時間:2022-08-05 06:14:02
開篇:寫作不僅是一種記錄,更是一種創造,它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感,將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇抗震設防論文,希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友,陪伴您不斷探索和進步。
重慶位于我國南北地震帶中段東側,屬中強地震比較活躍的地域,1996年重慶市被國務院列為全國地震重點監視防御城市。重慶地區的中強地震具有震源淺、烈度高、震害嚴重、易導致嚴重的次生災害等特點。由于重慶鄉鎮人口集中,地震所造成的災害損失和社會影響很大。近年來,隨著重慶經濟社會的發展,城鄉居民的住房條件有了明顯改善,但廣大農村地區仍是防震減災工作的薄弱地區。因此逐步提高農村防震能力是當前迫切開展的一項工作,是加強農村防震減災工作,統籌城鄉一體化的必然結果。
一、重慶農村民居防震設防應對措施
農居抗震設防歷來是防震減災工作的薄弱環節,我國在前幾年確定防震減災十年目標時,是以城市為重點,要求在各級政府和全社會的共同努力下,爭取用10年左右時間使我國大中城市和人口稠密、經濟發達地區具備抗御6級左右地震的能力,當時農村的抗震設防工作沒有提到議事日程。隨著農村經濟的發展和地震對農村經濟破壞的加重,農居地震安全工程已引起了黨和政府的高度重視,并提出了“突出重點、全民防御,健全體系、強化管理,社會參與、共同抵御”三大戰略要求。
為貫徹落實全國農村民居防震保安工作會議精神,努力提高農村民居防震保安能力,2007年重慶市建委、市地震局提出了全市的農村民居地震安全工程的實施意見;2008重慶市政府擬出臺文件,要求按高于《中國地震動參數區劃圖》確定的抗震設防要求設計,提高重慶市新建、改建大樓的防震標準;2009政府又安排300萬元專款,組織有關專家和科研單位,開展農村民居經濟實用抗震技術和農村民居巴渝建筑風貌特色研究,編制實用技術標準。目前,區縣的抗震民居示范工程已經逐步啟動。
二、農村民居抗震設防基本狀況和存在的問題
隨著改革開放以后人民群眾物質文化生活水平的提高,村鎮建筑(本文僅指不納入建設行政主管部門管理的居民建筑)建設的快速增長,居民的房屋結構也由傳統的土坯或土木結構逐漸改為砌體結構、框架結構。但由于缺乏有效的技術指導,多數建筑在沒有規范設計和規范施工的情況下就已建成,留下了不少的安全隱患。具體問題在于:一是目前重慶市村鎮建筑多由居民自己出資,在自有土地產權范圍內建設,一般不納入政府職能部門的基本建設管理范圍,大多無正規設計標準,房主僅為了滿足自身需求,依照自己擬定的功能、開間尺寸、進深尺寸、層高、層數等來進行建蓋;二是施工方大多屬無資質的農民施工隊,工匠技能參差不齊。建蓋過程中,憑建房農民自己的經驗和感覺,甚至是錯誤的經驗就把房屋結構建蓋起來;三是建筑經費使用不合理,主要追求住房的高大、寬敞、明亮,在外表裝飾上投入過多,在結構抗震上過分省錢,有的甚至不與考慮過房屋結構的抗震問題;四是地基選擇不合理,地基挖掘深度不夠,處理方式簡單,大多數僅在地面下50公分左右填埋碎石或片石,很少打地圈梁,基本沒有加鋼筋,多層建筑大多沒有圈梁;五是承重墻厚度達不到要求,有的磚混結構承重墻僅是l2墻,普遍存在磚木結構房屋層高超高,達4~5米;六是砂槳比例不合理,粘接強度差,建筑質量差,忽視抗震設防標準,達不到抗震設防的要求。
從重慶5個鄉鎮民居的調查統計分析情況看:個別地區鄉鎮經濟發展較快,農民生活逐漸富裕,房屋建筑情況相對好些,主要以混合和混預結構為主,采用了圈梁,結構上具有一定的抗震能力,約占調查總數的10%;以磚混合預制結構為主的農家自建樓房,建房過程中根本未考慮抗震設防因素,施工人員技能普遍很低,特別是部分房屋的選址不科學、地基不穩定,不符合抗震設防要求,雖然這類房屋具有一定的抗震性能但很脆弱,約占調查總數的25%;在有些偏僻山區的情況相對較差,由于經濟原因主要以土木結構(土坯房)為主,少部分為磚木結構,房屋基本不具備抗震能力,約占總數的65%。總體上看,農村民居抗震能力十分脆弱,推廣和加強農村民居地震安全工程的工作十分必要。
三、推行民居抗震設防工作需加強的幾項工作
推進農村民居地震安全工程是一項復雜的系統工程,是一項長期而艱巨的任務。各級政府要在民居安全工程建設中發揮主導作用,將其納入政府的議事日程,要落實分管領導、責任到人。在推進農村民居防震保安工作中不容忽視以下幾個方面:
1、專家參與設計,組織進行抗震性能房屋建設論證。針對不同地區、不同經濟條件下各種機構類型,給出當地群眾經濟上易接受的抗震技術措施和指導性建議。通過編制地區性房屋抗震技術標準和抗震構造圖集的形式,指導村鎮房屋建造,提高其綜合抗震能力。
2、領導重視。少數鄉鎮政府對農居抗震設防工作沒有給予足夠的重視,干部群眾防震減災意識淡薄,存在僥幸心理,對推廣民居地震安全工程積極性不高,沒有建立農居檔案,心中無數,這種現狀對今后的抗震救災工作極為不利。
3、嚴把五關。嚴把選址關:嚴格規劃選址實行統一規劃、分棟(分戶)自建,嚴格按建設程序審批。規劃選址用地避開山洪、風口、泥石流、洪水淹沒、風景區核心景區、地下采空區、高壓輸電線路等,并要求有充足的水源和便利的交通條件,以方便生產生活;嚴把建筑設計關:住宅方案供農民選擇使用,免費向村民提供住宅設計圖集,住宅設計一般為2~4層,達到國家技術標準,滿足農村生產生活需要;嚴把施工關:以鎮為單位編制施工方案,組織有資質的施工企業或持證工匠施工,杜絕無證施工,加強施工安全管理;嚴把工程質量關:聘請監理公司或區質監站對農房建設進行監理和監督,同時還應建立由鎮村管所技術人員、村組干部、建房業主代表三方組成的質量監督小組進行質量監督;嚴把建筑材料關:凡進入施工現場的建筑材料及構配件必須符合國家標準,凡不能滿足技術標準的一律禁止進入施工現場。
4、加強宣傳教育。農村長期存在防震抗震知識不足,對建房質量認識不能到位,采用科學、靈活、及時有效的宣傳方式,通過各種宣傳媒體,將農村住宅建設防震抗震知識普及到鄉(鎮)、村莊和農戶,使廣大農民建設安全農居變為維護自身生命財產安的自覺行動,增強市民防震意識。
5、加強監管,保障農村民居抗震質量。把抗震設防管理納入工程審批、規劃、勘察、設計、施工、驗收等各個管理環節中,加強監管,確保抗震設防質量。
四、結束語
農村民居防震保安工作要結合新農村建設來改善農民居住條件,是加強農村民居防震減災能力的一種基本措施。同時,積極宣傳,提高農民認識,讓農民自主自愿參與實施地震安全民居工程,做好抗震設防技術指導和服務是實施地震安全民居工程的核心。
(作者單位:重慶大學建設管理與房地產學院)
主要參考文獻
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[2]羅書山.山地城鎮防震規劃初探.重慶建筑工程學院學報,1991.4.
