工程抗震的优化设计方法及对策

2022-09-11

1 几种常用的构件优化设计方案:

1.1 框架梁的塑性铰外移

传统钢筋混凝土框架梁的塑性铰出现在始于柱面的梁端。将塑性铰从柱面移开一定距离, 可以避免梁端钢筋屈服, 从而不仅可以避免钢筋屈服后向节点核芯区发展, 引起粘结破坏, 还能改善核芯区的性能。

1.2 高强混凝土柱

高强混凝土柱的主要优点有:抗压强度高, 柱截面小, 增加使用面积, 梁截面小, 降低受弯构件高度, 从而降低层面;减轻结构自重, 减小基础负担;弹性模量大, 提高结构刚度, 减小轴向变形;密实性好, 抗冻抗渗性能好, 耐久性优于普通强度混凝土。

1.3 钢管高强混凝土柱

将高强混凝土填充在圆形钢管内, 成为钢管高强混凝土柱, 是充分发挥高强混凝土的优势, 克服其不足的最好方法。由于管内填充高强混凝土比填充普通强度混凝土对于减小高层建筑柱的截面尺寸、增大结构的刚度更有效, 所以促进了钢管混凝土柱的发展和应用。

2 抗震设计依据

2.1 结构总体布置要合理

2.1.1 房屋体型力求简单.

国内外多次地震经验表明, 房屋体型不规则, 平面上凸出收进, 立面上高低错落, 均不利于抗震, 往往造成比较严重的震害。因此, 房屋体型要简单, 已成为抗震设计的基本原则之一。

2.1.2 结构平面尽量对称。

震害调查和理论分析都指出, 非对称结构即使在地面平动分量作用下, 也会发生扭转振动, 造成比较严重的破坏。

2.1.3 房屋的刚度应连续均匀变化。

这些年来国内外的弹塑性时程分析结果表明, 多层建筑如存在薄弱楼层, 薄弱楼层处就会发生较大的“变形集中”, 从而引起较严重的破坏;即使是单层建筑, 如果其结构的抗推刚度和“屈服强度比”沿竖向存在突变, 突变部位也会因出现较大的“塑性变形集中”发生严重破坏甚至倒塌。

2.2 结构选型的必要性

2.2.1 合适的结构类别

地震经验表明, 就结构材料而言, 钢筋砼结构的抗震性能优于砖结构;砖结构中, 配筋砌体结构优于无筋砌体;配筋砌体中, 组合砌体结构又优于在砌体灰缝内直接配置钢筋的做法。就构件形式而言, 墙体的抗震性能优于相同材料的框架或排架;筒体的抗震性能优于单片墙体;空间框架优于平面框架。确定结构方案时, 在满足经济、实用的前提下, 优先考虑抗震性能较好的结构类型。

2.2.2 超静定次数要多

静定结构的杆件受力系统和传力路线单一, 一根杆件破坏后, 整个结构就将因传力路线中断而失效。超静定结构在超负荷状态下工作时, 破坏首先发生在赘余杆件上, 该杆件在出现塑性铰的过程中, 消耗一部分地震输入能量。

2.2.3 控制变形

建筑物地震期间的允许变形, 因建筑物等级和使用性质而有不同的取值, 这就要求采用与之相适应的结构类型。对于一般的房屋允许层间弹性位移角可到1/550, 采用框架结构即可满足要求。对于采用高级装修材料的房屋, 层间弹性位移角要限制在1/800以内, 那就需要采取框架—抗震墙结构或框架—支撑结构。

2.3 结构的整体性加强

2.3.1 构件间的可靠连接

多次地震震害表明:造成房屋坍塌的最主要和最直接的原因之一, 就是构件之间的连接遭到破坏, 结构丧失了整体性, 各个构件尚未发挥其抗震能力之前, 就发生平面外失稳, 或从支撑构件上滑脱坠地。所以, 要提高房屋的抗震性能, 保证各个构件强度的充分发挥, 首要的是加强构件间的连接, 使之能满足传递地震力时的强度要求和适应地震时大变形的延性要求。

2.3.2 增强房屋的竖向刚度

多次地震震害表明:软弱地基上的房屋, 由于砂土、粉土液化或软土震陷引起的地基不均匀沉陷, 造成房屋严重开裂的事例还是比较多的。所以, 建造于软弱地基上的房屋, 首先要确定恰当的地基处理措施。当采用天然地基时, 所采取的结构方案, 应使房屋沿纵、横两个方向均具有较强的整体性, 以抗御地震时可能发生的地基不均匀沉陷, 以及地面裂缝穿过房屋时造成的危害。

2.4 消除或强化薄弱环节

结构的弹塑性时程分析结果指出:多层结构中, 若存在“屈服强度比”偏小的薄弱楼层, 地震时, 该楼层就会出现比较大的塑性变形集中;楼层“屈服强度比”分布均匀的多层结构因为相对于基础而言, 结构底层就比较弱, 从而在底层引起一定程度的塑性变形集中。所以确定结构方案时, 应避免出现薄弱楼层, 特别是薄弱底层。