1.建筑抗震设计规范
2.建筑物抗震设计规范
3.建筑结构与建筑设备辅导--抗震设计一般规定
4.我国目前的抗震设计规范有哪些?
5.抗震规范是什么?
建筑抗震设计规范
法律分析:1 抗震等级建筑物的抗震设防类别有关,建筑抗震设防类别的划分,应符合国家标准《建筑抗震设防分类标准》GB50223的规定。2 抗震等级建筑物的场地类别有关,按建筑抗震设防类别及场地类别确定用于确定抗震等级的烈度.
3 建筑抗震设计规范GB 50011-2001 6.1.2 钢筋混凝土房屋应根据烈度、结构类型和房屋高度采用不同的抗震等级,并应符合相应的计算和构造措施要求。丙类建筑的抗震等级应按表6.1.2确定。
法律依据:《中华人民共和国建筑法》
第四条 国家扶持建筑业的发展,支持建筑科学技术研究,提高房屋建筑设计水平,鼓励节约能源和保护环境,提倡采用先进技术、先进设备、先进工艺、新型建筑材料和现代管理方式。
第五条 从事建筑活动应当遵守法律、法规,不得损害社会公共利益和他人的合法权益。任何单位和个人都不得妨碍和阻挠依法进行的建筑活动。
建筑物抗震设计规范
1.为什么新规范2002年1月1日起施行,而原《建筑抗震设计规范》(GB11-89,以下简称89规范)2002年12月31日才废止
由于新规范是对89规范进行全面修订而形成的,在执行中应考虑到设计、管理人员有一个学习、适应和实用过程,为此保留一年的过渡期,这也是规范执行中的通行做法,当初89规范在执行时曾有三年的过渡期。
2.新规范在过渡期中,一些其他的相关规范尚未公布,配套的计算软件还未升版,在实际使用时应如何操作?
新规范与89规范相比,有许多不同之处,在过渡期内,结构进行抗震设计验算时,仍可采用依据89规范编制的计算机软件,但对于不需计算的抗震构造措施则自2002年1月1日起要按新规范执行。在各地开展的施工图审查也可按此要求开展有关审查工作。
3.新规范中为何无烟囱、水塔等构筑物及钢筋混凝土异型柱结构的抗震设计内容?
本次建筑抗震规范的修订,已不包括烟囱、水塔等构筑物的抗震设计内容,此部分内容归入即将修订的《构筑物抗震设计规范》。
对于异型柱结构,目前工程抗震界有各种不同的看法,普遍认为异型柱结构属于抗震不利的结构体系,目前正在修订的国家标准和行业标准均未将其列入。若采用异型柱结构又无地方法规者,属于超规范、超规程设计,应按国务院《建筑工程勘察设计管理条例》第29条的要求执行。
4.新规范中对建筑抗震设防类别的分类总原则是什么?为什么乙类建筑不是特别多?设置了抗震缝后可否根据各单元划分设防分类?目前许多大底盘高层建筑裙房为商店,上部为住宅楼,其抗震设防分类应注意哪些事项?
按照当前的抗震防灾政策,在《建筑抗震设防分类标准》(GB50223-95)条文说明中指出,对一般情况下,原则上能保障在遭遇设防烈度地震影响时,不致有灾难性后果,故绝大部分的建筑,均可列为丙类建筑,少数重要的建筑列为乙类建筑。
《建筑抗震设防分类标准》在3.0.1.5条中规定,“建筑物各单元的重要性有显著不同时,可根据局部的单元划分类别”,故设置了抗震缝将结构分为若干单元后,可根据各单元划分设防分类。
对于商业建筑,在1995年之前高层的大型零售商场还比较少,《建筑抗震设防分类标准》举例采用了常见的 “人流密集的多层建筑”,具体规定参照了1993年当时商业部的有关规定,根据目前国家的经济发展水平,在具体执行时,不论多层和高层,只有年营业额1.5亿元人民币以上、固定资产0.5亿元以上、建筑面积1万平方米以上三个条件均满足时才定为乙类建筑。
大底盘建筑,当其下部属于大型零售商场的乙类建筑范围时,一般可将其及与之相邻的二层定为加强部位,按乙类进行抗震设计,其余各层可按丙类进行抗震设计。
5.对突出屋面的屋顶间、女儿墙、烟囱等突出屋面的结构进行抗震设计及验算时应注意哪些事项?
新规范在第三章关于概念设计的规定中,明确要求结构体系的选型应防止刚度和强度的突变。突出屋面结构明显存在刚度突变,其抗震设计尤应注意采取可靠措施。例如,在计算分析时,第5.2.4条规定采用底部剪力法时,突出屋面的屋顶间、女儿墙、烟囱等的地震作用效应,宜乘以增大系数3,采用振型分解法时,突出屋面部分可作为一个质点进行计算。同时还要根据计算结果采取加强构造措施。
6.框架-抗震墙结构,在基本振型地震作用下计算框架部分承受的地震倾覆力矩,基本振型指的是什么振型?
基本振型一般指每个主轴方向以平动为主的第一振型。
7.多层砌体房屋和底部框架、内框架房屋的最小墙厚度是何含义?房屋抗震横墙是指什么样的墙体?不对齐或不贯通的横墙算不算抗震横墙?
新规范7.1.2条表7.1.2中,砌体房屋最小墙厚是指结构抗震验算时不小于此厚度的墙体才能承担地震作用,即不论层数或高度,各种砌体类别的墙体小于此厚度只能算做非抗震的隔墙,只能计入荷载而不能做为结构墙体参与结构计算。例如,粘土砖房屋的最小墙厚为0.24m,墙宽度小于此值,如0.12m或0.18m时,不论是否有基础,均只能算做非抗震隔墙。房屋抗震横墙是指符合最小墙厚要求的横向墙体,横墙应以满足抗侧力计算为准。
新规范7.1.7条2款规定“沿平面内宜对齐”用语为“宜”,表示稍有选择,条件许可时应首先这样做,符合厚度要求的不对齐或不贯通的横墙也属抗震横墙。
8.多层砌体房屋和底部框架、内框架房屋的总高度比表7.1.2稍高时是否算超出限值?
