房屋建筑结构的震害分析及抗震设计论文_马江霖1,王浩1,冯建龙2

房屋建筑结构的震害分析及抗震设计论文_马江霖1,王浩1,冯建龙2

1.山东科技大学山东省土木工程防灾减灾重点实验室 山东青岛 266590;2.山东省冶金设计院股份有限公司 山东济南 250101

摘要:根据统计,地震灾害作为自然危害最大的灾种之一,大部分房屋建筑结构都是由地震作用作为控制荷载的,地震给房屋建筑带来的破坏性伤害是很严重的,为了保证生命和财产安全,就要进一步加强对房屋震害的研究和分析,本文主要针对影响房屋建筑结构抗震能力的主要因素进行阐述,并提出了提高我国建筑结构抗震能力的主要措施。

关键词:震害分析;抗震设计;房屋建筑结构

1引言

我国现在实行的“小震不坏,中震可修,大镇不倒”三水准设防原则,使得建筑的抗震的性能得到了很大的提高,不管是在人口密集的城市中心,还是城市周边的城市,重大的地震灾害所导致的伤亡人数已经呈明显下降趋势。然而,由于该设计原则是以保护人们生命安全为主要目的,所以它在中小灾害发生时,极有可能导致房屋建筑的某些建筑丧失,使得建筑物不能继续使用。再加上我们生活水平的提高,对房屋建筑的要求是更加舒适,使用寿命更长,这就进一步要求我们对于房屋建筑的整体抗震性能有更加完善的技术从而更好地保证我们的生活和安全需要。

2 影响房屋建筑结构抗震主要因素

2.1 建造结构所用的材料及施工质量

对于材料我们要明确这样一个道理:地震对结构作用的大小几乎与结构的质量成正比。一般来说在相同条件下,质量大,地震作用就大,震害程度就大;质量小,地震作用就小,震害程度就小。所以,在建筑的楼板、墙体、框架、隔断、围护墙以及屋面构件中,广泛采用多孔砖、硅酸盐砌块、陶粒混凝土、加气混凝土板、空心塑料板材、瓦楞铁等轻质材料,将能明显改善建筑的抗震性能指标。

施工质量的影响是深远的,在整个施工过程中,任何一个环节出现问题,都可能影响建筑结构本身的抗震能力。施工中造成的材料性能和截面几何特征在一定范围内变动,砂浆强度、混凝土浇筑质量以及延性构造措施在施工中的变动等施工质量问题,对于实际结构抗震性能具有重要影响。

2.2 建筑物本身设计

建筑物如果平面布置复杂,致使质心与刚心不重合,在地震作用下产生扭转效应,则会加剧了地震的破坏作用,如果一栋钢筋混凝土结构由于结构平面的不规则,在水平地震作用,结构产生严重的扭转效应而破坏倒塌,同时撞坏相邻建筑上部的其他结构。抗震设计中,要求结构平面布置尽可能地使结构的刚心和质心相一致,以减少地震作用下结构产生的扭转效应,对于结构的平面布置不规则房屋应注意偏离结构刚心远端抗震墙或者框架柱承载力的验算。建筑立面应避免头重脚轻,结构重心应尽可能的降低,出屋面部分如女儿墙、水箱间等。

2.3 建筑场地

地震造成建筑物的破坏,情况是各种各样的,其一,由于地震时的地面强烈运动,使得建筑物在振动过程中,因丧失整体性或强度不足,或者变形过大而破坏;其二,由于水坝倒塌、海啸、火灾、爆炸等次生灾害所造成;其三,由于断层错动,山崖崩塌、河岸滑坡、地层陷落等地面严重变形直接造成。前两种情况可以通过工程措施加以防治,而后一种情况,单靠工程措施很难达到防治的目的。因此,选择工程场址时,应进行详细勘察。搞清楚地形,地质情况,挑选对地震有利、尽可能避开对建筑抗震不利的地段,任何情况下均不得在抗震危险地段上建造可能引起人员伤亡或较大经济损失的建筑物,尽最大程度保护人们的生命以及财产安全。

3 建筑结构抗震能力评估

3.1 弹塑性计量法

弹塑性分析法主要用于对现有结构或者设计方案进行抗侧力能力的计算,从而评估其抗震能力,自从基于性能的抗震设计理论提出后,该方法的应用范围逐渐扩大到新建建筑结构的弹塑性抗震分析。这种方法与传统的抗震静力方法区别主要在于它考虑的结构的弹塑性性能并将设计反应谱引入了计算过程和计算结果的解释。

