鋼筋混凝土結構抗震論文
鋼筋混凝土結構從出現到如今已經經歷了100多年,並逐漸成為當今世界最為常用的建築結構形式之一，那麼你想知道是怎麼樣的嗎?以下是小編為你整理推薦，希望你喜歡。
一
導讀：地震是一種隨機振動,所以建築結構設計人員為防止、減少地震給建築造成的危害,就需要分析研究建築抗震問題不斷總結工程經驗,妥善處理這一工程問題。在高層建築結構中,樓蓋對於結構的整體性起到非常重要的作用,樓蓋相當於水平隔板,它不僅聚集和傳遞慣性力到各個豎向抗側力子結構,而且要求這些子結構能協同承受地震作用,特別是當豎向抗側力子結構佈置不均勻或佈置複雜或抗側力子結構水平變形特徵不同時,整個結構就要依靠樓蓋使抗側力子結構能協同工作。
關鍵詞：高層建築，建築結構，抗震設計
地震是一種隨機振動,所以建築結構設計人員為防止、減少地震給建築造成的危害, 就需要分析研究建築抗震問題不斷總結工程經驗,妥善處理這一工程問題。
一、實行建築抗震設計規範，總結工程經驗妥善處理工程問題：
***一***選擇有利的抗震場地
地震造成建築物的破壞, 除地震動直接引起的結構破壞外,場地條件也是一個重要的原因。地震引起的地表錯動與地裂,地基土的小均勻沉陷, 滑坡和粉、砂土液化等。科技論文。因此,應選擇對建築抗震有利的地段, 應避開對抗震不利地段。當無法避開時, 應採取適當的抗震加強措施,應根據抗震設防類別、地基液化等級,分別採取加強地基和上部結構整體性和剛度、部分消除或全部消除地基液化沉陷的措施; 當地基主要受力層範圍內存在軟弱粘性土層、新近填土和嚴重不均勻土層時,應估計地震時地基不均勻沉降或其他不利影響, 採用樁基、地基加固和加強基礎和上部結構的處理措施; 對於地震時可能導致滑移或地裂的場地,應採取相應的地基穩定措施。
***二***優化的平面和立面佈置
關於建築結構設計的平面與立體結構, 我們根據認為有以下幾個方面可以參考:
1、結構的簡單性。結構簡單是指結構在地震作用下具有直接和明確的傳力途徑。只有結構簡單,才能夠對結構的計算模型、內力與位移分析, 限制薄弱部位的出現易於把握,因而對結構抗震效能的估計也比較可靠。
2、結構的剛度和抗震能力。水平地震作用是雙向的,結構佈置應使結構能抵抗任意方向的地震作用。通常, 可使結構沿平面上兩個主軸方向具有足夠的剛度和抗震能力, 結構的抗震能力則是結構強度及延性的綜合反映。結構剛度的選擇既要減少地震作用效應又要注意控制結構變形的增大, 過大的變形會產生重力二階效應, 導致結構破壞、失穩。
3、結構的整體性。在高層建築結構中,樓蓋對於結構的整體性起到非常重要的作用,樓蓋相當於水平隔板,它不僅聚集和傳遞慣性力到各個豎向抗側力子結構, 而且要求這些子結構能協同承受地震作用, 特別是當豎向抗側力子結構佈置不均勻或佈置複雜或抗側力子結構水平變形特徵不同時, 整個結構就要依靠樓蓋使抗側力子結構能協同工作。
***三***設定多道設防的抗震結構體系
多道抗震防線, 是指在一個抗震結構體系中, 一部分延性好的構件在地震作用下, 首先達到屈服, 充分發揮其吸收和耗散地震能量的作用, 即擔負起第一道抗震防線的作用, 其他構件則在第一道抗震防線屈服後才依次屈服,從而形成第二、第三或更多道抗震防線, 這樣的結構體系對保證結構的抗震安全性是非常有效的。同時底框建築底層高度不宜太高, 應控制在4.5m 以下。高度加大, 底層剛度減小, 重心提高, 使框架柱的長細比增大, 更容易產生失穩現象。論文參考網。而且由於高度較大,很多建築房間被業主一層改成了兩層, 造成了較大的安全隱患。科技論文。宜具有合理的剛度和強度分佈, 避免因區域性削弱或突變形成薄弱部位.產生過大的應力集中或塑性變形集中;可能出現的薄弱部位, 應採取措施提高抗震能力。
