基于性能下的建筑结构抗震设计论文_王海平

基于性能下的建筑结构抗震设计论文_王海平

上海结宇建筑设计有限公司 上海 200335

摘要:基于地震给全球建筑结构带来的巨大损伤,给世界经济发展构成极大威胁,建筑领域对于抗震设计有了更多的关注,在新时期的建筑结构设计中,将基于性能下的建筑结构抗震性能充分的考虑进去,进一步提升建筑的牢固性和耐久性,也有效减轻了地震力给人们安全生活构成的威胁,保证建筑建设在追求高质量高效益的基础上健康发展,本文对基于性能抗震设计方案进行了深入探讨,从专业角度分析了其设计方案的优越性和发展前景。

关键词:基于性能;建筑结构;抗震设计

人们经济水平的提升,对个人居住环境和条件有了更高的要求,新时期的建筑设计在满足人们追求现代化的同时,对建筑功能有了更高的要求,大型建筑与日俱增,内部空间布局设计越来越复杂,庞大的建筑体系出现是我们不得不再次强调建筑的安全性能,给建筑抗震结构设计提出了不小的挑战。为了给建筑市场提供一个稳定、健康的发展空间,保证居民生活舒适、安全,不得不将结构的抗震设计考虑在建设设计当中。基于性能下的建筑结构抗震设计,要求设计者有充足的专业设计能力,当建筑遭遇地震力时内部会受到怎样的应力,并将可能出现的现象做具体分析,以此作为建筑结构设计的依据,这样就有针对性的对外界给建筑产生的破坏力成为考虑范围之内,设结构设计更加合理,后期运行更加安全、可靠。

一、基于性能的建筑结构抗震设计方法

基于性能的抗震设计有针对性的对外界对建筑产生的消极力作了分析,这样的方法应用在当今建筑抗震设计中显得尤为重要。但就如何合理对建筑抗震性能进行设计还需继续讨论和重视,为将这一思维充分应用建筑结构设计当中,不同人有不同的理解,综合各个学者专家的讨论,将它们的建议和思想总结如

其一,借助传统基于力的设计方法。就是在进行建筑结构变形验算之前要先进行基于地震作用的强度设计,就是要明了当地的建筑抗震等级。但是这种方法存在一定的片面性,其要求结构的性能水平要充分的量化,面对多级地震存在的地区,对地震力的把握就不那么有针对性了,如果在多级地震等级共同存在的情况下,还需对结构的具体性能逐一的验算。如果在此过程中,要让结构性能目标水平对结构初期的投资要有一定的考虑,那么就需要采用可靠度理论和优化思想来对其进行确认,与此同时,还能考虑到未来可能会遭遇到的地震损失。作为一种传统的设计方法,这种方法是被普遍应用的。

其二,直接基于位移的抗震设计。这种设计方法是要通过结构位移的方式来确定结构的性能指标。与传统的基于力的方法有着明显的不同,此方法从根本上对建筑结构的设计过程发生了改变。要通过目标的位移作为设计时的变量条件,从结构受力上的不同情况作了验算,使得建设在后期使中更加安全和稳定。此方法在进行位移设计时,可以有效的把握结构的有效周期,且对结构的刚度强调有个较清晰的了解,从而对建筑极低受到的地震剪力可以做具体分析,使得建筑设计时配筋和混凝土浇筑尺寸有了明确的方案。此方法虽说精准,可靠,但在应用中难以控制变量条件,与传统方案相比,工作量大,需要足够的细心和耐心,还需要进一步的而研究。

二、建筑结构的隔震和消震设计

在建设结构设计当中,隔震和消震是有效减轻地震力对建筑结构带来冲击的有效方法,比如建筑内部的耗能元件要和地震动卓越周期彼此较错,避免地震发生时二者产生共振,对建筑造成更大的破坏力。隔震就要通过措施将建筑物和地震力相隔离,通常建筑设计的隔震层是在建筑基础结构和上部机构的连接处,就是在发生地震是,减缓地震力由地基上向上部结构传达的力的强度,使上部结构受地震力影响较小,受到变形就小,有效保护了建筑的整体性和安全性。而消能减震则要通过在建筑内部多设置一些耗能的部件和结构,让建筑内部自动消耗一部分来说外界的能力,从而达到自保的效果,这样建筑的主体结构受到外界力的影响就相当小了。

