摘 要:我国因处于地壳活动较为活跃的地区,地震等自然灾害发生频率比较频繁,为了保证人民的财产安全和生命安全,在房屋的建筑结构设计上,应该考虑到抗震的功能。文章主要对房屋建筑抗震结构设计进行了相关阐述。
关键词:房屋建筑;抗震结构;影响;方法
一、地震对房屋的影响
地震是一种对房屋建筑危害极为严重的自然灾害,在地震发生的过程中,地面摇晃促使地面建筑随之颠簸摇晃,而对于一些高层建筑来说,当强大的地震波袭来时,楼体会自动顺着地震波方向摇摆,如果这些建筑在结构设计上达不到标准的抗震要求,就会在剧烈的摇晃中大面积的坍塌,造成更大的人员伤亡以及经济损失。根据房屋在历次地震中的破坏形态归纳为以下几类:
1、结构倒塌
结构倒塌是地震中高层钢结构房屋破坏最为严重的形式。其中结构楼层屈服强度系数和抗侧刚度沿高度分布不均匀所形成的结构薄弱层是引发结构坍塌最主要原因,这就要求在设计过程中应该尽量做到结构楼层屈服强度系数和抗侧刚度沿高度的合理分布。
2、节点破坏
节点破坏是高程钢结构房屋在地震中发生最多的一种破坏形式。由于钢结构连接一般采用铆接或者焊接形式连接,如果在节点的设计和施工中,结构或者焊缝存在缺陷,节点可能存在受力过于集中,一旦发生地震,就很容易出现节点破坏。由地震引发的梁柱节点破坏现象主要表现为铆接以及焊接部位断裂、腹板断裂或者加劲板变形等。
3、构件破坏
高层建筑钢结构构件破坏的形式主要有支撑的破坏与失稳以及梁柱局部破坏两种。支撑的破坏与失稳是指当遇到强度较大的地震时,支撑构件由于承受反复拉压的作用力,一旦作用力超过支撑构件的临界力时,就会出现损坏或者失稳;而对于梁柱局部破坏来说,框架柱主要有翼缘屈曲、翼缝撕裂甚至框架柱会出现水平裂缝或者断裂。框架梁,主要有翼缘屈曲、腹板屈曲和开裂、扭转屈曲等破坏形态。
4、基础锚固破坏
钢构件与基础的锚固破坏主要表现为脚处的地脚螺栓脱开、混凝土破碎导致锚固失效、连接板断裂等,在地震的作用下这种破坏形式也经常发生。
二、对建筑进行抗震设计的主要设计方法
地震对建筑造成的破坏,除了地震波造成的直接破坏之外,地形地貌的改变对建筑的破坏也十分明显,因此对建筑进行抗震设计,需要从建筑方案立项之初就要开始考虑,从建筑场地的选择,到对建筑地形的勘察和地基的设计,以及建筑整体上的设计,都是抗震设计的重点环节。根据房屋建筑抗震设计的理念,对建筑进行抗震设计的主要方法有以下几个方面:
1、选择适宜的建筑地点
根据地震对建筑的破坏特点,在建筑工程立项之初的选址上,就要注意建筑的抗震功能,在选址时要规避影响建筑结构抗震效果的地域,如非岩质的柔软沙土地,以及孤立的高耸山丘,河边或者易发生滑坡的丘陵地带等,无法避免在危险地带进行建筑施工时,要加强建筑过程中的抗震设计,但是往往会提高建筑的成本,因此在选址时尽量选择在开阔平坦的中硬度场地,建筑地点适宜可以方便建筑地基的施工,能够提高建筑结构的稳定性。
2、建筑的外形要简单规整
随着抗震学术界对抗震研究的深入,抗震理论有了比较大的发展,对于建筑结构的抗震方法也有了较多的设计思路根据。对地震后的建筑进行的统计结果,发现结构简单对称的建筑不容易被地震波所破坏,具有较强的抗震效果,在设计时要综合考虑当地的地质资料,研究出地震波的传导方向,对建筑细节进行处理,采取有效的连接方式,以增强建筑结构的整体稳定性。建筑的外形设计要尽量简单,避免突出于表面的结构,建筑整体上的重心不能与刚度中心有较大偏移。