新规范7.1.2条表7.1.2中总高度的计算有效数字为个位,即小数点后第一位数四舍五入后满足即可。室内外高差大于0.6m时,房屋总高度允许比表中适当增加,但不应多于1m。
9.住宅工程中顶层为坡屋顶,屋顶是否需设水平楼板?顶层为坡屋顶时层高有无限制?总高度应如何计算?
住宅工程中的坡屋顶,如不利用时檐口标高处不一定设水平楼板。关于顶层为坡屋顶时层高的计算问题新规范未做具体规定,结构设计时由设计人员根据实际情况而定,取质点的计算高度仍不超过4m。
檐口标高处不设水平楼板时,按抗震规范7.1.2条的规定,总高度可以算至檐口(此处檐口指结构外墙体和屋面结构板交界处的屋面结构板顶)。檐口标高附近有水平楼板,且坡屋顶不是轻型装饰屋顶时,上面三角形部分为阁楼,此阁楼在结构计算上应做为一层考虑,高度可取至山尖墙的一半处,即对带阁楼的坡屋面应算至山尖墙的二分之一高度处。
10.对于新规范7.3.2条第5款的“接近”概念,以7度区为例,层数为多少时属于接近上限?
新规范7.3.2条第5款的“接近”概念,对于7度区,层数为六、七层时均属于接近上限。
11.砖墙基础埋深较大,构造柱是否应伸至基础底部?较大洞口两侧要设构造柱加强,一般多大的洞口算较大洞口?
新规范7.3.2条第4款规定:构造柱可不单独设置基础,但应伸入室外地面下500mm,或锚入浅于500mm的基础圈梁内,两条满足其中的一条即可。但需注意此处的基础圈梁是指位于基础内的,不是一般位于相对标高±0.0m的墙体圈梁。构造柱的钢筋伸入基础圈梁内应满足锚固长度的要求。
对于底层框架砖房的砖房部分,一般允许将砖房部分的构造柱锚固于底部的框架柱或钢筋混凝土抗震墙内(上层与下层的侧移刚度比应满足要求)。
新规范表7.3.1要求较大洞口两侧要设构造柱加强。一般说,内纵墙和横墙的较大洞口,指2000mm以上的洞口;外纵墙的较大洞口,则由设计人员根据开间和门窗洞尺寸的具体情况确定。
12.填充墙的构造柱与多层砌体房屋的构造柱有何不同?
填充墙设构造柱,属于非结构构件的连接,与多层砌体房屋设置的钢筋混凝土构造柱有一定差异,应结合具体情况分析确定。如挑梁端部设置填充墙构造柱,挑梁在计算时应考虑构造柱传递来的荷载。
13.多层砌体和底部框架房屋中,有个别楼层符合“横墙较少”的条件,是否应按7.1.2条第2款的要求降低层数?
新规范中对于多层砌体房屋,“横墙较少”的概念指全部楼层均符合横墙较少的条件,对于仅个别楼层符合“横墙较少”的条件,可根据大开间房屋的数量、位置、开间大小等情况具体分析后采取相应的加强措施。底部框架房屋的上部各层“横墙较少”的概念同多层砌体房屋。
14.新规范7.1.7条第5款“关于烟道、风道、垃圾道等不应削弱墙体”指得是什么?
新规范7.1.7条第5款“关于烟道、风道、垃圾道等不应削弱墙体”,主要指不要在墙体厚度内开洞,烟道等应设在墙外,成为附墙烟道等,以免墙体应力集中。
16. 底层框架结构的计算高度如何取?若取到基础顶,抗震墙厚度取1/20层高,是否过大?
计算高度的取值应根据实际情况而定,主要是看地坪的嵌固情况而定,若嵌固得好,如作刚性地坪或有连续的地基梁,可以从嵌固处取,否则从基础顶;抗震墙厚取1/20层高,这里的层高与计算高度的概念不同,是指从一层地坪到一层楼板顶的高度。
20.多层砌体房屋和底部框架、内框架房屋室内外高差大于0.6m时,房屋总高度允许比表7.1.2中适当增加,但不应多于1m,那么此时是否仍可将小数点后第一位数四舍五入吗?
多层砌体房屋和底部框架、内框架房屋,若室内外高差大于0.6m时,房屋总高度允许比新规范7.1.2条表7.1.2中适当增加,但不应多于1m。因已将总高度值适当增加,故此时不应再将小数点后第一位数四舍五入,即增加值不大于1m。
23.横墙较少的多层普通砖、多孔砖住宅楼的总高度和层数接近或达到表7.1.2规定限值时按照新规范中第7.3.14条6款的要求进行设计,对楼、屋面板的设置有何要求?
对于横墙较少的多层普通砖、多孔砖住宅楼的总高度和层数接近或达到表7.1.2规定限值时,同一结构单元的楼、屋面板应设置在同一标高处, 即不允许同一结构单元有错层。即使设计时同一结构单元内横墙无错位,楼、屋面板也应采用现浇钢筋混凝土板,以加强结构的整体性。
24.新规范中第7.1.8条1款要求底部框架-抗震墙房屋结构布置中,上部砌体抗震墙与底部框架梁或抗震墙对齐或基本对齐,在定量上如何把握?
底框房屋是一种不利于抗震的结构类型。为提高其抗震能力,《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)中7.1.8条1款要求,上部砌体抗震墙与底部的框架梁或抗震墙的轴线对齐或基本对齐,即大部分砌体抗震墙由下部的框架主梁或钢筋混凝土抗震墙支承,每单元砌体抗震墙最多有二道不落在框架主梁或钢筋混凝土抗震墙上,而是由次梁支托上部抗震墙。托墙的次梁应按3.4.3条考虑地震作用的计算和内力调整。建议尽量采用上部结构减少抗震墙数量的方案,即在无法对齐处设置次梁支承非抗震隔墙以避免次梁托抗震墙的方法。
25.在砖房总高度、总层数已达限值的情况下,若在其上再加一层轻钢结构房屋,此种结构形式应如何设计?
