震不僅是簡單的震動,也會引起一系列海嘯、泥石流等自然災(zāi)害,其破壞性不可小覷。由此可見,當一個破壞性極大的災(zāi)難發(fā)生在人們最需要安全的避難所時,我們就不得不重視對于這一災(zāi)難的防護。再加上我們目前生活水平的提高,我們目前對于房屋建筑的要求應(yīng)該是更為舒適,使用壽命更強,這就進一步要求我們對于房屋建筑的整體抗震性有更加完善的技術(shù)從而更好地保證我們生活的舒適性。
二、房屋建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計規(guī)定
在我國,房屋建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計的標準一般分為特殊設(shè)防類、重點設(shè)防類、標準設(shè)防類、適度設(shè)防類等四個類別,簡稱甲、乙、丙、丁。在甲乙類建筑體系設(shè)計中應(yīng)按高于本地區(qū)抗震設(shè)防烈度提高一度的要求加強其抗震措施,9度時應(yīng)按比9度更高要求采取抗震措施。而丙類建筑應(yīng)按本地區(qū)抗震設(shè)防確定其抗震措施。在丁類建筑中地震作用應(yīng)按本地抗震設(shè)防烈度確定,但抗震措施(6度除外)允許比本地抗震設(shè)防烈度的要求適當降低。在多層和高層現(xiàn)澆鋼筋混凝土房屋的結(jié)構(gòu)類型中,當平面和豎向均不規(guī)則的結(jié)構(gòu)或建造于Ⅳ類場地的結(jié)構(gòu)出現(xiàn)時,適用最大高度應(yīng)適當減少。在鋼筋混凝土房屋抗震等級的要求中,它的抗震設(shè)計一般要滿足,如果是框架部分承受的地震傾覆力矩大于結(jié)構(gòu)總地震傾覆力矩的50%的話,那么它的框架抗震等級應(yīng)按框架結(jié)構(gòu)來定。另外當?shù)叵率翼敯遄鳛樯喜拷Y(jié)構(gòu)的嵌固部位時,地下一層的抗震等級應(yīng)與上部結(jié)構(gòu)相同,地下一層一下抗震構(gòu)造措施的抗震等級可逐層降低一級,但不應(yīng)低于四級。地下室中無上部結(jié)構(gòu)的部分,抗震構(gòu)造措施的抗震等級可根據(jù)具體情況采用三級或者四級。對于那些筒體房屋結(jié)構(gòu)抗震的設(shè)計要求來說,筒體部分與框架部分樓板一般采用梁板體系。在施工程序及連接構(gòu)造上我們采取減小結(jié)構(gòu)豎向溫度變形及軸向壓縮對加強層影響措施來解決。當?shù)陀?度采用加強層時,加強層的大梁或桁架與周邊框架柱的連接宜采用鉸接或半剛性連接。需要注意的是如果是9度的情況出現(xiàn)時就不要采用加強層了。
三、抗震設(shè)計在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的運用
抗震的設(shè)計在整個建筑中可以說是十分關(guān)鍵的一環(huán),我們可以從一下幾個方面進行理解,從而體會抗震設(shè)計時如何在房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中進行運用,進而理解抗震設(shè)計在房屋建筑中的重要性。(1)提高房屋建筑結(jié)構(gòu)的抗震力。抗震設(shè)計,顧名思義,就是保障房屋建筑能夠在地震時將其破壞程度保障到最小范圍。所以在進行房屋建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計師,首先就要保障有一個穩(wěn)固的地基。地基是整個建筑的基礎(chǔ),其抗震性能也就在一定程度上決定著整個建筑的抗震能力。其次,房屋的整體結(jié)構(gòu)上要建造抗震能力強的結(jié)構(gòu)。比如我們知道的一些幾何圖形具有穩(wěn)定的效能,我們就可以將其運用在房屋的結(jié)構(gòu)當中。規(guī)則、對稱的建筑結(jié)構(gòu)也能有利于保障房屋的穩(wěn)定性,從而減少地震對于房屋建筑變形的影響。在房屋建筑中的一些小細節(jié)上注意到對于抗震的作用。(2)我們完善了房屋的抗震設(shè)計之后,可以再從地震一方面來思考如何降低地震作用對房屋建筑的影響。我們目前所采取的辦法就是在建筑物的基礎(chǔ)與主體之間加一個隔震層,也有人提出在建筑物的頂端部分設(shè)立一個“反擺”。這樣的設(shè)計首先能夠有效避免發(fā)生地震時建筑物之間互相碰撞,并且能夠有效緩解在地震來臨時房屋的震動幅度,從而保障房屋內(nèi)部物品的安全。這樣的設(shè)想我們目前已經(jīng)有所應(yīng)用,在一些實際的經(jīng)驗中我們也發(fā)現(xiàn)了這一方法的可行性。