探究建筑结构体系中的抗震设计

2020-03-29王嘉峰

探索科学(学术版) 2020年12期

王嘉峰

沈阳原构设计咨询有限公司辽宁沈阳110000

1 引言

虽然目前的建造工艺突飞猛进,但对地震的研究水平还远远不够,还不能预测地震。虽然目前我国的地震烈度区划图在我国已经做得非常精准并且非常的科学,但它是基于有限的历史数据。在我国,大型地震或特大型地震有时也会出现在低烈度地区。同时,地震发生时,地震动的三要素存在较大不确定性,即使在同一地区,不同类型的地面运动在地震过程中对建筑物的破坏也不尽相同;地震还存在震级、传播路径、震中距离和震源机制等许多非确定因素,给地震研究带来了很多困难。

2 房屋结构抗震性设计原则

2.1 简化原则结合以往的设计经验得知,在抗震设计过程中,所设计的结构形式越简单,传力越清晰明了,其抗震性能也越高,而且简单的抗震结构在进行力学性能计算时,其计算结果的可靠性和准确性也越高。对此,在应用设计中,可以结合实际情况适当简化房屋抗震结构计算模型,优化结构构件的传力途径,这样能够有效提升房屋建筑对建筑地震作用力的承受能力,全面提高房屋建筑在结构设计中的抗震性能。

2.2 整体性原则展开建筑抗震设计时,设计内容不只是针对某一个建筑内的某一个部位,而是将抗震设计贯穿到整个设计过程中,从而提高建筑整体的抗震性能。在具体设计过程中,需要从整体性设计出发,使其满足各大指标要求。对各种可能影响结构抗震性的影响因素进行分析,借助数字模型对于结构参数进行优化处理,以此来提升结构本身的抗震性。而且对于构件需满足其抗震构造措施的要求,避免应力集中等问题的出现,从而提高结构本身的稳定性和可靠性。

3 建筑结构设计中的抗震设计

3.1 建筑结构构件的抗震设计强柱弱梁、强剪弱弯和强节点弱构件是进行框架结构抗震设计时的重要概念。相较于梁构件破坏而造成的局部破坏,柱子的破坏会危及整体结构的安全性,造成结构的整体垮塌。因此,在结构中为了保护柱,增强结构抗地震能力,将塑性铰先出现在梁部,通过发展一定的塑性来吸收地震能。还有强柱系数,梁柱线刚度比等都是相应指标。强柱弱梁使梁端的塑性铰先出、多出,尽量减少或推迟柱端塑性铰的出现。适当增加柱的配筋可以达到上述目的。需保证强剪弱弯是因为剪切破坏是一种脆性破坏,而弯曲破坏是延性破坏,有所预兆,所以能进行及时的人员疏散、财产转移。在进行抗震设计中,梁柱的剪力设计值需按规范要求进行调整。不同抗震等级的梁、柱采用不同剪力增大系数,同样需考虑材料实际强度和钢筋实际面积

2个因素的影响。强节点弱构件则需对节点核心区进行抗震验算,并且在各抗震等级下的框架节点均应符合构造措施要求。除此之外,进行抗震结构设计时,还可以参考其他减震设计来提升结构延性。例如,可以将多段墙框架融入抗震审计中,在遇到地震时,可以进行地震能量的转接和吸收,从而起到良好的减隔震作用,提升建筑结构本身的稳固性。

3.2 依据抗震标准,规范平面及竖向设计平面规则与建筑物的稳定性也存在一定的联系,这是设计人员在设计过程中必须考虑的因素之一。通常情况下,抗震建筑的平面是有一定标准的,比如,凹凸口的深度与宽度,平面长度不宜过长,不宜采用角部重叠或细腰形的平面布置。因此,结构平面布置应力求简单、规则、对称,避免刚度、质量和承载力分布不均匀。对于有较多凹凸口的复杂形状平面要进行特殊设计或采用一定的补救措施,以最大限度地保证建筑的稳定性。对于抗震高层建筑的结构竖向布置,应避免过大的外挑和收进,宜规则、均匀,结构的侧向刚度也应该做到上小下大均匀变化,竖向抗侧力构件宜上下连续贯通。

3.3 钢结构抗震设计钢结构建筑的优点是重量轻,承载能力高,结构构件标准化程度高,钢结构建筑的主要承重构件由钢板和型钢构成,材质均匀,各向同性好,结构可靠性高。钢结构的材料属理想弹性体,符合工程力学的基本假定,可在抗震设计中充分发挥钢结构的材料塑性、弹性好的特点,允许有适度的变形,能很好地承受动力荷载,在罕遇地震作用下保持结构体系的稳定,避免倒塌。高精度的加工制作工艺可以做到等强连接,实现强连接弱杆件的抗震设计原则,大大提高建筑物的抗震和承载能力。钢结构在我国得到越来越广泛的应用,特别是在大型公共建筑和基础设施中。其中最重要的是机场车站、体育场馆、高层建筑等。钢壳体结构近年也得到应用,具有很好的空间传力性能,能以较小的构件厚度形成承载能力高、刚度大的承重结构,能覆盖或围护大尺度的空间而不需要中间支撑,兼顾到承重结构和围护结构的双重作用,同时也有较好的抗震性能。