論文關鍵詞:汶川地震,一般建筑,抗震,安全
5.12四川汶川地震震撼全國,也震撼了千千萬萬國人的心。地震造成的直接經濟損失達8451億元人民幣,遇難人數及失蹤人數總和超過87000人,建筑物倒塌造成的人員傷亡占地震傷亡人數的90%以上,庇佑人類生存、遮風擋雨的建筑是否成為了生命的殺手?我們日常居住和使用的建筑安全嗎?帶著這樣的疑問,作者在暑假期間走訪了主要地震區——都江堰市和震中區——映秀鎮,了解一般建筑特別是新建建筑在地震中的表現,以期對按現行國家標準建造的房屋抗震能力有所認識,說明一般建筑的抗震安全性能。
作為描述地震的相關概念包括震級、烈度等。地震震級是表示地震本身大小的一種度量,一般用里氏震級表示。地震烈度指某一區域的地表和各類建筑遭受某一次地震影響的平均強弱程度,我國規定的地震烈度劃分為12個等級,最高為12度。設防烈度是按國家規定的權限批準,作為一個地區抗震設防依據的地震烈度。
此次汶川地震震區地理位置處于青藏高原斜坡龍門山麓坡底與成都平原(盆地)邊緣交接地帶,地震震級為8.0級,都江堰市距汶川縣映秀鎮震中直線距離約14公里,地震實際烈度約為8--9度,映秀鎮地震實際烈度約為11度(見中國地震局網站的《汶川8.0級地震烈度分布圖》)。地震烈度8--11度時一般建筑的通常情況見表1,該地區地震前的抗震設防烈度為7度。
表1中國地震烈度表(節選)
烈度
8
9
10
11
一般建筑震害程度
中等破壞——結構受損,需要修理
嚴重破壞——墻體龜裂,局部倒塌,修復困難
關鍵詞:高層建筑,抗震設計,抗震結構,抗震技術
2008年的汶川地震和2010年的玉樹地震對中國來說無不是沉重的打擊,不但造成巨大的經濟損失,更心痛的是有那么的生命離開了我們,這不得不讓人們反思我們建筑的抗震設防能力。在地震中,幾乎所有的建筑都倒塌了,相對于低層建筑而言,高層建筑破壞和倒塌的后果就更加嚴重。近年來國內國外高層、超高層建筑的高度不斷攀升,就在2010年正式開放的哈利法塔的高度達到了驚人的828米,而且建筑的體型越來越復雜,不規則結構越來越多,這對于結構的抗震都是十分不利的。為保證高層結構的抗震安全,達到安全和經濟的統一,有必要對高層結構的抗震設計、抗震結構和抗震技術進行探討。
1.地震導致建筑破壞的原因
根據地震經驗,地震期間導致高層建筑破壞的直接原因可分為以下三種情況:
(1)地震引起的山崩、滑坡、地陷、地面裂縫或錯位等地面變形,對其上部建筑的直接危害;
(2)地震引起的砂土液化、軟土震陷等地基失效,對上面建筑物所造成的破壞;
(3)建筑物在地面運動激發下產生劇烈震動過程中,因結構強度不足、過大變形、連接破壞、構件失穩或整體傾覆而破壞;
2.建筑的抗震概念設計
所謂“建筑抗震概念設計”是指根據地震災害和工程經驗等所形成的基本設計原則和設計思想,依此進行建筑和結構總體布置并確定細部構造的過程。科技論文。
3.建筑抗震設計方法的發展過程
3.1、靜力理論階段
水平靜力抗震理論始創于意大利,發展于日本,1900年日本學者大森房吉提出“震度法”的概念。該理論認為:結構物所收到的地震作用,可以簡化為作用于結構的等效水平靜力,其大小等于結構重力荷載乘以一個系數。
3.2、反應譜理論階段
我國及國際上多數國家抗震設計規范本質上都采用了反應譜理論及結構能力設計原則。其主要特點如下:
(1) 用規范規定的設計反應譜進行結構線彈性分析。
(2) 結構構件的承載力是根據設計反應譜所作的結構線彈性計算通過荷載和地震作用效應組合后內力進行設計。
(3) 在早期方案設計階段,結構體系、結構體型的規則性及結構的整體性滿足規范的規定,以使結構能可靠地發揮非彈性延性變形能力。
3.3、動力理論階段
1971年美國圣費南多地震的震害,使人們清楚地認識到“反應譜理論只說出了問題的一大半,而地震持時對結構破壞程度的重要影響沒有得到考慮”,從而推動了采用地震加速度過程a(t)來計算結構反應過程的動力法的研究。此一新理論不但考慮了地震的持時,還更近一步地考慮了地震過程中反應譜所不能概括的其他特性。
4.高層建筑結構體系
設計地震區的高層建筑,在確定結構體系時,除了要考慮前面所提到的材料用量、建筑內部空間和使用的房屋高度等因素外,還需進一步考慮下列抗震設計準則:
(1)具有明確的計算簡圖和合理的地震力傳遞路線;
(2)具備多道抗震防線,不會因部分結構或構件失效而導致整個體系喪失抵抗側力或承受重力荷載的能力
(3)具有必要的承載力、良好的延性和較多的耗能潛力,從而使結構體系遭遇地震時有足夠的防倒塌潛力;
(4)沿水平和豎向,結構的剛度和強度分布均勻,或按需要合理分布,避免出現局部削弱或突變形成薄弱環節,從而防止地震時出現過大的應力集中或塑性變形集中。
在確定建筑方案的同時,應綜合考慮房屋的重要性、設防烈度、場地條件、房屋高度、地基基礎以及材料供應和施工條件,并結合體系的經濟、技術指標,選擇最合適的結構體系。
5.建筑抗震措施或設計
5.1、錯開地震動卓越周期
一個場地的地面運動,一般均存在著一個破壞性最強的主振周期,如果建筑物的自振周期與這個卓越周期相等或相近,建筑物的破壞程度就會因共振而加重。地震動卓越周期又稱地震動主導周期。
從眾多的地震倒塌建筑物中可以看出,建筑周期與地震動卓越周期相接近,是引起建筑共振破壞的主要因素和直接原因。因此,在進行高層建筑設計時,首先要估計地震引起該建筑所在場地的地震動卓越周期;然后,在進行建筑方案設計時,通過改變房屋層數和結構類型,盡量加大建筑物基本周期與地震動卓越周期的差距。
5.2、采取基礎隔震措施
傳統的抗震方法是依靠結構的承載力和變形能力,來耗散地震能量,使結構免于倒塌,但由于是一種“被動防震”,就不免存在許多不足之處。地震對建筑的破壞作用,是由于地面運動激發起建筑的強烈振動所造成的,也就是說,破壞能量來自地面,通過基礎向上部結構傳遞。人們總結地震經驗后發現,地震時結構底部的有限滑動,能大幅度地減輕上部結構的破壞程度。科技論文。
基于可動概念的基礎隔震方案很多,主要有:(1)軟墊式隔震。在房屋底部設置若干個帶鉛芯的鋼板橡膠隔振裝置,使整個房屋坐落在軟墊層上,遭遇地震時,樓房底面與地面之間產生相對水平位移,房屋自振周期加長,主要變形都發生在軟墊塊處,上部結構層間側移變得很小,從而保護結構免遭破壞。(2)滑移式隔震。在房屋基礎底面處設置鋼珠、鋼球、石墨、砂粒等材料形成的滑移層或滾動層,使建筑物遇地震時在該處發生較大位移的滑動,達到隔震目的。(3)擺動式隔震。科技論文。擺動式隔震方式實質上是柔性底層概念的改進和引伸。(4)懸吊式隔震。這一隔震方式的構思是,將整個建筑懸吊在支架下面,避免地震的直接沖擊,從而大幅度較小建筑物所受到的地震慣力。
5.3、削減地震反應——提高結構阻尼
為了提高結構阻尼,可以在結構上設置阻尼器,以吸收地震輸入的能量,減小結構變形。臺北101大樓在87~92樓安裝了一個巨大的鋼球風阻尼器,是世界上目前最大的大樓風阻尼器,它的球體直徑5.5米,由四十一層12.5厘米厚鋼板結合為球形,重量660噸,可以有效減輕由于颶風和地震所引起的震動和側移。
為高層建筑提供附加阻尼的另一新途徑,是利用主體結構與剛性掛板之間特殊裝置的非彈性性能和摩擦。采取這一措施后,可以使阻尼比僅為2%的抗彎鋼框架,有效粘滯阻尼比增加到8%或更多,從而使底部地震剪力和頂點側移降低50%。
此外,通過采用高延性構件和附設耗能裝置也能有效削減地震反應。
6.高層建筑抗震技術發展展望
未來高層建筑的發展趨勢,體型將更趨復雜,結構體系將更趨多樣化。出于對建筑藝術上的要求,高層建筑的體型將會更為復雜和多樣,許多高層建筑都是綜合性的和多用途的,因此對建筑和結構必然提出新的更高的要求。從結構體系上看,也決不會停留在原有的幾種形式上,而會更好地滿足功能和藝術上的需求,創造出新的結構體系。
參考文獻
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關鍵字:粘滯阻尼器,抗震,原理,設計
一.概論
最近幾年,地震在我國頻繁發生,給人們帶來了生命財產的嚴重損失,所以抗震成為保證結構安全的重要任務。現在世界各國普遍采用的傳統抗震方法為“延性結構體系”,它的設防目標是“小震不壞、中震可修、大震不倒”。
在現代建筑的設計中,積極抗震方法已是大勢所趨,尤其是消能減震的設計方法。結構消能減震體系是一種新的抗震防災技術,是把結構的一些非承重構件(支撐、剪力墻、連接件等)設計成消能構件,或在結構的一些部位(層間空間、節點、連接縫等)裝設消能裝置,在小風或小震時,本身有足夠的側向剛度以滿足使用要求,結構處于彈性狀態;當出現大震或大風時,隨著側向變形的增大,消能構件先進入非彈性狀態,產生比較大的阻尼,消耗輸入結構的大部分能量,迅速衰減結構的振動反應,使主體結構避免出現明顯的非彈性狀態。
消能減震結構體系與傳統抗震結構體系相比,具有安全性 、經濟性、技術合理性和震后易于修復或更換的優點,故本文將對粘滯阻尼器做一系列的抗震設計探討。
二、粘滯阻尼器