3、注重增强建筑的整体刚性
建筑的受力部分包括纵向和横向的承重部件,要想使建筑在地震过程中保持整体上的稳定性,就要注重建筑整体上的刚性的增强,目前在建筑过程中所采用的钢筋混凝土结构,就能够较好地实现这样的目的,能使建筑具有较好的整体性,以及较强的水平刚度,能够比较均匀地传递载荷。增大建筑的整体刚性,建筑整体上的受力就较为均匀,可以使建筑在面对地震时,能够有效延迟结构的屈服时间,起到教好的抗震效果。
4、有效提高建筑结构延性的设计方案
在发生地震之后,采用延性设计的建筑能够有效缓解地震造成的破坏,以局部部件的破坏来减少建筑整体受到的地震冲击,对建筑的抗震贡献和建筑的刚性处于同等重要的地位。在建筑的设计过程中,以塑钢结构来完成柱的建造,使柱子的抗弯折能力远优于梁,是建筑的框架具有较强的耗能能力,通过一定的抗震结构的建设,提高塑性铰的转动能力和耗能效果,从而提高建筑整体式上的延性,减少建筑整体所承受的地震波能量。
5、选择具有抗震效果的建筑材料
建筑材料的选择对建筑抗震效果也有一定的影响,随着材料技术的不断进步,具有抗震功能的新材料不断面世,在建筑行业也受到广大设计者的青睐,在建筑时尽量采用框架剪力墙的结构,以钢结构为基础进行建设,在宏观上提高了建筑的刚性和延性,有助于提高建筑结构的稳定性。钢结构相比于目前采用的混凝土结构,遇有更高的强度和韧性,在重量比上也要优于混凝土结构,具有更好的抗震性能。
三、对建筑设计方案的抗震性能进行检测的方法
在建筑的设计方案确定之后,需要对设计方案进行抗震性能的检测,以考察建筑的抗震性能是否符合所在地以及客户的抗震需求。目前主要采用的检测方法是能力谱法,该方法的检测思想是对建筑方案进行弹塑性的分析,分析结果以函数的形式绘制成曲线,该函数曲线以基底所受到的剪力为自变量,以建筑顶点的位移为结果变量,考察建筑整体对地震效果的缓冲作用,这条曲线就是该设计方案的能力曲线,主要能反应出建筑的稳定性能,根据图谱可以直观地对建筑的抗震性能进行评价,需要通过分析发现在设计结构无法满足预期的抗震要求的情况时,需要根据检测的结果及时对设计方案进行调整。
依据能力图谱对建筑方案进行考察时,根据设计需要的建筑抗震性能,在能力谱曲线图中绘制出设计目标所需要的抗震曲线,对比建筑的能力谱进行分析。若方案的能力曲线与目标曲线之间没有交点,则证明该方案不能满足设计目标的抗震需求,方案中的建筑结构需要进行一定的处理,或者需要重新进行建筑方案的设计;若建筑的能力曲线与目标曲线存在交点,要考察交点出的坐标情况,考察设计方案中的建筑对地震等级的响应情况,能够清晰地表现出建筑结构的抗震能力,以及建筑在受到地震的影响时的响应情况,考察建筑中各部件的情况,如塑性铰的分布是否满足需要,刚性结构的整体抗震能力是否达标等。
结 语:近年来世界范围内地质灾害频发。因此,建筑设计者在进行设计时,要考虑到建筑的抗震功能,从建筑的选址到建筑结构的定型,对建筑进行详细的力学分析,以位移的考虑方法解决建筑在地震中构件变形的问题,利用新型的抗震建材,采用先进的施工工艺,不断提高建筑的抗震功能。
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