现代建筑结构抗震设计的技术要点研究
周子博
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周子博,. 现代建筑结构抗震设计的技术要点研究[J]. 设计研究,2024.9. DOI:10.12721/ccn.2024.157003.
摘要: 抗震设计是建筑结构设计的一项重要内容,是从结构的整体特点出发,在刚度、强度、延度、轴压比等方面加强结构的专项设计,以满足地震作用下的建筑结构安全性与经济性要求。因此在本文中主要对现代建筑结构抗震设计的技术要点进行了简单的分析与探讨。
关键词: 建筑结构;抗震设计;技术要点
DOI:10.12721/ccn.2024.157003
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1基于性能的抗震设计的主要内容

基于性能的抗震设计(Performance-basedSeismicDesign,简称PBD)是一种考虑结构整体性能和地震作用效应的抗震设计方法。在PBD中,设计师需要分析结构在不同地震烈度下的响应,以确保结构在地震作用下具有良好的整体性能。结合项目概况和参数,基于性能的抗震设计的主要内容如下:

1.1设定性能目标

首先,根据项目的具体情况和抗震设防要求,设定合理的性能目标。例如,在设计过程中,可以根据建筑物的功能需求、结构体系和地震作用效应,明确结构的安全性、适用性和可靠性等性能目标。

1.2进行地震反应分析

针对项目所在地区的地震条件,对建筑物进行地震反应分析。这包括确定地震波的传播方向、地震波的加速度反应谱等,以便为后续的设计提供依据。

1.3选择结构体系和材料

根据地震反应分析的结果,选择合适的结构体系和材料。例如,在项目中,可以选择采用延性好、耗能能力强的结构体系,如钢框架结构,以提高建筑物的抗震性能。

1.4设计地震反应控制装置

为了降低建筑物在地震作用下的响应,可以设计地震反应控制装置,如消能器、阻尼器等。这些装置可以有效地降低结构的振动幅度和地震作用效应,提高建筑物的安全性和适用性。

1.5进行抗震计算和分析

在设计过程中,需要进行详细的抗震计算和分析,以验证建筑物的抗震性能是否满足设定的性能目标。计算分析方法可以包括弹性时程分析、弹塑性时程分析等。

1.6完善抗震设计方案

根据抗震计算和分析的结果,对设计方案进行优化和完善。这包括调整结构体系、修改构件尺寸和材料选用等,以确保建筑物在地震作用下具有良好的整体性能。

1.7抗震构造细节设计

在施工图设计阶段,需要对抗震构造细节进行认真考虑。这包括焊接、连接、防腐等细节设计,以确保建筑物在实际施工过程中能够满足设计的抗震要求。

2建筑结构设计中抗震结构设计问题

2.1抗震强度问题

在建筑结构设计中,会因各个方面的因素影响,使得建筑本身的抗震强度较弱,如设计阶段的薄弱环节、墙体裂缝等。若干预不及时,会让建筑结构本身的抗震性能直线下降,难以满足应用需求。

2.2结构方案问题

因需满足工艺要求,在进行建筑结构设计时,更多的是关注建筑空间、布局上的便利性,忽略了结构的安全性、合理性,更是忽略了抗震性能,使得初期建筑方案在建筑物水平刚度、侧移上未考虑到位,从而可能面临抗震性能不足的问题。

2.3抗震防线不达标

在进行建筑结构设计时,往往会基于相关规范、标准来设计抗震防线,但在实际抗震时,却未形成多道抗震防线,使得在承受地震作用时,往往会造成建筑整体结构的损害,使得其不具备抵御下次地震灾害的能力。

2.4未进行全面的抗震设计验证

为保障建筑结构的抗震设计能满足建筑抗震需求,需进行抗震性能验证。因建筑结构复杂、机构庞大,要进行实际测试验证不太现实,故而需就其突出部分进行侧重性验证,预估其整体抗震效果。但在实际的建筑验证时,还未形成规范的、标准化的验证路径,使得地震验证结果存在片面性。

3建筑结构设计中抗震结构设计优化策略

3.1合理选择建筑场地

建筑设计中要合理选择建筑场地,尽量避开软土地基,远离地震断裂带。为此,必须落实地质勘查工作,对建筑周边的地质、水文等条件进行考察,计算物理力学参数,以提高基础地质的强度和承载力。

3.2优化设计建筑结构

通过建筑结构的优化设计实现减震效果,主要是对结构的平面、竖向进行合理布置。一是遵循平面简单化、规则化的原则,在建筑结构的两个方向上对称设计抗侧力构件,保证质心、刚心相重合;二是竖向构件沿着高度均匀性、连续性改变,防止侧向刚性、承载力突变引起的变形;三是设计中不能采用头重脚轻的形状,防止应力集中产生扭曲,会降低建筑结构的刚度。