粘滯阻尼器的研究始于20世紀80年代末,美國和日本起步較早,目前已經運用到大量工程中,相應的也制定了設計規范、規程和設計手冊。國內則相對起步較晚,始于20世紀90年代初。目前我國已在阻尼器的實驗研究、開發以及工程應用等方面已取得一定的成就。《建筑抗震設計規范》(GB50011-2001)也包含了應用阻尼器相關方面的內容。
粘滯阻尼器由缸筒、活塞、粘滯流體和導桿等組成。缸筒內充滿粘滯流體,活塞可在缸筒內進行往復運動,活塞上開有適量的小孔或活塞與缸筒留有空隙。當結構因變形使缸筒和活塞產生相對運動時,迫使粘滯流體從小孔或間隙流過,從而產生阻尼力,將振動能量通過粘滯耗能消掉,達到減震的目的。
三、粘滯阻尼器原理
對于一般的工程結構,在地震或者風的作用下,一般為低頻振動,頻率小于3Hz ,阻尼器的剛度便可以忽略, 可近似認為阻尼系數不隨振動頻率的變化而變化,阻尼力、阻尼系數和活塞運動速度三者的關系可描述為:F = C?va,其中,a為阻尼指數,V為活塞運動速度,單位為(m/s),F為阻尼器輸出阻尼力(N),C為阻尼系數(N ?s/ m) ;
研究結構消能減振技術要從結構在地震發生時的能量轉換開始:
傳統抗震結構:Ein = ER + ED + ES
采用粘滯流體阻尼器的消能減振結構:Ein = ER + ED + ES + EA
式中, Ein:地震時輸入結構的地震能量;ER:結構物地震反應的能量, 即結構物振動的動能和勢能;ED :結構阻尼消耗的能量;ES :主體結構及承重構件非彈性變形消耗的能量;EA:粘滯流體阻尼器消能裝置消耗的能量。
如果ED 忽略不計,對于傳統結構, 為了最后終止地震反應( ER 0) ,必然導致主體結構及承重構件的損壞、嚴重破壞或者倒塌( ES Ein) 。而對于采用粘滯流體阻尼器的消能減振結構,阻尼器率先進入消能工作狀態, 大量消耗輸入結構的地震能量( EA Ein) , 既能保護主體結構免遭破壞( ES 0) ,又能迅速地衰減結構的地震反應( ER 0) ,確保結構的安全。
四、粘滯阻尼器的抗震設計
進行抗震設計,首先要明確它的抗震目標。采用粘滯流體阻尼器的建筑,其抗震設防目標應高于傳統抗震設計的抗震設防目標。在采用粘滯阻尼器消能減振設計時,暫時還無法做到在設防烈度下上部結構完全不受損壞或主體結構處于彈性工作階段,但是與非消能減振及非隔震建筑相比,須有所提高, 也就是說: 在多遇地震下, 基本不影響使用功能和受損壞; 在設防烈度的地震下,無需修理仍可繼續使用; 在高于本地區設防烈度的罕遇地震下,不危及安全和喪失使用功能;在罕遇地震下的層間彈塑性位移角限值, 應小于《規范》的規定。
液體粘滯消能器一般表現為非線性特征,大大增加了分析的難度。為此國內外的學者進行了大量研究工作,提出了多種等效線性化方法。仍采用振型分解反應譜法計算液體粘滯消能減振結構,確定消能結構的自振周期、振型和阻尼比是計算的關鍵。假定附加消能器的結構頻率和振型與原結構(未加消能器的結構)相同,這樣就可以按經典特征值問題求解安裝消能器后的結構。
根據多個文獻資料的講述,將消能減震設計過程歸納為如圖流程表
四、結語
從安全的角度考慮,現在已經有越來越多的建筑結構開始采用粘滯阻尼器,例如,南京奧體中心觀光塔、北京奧林匹克公園國家會議中心、內蒙古會展中心等,而事實也證明,粘滯性阻尼器的確發揮了較為良好的減震作用。因此,粘滯阻尼器對于建筑結構消能減震具有重要的應用價值。
但是,將粘滯阻尼器應用在工程中,所采用的是一種組合結構,在工程中實際經驗還是較少,尤其是工程師們在考慮采用這項技術時,應該安裝多少阻尼器,在各種抗震設防標準情況下,應選用多大阻尼力以及效果并不是很明朗,因此在今后的研究中更需要加深其廣度和深度,完善理論。尤其是多進行一些定量的分析會有更大的理論意義。
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關鍵詞:多層砌體;學校建筑;抗震鑒定;加固措施
一、抗震加固現狀
(一)結構減震控制技術
消能減震控制的優點:(1)具有較廣的應用范圍,對于結構的豎向和水平地震作用能夠同時減少,無論是短周期還是長周期對其結構都有效,尤其對于高柔結構剛度的增強、位移的減小有著顯著的作用;(2)阻尼器可進行干作業施工,能夠使得工期縮短,在施工中也不用搬遷;(3)具有靈活的結構布置,在結構薄弱部位可進行布置,并且對于結構整體和構件的抗震能力有顯著的提高作用。
(二)鋼筋后錨固技術
鋼筋后錨固技術主要包括脹管螺栓錨固和植筋技術,其中可以應用于抗震加固工程的是植筋技術。植筋技術是先在構件上打孔,然后把專用粘結劑注入其中,再把鋼筋去,等到粘結劑硬化后,鋼筋與周圍混凝土粘結成整體。粘結劑的選擇是鋼筋后錨固技術的關鍵所在。
(三)站鋼、碳纖維加固技術
該技術是把專用粘結劑涂刷在被加固混凝土構件的表面上,然后粘結固定鋼板與混凝土構件,使新粘結的鋼板與原有構件共同工作,從而使得加固原混凝土構件的目的能夠實現。碳纖維加固技術與粘鋼加固技術非常類似,碳纖維加固技術比鋼板加固技術強度更高、重量更輕、彈性模量更高以及耐腐蝕性更好等優點,碳纖維加固技術其發展前景是非常好的。
(四)檢測技術
檢測分為加固前檢測和加固后檢測兩種。為了弄清楚原有結構的實際情況,因此需進行結構加固前檢測,由此可見,這種檢測是比不可少的。結構加固后的檢測主要是為了對完成的工程進行驗收,同時也是工程監理和工程質量監督不可缺少的一部分。在進行檢測時,首先需要事后檢測手段,在盡可能不造成工程損傷的情況下對工程加固的實際情況進行快速、方便、準確的檢測;其次,還需要監督體系,即一個完備的、配套的工程質量驗收、監督體系以及相應的措施。
(五)變形縫和節點的加固
為了防止房屋因為地震而受到破壞,對新建結構變形縫的寬度有一定要求。對于既有的建筑,年代都較久遠,變形縫的寬度較小,要想避免地震時的碰撞破壞那是不可能的。在結構抗震中,節點是關鍵部位,其實它同時也是目前抗震加固的薄弱部位,可采用較多方法對柱、梁進行加固。柱、梁有效的粘鋼、碳纖維等加固方法就拿節點沒有辦法,在加固時不能讓節點區的既有結構產生加大破壞,還必須使柱、梁的鋼筋、鋼板盡可能互相拉通,其實這會發生很大的沖突。對于抗震而言,節點是不能削弱的,只能進行加強,但是目前的加固不能滿足這種要求,因此,加強節點抗震加固方法需要進一步進行研究和探索,盡快使其能夠更加完善。
二、多層砌體學校建筑抗震存在的問題
首先,多層砌體學校建筑的砌筑砂漿強度比較低。砌體塊材和砂漿的強度主要都是由砌體墻的抗震承載力決定。因為砌體塊材在工廠生產且出廠和進入施工現場時都是經過質量驗收的,因此,一般情況,砌體塊材的強度是有保證的。而砌筑砂漿需要現場配制和操作人員砌筑,其強度和施工質量受影響的因素很多,難以控制。砂漿強度過低的話,對于墻體的抗震能力的要求很難實現,并且增加了相應的加固工程量,另外,后加固部分與原有墻體的錨固以及有機結合共同發揮作用等都由于砂漿強度過低而存在很多問題。其次,外縱強開洞率大。在結構體系方面存在外縱墻開洞率大使得外縱墻的抗震能力削弱了,房屋的整體抗震能力也削弱了,并且樓梯間設置在端部容易破壞。再次,鋼筋混凝土構造柱與圈梁的設置在抗震構造措施方面偏少,不是每開間均設置,對內、外縱墻不能有效地形成較好的約束,并且會有整體抗震能力較差等問題的產生。
三、多層砌體學校建筑抗震主要采取的措施
第一,對于多層砌體學校建筑的墻體砌筑砂漿強度小于1.0MPa、抗震能力較低、加固量涉及所有的墻體、抗震加固成本大于新建工程的70%、由于砂漿強度太低加固效果很難實現、對于8度異類建筑的抗震設防要求也很難滿足等問題,應該對這些建筑進行拆除重建。
第二,對于多層砌體學校建筑的墻體砌筑砂漿強度大于等于1.0MPa時,通過采取加固措施來滿足結構的抗震承載力的要求,進而使得磚墻抗震承載能力與抗震設防要求的差距減小;在結構體系方面為預制鋼筋混凝土空心板的縱墻承重,在抗震構造上構造柱、圈梁設置不合理等的多層砌體學校建筑,對其進行整體加固要從對房屋的整體抗震能力的提高來進行。對整體加固措施的合理加固方案的選擇要根據既有學校的墻體抗震承載能力、抗震構造措施的差異、結構布置的差異等來進行。(1)對于磚墻抗震承載能力相差10%以內,可采用以下抗震加固措施:增設構造柱、加強樓梯間、圈梁與橫向鋼拉桿等;(2)對于磚墻抗震承載能力相差10%~30%之間的,可采用以下抗震加固措施:對不足墻體進行鋼筋網砂漿面層加固、增設構造柱、圈梁和橫向鋼拉桿以及樓梯間等;(3)對于磚墻抗震承載能力相差30%以上,可以采用以下抗震加固措施:對不足墻體進行混凝土板墻加固和增設構造柱、圈梁與橫向鋼拉桿以及樓梯間等。
第三,對于砂漿強度等級滿足設計要求,其墻體抗震承載力也滿足8度設防要求,但是在構造柱、圈梁設置存在不合理或者樓梯間設置在端部等學校建筑工程,應采取在內外縱墻增設鋼筋混凝土構造柱、鋼拉桿、樓梯間三面墻體加固等的局部加固措施。