***四***保證結構的延性抗震能力
合理選擇了建築結構後, 就需要通過抗震措施來保證結構確實具有所需的延性抗震能力,從而保證結構在中震、大震下實現抗震設防目標, 系統的抗震措施包括以下幾個方面內容。強柱弱樑: 人為增大柱相對於樑的抗彎能力,使鋼筋混凝土框架在大震下,樑端塑性鉸出現較早,在達到最大非線性位移時塑性轉動較大; 而柱端塑性鉸出現較晚, 在達到最大非線性位移時塑性轉動較小,甚至根本不出現塑性鉸。從而保證框架具有一個較為穩定的塑性耗能機構和較大的塑性耗能能力。強剪弱彎: 剪下破壞基本上沒有延性, 一旦某部位發生剪下破壞, 該部位就將徹底退出結構抗震能力, 對於柱端的剪下破壞還可能導致結構的區域性或整體倒塌。因此可以人為增大柱端、樑端、節點的組合剪力值, 使結構能在大震下的交替非彈性變形中其任何構件都不會先發生剪下破壞。
***五***合理的建築結構引數設計計算分析
對於複雜結構進行多遇地震作用下的內力和變形分析時, 應採用不少於兩個不同的力學模型,目前主要有兩種計算理論: 剪摩理論和主拉應力理論, 它們有各自的適用範圍:磚砌體一般採用主拉應力理論,而砌塊結構可採用剪摩理論。對計算機的計算結果, 應經分析判斷確認其合理、有效後方可用於工程設計。結構計算控制的主要計算結果有結構的自振週期、位移、平動及扭轉系數、層間剛度比、剪重比、有效質量係數等。另外, 地下室水平位移嵌固位置,轉換層剛度是否滿足要求等, 都要求有層剛度作為依據。複雜高層建築抗震計算時,宜考慮平扭耦聯計算結構的扭轉效應, 振型數不應小於15,對多塔結構的振型數不應小手塔樓數的9 倍, 且計算振型數應使振型參與質量不小於總質量的90%。總之, 高層結構計算很難一次完成,應根據試算結果, 按上述要求多次調整,才能得到較為合理的計算結果,以保證建築物的安全。
二、高層建築抗震設計中經常出現的問題
***一***部分建築物高度過高
按我國現行高層建築混凝土結構技術規程規定，在一定設防烈度和一定結構型式下，鋼筋混凝土高層建築都有一個適宜的高度。在這個高度，抗震能力還是比較穩妥的，但是目前不少高層建築超過了高度限制。在震力作用下，超高限建築物的變形破壞性會發生很大的變化，建築物的抗震能力下降，很多影響因素也發生變化，結構設計和工程預算的相應引數需要重新選取。
***二***地基的選取不合理
由於城市人口的增多和相對空間的縮小，不少建築商忽略了這一問題，哪裡商業空間大就在哪裡建。高層建築應選擇位於開闊平坦地帶的堅硬土場地或密實均勻中硬土場地，遠離河岸，不應垮在兩類土壤上，避開不利地形、不採用震陷土作天然地基，避免在斷層、山崖、滑坡、地陷等抗震危險地段建造房屋。高層建築的地基選取不恰當可能導致抗震能力差。
***三***材料的選用不科學,結構體系不合理
在地震多發區，採用何種建築材料或結構體系較為合理應該得到人們的重視。由於我國建築結構主要以鋼筋混凝土核心筒為主，變形控制要以鋼筋混凝土結構的位移限值為基準。但因其彎曲變形的側移較大，靠剛度很小的鋼框架協同工作減小側移，不僅增大了鋼結構的負擔，而且效果不大，有時不得不加大混凝土的剛度或設定伸臂結構，形成加強層才能滿足規範側移限值。
***四***較低的抗震設防烈度
許多專家提出，現行的建築結構設計安全度已不能適應國情的需要，建築結構設計的安全度水平應該大幅度提高。我國現行抗震設防標準是比較低的，中震相當於在規定的設計基準期內超越概率為lO%的地震烈度，較低的抗震設防烈度放鬆了高層建築的抗震要求。
三、結語