(3)保證建筑的剛度,建筑結(jié)構(gòu)上的防護以及外部的防護之后,還有保障房屋建筑自身的堅硬程度。首先,就需要考慮到在進行建筑時,使用鋼筋混凝土材料,保障房屋的穩(wěn)固。其次,就是在我們已有的建筑結(jié)構(gòu)上對整個建筑進行進一步的加固。這一方面我們目前已經(jīng)有相關(guān)的規(guī)定,明確告訴我們?nèi)绾螌τ诓煌ㄖ愋瓦M行不同的外層加固。目前,我們也仍需對于房屋建筑的使用材料進行進一步的探究,努力尋找優(yōu)化建筑材料的辦法,能夠幫我們在建造房屋時一方面減少不必要的材料浪費,另一方面就是將優(yōu)質(zhì)的材料的性能充分地體現(xiàn)在房屋建筑整體的抗震性能上。
四、房屋建筑結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計措施
1.房屋建筑位置的選擇,房屋建筑位置的選擇在一定意義上來說決定著房屋質(zhì)量的好壞,一般地地震可以導致房屋建筑周圍地表變化,這樣就會造成地基的開裂,導致房屋出現(xiàn)問題。因此在地理位置的選擇上,設(shè)計人員要對房屋建筑進行合理化選擇:如選擇開闊的堅硬場地,考慮場地土的剛度大小和場地覆蓋層的厚度等。2.房屋建筑材料的選擇,抗震性房屋建筑材料要選擇那些質(zhì)量優(yōu)等的材料。要綜合考慮保暖、防火等多種因素的存在,比如良好的鋼、鋁合金結(jié)構(gòu)、木質(zhì)結(jié)構(gòu)及輕型復(fù)合材料等建筑材料作為主體材料。3.選擇合適的建筑結(jié)構(gòu)體系,結(jié)構(gòu)體系要滿足穩(wěn)定性,要與建筑結(jié)構(gòu)相配套。此外要注意建筑物傳力途徑的明確性,以及受力計算的明確性,保障在建筑體系中不使用轉(zhuǎn)換層,這樣就會保障有地震發(fā)生時候避免建筑傾斜或局部受損等現(xiàn)象的發(fā)生。4.做好底層框架抗震墻設(shè)計,鑒于我國的地震災(zāi)害多數(shù)發(fā)生在底層,一般突出表現(xiàn)為“上輕下重”的這樣一個現(xiàn)象,所以在設(shè)計時候要突出底層的墻體比框架柱重,框架柱又要比梁重。這樣的設(shè)計就會在發(fā)生地震時底層破壞的程度比房屋的底層輕得多。5.鋼筋混凝土框架抗震內(nèi)力設(shè)計。我們盡可能做到在地震作用下的框架呈現(xiàn)梁鉸型延性機構(gòu),為減少梁端塑性鉸區(qū)發(fā)生脆性剪切破壞的可能性,對梁端的剪力適當調(diào)整,使斜截面受剪承載力高于正截面受彎承載力,做到“強剪弱彎”。在實際運用中如不采取這個措施,柱端很可能比梁端先出現(xiàn)塑性鉸。因此適當調(diào)整柱計算內(nèi)力并增大配筋,使塑性鉸首先出現(xiàn)在梁端,抗震性能較好。
五、結(jié)語
地震是人類生活面臨的重要的自然災(zāi)害,危及著人民的生命與財產(chǎn)安全。在我國,目前人們對于房屋建筑無論是安全性還是舒適性的要求越來越高,房屋建筑行業(yè)不斷改善自己的設(shè)計和技術(shù),不斷為人們提供更好更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計的時候,必須充分考慮抗震設(shè)計,并有采取適當?shù)目拐鸫胧?,盡最大可能確保房屋質(zhì)量,才能減少地震的危害。我們要進行不斷地探索,對于抗災(zāi)設(shè)計有所重視,不斷改善我們的技術(shù),建造更優(yōu)質(zhì)的建筑。
作者:王甲輝 單位:吉林供電公司
論文關(guān)鍵詞:供水管網(wǎng),地震損失,宏觀估計
2008年汶川地震、2009年智利太子港地震、2010年玉樹地震、2011年新西蘭克萊斯特徹奇均對受災(zāi)地區(qū)的生命、財產(chǎn)造成了損壞,供水管網(wǎng)亦遭受了重大損失。因此對于地震的損壞影響進行科學合理的預(yù)測估計就顯得尤為重要,但迄今為止的損失估計方法多集中在震后詳細統(tǒng)計評價,少量的預(yù)測估計統(tǒng)計提出了一些方法,但因為其對于資料要求比較高而不大適用于供水系統(tǒng)的抗震規(guī)劃工作,因此建立適應(yīng)和尤其是對于宏觀方面的損失進行戰(zhàn)略性的估計是非常必要的。
1研究現(xiàn)狀