第四,對于那些具有不合理的結構體系和結構布置的學校建筑來講,抗震加固應從對結構抗側力體系進行改變和結構的對稱性進行改善開始。對于樓梯間的加固應根據樓梯間的位置確定相應的加固方法:如果樓梯間在轉角時,不應加固的過強,此時加固可采用適當對配筋率的鋼筋網砂漿面層進行加大的方法來進行,同時對相鄰的橫向墻體進行加固,總而言之,加固后樓梯間墻體要比相鄰墻體的抗側力剛度小,避免增加使得其破壞程度被加重;如果樓梯間在中部,則加固方法可采用鋼筋混凝土板墻進行。
第五,對于以下情況應采取增大截面或粘鋼等加固補強的措施來進行,例如:對于抗震承載力承重柱、樓梯梁、梁不能夠對其進行滿足的,或者是樓板開裂等。
第六,對于以下情況應采取維護、修補措施對學校工程的耐久性進行確保,例如:外墻滲漏、樓板出現縫裂等情況。
四、結語
通過抗震鑒定可以對建筑物的綜合抗震能力進行分析,并且會以科學的方法對房屋抗震能力進行整體的評判。與此同時,對抗震鑒定結構的基礎上進行抗震加固,從而能夠使得房屋的整體抗震能力得以提高,進而使得房屋的安全使用有了較強的保證。
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論文摘要:根據升板結構房屋的特點,結合工程實例,通過對該類房屋進行現場調查、構造分析和結構復算,對房屋的檢測和加固方法進行了研究,從而使升板結構房屋滿足現行設計規范要求,進而推廣升板結構形式的應用。
0引言
升板結構是二十世紀七八十年代的一種鄉昭些結構形式,其主要特點為現場濕作業少、構件統一、易于預制、板底平整等。正是由于這些特點和當時施工技術等原因,所以建設了較多的這種結構形式的房屋。在當前城市改造過程中,或多或少地會遇到這類房屋。其主要缺點為水平剛度較小,柱板連接節點較弱等。本文結合工程實例對這類房屋的特點進行分析,并對加固設計方法進行研究。
1工程概況
某商場為一幢4層混凝土結構房屋,建筑面積8 000時。房屋結構形式為柱板結構,柱形式為角鋼勁性柱;1層,2層采用密肋樓板升板結構,3層,4層采用平板升板結構。柱設計截面尺寸為350 x 350,內配4藝80x8等邊角鋼。密肋板的肋梁截面尺寸為120 x 250 @ 615,柱邊肋梁負彎矩處配2小18,跨中正彎矩配2似5,箍筋為雙肢懷@ 150;跨中肋梁負彎矩配砷18,正彎矩配125,拉結筋為S形拓@ 150。后澆方形柱帽,柱帽尺寸為1 500 x1 500 x 400。平板設計板厚為200,內配X14)150鋼筋雙層雙向配置,板底、板頂鋼筋的斷開位置均在跨中1 /3處。后澆錐形柱帽,柱帽尺寸為1 800 x 1 800 x 300。混凝土設計標號為300號。升板與柱之間的連接采用型鋼承重銷、型鋼與提升環中的預埋型鋼焊接。房屋采用柱下條形基礎,基礎埋深2.000 m,電梯井及樓梯間位置的基礎為筏片基礎,基礎埋深為2.000 m,混凝土設計標號為200號,結構平面圖見圖1,圖2。
2現場調查
由于房屋使用歷史較長,在平時使用過程中沒有按照原設計荷載要求進行使用,曾多次對房屋進行改造,樓層面裝飾層厚度達到300~,遠遠大于原始設計荷載。在現場將所有樓層裝飾層全部拆除后,發現原有平板呈現明顯的凹凸現象,與無梁樓板在均布荷載作用下的變形情況完全一致,說明長期荷載作用下,混凝土樓板已經出現了永久變形。1層大部分混凝土柱的混凝土質量較差,鋼筋銹蝕較嚴重,混凝土表面已經發現有部分保護層剝落,2層混凝土柱的混凝土質量略好于1層框架柱。角鋼勁性柱由于保護層厚度較薄,鋼材表面已經銹蝕,銹蝕量不大,樓板的鋼筋銹蝕情況不明顯。1層的混凝土標號比原設計200號混凝土低,1層可評定為C15,2層可評定為C25;3層,4層的混凝土標號離散性較大,可以評定為C25。
升板結構現場發現部分外露型鋼承重銷出現較為嚴重的銹蝕現象,個別構件銹蝕量已經大于5 mm,嚴重影響了承重銷的承載能力。
3構造分析
按照現行建筑抗震設防等級分類標準,房屋為丙類建筑,框架的抗震等級為二級。
現行GB 50011-2001建筑抗震設計規范(2008版)對結構體系的要求:結構體系尚宜符合下列各項要求:1)宜有多道抗震防線;2)宜具有合理的剛度和承載力分布,避免因局部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;3)結構在兩個主軸方向的動力特性宜相近。對板柱一抗震墻結構而言,規范要求:房屋的周邊和樓、電梯洞口周邊應采用有梁框架;房屋的屋蓋和地下1層頂板宜采用梁板結構。板柱一抗震墻結構的抗震墻應承擔結構的全部地震作用,各層板柱部分應滿足計算要求,并應能承擔不少于各層全部地震作用的20 0%。顯然本工程的結構體系不能滿足規范要求。
4結構復算
1)根據計算結果,大部分框架柱的軸壓比以及配筋不能滿足使用要求,其中最大值為1.75,遠遠大于規范規定的0. 85。地基基礎承載能力基本能夠滿足使用要求。2)層間位移及結構動力特性計算結果表明,樓層集中質量較大,結構的側向剛度較弱,層間位移最大值為1 /397,是規范規定的2倍多。3)框架柱的箍筋設置亦不滿足抗震設計規范的要求。
5小結
1)從整個結構來看,本房屋結構體系均為板柱結構。原結構設計沒有考慮抗震設防,柱板連接節點構造、框架柱的抗震構造措施等均不能滿足抗震構造要求。結構的承載力達不到7度抗震設防要求。因此房屋整體抗震性能不符合現行抗震設計規范要求。2)層間位移及結構動力特性計算結果表明,結構的側向剛度明顯較弱,層間位移均超過規范規定限值。
6加固方法研究
根據驗算結果并依據GB 50367-2006混凝土結構加固技術規范,建議對整個建筑結構采取如下加固措施:
1)由于結構的側向剛度較小,層間位移不能滿足規范要求,應當在適當的位置增設抗側力構件,提高結構的側向剛度,減小層間位移。結構加固平面圖見圖3。結構層間位移和動力特性計算結果見表1,表2。從表1,表2中可以看出,增加抗側力構件(抗震墻)后,房屋的結構體系由原來的板柱體系轉化為板柱一抗震墻體系。層間位移計算明顯減小,房屋振動周期縮短,結構整體水平剛度有了較大的提高。結構體系相對而言比較合理,且滿足了現行設計規范要求。
2)樓板應當全面鑿除裝修層,減輕結構的恒載。
3)對于密肋樓板應當進行結構加固。密肋樓板的加固方法可采用加固密肋的方法,在板肋正負彎矩區粘貼高強片材,如鋼板或碳纖維材料。
4)混凝土柱,應首先鑿除混凝土柱表面已經碳化、酥裂部分,采用擴大截面法進行加固。為了保證框架柱的連續性,柱鋼筋應穿樓板至屋面,并增設箍筋加密區。
5)對于升板結構與混凝土柱之間的連接,應增澆柱帽,提高樓板的抗沖切能力。
論文摘要:本文簡要介紹了高層、超高層建筑的結構體系,通過對國內已建和在建的高層建筑鋼結構國產化問題的調研,分析了在鋼材、設計、施工和監理等方面國產化所面臨的主要問題,為高層建筑鋼結構的發展提出了一些建議。
高層鋼結構建筑在國外已有110多年的歷史,1883年最早一幢鋼結構高層建筑在美國芝加哥拔地而起,到了二次世界大戰后由于地價的上漲和人口的迅速增長,以及對高層及超高層建筑的結構體系的研究日趨完善、計算技術的發展和施工技術水平的不斷提高,使高層和超高層建筑迅猛發展。鋼筋混凝土結構在超高層建筑中由于自重大,柱子所占的建筑面積比率越來越大,在超高層建筑中采用鋼筋混凝土結構受到質疑;同時高強度鋼材應運而生,在超高層建筑中采用部分鋼結構或全鋼結構的理論研究與設計建造可說是同步前進。
超高層建筑的發展體現了發達國家的建筑科技水平、材料工業水平和綜合技術水平,也是建設部門財力雄厚的象征。
一、我國的高層與超高層鋼結構建筑的發展
我國的高層與超高層鋼結構建筑自改革開放以來已有20年的歷史,并在設計和施工中積累了不少經驗,已有我國自行編制的《高層民用建筑鋼結構技術規程》JGJ 99-98。
1、鋼材的國產化
國內鋼鐵企業根據我國高層建筑鋼結構設計標準的要求,制訂我國第一部高層建筑鋼結構的鋼材標準《高層建筑結構用鋼板》( YB4104-2000),比目前仍在實施的《低合金高強度結構鋼》(GB/T 1591-94) 又前進了一步,其性能指標優于國外同類產品。
2、鋼結構設計國產化
截止2003年3月,我國已建和在建的高層建筑鋼結構有60 余幢,按其結構類型劃分,鋼框架-RC核心筒占4314%,SRC框架-RC核心筒占1617%,二者合計6011%;鋼框架-支撐體系占1813%;巨型框架占813%;純鋼框架占617%,筒體和鋼管混凝土結構各占313%。統計表明,目前我國高層建筑鋼結構以混合結構為主。
鑒于我國對混合結構尚未進行系統的研究,所以《建筑抗震設計規范》(GB50011-2001)暫不列入這種結構類型是合理的。
國家標準《高層民用建筑鋼結構技術規程》(JGJ99-98)和《建筑抗震設計規范》(GB50011-2001)等有關高層建筑最大高度和最大高寬比的規定,在一般情況下,應遵守規范的規定,否則應進行專項論證或試驗研究。建設部第111號令《超限高層建筑工程抗震設防管理規定》和建質[2003]46號文《超限高層建筑工程抗震設防專項審查技術要點》,對加強高層建筑鋼結構設計質量控制意義重大,具有可操作性。