3.3提升抗震强度

(1)引入抗震加固技术,包括:增加构件加固法、增加截面加固法、外包钢、预应力加固法、粘钢加固法、绕丝法、高性能钢丝网复合砂浆薄层加固技术、碳纤维加固法、植筋锚固技术、增强自身整体加固法等,以增强自身整体加固法为例,主要包括两种形式:压力灌注水泥浆加固法,可灌注混凝土构件裂缝、砖墙裂缝;压力灌注环氧树脂浆加固法,适用于有裂缝的钢筋混凝土构件,可提升建筑砖墙整体稳定性、强度,提升抗震能力。

(2)其他方法,包括:建筑物平面布置,竖向布置避免抗震不利的不规则形式;建筑构件做到强柱弱梁,强剪弱弯,强节点弱构件;设法提高建筑物延性破坏能力;采用隔振,消振的各种措施,阻尼垫阻尼棒;避免共振,设法自振周期避开地震周期;对薄弱部位加强构造。

3.4结构方案调整

(1)严格遵守相关规范抗震要求,依据GB55001-2021工程结构通用规范、JGJ3-2010高层建筑混凝土结构技术规程、GB50011-2010建筑抗震设计规范等选取参数。因防烈度满足要求,可设加速度0.05g、特征周0.35;在满足工艺需求、建筑布局的情况下,调整平面布局,严控不规则结构,避免出现薄弱环节、刚度突变。

(2)分析建筑结构的整体架构,关注建筑薄弱处,确保建筑沿墙体平面外方向截面尺寸≥0.4m;拉通纵向两侧边缘,设置抗侧装置,且保证拉通设置的纵向抗侧结构框架梁高度不应≥0.4m;无框架梁跨内边梁、外边梁间距≤3.6m;内边梁作框架梁使用,与薄弱墙体两侧平面外相交时,要求梁端支座薄弱墙体厚度≥0.25m;在墙体布置时,要求沿薄弱墙体平面外方向截面尺寸≥0.3m,并可结合实际情况随时调整相关参数,使其更具可靠性。

(3)内天井结构平面设置时,必须满足以下标准:连廊有效结构宽度≥2m;在连廊纵向布设框架梁,其中连廊跨度>5m时,要求宽度≥0.25m;若连廊宽度>7m,要求宽度≥0.30m。在连廊中部设立保护装置时,需结合连廊整体结构展开;因连廊平面内刚度较小,参考实际受力,补充计算结构各项参数指标,具体布置还可结合实际情况加以调整。

3.5结构耗能减震技术

结构耗能减震技术,是在建筑结构的关键部位如剪力墙、连接缝、支撑位置、主附构件交界处等设置耗能装置,从而减小地震能量对建筑结构造成的破坏。按照不同作用机制,耗能减震装置分为两大类:一类是速度相关性耗能装置,典型代表是粘弹性阻尼器;另一类是受力相关性耗能装置,典型代表有钢弹塑型、铅挤压型、摩擦型等。设置结构耗能减震装置时,需要满足以下两个条件:第一,根据罕遇地震作用下的结构预期位移量,对耗能装置的参数进行计算分析;第二,耗能装置一般设置在结构的两个主轴方向上,位于层间变形较大处,具体数量根据实际情况确定。

3.6消能减震技术

消能减震装置具有滞回耗能作用,利用这一特性可以消耗掉大部分地震作用,以达到保护主体结构安全的作用,因此消能减震技术也是常用的抗震技术之一。根据消能装置的功能不同,消能减震体系可分为两大类。

(1)阻尼器消能减震体系。当建筑物受到震作用时结构可能会发生明显变形,阻屁器可利用阻尼特性消耗动能,将其安装于建筑的承重结构可非承重结构中,能够发挥阻尼器的消能效能,通过消能减震来达到保护建筑结构的目的。(2)消能构件减震体系,采用耗能剪力墙与耗能支撑消能装置时即组成消能构件减震体系,建筑受到地震作用时结构会发生变形,耗能剪力墙受到影响会通过互相错动抵消地震能量,减少地震作用对结构主体的影响。消能构件减震体系又包括耗能支撑、耗能框支撑、摩擦耗能支撑节点、耗能偏心支撑、耗能隅撑、耗能剪力墙等多种,不同的消能构件减震体系的消能构件组成有所不同。

4结论

随着建筑工程技术的不断发展,人们对于建筑的抗震性能提出更高要求,隔震技术和减震技术得到广泛应用,其中隔震支座就是一种有效方案。在未来,相关企业应该继续研发新型的隔震减震技术,对现有技术方法进行优化,在保证抗震性能的基础上,达到降本增效的目标。

参考文献:

[1]赵善帮.现代建筑结构抗震设计的技术要点分析[J].陶瓷,2021,(12):81-82.

[2]魏勇.超限高层建筑结构抗震设计失效的研究[D].大连理工大学,2020.

[3]张利军.高层建筑结构抗震设计要点解析[J].建材技术与应用,2018,(06):12-14.

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