M. D. Trifunac水利論文,M. I. Todorovska對于Northridge-California地震中的管道損壞密度進行了分析,研究了其與表面土體應(yīng)變之間的關(guān)系,其研究中所采用的指標是每km2的管道損壞數(shù),因素為土壤的峰值應(yīng)變或者場地土震動強度,通過分析其相關(guān)關(guān)系,建立起了預(yù)測模型,可以對San Fernando Valley和Los Angeles的管網(wǎng)在假設(shè)的地震場景下的損壞估計其地震損壞概率,對地震危機的應(yīng)急預(yù)案(例如地震后的消防規(guī)劃)具有重要的指導意義[[1]]。
Walter W. Chen, Ban-jwu Shih,Yi-Chih Chen等人對Ji-Ji地震進行分析,利用GIS的數(shù)據(jù)庫,在研究中建立了修復(fù)率RR和地震峰值地動加速度、峰值地動速度、地震譜強度之間的關(guān)系[[2]]。
Yarg?c?Volkan對于埋地管線進行了深入研究水利論文,針對1999年的DüZCE地震進行了基于經(jīng)驗的埋地管線地震反應(yīng)概率分析評價方法研究。該研究建立了管線損壞指標基于土壤液化敏感性、場地土厚度(如果存在的話)、峰值地動加速度、場地變形值等因素的有限狀態(tài)函數(shù),由此建立了管線系統(tǒng)的修復(fù)與前述因素的相關(guān)關(guān)系,這些成果均有助于供水系統(tǒng)運營者做好抗震規(guī)劃[[3]]。
IainTromans也研究了埋地管線在地震區(qū)的損壞特征。該研究在歐洲51次實際地震的資料基礎(chǔ)上建立了經(jīng)驗公式,著重探索了管線震害率與峰值地動速度之間的關(guān)系,并認為峰值地動速度為因素建立管線震害率損壞指標的關(guān)系比較合理[[4]]。
Takao Adachi1, Bruce R. Ellingwood等人[[5]]研究認為管道損壞率(以搶修率近似)與管道損壞烈度存在關(guān)系:
(1)
RR——搶修率(RepairRatios),處/1000ft(處/305m)。
k——取決于管材、管徑、土地條件的常數(shù)。
PGV——峰值地動速度(Peak Ground Velocity),in/s(2.5cm/s)。
但一般情況下地震區(qū)的地震烈度容易為供水系統(tǒng)的管理人員了解且直觀明了,峰值地動速度比較專業(yè)且資料不易獲取,故該模型應(yīng)用受到限制。
2 管網(wǎng)損失宏觀估計模型研究
2.1 地震烈度值單變量模型
管網(wǎng)損壞的程度采用以每km修復(fù)數(shù)目的“修復(fù)密度”和以產(chǎn)銷差震前震后變化程度衡量的“恢復(fù)難度”兩項指標來衡量,相關(guān)的影響因素考慮設(shè)防等級高于地震烈度的設(shè)防富余度、柔性管材與接頭比例兩項因素,對汶川各城鎮(zhèn)的損失情況分析如圖1、圖2所示??梢姲凑招迯?fù)密度損壞指標衡量的管網(wǎng)損失與各個因素相關(guān)度不高,如圖1、圖3所示;而柔性管材與接頭比例也與兩項損壞指標相關(guān)性不強水利論文,如圖2、圖4所示。故考慮基于恢復(fù)難度損壞指標與地震烈度、設(shè)防富余度因素的管網(wǎng)損失宏觀估計模型。
圖1修復(fù)密度與設(shè)防富余度關(guān)系圖
圖2 恢復(fù)難度與設(shè)防富余度關(guān)系圖
圖3 修復(fù)密度與柔性比例關(guān)系圖
圖4 恢復(fù)難度與柔性比例關(guān)系圖
表1表明按照恢復(fù)難度指標計算的管網(wǎng)損失也與地震烈度基本呈正相關(guān),因此同時考慮建立由基于地震烈度因素和恢復(fù)難度指標的單變量管網(wǎng)損失宏觀估計模型, 利用表1的第2行與第4行的數(shù)據(jù)進行單變量非線性回歸分析,借助于Microsoft Excel的散點圖進行“加載趨勢線”實現(xiàn),趨勢線選用多項式類型,得到結(jié)果如圖5所示。
表1 恢復(fù)難度與設(shè)防富余度關(guān)系表
城鎮(zhèn)名稱
綿竹
青川
都江堰
綿陽
原來管網(wǎng)設(shè)防烈度
8
8
8
7
汶川地震實際烈度
9.5
9
9
7.5
設(shè)防富余度
-1.5
-1
-1
-0.5
恢復(fù)難度
2.53
1.8
0.67
0.42
城鎮(zhèn)名稱
江油
寧強
廣元
成都
原來管網(wǎng)設(shè)防烈度
8
7
7
8
汶川地震實際烈度
8
7
7
7
設(shè)防富余度
1
恢復(fù)難度
0.2
關(guān)鍵字:抗震設(shè)防 設(shè)防烈度 管理工作