鋼結構設計分兩個階段,即設計圖階段和施工詳圖階段。現在有的設計院完全采取國外設計模式,無構件圖、節點圖和鋼材表等,對工程招投標和施工詳圖設計帶來不便。因此,建議有關部門對此做出具體規定。關于節點設計問題,國內應多做一些理論和試驗研究工作,比如柱梁剛性節點塑性鉸外移和防止焊接節點的層狀撕裂等。由于鋼結構的阻尼比較低,在研發各種耗能支撐和節點的減震消能體系方面,國際上研究和應用較多,國內應加快進行此方面的研究。
二、高層及超高層結構體系
對于高層及超高層建筑的劃分,建筑設計規范、建筑抗震設計規范、建筑防火設計規范沒有一個統一規定,一般認為建筑總高度超過24m為高層建筑,建筑總高度超過60m為超高層建筑。
對于結構設計來講,按照建筑使用功能的要求、建筑高度的不同以及擬建場地的抗震設防烈度以經濟、合理、安全、可靠的設計原則,選擇相應的結構體系,一般分為六大類:框架結構體系、剪力墻結構體系、框架—剪力墻結構體系、框—筒結構體系、筒中筒結構體系、束筒結構體系。
三、鋼結構制作與安裝
1、鋼柱的安裝
鋼柱是高層、超高層建筑決定層高和建筑總高度的主要豎向構件,在加工制造中必須滿足現行規范的驗收標準。
100m高的超高層鋼柱一般分為8~12節構件,鋼柱在翻樣下料制作過程中應考慮焊縫的收縮變形和豎向荷載作用下引起的壓縮變形,所以鋼柱的翻樣下料長度不等于設計長度,即使只有幾毫米也不能忽略不計。而且上下兩節鋼柱截面完全相等時也不允許互換,要求對每節鋼柱應編號予以區別,正確安裝就位。
矩形或方形鋼柱內的加勁板的焊接應按現行規范要求采用熔嘴電渣焊,不允許采用其他如在箱板上開孔、槽塞焊等形式。
鋼柱標高的控制一般有二種方式:
(1)按相對標高制作安裝。鋼柱的長度誤差不得超過3mm,不考慮焊縫收縮變形和豎向荷載引起的壓縮變形,建筑物的總高度只要達到各節柱子制作允許偏差總和及鋼柱壓縮變形總和就算合格,這種制作安裝一般在12層以下,層高控制不十分嚴格的建筑物。
(2)按設計標高制作安裝。一般在12層以上,精度要求較高的層高,應按土建的標高安裝第一節鋼柱底面標高,每節鋼柱的累加尺寸總和應符合設計要求的總尺寸。每一節柱子的接頭產生的收縮變形和豎向荷載作用下引起的壓縮變形應加到每節鋼柱加工長度中去。
2、框架梁的制作與安裝
高層、超高層框架梁一般采用H型鋼,框架梁與鋼柱宜采用剛性連接,鋼柱為貫通型,在框架梁的上下翼緣處在鋼柱內設置橫向加勁肋。
框架梁應按設計編號正確就位。
為保證框架梁與鋼柱連接處的節點域有較好的延性以及連接可靠性和樓層層高的精確性,在工廠制造時,在框架梁所在位置設置懸臂梁(短牛腿),懸臂梁上下翼緣與鋼柱的連接采用剖口熔透焊縫,腹板采用貼角焊縫。框架梁與鋼柱的懸臂梁(短牛腿)連接,上下翼緣的連接采用襯板(兼引弧板)全熔透焊縫,腹板采用高強螺栓連接。
由于鋼筋混凝土施工允許偏差遠遠大于鋼結構的精度要求,當框架梁與鋼筋混凝土剪力墻或鋼筋混凝土筒壁連接時,腹板的連接板可開橢圓孔,橢圓孔的長向尺寸不得大于2d0(d0為螺栓孔徑),并應保證孔邊距的要求。
框架梁的翻樣下料長度同樣不等于設計長度,需考慮焊接收縮變形。焊接收縮變形可用經驗公式計算再按實際加工之后校核,確定其翻樣下料的精確長度。
框架梁上下翼緣的連接可采用高強螺栓連接或焊接連接,目前大部分采用帶襯板的全熔透焊接連接。施工時先焊下翼緣再焊上翼緣,先一端點焊定位,再焊另一端。
在眾多的自然災害中,地震由于危害程度深,發生時間短,突然性強的特點,往往會給社會經濟發展、人類生存安全和社會穩定帶來嚴重的危害。有研究顯示地震中人員傷亡和經濟損失的最主要因素就是房屋倒塌及其引發的次生災害(占95%)。2008年我國汶川大地震中,我國四川盆地到處屋毀人,一片狼藉,無數次的歷史經歷告訴我們,做好抗震防御是抗震減輕地震災害最有效、最根本的措施。
關鍵字:高層建筑、混凝土房屋、抗震設計
引言:
我國是一個人口密度大、地域廣博的的發展中國家,同時其建筑物設計的抗震能力普遍較低,因此,如果我國發生地震將會于社會的發展和人民的健康都造成了無法彌補的損失。因此,建筑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—個重要問題。本文中,根據自己的設計經驗將結合我國高層混凝土建筑結構的設計現狀、建筑抗震的理論分析對高層混凝提土建筑結構的抗震設計進行討論。
1、我國高層混凝土建筑結構的設計現狀
地震由于其具有較強的突發性和隨機性,要在強烈晃動中保證高層建筑的穩定性是一向很大的挑戰。混凝土具有硬度高、連接性好的特點,但是強烈的晃動又要求建筑物的材質應該是變形可收縮的,這樣就可以消耗地震的能量,提高結構的變形、耗能能力和整體抗震能力,防止高于設防烈度的“大震”不倒是抗震設計要達到的目標。雖然這幾年,越來越多的研究者這在著手研究這方面的問題,但是效果并不是很理想。下面簡述一下關于我國高層混凝提土建筑結構的抗震設計中存在的問題。
1.1結構層間屈服強度有明顯的薄弱樓層
在對于混凝土框架結構的設計上存在明顯的不均勻性,使得這些結構存在著層間屈服強度特別薄弱的樓層。當發生強烈地震時,結構的薄弱層率先屈服,彈塑性變形急劇發展,并形成彈塑性變形集中的現象,從而導致大樓的迅速垮塌。比如在1976年的唐山大地震中,就出現了高層建筑的集體彈性變形的情況。
1.2柱端與節點的破壞較為突出
在地震中易造成高層建筑嚴重變形倒塌的原因是框架結構中存在梁輕柱重的情況。如果柱頂重于柱底,那么很顯然的容易造成尤角杜和邊柱易發生破壞。這種情況對于短柱來說,易發生剪切破壞外。對于一般柱來講,當節點核芯區無箍筋約束時,節點與柱端破壞合并加重。同時當柱側有強度高的砌體填充墻緊密嵌砌時,柱頂剪切破壞嚴重,破壞部位還可能轉移至窗洞上下處,甚至出現短柱的剪切破壞。
1.3砌體填充墻的破壞較為普遍
當遭到地震作用時,由于砌體承重墻變形力度較小,首先受到地震的作用而出現裂縫情況。當遇到8級或者8級以上地震時,填充墻的裂縫會明顯變寬,甚至造成建筑物倒塌震害規律一般是上輕下重,空心砌體墻重于實心砌體墻,砌塊墻重于磚墻。
2、建筑抗震的理論分析
2.1建筑結構抗震規范
建筑結構抗震規范是每個國家針對就建筑物設計提出來的具有規范性的指導手冊,對于抗震結構的設計要符合國家的規定與要求,有關部門應該根據規范嚴格要求設計單位,對于違反相關條例的設計師要進行嚴肅處理,要把抗震設計作為一種新的理念加入到建筑物的整體設計中去。但是,由于地地質的不同,在建筑結構抗震規范中,基于工程的可實施性,我國又提出了堅持科學領導,項技術經濟合理方向發展的要求。這些建筑結構設計規范中有體現。
2.2抗震設計的理論
目前國際上對于抗震結構研究的理論主要有三個:擬靜力理論、反應譜理論和動力理論。擬靜力理論是以建筑物結構為剛性的條件,認為地震力水平的作用在結構或者結構的重心上,這個理論興起于上個世紀10—40年代。然而反應譜理論則相對與其稍微成熟一些,它以強地震動加速度觀測記錄的增多和對地震地面運動特性的進一步了解,以及結構動力反應特性的研究為基礎,是加理工學院的一些研究學者對地震動加速度記錄的特性進行分析后取得的一個重要成果。對于動力理論,它把地震作為一個時間過程,選擇有代表性的地震動加速度時程作為地震動輸入,建筑物簡化為多自由度體系,計算得到每一時刻建筑物的地震反應,從而完成抗震設計工作。
3、對我國高層混凝提土建筑結構的抗震設計探討
要想使建筑物在強烈地震下結構仍保持在彈性狀態,不發生破壞是很不實際的,最合理的方案是建筑結構允許在強烈地震中受到破壞,但是絕對不能倒塌。選擇合理的建筑框架保證節點基本不被破壞,梁比柱盡可能早發生、多發生,對于同一層各柱兩端的屈服歷程應該是越長越好,柱子底部的塑性鉸應最后形成。簡言之,框架的抗震設計應使梁、柱端的鉸出現盡可能分散,充分發揮整個結構的抗震能力。
3.1抗震計算中的延性保證
從樓層的水平地震剪力和層間位移關系可以看到,當防震達到第二、第三級水準時,框架結構的構建的彈塑性才是重中之重,框架結構在保持一定承載力的情況下通過變形來削減地震的能量,所以在框架材料的選擇上要選擇具有比較好的變形能力的材料,這樣才不至于失去抗震的效果。實驗表明他,通過“強節點”、“強柱弱梁’、“強底層柱底”和“強剪弱彎”綜合的框架結構可以在承重力和消耗地震能量上有比較好的效果,抗震效果明顯。同時,綜合大量實驗研究成果,影響不同受力特征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、貫穿節點的梁柱縱筋的粘結情況。
3.2框架柱設計
鋼管混凝土不僅具有較高的抗壓、抗彎承載能力,這兩者的組合使得延展性和耗能能力也大大加強,它要比普通混凝土的扭剪承載力及剪切變形能力提升很多,更容易滿足工程結構受理和變形的要求,在對框架柱進行設計時,采用鋼筋混凝土時,可以提高鋼管混凝土柱的截面尺寸和壁厚、加大鋼框架梁的截面高度,即人為地降低了框架柱的軸壓比,也提高了框架部分本身的抗側移剛度,有效地提高了框架與核芯筒之間的空間效應。外部再加之以人工干預,確定每層框架部分的建立調整系數,減少每層框架的世紀承擔的地震作用的份額,這樣就可以有效地形成整個框架結構的一道抗震防線。
3.3鋼骨混凝土、鋼筋混凝土核芯筒剪力墻