地震是一種目前難以準確預測的自然災害,為避免它給人類帶來大的災難。作為工程技術設計人員在建築結構的研究和工程設計中,應從整體巨集觀的觀點出發,綜合處理好建築功能、技術、藝術、安全可靠性和經濟合理等幾方面內容,從而創造出更加安全、適用、經濟美觀的高層建築;新型結構的出現，高效能材料的發展，計算機技術水平的提高，促使人類建築精品再上新的臺階。
二
導讀：從用樓層水平地震剪力與層間位移關係來描述樓層破壞的全過程可反映出,在抗震設防的第二、三水準時,框架結構構件已進入彈塑性階段,構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,所以框架結構需有足夠的變形能力才不致抗震失效。
關鍵詞：地震，災害，結構設計
地震是人類在地震區建築結構設防與不設防,震後結果大不一樣。要使工程建設真正達到能夠減輕以至避免地震災害,把握好抗震設計關是減輕地震災害的根本措施。 地震是人類在繁衍生息、社會發展過程中遇到的一種可怕的自然災害。強烈地震常常以其猝不及防的突發性和巨大的破壞力給社會經濟發展、人類生存安全和社會穩定、社會功能帶來嚴重的危害。據統計,歷史上各種自然災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害,如水災、火災、火山噴發、風災、沙災、旱災等毀滅的城市為25座。因此,地震佔災害總數的52%。可見地震災害確係“群害之首”。研究表明,在地震中造成人員傷亡和經濟損失最主要的因素就是房屋倒塌及其引發的次生災害***約佔95%***。無數次的震害告訴我們,抗震設防是防禦和減輕地震災害最有效、最根本的措施。
另一方面,我國作為發展中國家,人口稠密,建築物抗震能力低。因此,我國的地震災害可謂全球之最。上個世紀,全球因地震而死亡的人數為110萬人,其中我國就佔55萬人之多,為全球的一半。因此,粗略地說,我國的國土面積佔全球的1/14,人口占1/4,地震佔1/3,地震災害佔1/2。因此,建築物的抗震設防問題是我國減輕自然災害、保障國民經濟建設和社會持續發展,特別是保障人民群眾生命安全的一個重要問題。
1.震害多發點
地震作用具有較強的隨機性和複雜性,要求在強烈地震作用下結構仍保持在彈性狀態,不發生破壞是很不實際的;既經濟又安全的抗震設計是允許在強烈地震作用下破壞嚴重,但不倒塌。論文發表。因此,依靠彈塑性變形消耗地震的能量是抗震設計的特點,提高結構的變形、耗能能力和整體抗震能力,防止高於設防烈度的“大震”不倒是抗震設計要達到的目標。
1.1結構層間屈服強度有明顯的薄弱樓層
鋼筋混凝土框架結構在整體設計上存在較大的不均勻性,使得這些結構存在著層間屈服強度特別薄弱的樓層。在強烈地震作用下,結構的薄弱層率先屈服,彈塑性變形急劇發展,並形成彈塑性變形集中的現象。如1976年唐山大地震中,13層蒸吸塔框架,由於該結構樓層屈服強度分佈不均勻,造成第6層和第11層的彈塑性變形集中,導致該結構6層以上全部倒塌。
1.2柱端與節點的破壞較為突出
框架結構的構件震害一般是樑輕柱重,柱頂重於柱底,尤其是角柱和邊柱易發生破壞。論文發表。除剪跨比小的短柱易發生柱中剪下破壞外,一般柱是柱端的彎曲破壞,輕者發生水平或斜向斷裂;重者混凝土壓酥,主筋外露、壓屈和箍筋崩脫。當節點核芯區無箍筋約束時,節點與柱端破壞合併加重。當柱側有強度高的砌體填充牆緊密嵌砌時,柱頂剪下破壞嚴重,破壞部位還可能轉移至窗洞上下處,甚至出現短柱的剪下破壞。
1.3砌體填充牆的破壞較為普遍
砌體填充牆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,填充牆的裂縫明顯加重,甚至部分倒塌,震害規律一般是上輕下重,空心砌體牆重於實心砌體牆,砌塊牆重於磚牆。