為了提高我國工程抗震性能,減少地震災(zāi)害對我國工程設(shè)施的破壞程度,國家于2002年元旦實施《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》(GB50011)國家標準,以此強制性推行提高地區(qū)設(shè)防烈度。實施該規(guī)范也取得了很好的成效,例如隴縣城區(qū)原抗震設(shè)防烈度為7度,在積極響應(yīng)國家《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》下,該地區(qū)抗震設(shè)防烈度提升至8級,且該地區(qū)亦成為了陜西省提高抗震設(shè)防烈度唯一的地區(qū)。在本案,筆者將結(jié)合隴縣城區(qū)提高設(shè)防烈度之后的抗震設(shè)防管理工作,探析抗震設(shè)防管理工作。
一、案例概況
隴縣縣城城區(qū)有3.1萬人口,總面積2km2,建筑物占地面積290萬m2。自2002年元旦,即《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》(GB50011)實施之后,隴縣新建建筑工程共4萬m2。
隴縣縣城地震地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜,即隴縣位于龍山山斷裂帶,受控于隴西旋扭性活動斷裂帶,且縣城北部有隴縣-馬召斷裂帶。針對這一情況,隴縣提高抗震設(shè)防烈度勢在必行。自從提高了抗震設(shè)防烈度,該地區(qū)抗震設(shè)防標準大大提高。下表比較了隴縣縣城抗震設(shè)防標準提高前后。
由圖表可得,建筑物現(xiàn)行設(shè)計基本地震加速度值高出原加速度值的1倍;相對于調(diào)查估算工程造價,實際造價高出約13%;據(jù),Ⅱ類場地內(nèi)建筑結(jié)構(gòu)地震影響系數(shù)高出原地震影響系數(shù)的2.3倍。
二、抗震設(shè)防管理工作
在實施《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》(GB50011)之后,隴縣面臨新的問題,即如何解決原有建筑物抗震設(shè)防性能低、如何管理新建高抗震設(shè)防性能建筑物。這不僅僅只是隴縣面臨的問題,也是若干類似于隴縣的地區(qū)共同面臨的問題。在本案,筆者將針對以上問題做一系列探索性研究:
(一)加固原有抗震水平較低的建筑工程
2002年元月之前,隴縣已建建筑物占地面積約280萬m2,為96%總建筑面積。調(diào)查結(jié)果顯示,隴縣已建建筑物抗震設(shè)防性能均不符合《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》,其嚴重影響了隴縣城區(qū)建筑物總體抗震性能。針對這一問題,筆者認為應(yīng)該堅持“詳細調(diào)查已建建筑物實際抗震能力、針對性加固抗震性能不足建筑物結(jié)構(gòu)”管理思路。
工程建設(shè)行政主管部門應(yīng)積極配合工程技術(shù)人員普查鑒定已建建筑物抗震性能,并根據(jù)鑒定結(jié)果創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫。針對這一問題,筆者認為應(yīng)該突出重點,即重點普查鑒定震時抗震指揮系統(tǒng)、生命線系統(tǒng)及震時次生災(zāi)害嚴重的建筑物等。從而對隴縣已建建筑物進行綜合性評估,制定針對性強、可操作性強的抗震加固計劃,并分期、不步驟開展,以此提高隴縣已建建筑物抗震水平。
此外,擴大抗震宣傳范圍,適時轉(zhuǎn)變城區(qū)人民觀念,并積極提高城區(qū)人民8度區(qū)抗震設(shè)防意識;新建工程抗震設(shè)防管理部門、強化建設(shè)行政主管部門監(jiān)督檢查力度,以此為施行《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》保駕護航;加固已建建筑工程,提升其抗震設(shè)防標準。
(二)強化提高抗震設(shè)防宣傳力度
提高抗震設(shè)防烈度事關(guān)該地區(qū)社會活動及經(jīng)濟活動的正常開展,且對人民生命財產(chǎn)安全也至關(guān)重要。所以,地區(qū)領(lǐng)導應(yīng)該及時掌握所管轄地區(qū)建筑工程抗震性能,并針對發(fā)現(xiàn)的問題,制定切實可行的解決措施。此外,地區(qū)管理部門應(yīng)該適時向設(shè)計單位、勘察單位及建筑施工企業(yè)傳達中央相關(guān)思想及文件,并通過開展學習班,組織專業(yè)技術(shù)人員學習抗震規(guī)范,以此充分轉(zhuǎn)變其觀念及8度區(qū)抗震設(shè)防意識。充分利用大眾傳媒,向當?shù)厝嗣駛鬟_中央相關(guān)思想,以此提高當?shù)厝嗣窨拐鸱罏?zāi)意識。
