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摘要:近些年来,随着我国经济的高度发展和人们对生活质量要求的提高,建筑行业也迎来了机遇和挑战。建筑形式越来越广,平面和空间越来越多元,对建筑结构设计方面提出了更高的要求。其中,抗震设计是不规则建筑的重点和难点问题,是需要我们高度重视的,建筑形体的规则与否是抗震设计的一个重要控制指标。国内外大量的震害表明,结构的不对称、不规则,结构容易发生破坏,严重的情况会出现结构的破坏倒塌。我国于2010年也颁布了新的抗震设计相关规范,并在后期进行了相关的补充修订,对于建筑结构平面不规则的判别和抗震措施有具体要求,现从设计角度对于这两个问题进行分析。
关键词:不规则;抗震设计;问题分析
1.建筑结构平面不规则定性判别标准
1>扭转不规则,在具有偶然偏心的规定水平力作用下,楼层两端抗侧力构件弹性水平位移的最大值与平平均值的比值大于1.2。限制位移比的同时,《高规》对第一周转周期与平动周期也提出了限制要求,这这两者都与结构的抗扭有关,对楼层位移比的限制,关注的结构实际承受的扭转效应,而限制扭转平动周期比,其目的是对结构的抗扭能力大小的判断,扭转周期过大,说明该结构的抗扭能力弱,这类结构一旦遭受意外的扭转作用,将会导致较大的破坏,结构设计中应尽量避免。另外需要指出的,扭转位移比受结构布置影响很大,当位移比不满足规范要求时,不一定结构的侧向刚度过小,此时,应查看楼层位移角的计算结果。当位移角比较小时,应优先调整主要抗侧力结构的布置,较小结构的扭转效应,使质心和刚心偏心减小,同时可明显的减小楼层的层间位移比。
2>凸凹不规则,平面凹进的尺寸,大于相应投影方向总尺寸的30%3>楼板局部不连续,楼板的尺寸和平面刚度急剧变化,例如,有效楼板宽度小于改层楼板典型宽度的50%,开洞面积大于该层楼面面积的30%,或较大的楼层错层。有效楼板宽度指楼板实际专递水平地震作用时的宽度,应扣除楼板实际存在的洞口宽度和楼电梯间在楼面处的开口尺寸等。楼板典型宽度指被考察楼层的楼板代表性跨度,对平面形状比较规则的楼层,可以是楼板面积占大多数区域的楼板跨度,对抗侧力结构布置不均匀的结构,可以是主要抗侧力结构所在区域的楼板跨度。当楼电梯间周围有剪力墙时,尽管楼电梯间开洞造成楼板不连续,但由于周边围合的剪力墙有很大的侧向刚度,有利于水平地震作用的传递,因此,可不按开洞考虑。
2.竖向不规则的不规则判别标准
1>侧向刚度不规则,该层的侧向刚度小于相邻上一层的70%,或小于其上相邻三个楼层侧向刚度平均值的80%;除顶层或出屋面小建筑外,局部收进的水平向尺寸大于相邻下一层的25%;
2>竖向抗侧力构件不连续,竖向抗侧力构件的内力由水平转换构件向下传递
3>楼层承载力突变,抗侧力结构的层间受剪承载力小于相邻上一层的80%
3.针对建筑不规则采取的抗震措施
(1)平面结构不规则、竖向结构规则的建筑。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在面对这种结构的建筑进行抗震设计时,我们应采用空间结构计算模型,并保证符合要求:对于在凹凸的不规则或者是楼板不连续的情况下,计算模型需要和楼板内的实际的刚度变化相符合,高烈度或不规则程度较大时,需要考虑楼板局部变形的影响。构造上,采用加厚楼板,设置通长筋等措施。在涉及到扭转不规则性的时候,我们需要充分考虑扭转的作用。控制偶然偏心作用下楼层位移比值。当出现了平面不对称且凹凸不规则或者是楼板不连续性时,可根据实际情况分块计算扭转位移比,对扭转较大的部位应采用局部的内力增大系数。以上这些都是关于对平面结构不规则、竖向结构规则的建筑在抗震设计中我们需要考虑和调整的问题。