在砖房总高度、总层数已达限值的情况下,若在其上再加一层轻钢结构房屋, 因抗震规范中无此种结构形式的有关要求,两种结构的阻尼比不同,上下部分刚度存在突变,属于超规范、超规程设计,设计时应按国务院《建筑工程勘察设计管理条例》第29条的要求执行,即需由省级以上有关部门组织的建设工程技术专家委员会进行审定。
29.钢筋混凝土柱厂房为什么不采用山墙(砌体隔墙)承重?
钢筋混凝土柱厂房不采用山墙(砌体隔墙)承重,理由如下:
1) 山墙和钢筋混凝土排架柱结构材料不同,不仅侧移刚度不同,而且承载力也不同,在地震作用下,山墙和钢筋混凝土排架柱的受力和位移不协调不利抗震,可导致结构破坏,这种震害不少。
2) 屋盖系统(屋面板、屋架和支撑)在两个端部不封闭,屋盖地震作用传递途径变化,在6度时山尖墙就有震害,其破坏后将引起屋盖的破坏。
30.规范规定多层砌体房屋的总高度指室外地面到主要屋面板顶或檐口的高度,半地下室从地下室地面算起,全地下室和嵌固条件较好的半地下室允许从室外地面算起,嵌固条件较好一般是指什么情况?
嵌固条件较好一般指下面两种情况:
(1)半地下室顶板(宜为现浇混凝土板)的板顶标高不高于室外地面约1.5m,地面以下开窗洞处均设有窗井墙,且窗井墙又为内横墙的延伸,如此形成加大的半地下室底盘,有利于结构的总体稳定,半地下室在土体中具有较有利的嵌固作用。
(2)半地下室的室内地面至室外地面的高度大于地下室净高的二分之一,无窗井,且地下室部分的纵横墙较密。
在这两种嵌固条件较好情况下,带半地下室的多层砌体房屋的总高度允许从室外地面算起。
若半地下室层高较大,顶板距室外地面较高,或有大的窗井而无窗井墙或窗井墙不与纵横墙连接,构不成扩大基础底盘的作用,周围的土体不能对多层砖房半地下室起约束作用,则此时半地下室应按一层考虑,并计入房屋总高度。
31.若多层砌体房屋中设置了钢筋混凝土构造柱和圈梁,当构造柱与圈梁边缘对齐时,施工时哪部分的钢筋放置在最外侧?
对于钢筋混凝土框架结构,当框架柱和框架梁边缘对齐时,一般将柱主筋放置在最外侧,梁纵向钢筋紧贴着柱最外侧主筋,从内侧穿过。而对于多层砌体房屋,为了使圈梁充分发挥其对结构构件的约束作用,当构造柱与圈梁边缘对齐时,一般将圈梁的纵向钢筋放置在最外侧,构造柱主筋从圈梁纵向钢筋内侧穿过。
32.若多层砌体房屋的层数低于规范表7.3.1中砖房构造柱设置要求的最低层数,其构造柱应如何设置?
如果多层砌体房屋的层数低于规范表7.3.1中左侧各列的最低层数,如6度区层数为三层及以下的房屋、七度区层数为单层和二层的房屋、八度区单层房屋,对于构造柱的设置规范不做要求。此时是否设置构造柱可由设计人员根据实际情况掌握,规范规定的是最低安全度要求。
33.随着墙体材料的改革,一些城市已经禁止或限制使用烧结普通粘土砖,代之以烧结多孔砖或混凝土空心小砌块,对于±0以下部分的砌体可有哪些替代材料?
对于砌体结构房屋±0以下部分的砌体材料(包括块材和砂浆),当不采用多孔砖和空心砌块时,除了可采用现浇钢筋混凝土墙外,还可采用烧结页岩砖、烧结煤矸石砖、烧结粉煤灰砖等非粘土烧结砖以及蒸压灰砂砖、蒸压粉煤灰砖等墙体材料,其块材和砌筑砂浆应符合《砌体结构设计规范》(GB50003-2001)有关规定,并注意采用水泥砂浆后砌体抗压强度设计值的折减。
建筑结构与建筑设备辅导--抗震设计一般规定
法律分析:1、不同地质条件下,地震对建筑设施的破坏作用差异明显,因此应提前做好地质勘察工作,避开不利场地,合理选择有利于建筑设施抗震的建筑场地2、需在塑性铰区配置定量约束箍筋,提高建筑结构设计的极限应变能力,从而极大地增强建筑构造构件的延性能力,保证结构安全3、应做好抗震设防系统,并采取相应的抗震措施,合理选择加强地基和上部结构整体性刚度的措施,从而提高建筑安全性能。法律依据:《中华人民共和国建筑法》
第三十七条 建筑工程设计应当符合按照国家规定制定的建筑安全规程和技术规范,保证工程的安全性能。
第五十六条 建筑工程的勘察、设计单位必须对其勘察、设计的质量负责。勘察、设计文件应当符合有关法律、行政法规的规定和建筑工程质量、安全标准、建筑工程勘察、设计技术规范以及合同的约定。设计文件选用的建筑材料、建筑构配件和设备,应当注明其规格、型号、性能等技术指标,其质量要求必须符合国家规定的标准。
我国目前的抗震设计规范有哪些?