(三)新建工程抗震設(shè)防管理部門
新建工程抗震設(shè)防管理部門要求充分發(fā)揮建設(shè)行政主管部門監(jiān)督檢查職能,以確?!督ㄖ拐鹪O(shè)計規(guī)范》落實到位。
筆者在結(jié)合多年研究結(jié)果及實踐經(jīng)驗基礎(chǔ)上,提出要強化建設(shè)行政主管部門監(jiān)督檢查職能應(yīng)著手于以下三個方面:
1.強化管理新建工程場址選擇
規(guī)范新建工程場址選擇是提高設(shè)防烈度的要求,更是適應(yīng)現(xiàn)代社會發(fā)展的需要。通過綜合分析《建筑抗震設(shè)計規(guī)范》、《隴縣縣城抗震防災(zāi)規(guī)劃》、地震地質(zhì)資料及工程地質(zhì)資料,根據(jù)分析結(jié)果綜合評價抗震危險地段、不利地段及有利地段。新建工程場址應(yīng)該盡可能避開抗震不利地段,若新建工程無法避開抗震不利地段,則應(yīng)該制定針對性的、切實可行的工程抗震措施。關(guān)于新建工程場址選擇相關(guān)事項,筆者認為應(yīng)該適時納入隴縣城市總體規(guī)劃。
2.建立健全工程施工圖設(shè)計審查機制
施工圖設(shè)計審查制度為建筑物抗震設(shè)防標準的保障措施之一,則應(yīng)該將施工圖設(shè)計審查作為新建工程抗震設(shè)防管理工作的重中之重來抓。施工圖設(shè)計審查即檢查抗震設(shè)防規(guī)范于建筑工程設(shè)計圖的落實情況。據(jù)相關(guān)權(quán)威調(diào)查數(shù)據(jù)顯示,工程項目設(shè)計均不同程度地存在問題,例如:就工程設(shè)計文件而言,設(shè)計單位說明該工程抗震設(shè)防烈度是8度,而就工程結(jié)構(gòu)設(shè)計而言,該工程抗震構(gòu)造措施均為7度。但針對這一問題,施工圖審查機構(gòu)往往不容易察覺,由此可得,施工圖審查單位及工程設(shè)計單位均未完全轉(zhuǎn)變抗震設(shè)防觀念,且對提高建筑工程抗震設(shè)防標準概念認識不完全面。由此可得,抗震設(shè)防管理部門應(yīng)該強化管理力度,并經(jīng)常性監(jiān)督檢查施工圖審查工作及施工圖設(shè)計工作,以確保工程抗震設(shè)防標準落到實處。
3. 加大工程抗震設(shè)防管理部門與質(zhì)量監(jiān)督部門合作力度
質(zhì)量監(jiān)督部門應(yīng)積極配合工程抗震設(shè)防管理部門跟蹤檢查新建工程抗震設(shè)防情況,并嚴格執(zhí)行《中華人民共和國防震減災(zāi)法》,對減漏抗震構(gòu)造措施致建筑工程抗震設(shè)防標準不達標的施工企業(yè)予以最嚴厲的懲罰。
結(jié)束語
綜上,針對提高設(shè)防烈度地區(qū)抗震設(shè)防管理工作,筆者認為應(yīng)該建立健全相關(guān)管理機制,并適時調(diào)整及探索新工作思路,以此確保提高設(shè)防烈度地區(qū)能夠有效抵御未來破壞性地震災(zāi)害,并最大程度降低人民生命財產(chǎn)損失等。
參考文獻:
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論文摘要:本文對人防結(jié)構(gòu)設(shè)計與抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計進行比較, 人防結(jié)構(gòu)設(shè)計在很多方面與抗震設(shè)計相似,提出了一些提高延性的措施。
人防地下室應(yīng)能承受常規(guī)武器或核武器爆炸動荷載的作用,人防地下室一般也有抗震設(shè)防要求,設(shè)計時應(yīng)使之能承受地震動荷載及武器爆炸動荷載作用。人防結(jié)構(gòu)設(shè)計與抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計既有相同又有不同之處。下面是些粗淺認識的總結(jié),希望能對設(shè)計工作有些幫助。
1 荷載作用方式
相同點:兩者均為偶然荷載,均為動荷載,設(shè)計時均按一次作用考慮。不同點:人防結(jié)構(gòu)構(gòu)件如果暴露于空氣中則直接承受空氣沖擊波的作用,如果埋于土中直接承受土中壓縮波的作用,因此人防荷載對結(jié)構(gòu)構(gòu)件外表面的是直接作用,其動荷載直接作用于構(gòu)件,其作用為外力;而地震動荷載則是由于地震時地面運動引起的動態(tài)作用,其實質(zhì)是慣性力,是間接的作用。建筑物的所有構(gòu)件(只要有質(zhì)量)均會由于地震動而存在慣性力。人防動荷載一般是直接作用于人防地下室外表面的構(gòu)件,一般可按同時作用于圍護結(jié)構(gòu)考慮,而人防地下室內(nèi)部的墻柱等構(gòu)件只間接承受圍護構(gòu)件及上部結(jié)構(gòu)傳來的動荷載。
