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1、民用住宅的抗震性能探究 關于高層建筑結構抗震設計的探討 姓名：姚峰摘要:5.12汶川大地震已經過去有兩年的時間了。讓我們看到慘不忍睹的是由于地震導致的眾多房屋倒塌,給人們帶來的災難。所以,民用建筑抗震性能的好壞,直接影響著人們的生命和財產。本文就幾種常見結構的抗震性能進行了分析,重點闡述了抗震性能密切相關的幾個因素,也就是人們在選擇和使用建筑結構時應注意的問題。 關鍵詞:民用建筑;結構;抗震性能通過對2008年5月12日四川汶川地震發生建筑破壞調查,認為此次系列地震震害較重的主要原因是結構沒有按規范建設,包括抗震構造措施不合理、施工質量不高、結構設計不合理、建筑規劃和選址不當等。汶川大地震中因2、建筑損毀所帶來的嚴重人員傷亡,建筑抗震性已引起人們的高度重視。很多市民都認為高層比磚混好,其實不是這個道理。雖然磚的強度比混凝土弱一些,但是抗震性能高低主要取決于建材質量的好壞及承重結構的連接形式、施工質量和地基的狀態。而磚混結構的建筑,則通過增加圈梁、柱子的數量,增強房屋的整體性。因此在設計規范中,不同建筑結構的樓盤抗震標準是一樣的,建筑結構工程師都會保證抗震性能,沒有“塔樓比磚混結構的多層效果好”等說法。本文結合實踐,分別對抗震性能密切相關的結構形式和應注意的幾個要素分別進行了闡述。 一、幾種常見結構的抗震性能 目前,民用建筑最常見的建筑結構形式主要包括:鋼結構、框架結構、磚混結構和磚木結3、構。這4種結構的建筑在抗震方面有著一定的區別: 1、鋼結構建筑的抗震性能。鋼結構建筑被譽為21世紀的綠色建筑之一,其獨特的可循環使用的建筑結構,符合發展節能省地建筑和經濟持續健康發展的要求。鋼結構建筑一是重量輕、強度高。用鋼結構建造的住宅重量是鋼筋混凝土住宅的二分之一左右,使用面積比鋼筋凝土住宅提高4%左右。二是抗震性能好。由于鋼材料的勻質性、強韌性,可有較大變形,能很好地承受動力荷載,具有很好的抗震能力。從國內外震后調查結果看,鋼結構建筑倒塌數量最少。從理論上講鋼結構的建筑比框架跟磚混的結構結實的多,使用年限也長。不過,由于鋼結構建筑的造價相對較高和其它原因,目前應用不是非常普遍。隨著高科技4、的發展,人們的觀念與生活方式也將不斷更新與變化,對建筑總體質量的要求也將不斷提高,鋼結構建筑將是人們的首選結構形式。 2、框架結構建筑的抗震性能。由鋼筋混凝土澆灌成承重梁柱,組成骨架,再用空心磚或預制的加氣混凝土、膨脹珍珠巖、陶粒等輕質板材作隔墻分戶裝配而成的建筑。墻主要是起圍護和隔離的作用,由于墻體不承重,可以用各種輕質材料制成。框架結構建筑的優點是抗震性能好,結構牢固,使用壽命長,房屋的結構可以隨客戶的意愿而改變,大開間建筑均采用此結構。梁、板、柱等承重構件,可以預制,也可以澆注,現澆的房子抗震度比較高,防水性比較好,目前大多數框架結構都采用現澆。框架結構中,還有一種框剪結構建筑,又名框架5、剪力墻結構,它是框架結構和剪力墻結構兩種體系的結合,吸取了各自的長處,既能為建筑平面布置提供較大的使用空間,又具有良好的抗側力性能。這種結構的建筑在抗震性能上也有不錯的表現。 3、磚混結構建筑的抗震性能。磚混結構是由磚墻支撐和現澆、預制鋼筋混凝土板蓋成的建筑。由于建材質量和施工質量的不同,抗震性能懸殊。磚的抗壓性強,但韌性差,一遇到67度地震破壞就會局部開裂和散落,8度時裂縫會更大,穩定性差的會倒塌。但施工質量確實好,磚的形狀規則,砂漿的強度高,灰縫均勻,這類房屋只有在10度時才會被嚴重破壞或倒塌。通常這種結構房屋易發生問題的部位和構件有:跨度大的橫梁、樓梯間墻體和開有較大洞口的墻體等。