地震对建筑结构设计产生的影响
房屋建筑是人们活动和生活的主要场所, 加强抗震设计势在必行, 体现以预防为主的设计思想, 达到“小震不坏, 中震可修,大震不倒”的设防目标。建设工程只有在抗震设防、抗震设计和施工质量这三方面都符合要求, 才能确保建筑工程具备合理的抗御地震的能力。
标签：地震预报；地震破坏现状；施工；设计强化措施
1 建筑在设计中值得注意的问题
要实现“小震不坏、中震可修、大震不倒”的抗震设防目标就得要在房屋的勘察设计阶段就进行预控。首先就要考虑提高结构的延性问题。
1.1 震害中部分现象列举
从5·12汶川特大地震中的几个重灾区的建筑物破坏现象来看, 主要有以下几种情况: 承重墙交叉斜裂缝; 竖向构筑物外闪折断; 楼梯塔楼、烟囱顶部折断或倒塌( 鞭稍效应) ; 建筑物顶层
塌落; 建筑物底层完全破坏; 底层框架柱破坏; 柱子出现铰; 剪力墙连梁出现交叉斜裂缝破坏; 框架柱边柱混凝土破坏; 楼梯水平断裂和梯梁断裂; 框架结构填充墙上部斜砖位置框架柱破坏; 底层有门面房的建筑出现扭转破坏等等。
5.2级地震什么概念 从上述现象来看, 基本上都是规范规定应该加强设计和构造措施的地方。也有一些新的破坏现象发现, 如楼梯水平断裂和梯梁断裂、框架结构填充墙上部斜砖位置框架柱破坏等( 其破坏原理将在后面论述) , 从这些现象都可以看出加强结构延性的重要性。
1.2 设计中延性设计应该强化的地方
1.2.1 对连梁交叉斜裂缝现象的延性考虑
《混凝土结构设计规范》( GB 50010—2002) 在11.7.8 说明了多肢剪力墙的承载力和延性与洞口连梁的承载力和延性有很大关系。为了避免连梁产生受剪破坏后导致剪力墙延性降低, 规定跨高比大于2.5 的连系梁, 除应满足正截面抗震承载力要求外, 还必须满足抗震受剪承载力的要求。对跨高比不大于2.5 的连系梁, 因目前试验研究成果不够充分, 其构造要求更应该加强, 试验表明, 在剪力墙洞口连梁中配置斜向交叉钢筋对提高连梁的抗震性能效
果较为明显。对一、二级抗震等级的简体结构, 当连梁跨高比不大于2.0 , 连梁截面宽度不小于400m 时, 宜设置斜向交叉暗柱配筋, 全部剪力由暗柱承担; 对一、二级抗震等级的一般剪力墙, 当连梁跨高比不大于2.0 时, 也可配置斜向交叉构造钢筋, 以改善连梁的抗剪性能。
地震中剪力墙连梁出现交叉斜裂缝破坏现象, 充分说明在抗震设计中强化设置斜向交叉暗柱配筋或在斜向交叉配置斜向交叉构造钢筋的重要性。另外, 由于剪力墙连梁对剪切变形十分敏感, 其名义剪应力限制又比较严, 在很多情况下计算时经常出现超筋情况, 此时应该按高规( 《高层建筑混凝土结构技术规程》简称高规) 7.2.25条给出了一些处理方法, 提出塑性调幅连梁塑性调幅可采用两种方法: 一是按照高规5.2.1 条的方法, 在内力计算前就将连梁刚度进行折减; 二是在内力计算之后, 将连梁弯矩和剪力组合值乘以折减系数。两种方法的效果都是减小连梁内力和配筋。无论用什么方法, 连梁调幅后的弯矩、剪力设计值不应低于使用状况下的值, 也不宜低于比设防烈度低一度的地震作用组合所得的弯矩设计值, 其目的是避免在正常使用条件下或较小的地震作用下连梁上出现裂缝。
1.2.2 对柱子塑性铰延迟出现或不发生的强化
由于按我国设计规范规定的柱弯矩增大措施, 只能适度推迟柱端塑性铰的出现, 不能避免
出现柱端塑性铰, 因此对柱端也应提出“强剪弱弯”要求, 以保证在柱端塑性铰达到预期的塑性转动之前, 柱端塑性铰区不出现剪切破坏。
同结构类型的框架柱、框支柱在地震作用组合下位移延性的要求, 《混凝土结构设计规范》( GB 50010—2002 ) 在11.4.16规定了不同结构体系的柱轴压比限值要求。