對于經常發生地震的的地區而言,剪力墻墻肢軸壓比0.25—0.29,墻肢截面平均剪應力與 設計值之比為0.036—0.068。對于混凝土的核心筒周圍而言,剪力墻的厚度應該保持在60cm—70cm,自上而下應收至50cm。然而對于核心筒內墻厚度應該由40cm、30cm、20cm從下往上收至20cm。在核心筒,可以為其設置連續帶交叉的剛斜撐的鋼框架,墻內鋼框架通過連梁、形成勁性鋼骨混凝土梁。
4、結語:
高層建筑混凝土抗震結構設計是一個非常復雜的工程,經常要受制于建筑當地的具體地形地貌而定,但是只要是有可能,結構工程師就應該在結構設計階段與建筑工程師設計出多種方案,以避免不規則的設計結構給人們日后帶來隱患。
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論文摘要:結構設計簡而言之就是用結構語言來表達建筑師及其它專業工程師所要實現的東西。
1結構設計的概念及內容
結構設計簡而言之就是用結構語言來表達建筑師及其它專業工程師所要實現的東西。結構語言就是結構師從建筑及其它專業圖紙中所提煉簡化出來的結構元素。包括基礎,墻,柱,梁,板,樓梯,大樣細部等等。然后用這些結構元素來構成建筑物或構筑物的結構體系。把各種情況產生的荷載以最簡潔的方式傳遞至基礎。結構設計的內容可分為:基礎的設計,上部結構的設計和細部設計。
2結構設計的階段
結構設計的階段大體可以分為三個階段,結構方案階段,結構計算階段和施工圖設計階段。方案階段的內容為:根據建筑的重要性,建筑所在地的抗震設防烈度,工程地質勘查報告,建筑場地的類別及建筑的高度和層數來確定建筑的結構形式(例如,磚混結構,框架結構,框剪結構,剪力墻結構,筒體結構,混合結構等等以及由這些結構來組合而成的結構形式)。確定了結構的形式之后就要根據不同結構形式的特點和要求來布置結構的承重體系和受力構件。
結構計算階段的內容為:2.1荷載的計算。荷載包括外部荷載(例如,風荷載,雪荷載,施工荷載,地下水的荷載,地震荷載,人防荷載等等)和內部荷載(例如,結構的自重荷載,使用荷載,裝修荷載等等)上述荷載的計算要根據荷載規范的要求和規定采用不同的組合值系數和準永久值系數等來進行不同工況下的組合計算。2.2構件的試算。根據計算出的荷載值,構造措施要求,使用要求及各種計算手冊上推薦的試算方法來初步確定構件的截面。2.3內力的計算。根據確定的構件截面和荷載值來進行內力的計算,包括彎矩,剪力,扭矩,軸心壓力及拉力等等。2.4構件的計算。根據計算出的結構內力及規范對構件的要求和限制(比如,軸壓比,剪跨比,跨高比,裂縫和撓度等等)來復核結構試算的構件是否符合規范規定和要求。如不滿足要求則要調整構件的截面或布置直到滿足要求為止。
施工圖設計階段的內容為:根據上述計算結果,來最終確定構件布置和構件配筋以及根據規范的要求來確定結構構件的構造措施。
3各設計階段的基本方法
根據方案階段的主要內容,其基本方法就是根據各種結構形式的適用范圍和特點來確定結構應該使用的最佳結構形式,這要看規范中對于各種結構形式的界定和工程的具體情況而定,關鍵是清楚各種結構形式的極限適用范圍。還要考慮合理性和經濟性。
在結構計算階段,就是根據方案階段確定的結構形式和體系,依據規范上規定的具體的計算方法來進行詳細的結構計算,規范上的方法有多種,關鍵是結合工程的實際情況來選擇合適的計算方法,以樓板為例,就有彈性計算法,塑性計算法及彈塑性計算法。所以選擇符合工程實際的計算方法是合理的結構設計的前提,是十分重要的。
在施工圖設計階段,就是根據結構計算的結果來用結構語言表達在圖紙上。首先表達的東西要符合結構計算的要求,同時還要符合規范中的構造要求,最后還要考慮施工的可操作性。這就要求結構設計人員對規范要很好的理解和把握。另外還要對施工的工藝和流程有一定的了解。這樣設計出的結構,才會是合理的結構。
4規范、手冊及標準圖集和計算機在具體工作中的應用
結構設計的準則和依據就是各種規范和標準圖集。在進行不同結構形式的設計時必須要緊扣不同的規范,但這些規范又都是相互聯系密不可分的。在不同的工程中往往會使用多種規范,在一個工程確定了結構形式后,首先要根據《建筑結構可靠度設計統一標準》來確定建筑的可靠度和重要性;然后再根據《中國地震動參數區劃圖》,《建筑抗震設防分類標準》《建筑抗震設計規范》確定建筑在抗震設防方面的規定和要求,在荷載的取值時要按照《建筑結構荷載規范》來確定,這是建筑總體需要運用的規范。在工程的具體設計方面,涉及到砌體部分的要遵循《砌體結構設計規范》的規定;涉及到混凝土部分的要遵循《混凝土結構設計規范》的規定;涉及到鋼筋部分的要遵循《鋼筋焊接及驗收規程》和《鋼筋機械連接通用技術規程》的規定;在基礎部分的設計時需要遵循的是《建筑地基基礎設計規范》的規定。最后在結構繪圖時則要符合《建筑結構制圖標準》的要求。
在各種結構設計手冊中,給出了該結構形式設計的原理,方法,一般規定和計算的算例以及用來直接選用的各種表格。這對于深刻理解和具體設計各種結構形式具有良好的指導作用。推薦最好能參照設計手冊來手算典型的結構形式。
標準圖集是依據規范來制定的國家和省市地方統一的設計標準和施工做法構造。不同的結構形式有不同的標準圖集。設計中常用的有,結構繪圖時采用:平法制圖(03G101-1),砌體中的鋼筋混凝土過梁采用:過梁(L03G303),磚混結構抗震構造詳圖采用:L03G313,鋼筋混凝土結構抗震構造詳圖采用:L03G323,地溝及蓋板采用:02J331。需要說明的是,在選用標準圖集時一定要根據具體工程的實際情況來酌情選用,必要時應說明選用的頁號和圖集號,不可盲目采用。
城市軌道交通停車場主要功能是承擔地鐵車輛的運用、停放、列檢及周月檢等工作。一般有以下幾個建筑單體組成:綜合樓、運用庫、洗車庫、變電所、污水處理站、人行天橋和門衛。綜合樓用于日常辦公和食住等功能;運用庫用于地鐵車輛停放和檢修保養等功能;洗車庫用于地鐵車輛清洗;變電所負責給整個停車場供電;污水處理站主要處理停車場內污水凈化排放;人行天橋用于工作人員跨軌道通行,車輛正常運營時,行人不能隨意穿越軌道。場地地質概況由上至下主要有以下土層:新填土4~5m深,高壓縮性;淤泥0.4~5.5m深,fak=50kPa,高壓縮性;粘土0.6~7.4m深,fak=65kPa,高壓縮性;淤泥質土1~8.7m深,fak=55kPa,高壓縮性;粉質粘土1~7.2m深,fak=200kPa,中壓縮性;強風化泥質砂巖未揭穿,fak=300kPa,低壓縮性。
2停車場主要單體結構設計總結
停車場內房屋結構安全等級為二級,結構設計使用年限為50年。根據《建筑工程抗震設防分類標準》GB50223-2008,除變電所為重點設防類外,其余均為標準設防類建筑[7]。根據《建筑抗震設計規范》GB50011-2010,本實例工程屬于抗震設防烈度為6度,設計基本地震加速度0.05g,地震設計分組為第一組[8],結合地方管理規定和場地地震安全性評價報告,場區特征周期0.35s,地震影響系數最大值0.0765,場地土類別為Ⅲ類。工程材料選擇:主體結構混凝土等級采用C30,地下室結構采用P6抗滲等級防水混凝土,二次澆搗構件(如構造柱和圈梁等)混凝土等級采用C25,鋼梁鋼柱采用Q235B鋼材。主要建筑單體結構布置和基礎選型如下:綜合樓建筑面積約7000m2,總高度為22.35m,五層鋼筋混凝土框架結構,局部有地下室,柱網布置開間7.8m,進深7.2m,抗震等級四級,主要柱截面600×600,主要梁截面300×700。選用直徑500預應力混凝土管樁樁承臺基礎,持力層粉質粘土。
運用庫建筑面積2萬平方米單層工業廠房,采用門式剛架結構,鋼柱鋼梁抗震等級四級,柱網跨度15m+28m+26.4m+26.8m,柱距離6m,主要柱截面H600×350×8×16,主要梁截面H(1000~700)×350×12×20。柱下基礎選用直徑400預應力混凝土管樁樁承臺基礎,軌道道床基礎選用直徑400預應力混凝土管樁樁筏基礎,持力層粉質粘土。洗車庫和污水處理站為一層鋼筋混凝土框架結構,局部兩層,抗震等級四級,主要柱截面500×500,主要梁截面300×800。選用直徑400預應力混凝土管樁樁承臺基礎,持力層粉質粘土。變電所為兩層鋼筋混凝土框架結構,其中一層為半地下室電纜夾層,抗震等級三級,主要柱截面400×400,主要梁截面300×900。選用直徑400預應力混凝土管樁樁承臺基礎,持力層粉質粘土。人行天橋獨柱鋼筋混凝土框架結構,柱網布置跨度7m+13m+12m+8.5m,抗震等級四級,主要柱截面500×1200,主要梁截面400×1200。選用直徑600鉆孔灌注樁樁承臺基礎,持力層粉質粘土。
3結構設計難點分析
(1)根據場地地質概況的描述,本場地淤泥及淤泥質土較厚,新填土達4m深,場地地面沉降不穩定,柱下基礎和庫房內無砟整體現澆道床,對基礎沉降極其嚴格,選用何種加固處理措施,是結構設計難點之一。
(2)運用庫為大跨度工業廠房,采用何種結構體系,是本工程結構設計難點之二。考慮施工周期和經濟指標,本工程采用鋼梁鋼柱門式剛架結構體系。