2.抗震結構設計
較合理的框架地震破壞機制,應該是節點基本不破壞,樑比柱屈服可能早發生、多發生,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:框架的抗震設計應使樑、柱端的塑性鉸出現儘可能分散,充分發揮整個結構的抗震能力。
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係來描述樓層破壞的全過程可反映出,在抗震設防的第二、三水準時,框架結構構件已進入彈塑性階段,構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,所以框架結構需有足夠的變形能力才不致抗震失效。試驗研究表明,“強節點”、“強柱弱樑’、“強底層柱底”和“強剪弱彎”的框架結構有較大的內力重分佈和能量消耗能力,極限層間位移大,抗震效能較好。
綜合大量實驗研究成果,影響不同受力特徵節點延性性質的主要綜合因素有:相對作用剪力、相對配筋率、貫穿節點的樑柱縱筋的粘結情況。
2.2構造措施上的延性保證
四川大地震實踐證明,當建築結構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生的巨大能量,因為此時的結構在震中進入到一個塑性階段,容易產生變形。所以,根據這種特點和抗震的要求,多發地震的國家鋼筋混凝土結構抗震設計均要求按延性框架結構進行設計,所以建築結構的設計必須保證結構區域性薄弱區的承載力與剛度,保證了建築構造的整體性,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,提高了建築的抗震能力。
在結構佈置上,按擴大了的柱端抗彎承載力進行設計,理論上可將柱屈服的可能性減少,保證“強柱弱樑”的設計原則。但因各種原因,如樑的實際抗彎承載力可能增大,高振型使柱中反彎點的轉移等綜合因素影響,要使柱中完全避免塑性鉸是困難的,同時為實現“強剪弱彎”的要求,保證塑性鉸區域的區域性延性,也必須通過一定的構造措施來保證結構的延性,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件延性,為實現受拉鋼筋的屈服先與受壓區混凝土壓碎的破壞形態,以提高塑性鉸區域的轉動能力,規範限制軸壓比與縱筋最大配筋率,同時對混凝土受壓區高度也提出相應要求。論文發表。
***2***限制約束配筋和配筋形式。加密塑性鉸區內的箍筋間距是很重要的一點,為保證“強節點”、“強柱弱樑”、“強底層柱底”和“強剪弱彎”的設計原則及塑性鉸區域的區域性延性,有必要加密塑性鉸區內的箍筋間距,這不但可提高柱端抗剪能力,還可約束核心區內混凝土,對縱向鋼筋提供側向支承,防止大變形下縱筋壓曲,從而改善塑性鉸區域的區域性延性。
***3***限制材料。拒絕豆腐渣工程的第一關就是把握好材料質量,材料延性對確保構件***結構***延性極為重要。
3.結語
鋼筋混凝土框架結構是我國大量存在的建築結構形式之一,歷年震害資料表明:鋼筋混凝土框架結構的柱端與節點的破壞較為嚴重,其抗震設計中必須滿足“強柱弱樑”、“強剪弱彎”、“強節點”、“強底層柱底”等延性設計原則和有關規定。在多層及高層鋼筋混凝土房屋抗震設計的實踐中,由於設計人員對規範的理解和掌握尺度上,以及因地因人在結構選型、佈置以及計算方法上相互差異較多而對設計產生較多的爭議,抗震設計方法值得深入研究。
參考文獻
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