(二)抗震设计一般规定
1.房屋高度限制
震害调查表明,砌体房屋,层数愈多,高度越高,它的震害程度和破坏率也越大,所以限制砌体房屋的层数和总高度是一项既经济又有效的抗震措施。
多层房屋的层数和高度应符合下列要求:
(1)一般情况下,房屋的层数和总高度不应超过表8-10的规定。
房屋的层数和总高度限值 表8-10
房屋类别 最小墙厚度(mm) 烈度
6 7 8 9
高度 层数 高度 层数 高度 层数 高度 层数
多层砌体 普通砖 240 24 8 21 7 18 6 12 4
多孔砖 240 21 7 21 7 18 6 12 4
多孔砖 190 21 7 18 6 15 5 —— ——
小砌块 190 21 7 21 7 18 6 —— ——
底部框架-抗震墙 240 22 7 22 7 19 6 —— ——
多排柱内框架 240 16 5 16 5 13 4 —— ——
注:1.房屋的总高度指室外地面到主要屋面板板顶或檐口的高度,半地下室从地下室室内地面算起,全地下室和嵌固条件好的半地下室应允许从室外地面算起;对带阁楼的坡屋面应算到山尖墙的l/9高度处,阁楼层一般应当作一层,若符合规范5.2.4条突出屋面屋顶间的要求时可不计人层数和高度。
2.室内外高差大于0.6m时,房屋总高度应允许比表中数据适当增加,但不应多于1m。
3.本表小砌块砌体房屋不包括配筋混凝土小型空心砌块砌体房屋。
4.砌体房屋,若有错层,当错层高差不超过圈粱高度时,可作为一个楼层看待;超过时,应按两层看待。
5.半地下室时,地下室顶板高出室外地面不多,地下窗井墙为每道内横墙的延伸,而形成了扩大的基础底盘,且周围土体的约束作用显著,此时,半地下室可不计人层数,总高度仍可以从室外地面算起;否则半地下室应计入层数。
(2)对医院、教学楼等及横墙较少的多层砌体房屋,总高度应比表8-10的规定降低3m,层数相应减少一层;各层横墙很少的多层砌体房屋,还应根据具体情况再适当降低总高度和减少层数。
注:横墙较少指同一楼层内开间大于4.2m的房间占该层总面积的40%以上。横墙很少指整栋房屋中均为开间很大的会议室、办公室、教室等用房,这时砌体抗震墙很少;墙体间距接近表8—12规定的值。
(3)横墙较少的多层砖砌体住宅楼,当按规定采取加强措施并满足抗震承载力要求时,其高度和层数应允许仍按表8-l0的规定采用。
(4)普通砖、多孔砖和小砌块砌体承重房屋的层高,不应超过3.6m;底部框架-抗震
墙房屋的底部和内框架房屋的层高,不应超过4.5m。
2.多层砌体房屋总高度与总宽度的比值宜符合表8-11的要求。
房屋高宽比 表8-11
烈度 6 7 8 9
高宽比 2.5 2.5 2.0 1.5
注:1.单面走廊房屋的总宽度不包括走廊宽度;
2.建筑平面接近正方形时.其高宽比宜适当减小。
3.房屋抗震横墙的间距不应超过表8-12的要求。
房屋抗震横墙的间距限值 表8-12
房屋类别 烈度
6 7 8 9
多层砌体 现浇或装配式钢筋混凝土楼、屋盖 18 18 15 11
装配式钢筋混凝土楼、屋盖 15 15 11 7
木楼、屋盖 11 11 7 4
底部框架-抗震墙 上部各层 同多层砌体房屋 —
底层或底部两层 21 18 15 —
多排柱内框架 25 21 18 —
注:1.多层砌体房屋的顶层,量大横墙间距应允许适当放宽;
2.表中木楼、屉盖的规定.不适用于小船块砌体房屋。
4.房屋中砌体墙段的局部尺寸限值宜符合表8-13的要求。
房屋的局部尺寸限值 表8-13
部位 6度 7度 8度 9度
承重窗间墙最小宽度 1 1 1.2 1.5
承重外墙尽端至门窗洞边最小距离 1 1 1.2 1.5
非承重外墙尽端至门窗洞边最小距离 1 1 1 1
内墙阳角至门窗洞边最小距离 1 1 1.5 2
无锚固女儿墙(非出入口处)的高度 0.5 0.5 0.5 0
注:1.局部尺寸不足时应采取局部加强措施弥补;
2.出入口处的女儿墙应有锚固;
3.多层多排柱内框架房屋的纵向窗间墙宽度,不应小于1。5m。
5.多层砌体房屋的结构体系应符合下列要求。
(1)应优先采用横墙承重或纵横墙共同承重的结构体系。
(2)纵横墙的布置宜均匀对称,沿平面内宜对齐,沿竖向应上下连续;同一轴线上的窗间墙宽度宜均匀。
(3)房屋有下列情况之一时宜设置防震缝,缝两侧均应设置墙体,缝宽应根据烈度和房屋高度确定,可采用50-100mm。
1)房屋立面高差在6m以上;
2)房屋有错层,且楼板高差较大;
3)各部分结构刚度、质量截然不同。
(4)楼梯间不宜设置在房屋的尽端和转角处。
(5)烟道、风道、垃圾道等不应削弱墙体;当墙体被削弱时,应对墙体采取加强措施;不宜采用无竖向配筋的附墙烟囱及凸出屋面的烟囱。
(6)不应采用无锚固的钢筋混凝土预制挑檐。
6.底部框架-抗震墙房屋的结构布置应符合下列要求:
(1)上部的砌体抗震墙与底部的框架梁或抗震墙应对齐或基本对齐。
(2)房屋的底部,应沿纵横两方向设置一定数量的抗震墙,并应均匀对称布置或基本均匀对称布置。6、7度且总层数不超过5层的底层框架-抗震墙房琼,应允许采用嵌砌于框架之间的砌体抗震墙;但应计入砌体墙对框架的附加轴力和附加剪力;其余情况应采用钢筋混凝土抗震墙。
(3)底层框架-抗震墙房屋的纵横两个方向,第二层与底层侧向刚度的比值,6、7度时不应大于2.5,8度时不应大干2.0,且均不应小于1,0。
(4)底部两层框架-抗震墙房屋的纵横两个方向,底层与底部第二层侧向刚度应接近,第三层与底部第二层侧向刚度的比值,6、7度时不应大于2.0,8度时不应大于I.5,且均不应小于1.0。
(5)底部框架-抗震墙房屋的抗震墙应设置条形基础、筏式基础或桩基。
7.多层多排柱内框架房屋的结构布置应符合下列要求:
(1)房屋宜采用矩形平面,且立面宜规则;楼梯间横墙宜贯通房屋全宽。
(2)7度时横墙间距大于18m或8度时横墙间距大于15m,外纵墙的窗间墙宜设置组合柱。
(3)多排柱内框架房屋的抗震墙应设置条形基础、筏式基础或桩基。
8.底部框架-抗震墙房屋和多层多排柱内框架房屋的钢筋混凝土结构部分,除应符合本节“一、(二)”的规定外,尚应符合本节“二、”中所述的有关要求;此时,底部框架-抗震墙房屋的框架和抗震墙的抗震等级,6、7、8度可分别按三、二、一级采用;多排柱内框架的抗震等级,6、7、8度可分别按四、三、二级采用。
抗震规范是什么?