地震發6、生時,住戶應避開這些部位和構件進入結構穩定并具有小空間的部位,如廁所、小廚房等較安全。 磚混結構抗震性能好于磚砌體結構,磚混結構在唐山地震經歷了考驗,受災小很多,這種結構經濟實惠,會便宜一些,冬暖夏涼,磚混結構建筑一般以多層為主,其抗震性能比起上述兩者相對弱一些。底層框架的結構抗震最不利,主要是出于建筑使用功能才這么做的,底層柱子比較少,容易出現薄弱、破壞。一般首層破壞,上部結構就整體掉下去。 4、磚木結構的抗震性能。此類建筑在我國的農村較為普遍,用磚墻、磚柱、木屋架作為主要承重結構的建筑,這種結構建造簡單,材料容易準備,費用較低,穩定性較差,6、7度地震時極易倒塌,所以這類房屋的住戶在地震時7、特別要注意墻倒砸人。 二、與抗震性能密切相關的幾個要素 面對可能發生的破壞力巨大的地震,我們每個人都希望自己的房子能夠更加“堅固”一些,對此,我們可以注意這樣幾點: 1、房子的體形。體形規則、均勻、對稱的房子抗震能力強。上大下小頭重腳輕的房屋體形叫豎向不規則,平面局部凸出的L形、“丁”字形體形叫平面不規則,一頭沉一頭輕的叫扭轉不規則,不規則建筑抗震能力都較差。 2、地震除了和房子的建筑結構形式有關,與戶型也有著很大的關系。躍層、復式和錯層戶型的房子雖然在居住的舒適和美觀度上有著平層無法比擬的優勢,但是從抗震的能力上來講,平層的房子抗震性最好。 3、新房優于老房。較早的房子依據的抗震設防標準相對8、較低。由于認識水平和財力的增長,后建的房子抗震能力相對較強。一般說抗震標準會根據實際情況每10年進行一次調整,隨著社會經濟各方面的發展,它也是越來越嚴格,標準也在不斷地提高。從這一點來說,年代越是久遠的房子抗震性能就要差一些。 4、建筑材料的質量。混凝土標號夠不夠,鋼筋是否合格,有沒有偷工減料等都很重要。 5、房子的施工質量。住宅抗震性能的高低主要取決于建材質量的好壞,照圖施工、技術到位,房屋質量就好,否則設計再好,施工質量差也會出問題。 6、居家裝修也要防震。在房屋的設計中,有許多結構都是按照房屋的抗震需要建造的。屋內有些地方是堅決不能改動的,否則一旦破壞房屋的整體防震設計,在遇到地震時就極9、為危險。尤其是目前有不少臨街居民樓將1層、2層改為商鋪的。一般情況下,如果一樓的一戶居民將承重墻拆除,將會導致該樓的抗震性能減弱和負荷應力出現異常,如果此時發生強震,樓體很可能會發生整體坍塌。另外,承重墻也不能隨意鑿洞,屋內墻上的門窗尺寸也不能隨意拆改,擴大原有門窗尺寸或者另建門窗,這也有損于房屋的抗震性。 7、“證件”齊全保平安。開發商是否能提供商品住宅樓的住宅質量保證書、住宅使用說明書等相關文件。在這些文件中,對于包括防震抗震性在內的房屋安全性能都會有較具體的說明。另外查驗開發建設單位的相關驗收手續,也是購房者對房屋的防震抗性能進行考察的最簡單也是最有效的方法。 總之,我們在工程施工中必須10、要執行設計要求,按抗震規范施工。在鋼筋制作時,要注意柱豎筋駁接48d長度,梁鋼筋入支座錨固48d長度,箍筋抗震鉤要留夠10d長度、彎鉤夠135度。柱與墻之間的拉結筋入墻不得少于1m,入柱不少于300mm,兩頭90度彎鉤,水平每隔500mm兩條一度。其它的施工操作必須要執行抗震規范及措施,房屋的抗震能力是設計、施工、監理、質檢、業主共同作用的結果,希望我們在以后的工作和生活中共同努力,造就美好的生活空間。 三、結語 多層磚房在城鄉建設中量大面廣,應加強多層磚房的抗震設計,使民用建筑的地震破壞降低到最低限度。應按照概念設計的原則重視抗震概念設計,避免因部分結構或構件破壞而導致整個結構喪失承載能力,11、從根本上消除建筑物中的抗震薄弱環節,較好的控制震害的發生。 參考文獻: 1 周炳章.