(2)竖向结构不规则、平面结构规则的建筑。首先,也应采用空间结构计算模型,对于刚度比较小的楼层我们在设计时需要将其地震剪力乘以一定数值的增大系数。其薄弱层按相应规范有关规定进行弹塑性变形分析。对于竖向抗侧力构件为不连续时,该构件传递到水平构件的地震内力需要增加相应的倍数。那么在考虑幅度增大的过程中,我们需要考虑到水平转换的构建自身的受力能力、几何的尺寸大小和地震烈度问题。当楼层的承载力突变时,薄弱层的抗侧力结构在受剪承载力设计时,不应小于相邻层数值的百分比等。
(3)竖向结构和平面结构不规则建筑。面对竖向结构和平面结构都不规则的建筑而言,在设计时需要充分考虑到两者的问题,采用多种抗震设计措施。对于一些比较特殊的不规则建筑,需要进行单独分析和研究。而当遇到一些建筑体形上面相对复杂的情况时,我们可以在其适当的位置设计抗震缝隙,使得抗侧力的结构上面形成一个个较为完整的单元。在考虑到沉降缝和伸缩缝的宽度时,我们也需要充分地满足抗震缝的设计要求。以上是面对竖向结构和平面结构都不规则的建筑时,在抗震设计方面我们需要采取的相关的措施。
(4)建筑形体优化。对于建筑体形的防震设计,我们需要设计师对于建筑平面进行一定的优化设计,充分分析破坏机理,结合力学的相关概念和震害的试验现象进行分析,提出相关的治理方案和解决办法,通过及时调整和设计,保证建筑的安全和稳定性。
(5)结构内力调整。抗震设计中,对不规则部位或者构件乘以特殊放大系数,使之有足够的变形能力但又不发生薄弱部位的转移,要防止在局部上加强而忽视整个结构各部位刚度、强度的协调。
4.建筑抗震设计需要注意的问题分析
(1)注意调整水平地震作用下突出屋面的附属结构地震内力,且计入与该凸出部分相连的构件。对于这样的附属结构,比如说电梯间、烟囱或者是屋顶的水箱间,与主体结构有比较大的刚度突变,在地震时会产生“鞭鞘效应”,再加上附属结构与建筑物主体结构连接比较差等原因,破坏严重,甚至局部倒塌。结构工程师需要充分考虑这些部位,加大这些部位的抗震能力设计,尽可能的降低这些部位受到地震损害,提高整个建筑结构的抗震能力。
(2)在水平地震的作用下,作为抗震设计者而言,需要考虑到一些周期长的机构地震内力的调整,有些长周期建筑虽然不属于不规则建筑,但很多震害表明,此类建筑的破坏很严重。。对于周期长的区段内,地震的影响力会快速的下降,但实际上长周期结构高振型顶部鞭鞘效应是不容忽视的,反应谱计算时要首先注意两点,第一振型要取足,第二,顶部楼层剪力宜进一步放大。必要时,要进行专门的研究。
在建筑工程的抗震设计中,结构工程师对于此类结构要加强重视,进行深入分析,避免地震时出现严重破坏,甚至倒塌。
总结
对于建筑结构中的抗震设计,是在当前的科学水平和所达到的经济条件的前提下面进行的,它很好的保证了建筑结构的稳定和安全。在建筑结构的抗震设计中,我们需要对抗震结构的动力特性进行一定的分析,对于建筑抵抗地震作用的目标进行综合性的考量,结合现有的经验,采用合理的结构体系,使建筑物具备必要的抗震承载力,良好的变形能力和消耗地震能量的能力,在地震时,能有效保证建筑的安全,进而保证人们的生命和财产安全。但是在实际的抗震的设计中,我们也出现了一些问题,比如在应对一些疑难问题和注意的事项时有所欠缺,这些必须要引起我们的高度重视。上文对于一些问题和注意事项进行了一定的分析并提出了一些解决的办法,希望能够对大家有所帮助。但是对问题的探索并没有停止,还需要我们继续的研究和分析。
参考文献
[1]王亚勇,戴国莹.《建筑抗震设计规范》的发展沿革和最新修订[J].建筑结构学报,2010
[2]朱炳寅.《建筑结构设计问答及分析 》2010年版
[3]刘大海,曾凡生,王敏,等.《建筑抗震设计规范》若干问题的探讨[J].2016
[4]《建筑抗震设计规范》GB50011-2010.2016年版
论文作者:霍慧慈
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第22期
论文发表时间:2018/11/22
标签:结构论文; 楼板论文; 不规则论文; 建筑论文; 楼层论文; 刚度论文; 位移论文; 《建筑学研究前沿》2018年第22期论文;