地震灾害具有突发性,至今可预报性很低,给人类社会造成的损失严重,是各类自然灾害中最严重的灾害之一。我国根据现有的科学水平和经济条件,对建筑抗震提出了“三个水准”的设防目标,即通常所说的“小震不坏,中震可修,大震不倒”。通常所讲的小震、中震、大震分别指的是50年超越概率为63%,10%,2~3%的多遇地震、设防烈度地震、罕遇地震。 1 结构设计地震力的确定1.1 低地震力取值的可行性 到二十世纪八十年代,各国设计规范都承认这样一个事实,就是在地震作用下,结构在真正失效前,有一个较大的塑性变形能力(结构延性),即结构在一个较小的地震下可能达到或者接近屈服状态;而在较大的地震下,结构的若干部位将陆续进入屈服后的非弹性变形状态,并且随着地震力的增大,结构中进入弹塑性变形的部位增多,先进入屈服的部位弹塑性变形也增大。结构通过这种变形耗散较多的地震传来的能量,将其转换成热能。
对于“设计地震力-延性”联合法则,我们可以从地震力和结构相互关系上进行理解:一方面设计地震力低的结构,通过更大的非弹性变形耗散掉更多的地震能量;另一方面结构非弹性变形越大,刚度降低越严重,阻尼增大,周期比高设计地震力的结构增长越多,结构受到的总地震力也降低也越多。这就使得我们在设计过程中,在不降低构件竖向承载力保证结构延性的前提下,可以取用一个小于设防烈度地震反应水准作为设计中取用的地震作用。反过来讲,若采用的设计地震力越低,结构屈服部位在屈服后水平和竖向承载力不降低的前提下需要达到的非弹性变形就越大,也就需要结构有更好的延性性能。
这样,我们就需要解决如下两个问题:
A. 如何在设防烈度地震作用与设计地震力取值之间建立恰当的联系;
B. 如何在设计地震力与所要求的结构延性建立对应关系。
对于问题A,以N.M.Newmark为代表的众多学者认为,将设防烈度地震加速度通过地震力降低系数R(中,美等国)或结构性能系数q(欧共体,新西兰等)折减为结构设计加速度,相当于赋予结构一个较小的屈服承载力,结构在竖向承载力不降低的情况下,通过屈服后的非弹性变形来经受更大的地震,实现“大震不倒”的目标。因而,采用低设计地震力的关键在于保证结构及构件在大震下达到所需的延性。对于地震力降低系数R或结构性能系数q,各国设计规范存在略为不同的处理手法,不过总体而言R或q均为设防烈度地震作用与结构截面设计所用的地震作用的比值。 R或q越大,则要求结构达到的延性能力越大,R或q越小,则结构需要达到的延性能力越小。这样均能实现“大震不倒”。
对于问题B,国外一般有如下三种设计方案:(1)较高地震力——较低延性方案;(2)中等地震力——中等延性方案;(3)较低地震力——较高延性方案。高地震力方案主要保证结构的承载力,低地震力方案主要保证结构的延性。实际震害表明,这三种方案,从抗震效果和经济性来看,都能达到设防目标。我国的抗震设计采用的是方案(3)即较低地震力——较高延性方案,即采用明显小于设防烈度的小震地面运动加速度来确定结构的设计地震作用,并将它与其他荷载内力进行组合,进行截面设计,通过钢筋混凝土结构在屈服后的地震反应过程中形成较为有利的耗能机构,使结构主要的耗能部位具有良好的屈服后变形能力来实现“大震不倒”的目标。当然,我们还要看到一点,虽然这三个方案都能保证“大震不倒”,但是在改善结构在中小地震下的性态方面,方案(3)仅仅提高结构的延性水平而结构的屈服水准并没有明显提高是明显不如方案(1)和(2)的。也就是说,在保证“小震不坏,中震可修”方面,方案(1)和(2)是优于方案(3)的。
地震动以波的形式在地下及地表传播,由于震源特点、断层机制、传播途径等因素的不确定性,具有很大随机性。要想得出地震动对于不同结构有什么不同的反应,就需要在地震动特性与结构反应架起一座桥梁。由于地震动反应谱的形状特征反应了不同类型结构动力最大反应的特点,所以各工程中一般采用地震影响系数谱曲线作为计算地震作用的依据。
我国的谱曲线综合考虑了烈度、震中距、场地类别、结构自振周期和阻尼比的影响。根据新修订的中国地震动参数区划图,给出了抗震设防烈度(中震)下的设计基本地震加速度。通过对震级、震中距、场地类别等因素对结构反应谱的影响,抗震规范把动力放大系数取为2.25。根据统计资料,多遇地震烈度比基本烈度降低约1.55度,相当于地震作用降低0.35倍,即地震力降低系数为1/0.352.8。从而得到小震时结构的设计加速度,其值与重力加速度的比值即为小震时水平地震影响系数最大值。
与其他国家相比,我国的地震力降低系数R2.7~2.8,其取值与新西兰“有限延性框架”相当(R=3);介于欧洲共同体低延性DC“L”(R=2.5)和中延性DC“M”(R=3.75)之间;比美国的“一般框架”(R=3.5)还要略小些。单纯从R的角度来看,似乎中国规范在大震下的延性需求和其他国家相比处在“中等延性结构”水平。但是中国设防烈度下水平地面运动的峰值加速度系数的取值,要比其他各个国家的低(见下表)。结构动力放大系数相差不大都在2.25附近,而且我国的谱曲线平台段与其他国家相比很小,下降段较陡,造成反应谱的取值较其他国家的低,实质上中国R=2.8相当于欧共体的R=5.0左右,所以实质上,我国采用的是“较低地震力——较高延性”方案。在大震下所需要的延性需求与其他国家相比,应该属于高延性需求。各国规范美国UBC 1997新西兰NZS3101欧洲EC8中国GB50011-2001加速度系数0.075~0.400.21~0.420.12~0.360.05~0.401.2 地震作用计算 随着反应谱理论的不断成熟,各个国家对地震力在结构上的作用,都接受了底部剪力法和振型分解反应谱法等方法。我国规范规定:
底部剪力法适用于高度不超过40m,以剪切变形为主且质量刚度沿高度分布均匀的结构,以及近似单质点的结构。结构的总地震力由确定,然后再沿高度按倒三角形分布分配,并考虑了地震中可能顶部地震力增大的顶点附加集中力。
振型分解反应谱法适用于当前现有大多数建筑结构体系。通过振型组合考虑各周期不同的振型在地震反应中的参与程度。对不进行扭转计算的结构,先确定各振型在各质点的水平地震作用标准值,在按照公式确定水平地震作用效应;对进行扭转耦联计算的结构,其楼层取两个正交水平位移和转角位移三个自由度,确定各振型在各楼层两水平方向和转角方向的地震作用标准值,按或确定水平地震作用效应。
规范同时还规定,对特别不规则的建筑,甲类建筑,规范表5.1.2-1所列高度范围的高层建筑,应用弹性时程分析法进行多遇地震下的补充计算,可取多条时程曲线计算结果的平均值与振型分解反应谱法计算结果的较大值。另外一般弹性时程法分析的结果有利于判断薄弱层部位。
对于9度地区高层建筑考虑竖向地震力,采取与底部剪力法类似的方法,只是竖向地震力的取值约为水平地震力取值的0.57倍左右。
对于长周期结构,地震作用中的地面运动加速度和位移可能对结构具有更大的影响,而振型分解反应谱法无法对此作出估计,新规范同时还增加了楼层水平地震剪力最小值的要求,见抗震规范5.2.5条。2 结构抗震变形验算 抗震设防三水准的要求是通过两阶段设计来保证的:多遇地震下的承载力验算,建筑主体结构不受损,非结构构件没有过重破坏保证建筑正常使用功能;罕遇地震作用下建筑主体结构遭遇破坏,但不倒塌。结构抗震变形验算是两阶段设计很重要的内容。
第一阶段设计,变形验算以弹性层间位移角表示。以保证结构及非结构构件不开裂或开裂不明显,保证结构整体抗震性能。新规范增加了变形验算的范围,对以弯曲变形为主的高层建筑可以扣除结构的整体弯曲变形,因为这部分位移对结构而言是无害位移,只是人的舒适度感觉不同而已,
第二阶段的变形验算为罕遇地震下薄弱层弹塑性变形验算,以弹塑性层间位移表示。根据震害经验、实验研究和计算结果分析提出了构件和节点达到极限变形时的层间极限位移角,防止结构薄弱层弹塑性变形过大引起结构倒塌。规范对验算的范围有明确规定,但考虑到弹塑性变形计算的复杂性和缺乏实用软件,对不同建筑有不同要求。在以后发展中可以把验算范围推广到更大,甚至可以基于位移控制法来设计结构,满足某些类型的建筑对结构位移的特殊要求,来保证结构的位移在可接受范围。
需要说明的是,现阶段的位移控制和抗震设计还限于单一地震下结构的反应。如何有效考虑在地震高发区及多次地震下累积损伤对结构变形和抗震性能的影响,保证结构整个寿命期内的安全,需要进一步的研究。 3 以框架结构为例谈抗震概念设计 由于建筑抗震设计的复杂性,在实际工程中抗震概念设计就显得尤为重要。它主要包括以下内容:建筑设计应注意结构的规则性;选择合理的建筑结构体系;抗侧力结构和构件的延性设计。本文以框架为例重点介绍抗震概念设计中的能力设计法(capacity design)。
能力设计法是结构延性设计的主要内容,包括我国规范的内力调整和构造两个方面。它是二十世纪70年代后期,新西兰知名学者T.Paulay和Park提出的钢筋混凝土结构在设计地震力取值偏低的情况下具有足够延性的方法。其核心思想为:通过“强柱弱梁”引导结构形成“梁铰机构”或者“梁柱铰机构”;通过“强剪弱弯”避免结构在达到预计延性能力前发生剪切破坏;通过必要构造措施使可能形成塑性铰的部位具有必要的塑性转动能力和耗能能力。从以上三个方面保证使结构具有必要的延性。框架结构作为常见的结构形式,当然其延性设计也主要是从这三个方面来体现的。3.1 强柱弱梁 结构动力反应分析表明,结构的变形能力和破坏机制有关。常见有三种典型的耗能机构,“梁铰机构”、“柱铰机构”、“梁柱铰机构”。“梁铰机构” 和“梁柱铰机构”的梁先屈服,可使整个框架有较大的内力重分布和能量消耗能力,极限层间位移大,塑性铰数量多,不因个别塑性铰失效而结构整体失效。因而抗震性能好,是钢筋混凝土理想的耗能机构。我国规范采用的是允许柱子、剪力墙出铰的梁柱铰方案,采取相对的“强柱弱梁”措施,推迟柱子的出铰时间。但不能完全排除出现薄弱层的柱铰机构的可能性,因而需要限制柱子的轴压比,必要时通过时程分析法判断结构的薄弱层,防止出现柱铰机构。