砌體房屋抗震設計M.北京:地震出版社,1991. 2 中國建筑科學研究院.2008 年汶川地震建筑震害圖片集M.北京:中國建筑工業出版社,2008.1.引言 我國處于環太平洋地震帶和歐亞大陸地震帶的交匯地段，屬于地震多發國家。1976年，唐山大地震、2008年汶川地震，一次次大地震災害的背后，不僅僅是經濟損失，同時更是巨大的人身傷亡。地震具有突發性，地震災害活動越來越頻繁，這給建筑結構設計增加了難度。地震結構設計需要充分考慮抗震性能，避免地震作用對建筑結構造成破壞。 2.基于功能的結構抗震設計中存在的主要問題 12、2.1建筑平面布置設計不合理導致結構抗震失效 建筑平面布置是建筑設計中的重要組成部分，其布置情況直接反映建筑使用功能和相關要求。平面設計布置時，要將內墻的布置、柱子的距離、通道和樓梯的位置、空間活動面積大小、房間數量和布置、電梯井的布置等在建筑平面布置圖上進行明確。建筑的使用功能不同，在樓層布置上存在一定的差異。公寓、寫字樓、餐飲娛樂、商場等，在進行建筑布置時，空間和房間劃分上的差異較大。建筑平面布置多樣化的同時，要考慮結構的抗震要求，其中較為突出的問題是：建筑平面上的內隔墻、外圍填充墻、具有相應剛度和強度的非承重內隔墻等墻體的布置不對稱；柱子和墻體的分布不協調不對稱；建筑結構剛度和質量在平面13、上分布不均勻等因素導致建筑物在地震發生時，產生扭轉地震作用，導致建筑損壞。 2.2屋頂設計存在缺陷 在高層建筑或超高層建筑設計中，對屋頂建筑設計是一個重要部分。通過從對近幾年來，高層建筑抗震設計的審查結果分析，屋頂建筑設計存在過高、過重等重大問題。過高、過重的屋頂建筑無疑是加大了建筑的變形，同時也加大了地震的作用。過高、過重的屋頂建筑對自身，對其下部建筑都非常不利。通常情況下，屋頂建筑和下部建筑的重心都不是在同一條線上，存在不同程度的偏心現象，部分建筑設計屋頂建筑時為偏向一側，屋頂建筑的抗側力墻和下部建筑的抗側力墻上下不連續，在面臨地震時，加大了地震的扭轉作用，這對建筑非常不利。 2.3建筑豎14、向布置設計問題 主要是在建筑設計中，反映沿著高度或樓層結構質量、剛度分布問題。無論是何種類型的建筑，無論是多層還是單層，都存在此類問題。尤其是在高層建筑和超高層建筑中，表現的更為突出。由于建筑適用功能的不同，如果建筑底層是購物中心或商場時，要求大空間和大柱距，而上部的樓層為寫字樓或多樣化的公寓時，前者要求設置柱，墻少，而后者則是以墻為主。由于建筑使用功能的不同，導致建筑物沿著樓層或高度分布的剛度和質量都不協調、不均勻。其中較為突出的問題是沿著上下相鄰的樓層由于質量和剛度相差較大，造成突變。這是建筑設計時必須要重視的問題。 3.提高建筑結構抗震設計的策略 3.1提高高層建筑結構細節設計能力，實現15、結構抗震 高層建筑在進行結構設計、結構抗震細節設計中最關鍵的是薄弱環節的處理措施和對多道抗震設防措施的保證。結構抗震體系包含多個具有良好延性的分體組合，具有良好延性的結構構件通過設計連接，實現協同聯合工作。建筑面臨地震災害時，通常情況下在主震過后，多次余震往往會造成比主震破壞程度更大的結構損壞。建筑抗震結構體系只有最大程度的增加外部和內部的冗余度數量，有意識的增加分布屈服區，來實現抵御以耗能為主的抗震性能要求。進行高度建筑結構設計時，不可片面過分強調構件強度，必須要綜合處理好結構構件的強弱關系，要保證構件具有較長的有效屈服時間，能有效實現結構延性，增加抗倒塌能力。 3.2解決屋頂建筑的抗震設計16、難題 在屋頂建筑設計時，要盡量降低屋頂建筑的高度。建筑材料適宜選擇輕質的建筑材料，要保持剛度分布均勻。屋頂建筑要創造條件，確保地震作用能沿著建筑結構通暢進行傳遞，確保屋頂的重心和下部建筑重心都盡可能保持一致。