建筑结构抗震设计原则及设计要点分析

期刊: 建筑监督检测与造价 DOI: PDF下载

1黄笑梅 2陈恒伟 3邢建鹏

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摘要

中国作为地震多发国家,建筑工程结构抗震设计深受地质构造和地震活动的影响。20世纪初,中国地震频繁,特别是1976年唐山大地震造成巨大损失,这一事件成为我国抗震设计史上的重要转折点。此后,我国相继发布了多部抗震设计规范,包括1956年颁布的《建筑抗震设计规范》,以及1989年、2008年和2010年修订的相关规范。同时,我国历经多次地震灾害,如1990年的燕子河地震、2008年的汶川地震等,这些地震事件对我国抗震设计理论和实践提出了新的挑战,也促使了抗震设计规范的不断完善。随着科技的进步,新材料和先进技术的应用,以及抗震理论的不断深化,我国的抗震设计正朝着更加科学、合理和安全的方向发展。这些举措不仅提高了建筑结构的抗震能力,也为减轻地震灾害带来的损失作出了积极贡献。


关键词

建筑结构抗震;设计;原则

正文


引言

随着科技的不断进步和经验的积累,人们对于建筑结构抗震设计的认知和技术手段也在不断提升。作为设计单位,全面了解建筑抗震设计的要点及难点问题,制定切实可行的抗震设计方案,对于提升建筑结构的抗震能力,确保建筑结构的安全性和稳定性至关重要。

1建筑结构抗震设计原则

1.1建筑场地选择的基本原则

首先,需要结合地质条件选择合适的区域,对于大多数建筑物,选择一个稳定的地基非常重要。设计师应该优先选择地壳稳定和不存在潜在地质灾害的区域建造建筑物,并且需要根据当地的地形、地貌和地质条件等因素设计相关抗震技术方案。其次,则是需要考虑气候和自然灾害的影响,某些自然灾害,如洪水、飓风、地震等,会对建筑物产生巨大的破坏,对人身安全存在威胁。因此,在进行建筑抗震设计时应该综合考虑地理位置、自然灾害频率和气候条件等因素,并在设计过程中考虑增加建筑物的防护能力。再次,则是需要确定地基性质。岩石层、土壤以及含水情况等因素会对建筑的抗震性产生重大影响。设计者需要了解当地研究确保该建筑物所处地区地质特性,并根据不同类型建筑物的需求,开展适当的地基工程,如加固操作和底部加倍筋等。

1.2简化性原则

1)结构形式设计中尽量减少复杂性。复杂的结构形式往往意味着更多的构件、更复杂的连接和更高的制造成本。而抗震设计要求结构具备足够的刚度和强度来抵抗地震作用,但并不意味着结构越复杂就能够提高抗震性能。相反,简化结构的形式可以降低结构的自重和惯性力,减小地震作用对结构的影响,提高结构的稳定性和抗震性能。(2)降低抗震设计中的计算复杂性。抗震设计需要对结构的受力和变形进行分析,比较常用的方法是采用有限元分析等数值分析方法。然而,这些计算方法往往需要复杂的计算模型和大量的计算工作,很难在实践中广泛应用。因此,在抗震设计中,可以采用一些简化的计算方法和规则,如等效静力法、固定节点法等,以降低计算复杂性,并能更方便地满足实际工程需求。(3)抗震设计中注重结构的可行性和可操作性。抗震设计涉及众多的参数和约束条件,而实际工程往往有时间和经济成本的限制。因此,设计人员需要在满足抗震设计要求的前提下,考虑实际工程的可行性和可操作性。通过合理地选择结构材料、减少构件数量和尺寸以及优化构件布局等措施,可以提高抗震设计方案的可行性,降低工程的成本和风险。