我们常见的“强柱弱梁”的调整措施就是要人为增大柱子的抗弯能力,诱导在梁端先出现塑性铰。这是考虑到柱中实际弯矩在地震中的可能增大。在结构出现塑性铰之前,结构构件因拉区混凝土开裂和压区混凝土的非弹性性质,钢筋与混凝土之间的粘结退化,使得各构件刚度降低。梁刚度降低较受压的柱子相对严重,结构由最初的剪切型变形向剪弯形变形过渡,柱内的弯矩较梁端的弯矩比例增大;同时结构的周期加长,影响到结构各振型的参与系数的大小;地震力系数发生变化,导致部分柱子弯矩增大,由于构造原因及设计中钢筋的人为增大,使得梁的实际屈服强度提高,从而使得梁出现塑性铰时柱内弯矩增大。结构出现塑性铰之后,同样有上述原因的存在,而且结构屈服后的非弹性过程就是地震力进一步增大的过程,柱弯矩随地震力的增大而增大。地震力引起的倾覆力矩改变了柱内的实际轴力。我们规范中的轴压比限值一般能保证柱子在大偏压的范围内,轴力的减小也能导致柱子屈服能力的降低。
抗震规范规定:除框架顶层和柱轴压比小于0.15者及框支梁与框支柱以外,柱端弯矩设计值应符合 分别为一级取1.4,二级取1.2,三级取1.1。9度及一级框架结构尚应符合, 根据实配钢筋面积及材料强度标准值确定。底层柱轴力大,塑性转的能力差,为避免柱脚出铰后压溃,一、二、三级框架结构底层,柱端截面组合弯矩设计值分别乘以增大系数1.5,1.25和1.15。角柱的调整后的组合弯矩尚应乘以不小于1.10的系数。对一级抗震等级的剪力墙肢截面组合弯矩设计值进行调整,迫使塑性铰出现在墙肢底部加强部位,底部加强部位及以上一层弯矩设计值取墙肢底部截面组合弯矩设计值,其它部位乘以1.2的增大系数。对部分框支抗震墙结构,一、二级框支柱的柱上端和底层柱下端,其组合弯矩设计值应分别乘以增大系数1.5和1.25。
以上“强柱弱梁”的调整措施,经过非线性动力反应分析表明,基本满足大震不倒地要求。在7度区,梁的钢筋由重力荷载控制,柱的钢筋基本由最小配筋率控制。全面增大了柱梁相对抗弯能力。同时,7度区很难出现正弯矩塑性铰,对抵抗大震起到有利作用。在9度区,采用实配钢筋面积和材料强度标准值计算柱内弯矩,构造上梁钢筋的增大同样导致柱内弯矩设计值的增大,在多波输入下,梁端塑性铰转动大,发展较充分,柱端塑性铰发展不充分,转动较小。塑性变形更多集中与梁端,满足抗震能力设计要求。对8度区,其大震位移反应同9度差不多,但柱端塑性铰较9度多,转动大,梁端塑性铰出现充分但转动小,因而“强柱弱梁”效果不明显,有关专家建议8度二级抗震等级时,弯矩增大系数宜取1.35,这有待进一步的完善。3.2 强剪弱弯 “强剪弱弯”是为了保证塑性铰截面在达到预期非弹性变形之前不发生剪切破坏。就常见的结构而言,主要表现在梁端、柱端、剪力墙底部加强区、剪力墙洞口连梁端部、梁柱节点核心区。与非抗震相比,增强措施主要表现在提高作用剪力;调整抗剪承载力两个方面。3.2.1 作用剪力 一、二、三级框架梁和抗震墙中跨高比大于2.5的连梁,剪力设计值 其中,一级取1.3,二级取1.2,三级取1.1,一级框架结构及9度尚应符合。一、二、三级框架柱和框支柱,剪力设计值 其中,一级取1.4,二级取1.2,三级取1.1,一级框架结构及9度尚应符合。一、二、三级抗震墙底部加强部位,剪力设计值 其中,一级取1.6,二级取1.4,三级取1.2, 9度尚应符合。梁柱节点,一、二级抗震等级进行节点核心区抗震受剪承载力验算,三四级应符合抗震构造措施,对9度设防及一级抗震等级的框架结构,考虑到梁端已出现塑性铰,节点的剪力完全由梁端实际屈服弯矩决定,按梁端实配钢筋面积和材料强度标准值计算,同时乘以1.15的增大系数。其它一级按梁端弯矩设计值计算,剪力增大系数为1.35,二级为1.2。3.2.2 抗剪公式 国内外低周反复荷载作用下钢筋混凝土连续梁及悬臂梁受剪承载力实验表明,混凝土剪压区剪切强度的降低、斜裂缝间骨料咬合力及纵筋暗销力的降低是梁受剪承载力降低的主要原因。规范对混凝土的受剪承载力降为非抗震的60%,钢筋项没有降低。同样,对偏压柱受剪承载力实验表明,反复加载使柱受剪承载力降低10%~30%,主要由混凝土项引起,采取与梁相同的作法。对剪力墙的实验表明,其反复加载比单调加载受剪承载力降低15%~20%,采用非抗震受剪承载力乘以0.8的折减系数。梁柱节点的抗震受剪承载力由混凝土斜压杆和水平箍筋两部分受剪承载力组成,有关专家给出了相关公式。
为了防止梁、柱、连梁、剪力墙、节点发生斜压破坏,我们对受剪截面规定了受剪承载力上限,即规定了配箍率的上限值。
通过非弹性动力反应分析表明,以上措施基本满足强剪弱弯的要求。由于二级抗震等级梁柱在大震下塑性转动仍很大,有关专家建议剪力增大系数不宜比一级相差过大,对梁取1.25较好,对柱宜取1.3~1.35。其取值的合理性有待于进一步完善。
需要说明的是,梁柱节点受力非常复杂,要保证梁柱钢筋在节点中的可靠锚固,同时在梁柱端发生抗弯破坏前,节点不发生剪切破坏,其实质应属于“强剪弱弯”的范畴。而且,节点仅对一、二级抗震等级的剪力进行调整,其增大系数比柱的要小,构造措施也比柱端弱些。因而,“更强节点”的说法,不值得提倡。3.3 构造措施 构造措施是梁、柱、剪力墙塑性铰区要达到实际需要的塑性转动能力和耗能能力的保证。它与“强剪弱弯”、“强柱弱梁”相互关联,一起保证结构的延性。“强剪弱弯”是保证塑性铰转动能力和耗能能力的前提;“强柱弱梁”的严格程度,影响相应的构造措施,若实行严格的“强柱弱梁”,保证柱子除底部外不出现塑性铰,相应的轴压比等构造措施就要松些。我国采取相对的“强柱弱梁”,延缓柱子出铰的时间,所以需要采取较严的构造措施。