(3)剛架梁梁連接節點計算時,高強螺栓計算中和軸位置的確定是本工程結構設計難點之三。查閱相關資料,中和軸位置的確定有兩種假定:①中和軸在受壓翼緣中心,假定模型:在彎矩作用下,把梁根部截面彎矩簡化為作用于梁上、下翼緣的力偶,同時把梁受拉翼緣和端板作為獨立的T形連接件看待,忽略腹板的扶持作用。此假定螺栓受力與端板厚度關系很大,設計計算較為繁瑣;②中和軸在端板形心,假定模型:高強螺栓外拉力總是小于預拉力,在連接受彎矩而使螺栓沿栓桿方向受力時,被連接構件的接觸面一直保持緊密貼合,認為中和軸在螺栓群的形心軸上。根據《端板連接高強度螺栓群中和軸位置研究》試驗論文結果,螺栓群中和軸介于其端板形心與受壓翼緣內側中心線之間,當所受彎矩越小,則中和軸越接近端板形心軸,越大則越接近受壓翼緣[9]。
4配合施工遇到的問題分析
(1)圍墻開裂。分析原因:新填土4m高,圍墻距離護坡邊僅1m,施工工期較緊,施工單位無法用大型機械分層碾壓,填土密實度達不到設計要求。解決措施:①圍墻基礎選用剛性較大條形基礎,防止不均勻沉降,此方案施工較快,造價便宜。②選用換填處理或水泥攪拌樁加固圍墻基礎下新填土,減小不均勻沉降量,此方案施工周期較長,造價偏貴。綜上所述,本工程選用第一種解決措施。
(2)運用庫庫內柱式檢查坑,軌道下混凝土短柱出現偏柱、歪柱等現象。分析原因:短柱設計由結構和軌道兩個專業,施工也分別由兩家單位施工。解決措施:①混凝土短柱設計為鋼柱,直接安裝。②混凝土短柱由一家施工單位施工。建議日后設計采用第一種解決措施。
(3)人行天橋柱下管樁無法施工。分析原因:人行天橋跨軌道設置,場地內軌道區域下被地路專業設計水泥攪拌樁加固。解決措施:①天橋柱下基礎改為鉆孔灌注樁;②檢驗水泥攪拌樁加固后地基承載力,如不夠采用,采用CFG樁加固后采用柱下獨立基礎。結合現場工期需要,本工程采用鉆孔灌注樁基礎方案。綜上所述,結構設計時,充分運用結構設計難點分析結果,指導結構設計;配合施工時,遇到以上問題,經分析原因,采取我們選用的處理措施,得到明顯改善效果,保質保量,按時完成土建施工。目前,本工程已投入使用2年,沒有出現任何問題,得到業主單位一致認可。
5結構設計建議
(1)運用庫庫房內軌道道床為無砟整體現澆道床,對基礎沉降極其嚴格,鐵路規范要求控制在20mm以內,如果道床下地質情況不好,建議采用預應力混凝土管樁樁筏基礎。
(2)運用庫為一層鋼結構工業廠房,采用何種結構形式,需根據結構計算和經濟比較。結合本工程實例,試算比較后,得出如下經驗:柱跨28m,采用混凝土柱+鋼梁排架結構和鋼梁鋼柱門式剛架結構較經濟,綜合考慮施工工期,選鋼梁鋼柱門式剛架較適用。
(3)剛架梁梁連接節點設計時,綜合考慮各種因素,高強螺栓群計算中和軸宜選端板形心。
(4)場地平整有大量新填土,新填土下有較厚的淤泥和淤泥質土,計算單樁承載力時一定要考慮樁側負摩阻力。
(5)結合配合施工中的問題,建議結構設計時改進以下措施:①場地內高填方區圍墻應做剛性較大的條形基礎,以避免圍墻不均勻沉降開裂;②運用庫庫內柱式檢查坑,軌道下混凝土短柱出現偏柱、歪柱等現象,影響傳力和結構安全,建議混凝土短柱設計為鋼柱,直接安裝即可;③被其他專業加固的場地區域,柱下基礎結構設計時,建議選用鉆孔灌注樁。
6結束語
IBC2006規范和ASCE7-10規范中,依據30m深度范圍土層等效剪切波速、平均錘擊穿透次數、平均不排水剪切強度,場地類別劃分為A,B,C,D,E,F。中國規范與美國規范的場地類別對比可參考文獻
2地震反應譜加速度參數的場地修正
IBC2006規范和ASCE7—10規范中,地震反應譜加速度分布圖基于B類場地土。對于非一般巖石場地的情況,規范引入了兩個場地系數Fa和Fv,分別對反應譜加速度參數SS和S1進行修正,以考慮不同場地條件上的結構地震反應的差異。經場地修正的最大考慮地震反應譜加速度參數:式中,Fa為短周期場地類別影響系數,地震反應譜加速度相關系數;Fv為長周期場地類別影響系數,地震反應譜烈度相關系數。值得指出的是,這兩個場地調整系數隨場地類別的變化幅度很大,當場地類別由A類變化至E類時,系數Fa可從0.8變化至2.5,系數Fv可從0.8變化至3.5。這事實上是反映了厚軟的土層將放大基巖地震動參數的中、長周期分量,從而導致中長周期段的結構地震反應顯著增大。
3設計反應譜加速度參數
以上的地震加速度參數均對應的是“所考慮的最大地震”,而規范用于進行抗震設計的地震水準(designearthquake),即設防地震水準,則取為“所考慮的最大地震”的2/3。設計反應譜如圖2所示。
險等級
IBC2006規范和ASCE7—10規范中,對于建筑和其他結構基于結構破壞的風險規定了結構的風險等級,如表1所示。風險等級從低到高分為Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ4個等級。
5結構抗震設計等級
IBC2006規范和ASCE7—10規范中,根據風險等級和設計反應譜加速度參數SDS和SD1,指定結構的抗震等級,抗震等級從低到高分為A,B,C,D,E,F6個等級。
6三種分析方法的選擇
ASCE7—10規范中,提供了等效側向力分析法(底部剪力法),振型反應譜分析法和地震反應譜時程分析法,并規定了各種方法的適用范圍。具體來說,ASCE7—10對等效側向力分析法(底部剪力法)的應用有一定限制,不允許用于對結構抗震設計等級為D,E,F的較復雜和較不規則的結構計算分析。規范對振型反應譜分析法和地震反應譜時程分析法的應用則沒有限制。
7等效側向力分析法(底部剪力法)
IBC2006規范和ASCE7—10規范中,重點介紹了等效側向力分析法(底部剪力法)。式中,V為地震基底反力;CS為地震反應系數;W為重力荷載代表值;SDS為0.2s特征周期設計反應譜加速度參數;R為反應修正系數;Ie為重要性系數。地震反應系數CS的取值限值見ASCE7—10第12.8.1.節。
8結構重要性系數
ASCE7—10規范中,根據建筑物風險等級,不同荷載工況對應相應的重要性系數,如表2所示。表2雪荷載、覆冰荷載和地震荷載關于不同建筑物風險級別中,因為它的取值是由獨立構件決定的而不是根據整體建筑和用途確定的。
9重力荷載代表值
重力荷載代表值W,包括恒載及表3荷載。
10結構體系和結構反應修正系數
RIBC2006規范和ASCE7—10規范中,結構體系對應相應的結構構造措施。結構體系和構造措施在《混凝土結構建筑規范》(ACI318)和《鋼結構建筑抗震規定》(ANSI/AISC341)進行了規定。結構反應修正系數R根據不同的結構體系取不同的值。對結構抗震設計采用的彈性水準與延性水準抗震組合,美國規范給予了設計者一定程度的選擇自由。這種選擇的自由體現在,在一定的情況下,它允許設計者采用不同的彈性設計地震力與結構延性水準的組合。在特定的地震水準下,當設計采用不同延性水準的框架時,ASCE7—10規范給出的地震反應修正系數R取值也不同,即進行彈性設計的地震力也不同。設計選用的結構所具有的延性水準越高,則進行彈性設計時的地震力取值就越低。設計者對彈性水準與延性水準抗震組合的選擇自由也是有限的,美國規范仍有一定的傾向性,即更傾向于較低彈性設計地震力與較高結構延性水準的抗震組合,認為這樣的結構有更好的抗震性能。這一傾向具體體現在不同抗震設計類別下結構延性水準的選擇自由上。此外,對于不同的結構抗震體系,因其具有不同的延性水準,地震反應降低系數的取值也有所區別,即彈性設計地震力也不同。這也可以在規范的具體條文中看出。總之,進行結構彈性設計的地震力與結構的延性水準和彈塑性耗能能力總是應該相配套、相適應的,對此有深刻的認識才能理解美國規范的抗震設計方法中設計地震力和系數R的取值以及結構抗震措施的規定。結構反應修正系數R見ASCE7—10第12.2節。
11與抗震等級相關的冗余度系數ρ
所有結構應在兩個垂直方向的地震抗力系統上增加冗余度系數ρ,冗余度系數ρ與結構抗爭等級相關。冗余度系數ρ取值為1.0或1.3,見ASCE7—10第12.3.4節。文獻[8]將ρ定義為結構延性系數。
12地震荷載效應和荷載組合
1)水平地震荷載效應式中,Eh為水平地震荷載效應;ρ為冗余度系數;QE為由水平地震力引起的水平地震荷載效應。2)豎向地震荷載效應式中,EV為豎向地震荷載效應;SDS為0.2s特征周期設計反應譜加速度參數;D為恒載作用效應。3)地震參與的荷載效應組合ASCE7—10第2.3節,強度設計法的荷載組合,包含地震作用效應的組合公式為:當為第一種組合時,E=Eh+EV;當為第二種組合時,E=Eh-EV。4)考慮超強系數的地震荷載效應ASCE7—10規定,對于某些特殊的結構構件,其水平地震荷載效應需考慮超強系數的影響。式中,Emh為考慮超強系數的水平地震荷載效應,Ω0為超強系數。
關鍵詞:8.3魯甸地震;民居抗震性能;改善辦法
中圖分類號:Z62文獻標識碼: A
1 引言