期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆基本原理是在结构上施加竖向荷载并保持不变,同时施加某种分布的水平荷载,该水平荷载单调增加,构件逐步曲服,从而得到结构在横向静力作用下的弹塑性性能。由于弹塑性计量法的这种特点,已经在建筑结构抗震能力评估领域发挥越来越重要的作用。而其中的弹塑性静力分析作为结构弹塑性变形的分析方法之一,以其实用性较强的优点正受到越来越多的关注,已经被列入我国的《建筑抗震设计规范》。

3.2 反应谱法

用动力方法计算质点体系地震反应,建立反应谱,再用加速度反应谱计算结构的最大惯性力作为结构的等效地震荷载,然后按照静力方法进行结构计算设计的方法,因此,是一种拟静力方法。我国抗震规范及高层规范都要求在高层建筑中用反应谱法计算等效地震力,一般有两种计算方法:第一种是反应谱底部剪力法:当结构高度小于40米,沿高度方向质量刚度分布比较均匀,以第一振型为主的高层建筑;第二种是反应谱振型叠加法:当把结构简化为平面结构进行分析时,采用平方和的平方根法(SRSS方法);当采用空间协同分析或者空间分析方法时,考虑空间各振型的相互影响,采用完全二次方程法。

4 抗震设计在房屋建筑结构设计中的应用

房屋结构设计是整个房屋建筑施工中最重要的部位,是房屋安全系数的最根本的保证,合理的房屋结构设计是建造良好房屋建筑的重要前提。一般的房屋结构设计都是以“实用、经济和安全”为设计理念。抗震设计也是在这一设计理念中延伸发展的。由于地震的不确定性和瞬间破坏性这两个特点,因此房屋结构设计中的抗震设计应用主要就体现在设计的安全性以及对自然灾害的预防这两个主要方面上[1]。

4.1 房屋建筑结构的抗震能力进行提高

为了保障房屋结构设计的安全性,在设计中要提高房屋结构的抗震能力就要特别注意以下几点:

1)在进行房屋结构设计时,要充分考虑影响地基的稳定性的因素,挑选能够增加抗震能力的地基,要特别注意预防地基变形,这样才能从根本上保证房屋的抗震性。

2)同一房屋的结构单元必须要设计在具有相同性质的地基上,在进行房屋设计时,最大潜力应用地基来进行抗震设计,较好发挥地基的抗震功能。

4.2 降低地震时的破坏作用对房屋建筑的影响

目前,被工程界广泛认可的办法就是使用隔震层,它被设计在房屋的基础部分与房屋的主体部分之间的位置。部分建筑设计师也会采用在建筑物的顶端部分加设一个“反摆”,利用反摆在地震时使房屋向相反方向位移。其原理主要是:在地震发生时,房屋受到震动而加大阻尼振动,使用反摆,使房屋向相反的方向振动,两个振动加速度进行叠加,降低了总的加速度,从而削弱了地震的破坏作用。根据试验分析得出结论,如果能够合理设置“反摆”,那么能够有效削弱地震作用能力的概率就可高达65%,从而在最大限度内,减少地震所导致的房屋内的物品受损程度。现阶段,这一方式正被国内外广泛地研究,其中不少的研究成果已经在实际的工程建筑中应用,不负众望地取得了良好的效果[2-4]。

5 结 论

地震是人类生活面临的重要的自然灾害,危及着人民的生命与财产安全。在我国,人们对于房屋建筑无论是安全性还是舒适性的要求越来越高,房屋建筑行业不断改善自己的设计和技术,不断为人们提供更好更优质的服务。在建筑结构设计的时候,必须充分考虑抗震设计,并有采取适当的抗震措施,尽最大可能确保房屋质量,才能减少地震的危害。我们要进行不断地探索,对于抗灾设计有所重视,不断改善我们的技术,建造更优质的建筑。

参考文献:(References):

[1]李鸣.浅谈建筑结构抗震设计[J].科技致富导向,2013(6):330

[2]庄仕峰,沙静伟,庄涛.建筑物隔震技术国内外发展状况[J].建筑技术开发,2009(2)

[3]何平.地震波的频谱特性对隔板结构反应的影响研究[J].山西建筑,2008(22)

[4]马卉,赵静,王鹏.对结构抗震设计方法的分析[J].考试周刊,2013(31):195

论文作者:马江霖1,王浩1,冯建龙2

论文发表刊物:《基层建设》2019年第25期

论文发表时间:2019/12/6

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房屋建筑结构的震害分析及抗震设计论文_马江霖1,王浩1,冯建龙2
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