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三、地震危险性分析和建筑结构的反应

1、地震危险性分析

在相关的设计中,人们为了有效的描述地震危险性,采用最为普遍的方法就是加速度反应谱。但是这种方法也有一定的局限性,那就是当周期超过 3.0s 时,其反应谱的准确性就不是很高。所以,人们为了确切的知道地震的危险性,都会对场地进行仔细考察,这是为了让建筑结构能够在较长周期段了解特征化的地震需求。假设:(a)根据建筑物的反应,判断它是是弹性的还是接近弹性的,就需要根据正常使用水准评价来完成振型分析;(b)根据建筑物是否已形成非弹性反应,就需要根据倒塌水准评价来完成非线性反应时程分析。所以,再设计相关的建筑结构时,需要对以下情况有所了解:

(1)有很多个振型都会对建筑结构的地震反应产生影响,而最明显振型反应的出现地也不确定。

(2)如果想要提出与场地相关的反应谱,那首先就要对场地的构造环境有一定的了解;

(3)为了达到更高的要求,建筑结构工程师在选择和建筑物高度、结构形式相同的阻尼水准时,必须做到谨慎;

(4)几何平均值谱需求具有不确定性,可能会小于最大值谱需求,也可能会大于最小值谱需求;

(5)源效应具有不确定性,长周期段的谱需求如发生变化,可能由它造成。

2、建筑结构的反应

通常情况,新开发建筑建立在软土地基的情况下较多,必要时,还需要对实体基础进行深埋,由此产地的设计问题也是相当多。在发生基础地震动时,就需对地震动给建筑深埋地基不同深度产生的变化规律有所了解,并就此给出什么样的建筑结构更适合这样的运动规律,深埋地基受到的地震力和水平地面受到的地震力是完全不同的,自由地面的地震动产生的力可以由地震的危害性测评检测的到,而深埋地基受到的地震力规律随时变化。所以设计深埋地基的建筑结构设计时,要对软土的土壤性能做细致的检测,对其是否有液化可能性做到心里有数,以及地基坑的稳定性和边坡坡度设计都是要考虑在内的。尤其在地震频发的地区,要搞清所建建筑的地理位置,和震源断裂的位置关系以及所在地区的自然条件,当然减震防震都是在预测未知的地震力,在地震频发的地带尽量避免建设大型建筑就是最佳的抗震方法,远离震源,往往会给建筑更高的完全性。

四、建筑结构基于性能抗震设计思想的应用

虽然人们对该种设计方法掌握的还不够具体,相关技术应用尚不成熟,但这种思想已经被社会大众所接纳,所以相信不久的将来,基于性能下的建筑结构设计会在建设设计领域被广泛应用,较好的完成现代建筑中的抗震要求。虽然传统基于力的抗震性能设计方案在应用中还有瑕疵,但是它已经对传统抗震设计有了不小的改善和优化,加之其可以在原有的抗震设计方案中加上对多结构建筑的性能验算。比如,传统抗震设计中通常进行的验算只适用于较小的地震力作用,当发生较大的地震力作用,还需让力作为设计参量,更好更详细地完成对结构性能状态的描述。

五、结束语

综上所述,建筑结构基于性能抗震设计已经得到更多的人认可和接受,在当今的建筑工程结构设计中应用的也比较广泛,未来建筑对稳定性、耐久性提出更高要求,这就还需要我们的技术更加成熟,更加与时俱进。对于建筑工程来说,力、位移、速度、加速度、能量和损伤都可以对结构性能状态的参量产生一定的影响,从而了解基于性能抗震设计的要求。基于性能抗震设计理念的提出,让研究和设计人员对建筑结构中地震研究更加注重起来,这也是我国未来建筑业发展的重点。

参考文献:

[1]朱万鑫.浅析基于性能的建筑结构抗震设计研究[J].江西建材.2016(13)

[2]陈磊.基于性能的钢筋混凝土建筑结构抗震设计方法[J].门窗.2015(8)

[3]戴金华.基于性能的钢筋混凝土建筑结构抗震设计方法[J].土木工程学报.2012(5)

论文作者:王海平

论文发表刊物:《基层建设》2017年第26期

论文发表时间:2017/12/11

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