3.3.1 梁的构造措施 梁塑性铰截面的延性与很多因素有关,截面延性随受拉钢筋配筋率及屈服强度的提高而降低;随受压钢筋配筋率和混凝土强度提高而提高,随截面宽度增大而增大;塑性铰区的箍筋可以防止纵筋的压屈、提高混凝土极限压应变、阻止斜裂缝的开展、抵抗剪力,充分发挥塑性铰的变形和耗能能力;梁高跨比越小,剪切变形比例越大,易发生斜裂缝破坏,使延性降低。梁纵筋配箍率过低,梁开裂后钢筋可能屈服甚至拉断。因而,规范对于梁纵筋最大配筋率和最小配筋率、箍筋加密区长度、最大间距、最小直径、最大肢距、体积配箍率都有严格规定。为了抵抗梁端可能的正弯矩,保证截面延性,对梁端拉压钢筋面积比作出了限制。同时,还对梁的最小宽度、跨高比、高宽比做了规定。3.3.2 柱的构造措施 柱为压弯型受力构件,轴压比对延性及耗能性影响较大。轴压比小时,柱子发生大偏压破坏,构件变形大,延性好,但耗能性降低;随轴压比的增大,耗能性增大,但是延性急剧下降,而且箍筋对延性的帮助减小。我们对于采用低地震力设计的柱子,主要保证其延性,而耗能性放到第二位。规范对轴压比作出了限制,一般能保证在大偏压的范围内。箍筋同样也对延性起到很大的作用,约束纵筋、提高混凝土压应变、阻止斜裂缝发展。柱一般为对称配筋,其纵筋配筋率越大,柱子屈服时变形越大,延性越好。因而对柱子的纵筋最小配筋率、箍筋加密区长度、最大间距、最小直径、最大肢距、体积配箍率做出了严格规定。同时对柱子的高宽比、剪跨比、截面最小高度、宽度做出了规定,以提高抗震性能。3.3.3 节点构造措施 节点作为梁柱钢筋的锚固区,对结构性能影响很大。为保证在地震和竖向荷载作用下,节点核心区剪压比偏低时为节点核心区提供必要的约束,保持节点在不利情况下的基本抗剪能力,使梁柱纵筋可靠锚固,对节点核心区的箍筋最大间距、最小直径、体积配箍率做出了规定。梁柱纵筋在节点的可靠锚固是节点构造措施的主要内容。规范对梁筋过中节点的直径;对梁柱纵筋锚固长度;锚固方式都有详细的规定。3.3.4 剪力墙构造措施 为保证剪力墙的延性和耗能能力,为墙肢提供约束,防止出现大的裂缝,规范对剪力墙的边缘构件做出了详细规定;同时也对剪力墙的轴压比作出了限制;为保证剪力墙的承载力和侧向刚度,对剪力墙提出了最小墙厚的要求;为防止斜拉剪切破坏,限制斜裂缝的发展,减小温度收缩裂缝,对剪力墙的水平、竖向分布筋的最小配筋率、最大间距、最小直径做出了规定。
综上所述;框架结构主要就是通过计算和构造措施来实现“追求梁铰机构的能力设计方案”从而,进而实现“小震不坏,中震可修,大震不倒”的三水准设防目标的。 参考文献
1、白绍良等. 从各国设计规范对比看我国钢筋混凝土建筑结构抗震能力设计措施的有效性(一、二) 重庆大学土木工程学院,2001
2、混凝土结构设计规范 GB 50010-2002 中国建筑工业出版社,2002
3、建筑抗震设计规范 GB50011-2001 中国建筑工业出版社,2001
4、高层建筑混凝土结构技术规程 JGJ3-2002 中国建筑工业出版社,2002
下面说说建筑抗震设计规范是什么:1、在《建筑抗震设计规范》(GB50011-2001)中规定,多层砌体房屋结构有下列情况之一时,应设置防震缝,缝两侧均应设置墙体:
(1)房屋立面高差在6m以上。
(2)房屋有错层,且楼板高差较大。
(3)建筑各相邻部分结构刚度、质量截然不同时。
2、高层钢筋砼房屋当需要设置防震缝时,防震缝最小宽度应符合下列规定:
(1)框架结构房屋的防震缝宽度,当高度不超过15m时可采用70m;超过15m时,6度、7度、8度和9度相应每增加高度5m、4m、3m和2m,宜加宽20mm。
(2)框架-抗震墙结构房屋的防震缝宽度可采用第一项框架结构房屋规定数值的70%,剪力墙结构房屋的防震缝宽度可采用第一项框架结构房屋规定数值的50%;且均不小于70mm。
(3)防震缝两侧结构类型不同时,宜按需要较宽防震缝的结构类型和较低房屋高度确定缝宽。
3、设置防震缝时,应将建筑物分隔成独立,规则的结构单元,防震缝两侧的上部结构应完全分开,防震缝与伸缩缝、沉降缝应综合考虑,协调布置伸缩缝、沉降缝应符合防震缝的要求。沉降缝的宽度尚应考虑基础内倾使缝宽减小后仍能满足防震缝的宽度。防震缝宽度按房屋高度和设计烈度的不同,一般可取50-100mm。
房屋抗震等级:
1、抗震等级其实就是设计部门依据了国家的有关规定,按照“建筑物的重要性分类与设防的标准”,根据设防的类别、结构的类型、烈度和房屋的高度四个因素而进行确定的,而采用了不同的抗震等级进行的相关具体设计,普通的房屋级别为4.0-4.5级。
2、房屋抗震性能一是要看房子的结构,目前常见的住宅结构会有砖混结构和钢筋混凝土的结构这两种,其中钢筋混凝土的抗震能力相对要比砖混结构的好。二就是要看抗震力。
在国际上,地震的震级一般所采用的是里氏震级的指标,分别为1-8.9级,1-3级对建筑物没有损坏,4级对建筑物会有十分轻微的破坏,达到5级以上就会开始破坏建筑物了。因此,5级以上的地震区在住宅进行设计的时候应要考虑到防震。
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