2014年8月3日云南省昭通市魯甸縣發生里氏震級6.5級強烈地震,據不完全統計此次地震共造成108.84萬人受災,615人死亡,114人失蹤,8.09萬間房屋倒塌,12.91萬間嚴重損壞,46.61萬間一般損壞。這使得今后很長一段時間災區房屋的重建及抗震加固工作將成為救災重點,本文的寫作目地也在于能為災區房屋重建及抗震加固提供參考。
2 災區民居建筑結構現狀及抗震建議
2.1 生土結構
生土結構房屋在此次地震中倒塌率超過了80%。這類結構有土墻承重式和木構架與生土墻混合承重式,多是村民取用自家田地泥土,不經焙燒,僅通過攪拌、灌筑、沖撞、壓實等方法簡單加工并自行設計建造的,建成的墻體為無任何“骨架”材料的大塊體。有的村民修建的墻體厚度很薄,高度達7、8米,掛瓦屋頂用一些陳舊的老木料支撐,有些屋頂是用草、竹搭建。此外,一部分土坯房年份較久,有的甚至住過十二代人,在龍頭山鎮老街街區,最短的也有50多年歷史。
2.1.1生土房屋致災嚴重的原因
(1)從生土結構本身來說,1)建造房屋的土體本身是一種離散性材料,抗拉和抗彎強度均較低,延性差,而土墻往往為該結構的重要承重部分,在地震作用下極易發生變形破壞。2)生土結構的墻體往往直接暴露在外,而云南地區多陣雨、日照強烈,使得生土墻在正常使用過程中出現剝落、開裂,耐久性變差,即使在震級較低的地震來臨時也會迅速破壞倒塌。
(2)從構造措施來說,災區生土結構房屋幾乎全都未設圈梁及構造柱;屋蓋系統中的檁條或梁直接擱置在生土墻上,屋蓋及其上荷載以集中荷載的形式通過點接觸傳遞給墻體,導致墻體局部承載力嚴重不足,在使用初期就出現局部壓碎現象;屋蓋系統與墻體之間沒有有效拉結措施,地震時屋蓋易整體塌落。
2.1.2改善建議
考慮到當地高地震設防烈度的要求,幸存的該類結構房屋若已嚴重破壞的建議拆除或加固后不做住宅使用。根據房屋破壞程度,綜合考慮加固維修費用及加固效果,確有加固必要時,可采取下列加固措施:
(1)墻體加固方法:墻體出現嚴重酥堿、空臌、歪閃的,應拆除重新砌筑或夯筑,新建土墻要選擇粘性較好不含雜質的泥土,施工時可添加適量石灰以提高墻體的抗剪強度,加入適量草秸可增強墻體的極限變形能力,并注意控制最佳含水量,同時土墻內應沿高度不大于300mm設置一道竹筋網片,竹筋網片由4根縱向竹筋和間距為300mm的橫向竹筋綁扎而成,墻體轉角處加兩根斜向竹筋將縱橫墻的竹筋網片連成整體。對于墻體之間連接不可靠的,應采用打或增設扶墻垛等方法加固,并在房屋外墻四角、縱橫墻連接處及較大洞口兩側增設木構造柱和圈梁,具體做法是預先在墻壁上開鑿出放置木柱的凹槽,然后嵌入木構造柱,圈梁應設在木構造柱一側,再用千斤頂水平抬升屋蓋后塞入木圈梁,構造柱與圈梁之間用扒釘、圓釘、螺栓等可靠連接;縱橫墻連接處墻體脫閃,豎向裂縫寬度超過10mm的,在對裂縫填充之后用拉結措施加固;墻體厚度不夠或高厚比過大的地方,可在原墻體外側增砌新的墻體進行加固,新舊墻體也應用藤條等柔性材料進行拉結;墻體承受集中荷載處開裂,可采用增設木墊板的方法加固。
(2)房屋其他易損部位加固方法:墻勒腳受損部分采用幫砌磚勒腳、草泥飾面等局部修復方法加固,加固后采取防潮措施;若原住宅無散水,應補做散水,散水與勒腳做防水處理。
(3)三開間以上生土結構住宅,在橫墻中部屋檐標高處設縱向通長木系桿,兩端開間、中間隔開間宜加設豎向剪刀撐,剪刀撐加墊木用螺栓錨固,木系桿、剪刀撐與山墻連接處應設墻攬。
2.2木結構
在此次地震中,木結構房屋表現出了較好的抗震性,但也有部分發生破壞。木結構從整體上可分為木柱木梁、木柱木屋架和穿斗木構架三種形式,木骨架作為承重結構,墻體由生土、木板、竹板、砌塊、石材等建造,只起維護作用。
2.2.1改善建議
(1)對新建木結構房屋
1)木結構房屋的良好抗震性能受木材的品質及施工質量影響較大,此外,木結構房屋的防風、防雨、防火、防蟲蛀等性能較差,維護成本高,設計使用年限較短,重建木結構民居時應綜合考慮木料的來源、品質、施工技術條件。
2)結合魯甸地區自然條件,建議采用穿斗式木骨架形式的木結構房屋,并以木板或竹笆抹泥作為圍護墻鑲嵌在木柱與木梁內,這種結構形式抗震性能更好。
3)采取抗震構造措施,如平面布置要合理、建筑體型要規則簡單,盡可能減輕屋蓋重量,在木柱間增加抗震磚橫墻,在梁與柱之間加設斜撐等。
(2)對震后木結構,首先全面檢查其破壞情況,綜合評價結構強度及抗震性能,當有加固必要時,應采取下列加固措施:
1)木構架的加固:對于損壞嚴重的木構架要全部或局部拆除,再重新安裝并整體加固;對于一般破壞的木構架,進行修復后使各構件復位并進行整體加固;對個別損壞嚴重的構件要進行更換,更換后的構件要與原有構件可靠連接;對于損壞較輕的木構架直接進行整體加固即可。
2)柱腳的加固:若柱腳腐朽嚴重或出現彎折破壞,但自柱底面向上未超過柱高的1/4時,可采用墩接柱腳的方法處理。
3)木檁條在瓜柱(或屋架上)的支承長度小于50mm的,應釘木夾板或釘鐵扒釘加固;木梁和木柱連接不牢靠時,應增設拉結鐵件加固。
4)住宅兩端開間、中間隔開間宜在木屋架之間加設垂直剪刀撐。
5)木屋架的上弦產生彎曲時,屋架下弦用鋼拉桿加固,上弦通過增加腹桿進行加固。
6)砌體圍護墻與木構架連接不滿足要求時,增加墻攬連接山墻與屋架,增設鉛絲拉結墻體與木柱,在隔墻頂部使用螺栓加強與屋架下弦或木梁的連接;圍護墻體空臌、酥堿、歪閃或有明顯裂縫時,應拆除重砌,新砌墻體要與木構架可靠拉結;增砌的隔墻應采用240mm厚磚墻,并且應當有基礎。
2.3 砌體結構
災區條件稍好的村民使用了磚砌體、砌塊砌體、石砌體與木屋蓋組合建造的砌體結構房屋,但幾乎均為無筋磚砌體,層數為一層或兩層,屋面多為木結構坡屋頂,少數為混凝土平屋頂,極少數為輕鋼坡屋頂。此次地震中,該類型結構房屋有少數倒塌,多數嚴重破壞。
2.3.1 災區砌體結構房屋嚴重破壞的原因
首先砌體結構房屋的強度受砂漿強度影響,抗拉、抗彎、抗剪強度均較低,受力作用時會產生較大的離散性,另外砌體結構自重大,受到的水平地震作用也比較大。
調查發現,當地村民砌筑墻體的粘結材料多是泥漿,粘接強度非常差,抵抗水平地震作用的墻體抗剪強度極弱,有的砌塊為“二手磚”(從拆除的舊砌體房屋中回收的普通磚),強度不足;這類結構的房屋往往也沒有必要的抗震構造措施;房屋空間過大,結構構件尺寸及布置大多不符合規范要求。
2.3.2 改善建議
首先,對這類民居進行抗震鑒定,對于已經倒塌及嚴重破壞了的砌體房屋建議拆除或不居住;對于輕微破壞的房屋,結合農民的收入狀況進行補強及抗震加固,增強房屋的整體性,改善構件的受力狀況。具體加固方法參照如下,
(1)增強抗震能力:對于破壞嚴重難以加固的墻體,應拆除重砌,新砌墻體應設基礎并與原有可靠墻體進行有效連接,連接方式為沿墻體高度每隔500~600mm設置2根長度不小于1m的φ6鋼筋與原墻體用螺栓或錨筋連接;大梁下的承重砌體由于局部承壓開裂時,應在梁下增加混凝土梁墊或增設扶壁柱;在抗震薄弱方向增砌抗震墻;震后完好但抗震能力不滿足設防要求的墻體,如寬度過小的窗間墻、過長過高的隔墻,應采用鋼筋砂網面層或設置砌體扶壁柱進行加固;門窗洞口上方沒有過梁或過梁開裂時,應在洞口上方增設鋼筋混凝土過梁;
(2)增強房屋整體性:在縱橫墻交接處采用鋼拉桿、長錨桿進行拉結,或者增設構造柱及外加圈梁,新增構造柱應設置獨立基礎并使用拉結筋、銷楗、壓漿錨桿或錨筋等與原墻體、原基礎可靠連接,同時也要與屋蓋或原有圈梁可靠連接;對墻體布置在平面內不閉合的情況,應補齊墻段或在開口周圍增設現澆鋼筋混凝土框形成閉合結構;對于不滿足抗震鑒定要求的預制樓、屋蓋,應增設鋼筋混凝土現澆層;
(3)對于不合規范的附屬構件,如女兒墻、雨棚、屋檐等應拆除、降低高度或用鋼拉桿加固。
3 提高災區自建房抗震性能綜合建議
(1)普及正確房屋抗震觀念
房屋抗震并不全是材質問題,而是廣大村民普遍缺乏抗震意識。當地村民委員會應根據各地地理環境等印發相關房屋安全知識手冊,普及房屋抗震知識,教育引導村民了解在當地如何建房才能滿足安全抗震要求,為自己的房屋質量把好關。
(2)建立農村自建房結構標準規范、建立審批審查制度
為從根本上減少、避免地震中房屋倒塌造成的重大人員傷亡和財產損失,首先應提高居民自建房屋建筑結構標準,同時當地政府應認真督導村民按照該標準建房,有必要時建立農民自建房專審小組,負責自建房的審批和定期抗震評審。
(3)提供房屋抗震“便民服務”
村民大多缺乏建筑結構設計知識,建造房屋時選址不當、結構不合理、基礎埋深較淺的現象非常普遍,另一方面村民們往往為節約建房成本,選擇了不合格的建房材料。鑒于此,當地政府可安排自建房指導專家,為村民們建房選址、選材、結構設計提供專業參考方案,有條件的可為村民提供免費建房施工圖紙,提供專業上門技術指導等。
(4)加強建筑從業者的專業技能
自建房多為私人承建,施工員不具備合格資質,單憑經驗進行施工,有時還會缺省施工步驟、材料和必要措施。針對這一現象當地政府可組織自建房承建者進行專業知識培訓和操作技能培訓,普及結構安全和抗震構造知識,培訓考核通過者方可從事房屋建設。
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