2 荷載的大小
人防動荷載(即常規(guī)武器或核武器爆炸動荷載)其沖擊波壓力是隨時間變化的,為方便設(shè)計計算《人防規(guī)范》將它簡化成等效靜荷載,它只代表作用效果的等效,等效靜荷載并不是實際作用的力,但它方便了設(shè)計計算可以用靜力分析的模式進行內(nèi)力計算;設(shè)計時等效靜荷載的大小的確定主要與設(shè)防抗力等級有關(guān)。
地震作用大小首先與震級、烈度、震源深度、建筑物離震源的距離等有關(guān)。其次與建筑物的質(zhì)量大小、建筑物所處的場地條件及土質(zhì)、及建筑物的動力特性(如自振周期、振型、阻尼等)有關(guān)。
3 設(shè)計方法:
抗震設(shè)計方法通常為“三水準、二階段”的設(shè)計方法,設(shè)防目標為“小震不壞,中震可修,大震不倒”。為實現(xiàn)設(shè)防目標取小震下地震動參數(shù)計算結(jié)構(gòu)彈性下的地震作用效應(yīng),進行截面承載力驗算。第二階段是大震下的結(jié)構(gòu)彈塑性變形驗算。并通過概念設(shè)計和抗震構(gòu)造措施來滿第三水準的設(shè)計要求。
人防結(jié)構(gòu)設(shè)計的動力分析一般采用等效靜荷載法:由于在動荷載作用下,結(jié)構(gòu)構(gòu)件振型與相應(yīng)靜荷載作用下?lián)锨€很相近,且動荷載作用下結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞規(guī)律與相應(yīng)靜荷載作用下破壞規(guī)律基本一致,所以在動力分析時,可將結(jié)構(gòu)構(gòu)件簡化為單自由度體系,用動力系數(shù)乘以動荷載峰值得到等效靜荷載,這時結(jié)構(gòu)構(gòu)件在等效靜荷載作用下的各項內(nèi)力就是動荷載作用下相應(yīng)內(nèi)力的最大值。按等效靜荷載分析計算的模式代替動力分析,給防空地下室結(jié)構(gòu)設(shè)計帶來很大方便。采用等效靜荷載分析時,為滿足抗力要求,結(jié)構(gòu)材料參數(shù)應(yīng)乘以材料強度綜合調(diào)整系數(shù)。最后結(jié)構(gòu)構(gòu)件在動荷載作用下的變形極限用允許延性比[β]來控制。按允許延性比進行彈塑性工作階段的防空地下室,即可認為滿足防護和密閉要求。 轉(zhuǎn)貼于
4 設(shè)計原則:
人防設(shè)計與抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計的設(shè)計原則一樣:
4.1 結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能有足夠的延性,避免脆性破壞,鋼筋砼結(jié)構(gòu)構(gòu)件均應(yīng)采取“強柱弱梁”“強剪弱彎”的設(shè)計原則。
4.2 各結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗力相協(xié)調(diào)的原則,避免出現(xiàn)薄弱部位。防空地下室的結(jié)構(gòu),應(yīng)充分考慮各部位作用荷載值不同,破壞形態(tài)不同以及安全儲備不同等因素,保證在規(guī)定的動荷載作用下,結(jié)構(gòu)各部位(如出入口和主體結(jié)構(gòu))都能正常地工作,防止由于存在個別薄弱環(huán)節(jié)致使整個結(jié)構(gòu)抗力明顯降低。如果某個部位失效,將導致整個人防區(qū)失效。同樣抗震設(shè)計也十分強調(diào)避免出現(xiàn)薄弱環(huán)節(jié)(如薄弱層,軟弱層等),因為大震時薄弱層或軟弱層出失效將導致建筑物倒塌,產(chǎn)生嚴重后果。
5 提高延性的設(shè)計構(gòu)造措施