2建筑结构抗震设计要点

2.1耗能性能和延性性能评估

在建筑工程中,结构抗震设计理论的具体应用中,耗能性能和延性性能评估是至关重要的。耗能性能指结构在地震作用下吸收和耗散能量的能力,而延性性能则表示结构在承受地震作用时能够延展变形而不失稳的能力。耗能性能和延性性能评估需要综合考虑材料的性能、结构的构造形式以及设计的抗震措施等因素。通过对结构的动力响应进行分析,可以评估结构在地震作用下的变形能力和能量耗散能力,从而减少地震引起的损伤和破坏。通过专业的模拟计算和实验研究,评估结构的耗能性能和延性性能,有助于指导工程实践,提高建筑物在地震作用下的安全性能,从而保障人民生命财产安全。例如,在中国国家体育场(鸟巢)的设计中,为提高其抗震性能,工程师们通过大量的模拟计算和实验研究,对结构的耗能机制和延性行为进行了深入分析和评估。他们采用了多种抗震措施,如设置了丰富的能量耗散装置和调整了结构的刚柔组合,以增强结构的耗能性能和延性性能,从而使得鸟巢在地震作用下能够有效地吸收和耗散地震能量,并保持良好的延性变形特性。

2.2多重设防

在建筑抗震设计中,多重设防是一种有效的思路,其原理是在建筑物结构中设计多道防线,以结构物的塑性变形吸收能量,强度较弱的结构先发生延性变形,当其破坏后再危及下一道防线。例如,在钢筋混凝土剪力墙—联系梁结构中,联系梁将作为第一道防线。联系梁的主要作用是将建筑物分体结构连接为统一的整体,高层建筑中在每一层都可设置联系梁。地震时,联系梁增强了建筑物的整体性,联系梁破坏后才会危及分体建筑。再如,砌体—构造柱结构也是多重设防的典型例子。当砌体墙宽度较大时,其中间部位成为薄弱点,并且砌体墙的拐角部位也存在类似问题,构造柱设计在墙体的接合部位,提高砌体墙的整体性,进而强化其抗震性能,构造柱成为抗震的第一道防线。可见,多重设防是一种行之有效的抗震设计理念,尤其是弥补了建筑物中较为松散和薄弱的结构。

2.3科学安排建筑平面布置

建筑在实际使用的过程中是否可以保证平面具有较高的规则性,这对建筑是否稳定将会产生极大的影响与限制。因此,在为建筑进行平面布置的过程中,必须要严格遵循高抗震性的基本设计原则,具体来说主要有以下三方面:首先,需要保证建筑主体具有较强的抗压能力,尤其是需要保证侧面的受力结构不会在剪力影响下而发生变形,始终保持在均匀受力的状态来承担主体结构稳定性。其次,则是对建筑物主体作抗侧力结构布置的过程中,应尽量保证建筑物主体在抗侧力结构一侧分布强度处于相同状态,进而实现抗侧力结构所受的力在任何方向上都基本保持一致。最后,建筑物主体在布置抗侧力结构的过程中,需要保证该抗侧力结构在高度上与周边结构体系处于相等状态,同时对抗扭强度也有一定的要求。

2.4材料选择

1)主要承重结构,如柱、梁、墙体等,建议使用高强度钢筋混凝土。高强度钢筋混凝土具有较高的抗压和抗拉强度,能够在地震中起到更好的承载作用。此外,钢筋混凝土还具有良好的韧性,能够在地震中发挥一定的延性,从而减缓地震作用产生的破坏效应。(2)对于地震易发地区,建议使用预应力混凝土结构。预应力混凝土是通过在混凝土浇筑前施加预压力的方式来增加结构的强度和刚度,提高抗震能力。预应力混凝土具有较高的抗拉能力,能够在地震中减少结构的振动和变形,从而降低地震作用对建筑物的影响。(3)使用抗震性能优异的新型材料。例如,钢结构具有较高的强度和韧性,能够有效地承受地震作用,因此在高层建筑和大跨度结构中广泛应用。另外,纤维复合材料具有轻质、高强度和高刚度的特点,能够在地震中减小建筑物的自重,提高结构的抗震性能。

结语

地震事件的出现往往是突然和紧急的,且常常给建筑结构带来严重破坏。在建筑行业,迫切需要增强结构的地震防护能力,只有通过不懈提升防震设计水平,提高建筑物的抗震能力,才能更好地保障人民生命财产安全,减少地震灾害造成的损失。

参考文献

[1]陈少杰,方苏婷.建筑结构设计中的抗震结构设计[J].城市建设理论研究(电子版),2023,2:62-64.

[2]刘良斌.建筑结构设计中的抗震结构设计[J].中国住宅设施,2022,2:22-24.


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