當屋頂建筑高度超高時，要確保結構具有較好的抗震定性，要保證屋頂建筑在面對地震作用時，具有較小的變形，盡量不發生扭轉地震作用。 3.3解決建筑豎向布置設計的問題 建筑豎向布置設計問題，主要是在建筑設計中，反映沿著高度或樓層結構質量、剛度分布問題。無論是何種類型的建筑，無論是多層還是單層，都存在此類問題。尤其是在高層建筑和超高層建筑中，表現的更為突出。由于建筑適用功能的不同，如果建筑底層是購物17、中心或商場時，要求大空間和大柱距，而上部的樓層為寫字樓或多樣化的公寓時，前者要求設置柱，墻少，而后者則是以墻為主。由于建筑使用功能的不同，導致建筑物沿著樓層或高度分布的剛度和質量都不協調、不均勻。其中較為突出的問題是沿著上下相鄰的樓層由于質量和剛度相差較大，造成突變。這是建筑設計時必須要重視的問題。在建筑設計中，要盡量確保沿著豎向結構的剛度均勻分布，特別是在結構不設置剛度較大的剛度轉換層時，更要注意。概念設計中，盡可能使剪力墻布置較為均勻，并沿豎向貫通到建筑的底部，同時避免某一樓層的剛度過小，避免地震時的扭轉效應。 3.4合理進行建筑平面設計布置設計，提高建筑抗震能力 建筑平面布置設計對建筑抗18、震影響很大，進行建筑平面布置設計是，要盡可能確保建筑結構的剛度和質量都均勻分布，結構要對稱協調，盡量避免突變，防止在地震時發生扭轉效應。墻體布置要均勻；剪力墻或抗震墻布置要和結構抗震要求相結合；剛度較大的電梯井要盡量居中布置，避免偏心。建筑平面布置設計要為結構抗側力構件的合理分布創造條件，要將建筑施工功能和結構抗震要求融為一體，以此來充分發揮建筑設計在建筑抗震設計中的基礎作用。 3.5帶框架-核心筒結構抗震性能設計注意事項 在出現地震的情況下，框架-核心筒結構要慎重使用剛度很大的“剛性”。這是因為，該結構雖然能夠有效的降低結構位移，但是卻會引發結構剛度突變，周圍內力增加，導致薄弱層的出現。在對19、這一結構的剛度進行設置之后，必須重視上、下外圍框架柱的強度和延性設計，要通過勁性鋼筋混凝土同時使用復合螺旋箍筋；在樓板處要增加厚度，同時在設計配筋的過程中要考慮樓板的翹曲問題。在出現地震的時候，框架-核心筒結構應該使用“有限剛度”，因為從抗震性能設計觀念上最大程度的對原有結構的剛度進行調節，對整體的剛度僅僅需要滿足規范最低值就可以，而“有限剛度”能夠彌補整體剛度之不足，從而防止構建損壞。 4.結語 建筑結構抗震是盡量減少地震作用對建筑的破壞，同時最大程度確保建筑結構安全。建筑結構設計過程中，要最大限度提高建筑結構安全性和穩定性，確保建筑安全性能基礎上，實現實用功能，保障住戶人身安全。 摘要：高20、層建筑是社會經濟發展和科技進步的產物。隨著大城市的發展，城市用地緊張，市區地價日益高漲，促使近代高層建筑的出現，電梯的發明更使高層建筑越建越高。宏偉的高層建筑是經濟實力的象征，具有重要的宣傳效應，在日益激烈的商業競爭中，更扮演了重要的角色。因此高層建筑抗震工作一直作為建筑設計和施工的重點。關鍵詞：高層建筑; 結構; 抗震; 設計1.高層建筑抗震結構設計的基本原則 1.1.結構構件應具有必要的承載力、剛度、穩定性、延性等方面的性能 (1)結構構件應遵守“強柱弱梁、強剪弱彎、強節點弱構件、強底層柱(墻)”的原則。(2)對可能造成結構的相對薄弱部位，應采取措施提高抗震能力。(3)承受豎向荷載的主要構21、件不宜作為主要耗能構件。 1.2.盡可能設置多道抗震防線 (1)一個抗震結構體系應由若干個延性較好的分體系組成，并由延性較好的結構構件連接協同工作。例如框架剪力墻結構由延性框架和剪力墻兩個分體組成，雙肢或多肢剪力墻體系組成。