在结构设计中, 轴压比直接影响柱截面尺寸。框支剪力墙结构中的框支柱则必须提高延性要求, 其轴压比应加严。虽然近年来, 国内外的试验研究表明, 通过增加柱的配箍率、采用复合箍筋、螺旋箍筋、连续复合矩形螺旋箍筋以及在截面中设置矩形核心柱, 加强了箍筋对混凝土的约束作用, 提高了柱核心混凝土的抗压强度, 增大了其极限压应变, 从而改善了柱的延性, 这些都能增加柱的位移延性。但是笔者认为对于低裂度区的轴压比限制设计者还是应该从严控制, 而且在实际工程应用中将轴压比降低12% 时, 墙柱截面变化并不明显, 建设造价变化也不大。例如将500×500的柱改为550×550的柱, 其工程变化不大, 但变更后的轴压比为之前的82% , 这样延性的提高却非常明显。尤其是在大震的竖向地震力作用下, 往往地震力超过了重力范围, 然而在设计中尤其是在低裂度设计中往往重力成为了控制因素, 这就在一定程度上不能实现强柱弱梁原则, 在底框结构中更是如此。在历来震害中表明: 往往是低
裂度设防区或不设防区的灾害更加严重, 所以笔者再次提出对于低裂度区的轴压比限制, 设计者应该从严甚至适当降低轴压比的控制值以提高延性。
1.3 框架结构填充墙上部斜砖位置框架柱破坏浅析
从传统的框架设计理论来看, 往往认为框架结构中填充墙不会传递剪力或者传递很小, 从5·12汶川地震破坏的现象来看, 笔者认为填充墙仍然有很好的整体性, 具备较好的传递剪力的能力。就框架结构填充墙上部斜砖位置框架柱破坏来看, 由于上部的斜砖较为松散( 本是为了防止结构上层荷载向下传递的一种构造措施) , 而其余填充墙却是在框架柱拉接筋作用下砌筑而成。在横向地震作用下, 顶部的斜砖由于松散,不具备剪力的传递, 其余填充墙却较好传递了剪力使得该处柱节点发生剪切破坏。因此笔者认为, 在以后的设计中还应思考填充墙与柱子柔性连接和施工的可操作性以及造价增加等问题。
1.4 框架结构楼梯水平断裂和梯梁断裂破坏浅析及解决方案
在框架结构中, 楼梯在地震作用下水平断裂和梯梁断裂现象也许是以前根本没有重视的问题, 就其原因而论, 笔者认为是在结构设计的过程中, 由于结构设计软件在建模计算时是不能
考虑的, 在整个结构计算时也就没有考虑其协调受力和变形, 往往设计者会对楼梯采用单独构件设计于是忽略了地震作用, 甚至有的是凭经验构造画图解决楼梯结构。笔者在以前的设计中也是将楼梯部分安装配式构件把荷载导入。然而在地震时, 楼梯作为低楼层住户的逃生通道, 是楼内人员的生命线通道, 更是不能忽视。因此建议设计者在以后的设计中对楼梯板筋的配置时因考虑水平拉力作用, 增加板筋配置, 可以考虑双层配置; 对梯梁也应加密箍筋配置。
2 建筑在施工中值得注意的问题
施工严格按照设计和规范规程施工是首要的, 还应从施工技术上多思考, 处理好一些建筑施工质量通病, 增强结构抗震能力。本文仅从柱子出现铰的现象进行切入。
2.1 震害现象及存在的问题
在大震中, 柱的节点出现铰使得柱子失稳, 出现房屋倒塌。在地震破坏后可以看到有的建筑物柱子上端节点( 梁下部) 存在混凝土破碎后呈颗粒状并且粗骨料少的现象, 柱子下端节点出现粗骨料集中现象。
2.2 浅析震害现象柱铰存在缘由和危害
就施工的缘由而论, 首先, 在混凝土浇筑质量上, 由于梁柱节点的钢筋网较密, 在混凝土的振捣过程中粗骨料没能较好进入柱体, 这就会导致柱顶混凝土质量得不到保证, 如果柱节点混凝土振捣不密实就非常容易出现柱子在复杂地震作用下出现铰; 其次, 是由于浇筑混凝土的骨料级配不好导致, 在配制混凝土的粗骨料选料不当导致级配不好, 在浇筑柱子混凝土的过程中使得柱子底部沉积较多的粗骨料, 加上振捣过程造成的混凝土离析也易使柱子上部出现强度较低的情形;再次, 是由于没有清理在柱顶设置施工缝时出现的浮浆。出现上述情况之一, 都会导致柱上下端混凝土的强度等级达不到设计的要求, 于是在大震作用下出现柱铰, 使得建筑的层间位移增大产生二阶效应最终房屋倒塌。
3 结束语
地震异常与非地震异常、前兆与后效、异常与干扰的难分辨性, 地域的广阔性都加大了对于地震预报的难度, 作为建设工作者应该科学地认识地震预报问题; 在建设实施中应该从设计方案上回避抗震不利的建筑布局型式, 在结构设计中建立合理力学模型, 加强概念设计和构造措施; 在施工技术上合理选材, 构件和节点施工要与设计模型和设计思想相统一。
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