核武器與常規(guī)武器爆炸均屬于偶然性荷載,具有量值大,作用時間短且不斷衰減的特點,結(jié)構(gòu)構(gòu)件承受動荷載時已經(jīng)處于彈塑性工作階段,因此,結(jié)構(gòu)構(gòu)件具有較大的延性,對吸收動能,抵抗動荷載是十分有利的。人防結(jié)構(gòu)設(shè)計時,構(gòu)造上應(yīng)采取“強剪弱彎” “強柱弱梁”“強節(jié)點弱桿件”的設(shè)計原則。如可充分利用受彎構(gòu)件和大偏心受壓構(gòu)件的變形吸收武器爆炸動荷載作用的能量,以減輕支座截面的抗剪與柱子抗壓的負擔,確保結(jié)構(gòu)在屈服前不出現(xiàn)剪切破壞和屈服后有足夠的延性,最終形成塑性破壞,提高結(jié)構(gòu)的整體承載能力;又如受彎構(gòu)件應(yīng)雙面配筋,對承受動荷載作用下可能的回彈和防止在大撓度情況下構(gòu)件坍塌十分重要,另外在節(jié)點區(qū)應(yīng)有足夠的抗剪、抗壓能力和足夠的鋼筋錨固長度。上述這些措施和抗震設(shè)計的原則是一致的。
參考文獻
關(guān)鍵詞:地震,災(zāi)害,結(jié)構(gòu)設(shè)計
地震是人類在地震區(qū)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)防與不設(shè)防,震后結(jié)果大不一樣。要使工程建設(shè)真正達到能夠減輕以至避免地震災(zāi)害,把握好抗震設(shè)計關(guān)是減輕地震災(zāi)害的根本措施。 地震是人類在繁衍生息、社會發(fā)展過程中遇到的一種可怕的自然災(zāi)害。強烈地震常常以其猝不及防的突發(fā)性和巨大的破壞力給社會經(jīng)濟發(fā)展、人類生存安全和社會穩(wěn)定、社會功能帶來嚴重的危害。據(jù)統(tǒng)計,歷史上各種自然災(zāi)害曾毀滅了世界各地52個城市,其中因地震而毀滅的城市有27個。地震之外的其它各種災(zāi)害,如水災(zāi)、火災(zāi)、火山噴發(fā)、風災(zāi)、沙災(zāi)、旱災(zāi)等毀滅的城市為25座。因此,地震占災(zāi)害總數(shù)的52%??梢姷卣馂?zāi)害確系“群害之首”。研究表明,在地震中造成人員傷亡和經(jīng)濟損失最主要的因素就是房屋倒塌及其引發(fā)的次生災(zāi)害(約占95%)。無數(shù)次的震害告訴我們,抗震設(shè)防是防御和減輕地震災(zāi)害最有效、最根本的措施。
另一方面,我國作為發(fā)展中國家,人口稠密,建筑物抗震能力低。因此,我國的地震災(zāi)害可謂全球之最。上個世紀,全球因地震而死亡的人數(shù)為110萬人,其中我國就占55萬人之多,為全球的一半。因此,粗略地說,我國的國土面積占全球的1/14,人口占1/4,地震占1/3,地震災(zāi)害占1/2。因此,建筑物的抗震設(shè)防問題是我國減輕自然災(zāi)害、保障國民經(jīng)濟建設(shè)和社會持續(xù)發(fā)展,特別是保障人民群眾生命安全的一個重要問題。
1.震害多發(fā)點
地震作用具有較強的隨機性和復(fù)雜性,要求在強烈地震作用下結(jié)構(gòu)仍保持在彈性狀態(tài),不發(fā)生破壞是很不實際的;既經(jīng)濟又安全的抗震設(shè)計是允許在強烈地震作用下破壞嚴重,但不倒塌。。因此,依靠彈塑性變形消耗地震的能量是抗震設(shè)計的特點,提高結(jié)構(gòu)的變形、耗能能力和整體抗震能力,防止高于設(shè)防烈度的“大震”不倒是抗震設(shè)計要達到的目標。
1.1結(jié)構(gòu)層間屈服強度有明顯的薄弱樓層
鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)在整體設(shè)計上存在較大的不均勻性,使得這些結(jié)構(gòu)存在著層間屈服強度特別薄弱的樓層。在強烈地震作用下,結(jié)構(gòu)的薄弱層率先屈服,彈塑性變形急劇發(fā)展,并形成彈塑性變形集中的現(xiàn)象。如1976年唐山大地震中,13層蒸吸塔框架,由于該結(jié)構(gòu)樓層屈服強度分布不均勻,造成第6層和第11層的彈塑性變形集中,導致該結(jié)構(gòu)6層以上全部倒塌。
1.2柱端與節(jié)點的破壞較為突出
框架結(jié)構(gòu)的構(gòu)件震害一般是梁輕柱重,柱頂重于柱底,尤其是角柱和邊柱易發(fā)生破壞。。除剪跨比小的短柱易發(fā)生柱中剪切破壞外,一般柱是柱端的彎曲破壞,輕者發(fā)生水平或斜向斷裂;重者混凝土壓酥,主筋外露、壓屈和箍筋崩脫。當節(jié)點核芯區(qū)無箍筋約束時,節(jié)點與柱端破壞合并加重。當柱側(cè)有強度高的砌體填充墻緊密嵌砌時,柱頂剪切破壞嚴重,破壞部位還可能轉(zhuǎn)移至窗洞上下處,甚至出現(xiàn)短柱的剪切破壞。
1.3砌體填充墻的破壞較為普遍
砌體填充墻剛度大而變形能力差,首先承受地震作用而遭受破壞,在8度和8度以上地震作用下,填充墻的裂縫明顯加重,甚至部分倒塌,震害規(guī)律一般是上輕下重,空心砌體墻重于實心砌體墻,砌塊墻重于磚墻。