(2)強烈地震之后往往伴隨多次余震，如只有一道防線，則在第一次破壞后再遭余震，將會因損傷積累導致倒塌。抗震結構體系應有最大可能數量的內部、外部冗余度，有意識地建立一系列分布的屈服區，主要耗能構件應有較高的延性和適當剛度，以使結構能吸收和耗散大量的地震能量，提高結構抗震性能，避免大震時倒塌。(3)適當處理結構構件的強弱關系，同一樓層內宜使主要耗能構件屈服后，其他抗側力構件仍處22、于彈性階段，使“有效屈服”保持較長階段，保證結構的延性和抗倒塌能力。(4)在抗震設計中某一部分結構設計超強，可能造成結構的其他部位相對薄弱，因此在設計中不合理的加 強以及在施工中以大帶小，改變抗側力構件配筋的做法，都需要慎重考慮。.1.3.對可能出現的薄弱部位，應采取措施提高其抗震能力 (1)構件在強烈地震下不存在強度安全儲備，構件的實際承載能力分析是判斷薄弱部位的基礎。(2)要使樓層(部位)的實際承載能力和設計計算的彈性受力的比值在總體上保持一個相對均勻的變化，一旦樓層(部位)的比值有突變時，會由于塑性內力重分布導致塑性變形的集中。(3)要防止在局部上加強而忽視了整個結構各部位剛度、承載力的23、協調。(4)在抗震設計中有意識、有目的地控制薄弱層(部位)，使之有足夠的變形能力又不使薄弱層發生轉移，這是提高結構總體抗震性能的有效手段。 2.提高短柱抗震性能的應對措施 有抗震設防要求的高層建筑除應滿足強度、剛度要求外，還要滿足延性的要求。鋼筋混凝土材料本身自重較大，所以對于高層建筑的底層柱，隨著建筑物高度的增加，其所承擔的軸力不斷增加，而抗震設計對結構構件有明確的延性要求，在層高一定的情況下，提高延性就要將軸壓比控制在一定的范圍內而不能過大，這樣則必然導致柱截面的增大，從而形成短柱，甚至成為剪跨比小于1.5的超短柱。眾所周知，短柱的延性很差，尤其是超短柱幾乎沒有延性，在建筑遭受本地區設防烈24、度或高于本地區設防烈度的地震影響時，很容易發生剪切破壞而造成結構破壞甚至倒塌。 混凝土短柱的延性主要受軸壓比的影響，同時配箍率、箍筋的形式對混凝土短柱的影響也很大。高層混凝土結構短柱，特別是結構低層的混凝土短柱，其軸壓比很大，破壞時呈脆性破壞，其塑性變形能力很小。提高混凝土短柱的抗震性能，主要也就是提高混凝土短柱的延性。因此，可以從以下幾方面著手，采取措施提高混凝土的抗震性能。. 2.1.提高短柱的受壓承載力 提高短柱的受壓承載力可減小柱截面、提高剪跨比，從而改善整個結構的抗震性能。減小柱截面和提高剪跨比，最直接的方法就是提高混凝土的強度等級，即采用高強混凝土來增加柱子的受壓承載力，降低其軸壓25、比；但由于高強混凝土材料本身的延性較差，采用時須慎重或與其他措施配合使用。此外，可以采用鋼骨和鋼管混凝土柱以提高短柱的受壓承載力。. 2.2.采用鋼管混凝土柱. 鋼管混凝土是套箍混凝土的一種特殊形式，由混凝土填入薄壁圓形鋼管內而形成的組合結構材料。由于鋼管內的混凝土受到鋼管的側向約束，使得混凝土處于三向受壓狀態，從而使混凝土的抗壓強度和極限壓應變得到很大的提高，混凝土特別是高強混凝土的延性得到顯著改善。同時，鋼管既是縱筋，又是橫向箍筋，.其管徑與管壁厚度的比值至少都在90以下，相當于配筋率2至少都在4.6%。. 當選用了高強混凝土和合適的套箍指標后，柱子的承載力可大幅度提高，通常柱截面可比普通鋼筋混凝土柱減小一半以上，消除了短柱并具有良好的抗震性能。 2.3.采用分體柱 由于短柱的抗彎承載力比抗剪承載力要大得多，在地震作用下往往是因剪壞而失效，其抗彎強度不能完全發揮。因此，可人為地削弱短柱的抗彎強度，使抗彎強度相應于或略低于抗剪強度，這樣，在地震作用下，柱子將首先達到抗彎強度，從而呈現出延性的破壞狀態。分體柱方法已在實際工程中得到應用。人為削弱抗