2.抗震結(jié)構(gòu)設(shè)計
較合理的框架地震破壞機制,應(yīng)該是節(jié)點基本不破壞,梁比柱屈服可能早發(fā)生、多發(fā)生,同一層中各柱兩端的屈服歷程越長越好,底層柱底的塑性鉸宜最晚形成。即:框架的抗震設(shè)計應(yīng)使梁、柱端的塑性鉸出現(xiàn)盡可能分散,充分發(fā)揮整個結(jié)構(gòu)的抗震能力。
2.1抗震計算中的延性保證
從用樓層水平地震剪力與層間位移關(guān)系來描述樓層破壞的全過程可反映出,在抗震設(shè)防的第二、三水準時,框架結(jié)構(gòu)構(gòu)件已進入彈塑性階段,構(gòu)件在保持一定承載力條件下主要以彈塑性變形來耗散地震能量,所以框架結(jié)構(gòu)需有足夠的變形能力才不致抗震失效。試驗研究表明,“強節(jié)點”、“強柱弱梁’、“強底層柱底”和“強剪弱彎”的框架結(jié)構(gòu)有較大的內(nèi)力重分布和能量消耗能力,極限層間位移大,抗震性能較好。
綜合大量實驗研究成果,影響不同受力特征節(jié)點延性性質(zhì)的主要綜合因素有:相對作用剪力、相對配筋率、貫穿節(jié)點的梁柱縱筋的粘結(jié)情況。
2.2構(gòu)造措施上的延性保證
四川大地震實踐證明,當建筑結(jié)構(gòu)在大地震中要求保持足夠的承載能力來吸收進入塑性階段而產(chǎn)生的巨大能量,因為此時的結(jié)構(gòu)在震中進入到一個塑性階段,容易產(chǎn)生變形。所以,根據(jù)這種特點和抗震的要求,多發(fā)地震的國家鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計均要求按延性框架結(jié)構(gòu)進行設(shè)計,所以建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計必須保證結(jié)構(gòu)局部薄弱區(qū)的承載力與剛度,保證了建筑構(gòu)造的整體性,延性的增加也就提高了變形能力,這樣可以減少地震的破壞性,提高了建筑的抗震能力。
在結(jié)構(gòu)布置上,按擴大了的柱端抗彎承載力進行設(shè)計,理論上可將柱屈服的可能性減少,保證“強柱弱梁”的設(shè)計原則。但因各種原因,如梁的實際抗彎承載力可能增大,高振型使柱中反彎點的轉(zhuǎn)移等綜合因素影響,要使柱中完全避免塑性鉸是困難的,同時為實現(xiàn)“強剪弱彎”的要求,保證塑性鉸區(qū)域的局部延性,也必須通過一定的構(gòu)造措施來保證結(jié)構(gòu)的延性,具體做法如下:
(1)限制軸壓比與縱筋最大配筋率合理的受力過程可明顯提高構(gòu)件延性,為實現(xiàn)受拉鋼筋的屈服先與受壓區(qū)混凝土壓碎的破壞形態(tài),以提高塑性鉸區(qū)域的轉(zhuǎn)動能力,規(guī)范限制軸壓比與縱筋最大配筋率,同時對混凝土受壓區(qū)高度也提出相應(yīng)要求。。
(2)限制約束配筋和配筋形式。加密塑性鉸區(qū)內(nèi)的箍筋間距是很重要的一點,為保證“強節(jié)點”、“強柱弱梁”、“強底層柱底”和“強剪弱彎”的設(shè)計原則及塑性鉸區(qū)域的局部延性,有必要加密塑性鉸區(qū)內(nèi)的箍筋間距,這不但可提高柱端抗剪能力,還可約束核心區(qū)內(nèi)混凝土,對縱向鋼筋提供側(cè)向支承,防止大變形下縱筋壓曲,從而改善塑性鉸區(qū)域的局部延性。
(3)限制材料。拒絕豆腐渣工程的第一關(guān)就是把握好材料質(zhì)量,材料延性對確保構(gòu)件(結(jié)構(gòu))延性極為重要。
3.結(jié)語
鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)是我國大量存在的建筑結(jié)構(gòu)形式之一,歷年震害資料表明:鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的柱端與節(jié)點的破壞較為嚴重,其抗震設(shè)計中必須滿足“強柱弱梁”、“強剪弱彎”、“強節(jié)點”、“強底層柱底”等延性設(shè)計原則和有關(guān)規(guī)定。在多層及高層鋼筋混凝土房屋抗震設(shè)計的實踐中,由于設(shè)計人員對規(guī)范的理解和掌握尺度上,以及因地因人在結(jié)構(gòu)選型、布置以及計算方法上相互差異較多而對設(shè)計產(chǎn)生較多的爭議,抗震設(shè)計方法值得深入研究。
參考文獻
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