所屬欄目:建筑設計論文 發布日期:2017-03-15 12:01 熱度:
地震一直都是破壞力超強、嚴重威脅人們生存安危的自然災害之一,現如今的很多建筑都都進行了抗震設計,提高了建筑物的抗震效果,本文對建筑物抗震設計進行研究。
《重慶建筑》Chongqing Architecture(月刊)2002年創刊,辦刊宗旨:服務山地及西部地區建筑行業,反映重慶及西部地區建筑行業研究、開發及應用新技術、新工藝、新材料是、新設備所取得的成果。讀者對象:從事城鄉建筑各專業的中、高級科技人員、管理干部,大專院校相關專業的師生及熱愛、關心城鄉建設事業的廣大讀者。
隨著科學技術的不斷發展,基于性能的抗震設計雖然已經取得了不錯的成果,但由于基于性能的抗震設計具有的復雜性以及人們在事物的認識上具有的局限性,我們在進行設計時,僅僅依靠計算得出的數據還不能為結構的安全提供有效的保障。因此,細部構造和結構概念設計都是抗震性能化設計中不可或缺的構成部分。所以,要將基于性能的抗震設計的理念與承載能力設計方法的優點結合在一起。
一、確定抗震性能目標
一般來說,確定性能目標是基于性能的抗震設計中首要解決的問題,即應該在限定的結構破壞狀態下保持怎樣的水平,這種破壞狀態主要包括,結構體系的耐久性、安全性、整體性以及適用性等各方面功能。通常,結構的破壞狀態水平較高,就具有較強的安全性,但在一定程度上會增加建設成本;如果結構的破壞狀態水平較低,雖可降低建設成本,但在一定程度上會導致使用風險增加,為人們的安全提供保障就較低。因此,在確定建筑結構抗震性能目標時,通常采用“投資—效益”這個準則,也就是在對建筑的抗震性能進行設計時,針對破壞強度不同的地震,能夠對建筑物的破壞狀態進行有效的控制,從而體現不同建筑物的性能水平。采用此設計準則,在一定程度上能夠將建筑物在使用周期內所遭受的損失降低。一般地,降低工程造價,就會增加建筑內部結構遭受破壞的可能性,從而增加后期工程的修復和維修費用,所以存在一個最小費用值。由于發生地震以及后期維修費用的增加都具有不確定性,所以這筆費用也是可以變的。因此,在進行項目投資時,一定要充分考慮到各方面的因素,并將相對可靠的理論作為基于性能的抗震設計的基礎。
在上面的分析中,以不同等級地震所帶來的破壞程度作為依據來進行評價是整個問題的關鍵,由于地震具有隨機性的特點,對建筑結構的破壞也存在著較大的差異性,結構失效模式又具有復雜性,對于建筑結構體系的可靠度還沒有一個明確的定義,并且,從當前的現狀來看,由于地震而導致的非結構損失在一定程度上甚至超越了結構損失,所以還比較難將這一理論運用在實際的工程設計中,還存在著較多的不確定因素。
二、基于性能的抗震設計方法探討
當前,國內外都將基于性能的抗震設計方法作為重點研究對象,而學術界基本已就這種設計方法的目標和理念達成一定共識,國內新一版的設計規范也對此開設了新的篇章闡述,作為綱領性的標準。但是,在實際的設計中,怎樣用好這一方法,還面臨著諸多的問題。下面主要探討一下典型的幾種設計方法。
(一)承載能力設計方法
從當前我國的抗震設計現狀看,這種方法是較常用的。對于經常發生的地震,通過反應譜將建筑的底部剪力計算出來,按照相應的規則分配至結構全高,并且和其它的荷載組合起來,然后進行結構強度設計,使各部分的構件都具備相應的承載能力,最后通過變形驗算得出結論。一般來說,運用承載能力設計這種方法具有設計可靠、比較清晰的性能概念以及使用方便等優點,能夠很好的實現預期性能目標。但這種方法也具有一定的缺點,比如,以彈性反應為基礎,對于非彈性反應的建筑就不能進行全面的計算。因此,新規范衍生出承載力按抗震等級調整地震效應的設計值、不計抗震等級調整地震效應的設計值、標準值、極限值的四種復核方法。
(二)抗震設計以位移為基礎
這種方法的結構性能指標就是結構位移,相比傳統的設計方法而言,將位移作為基礎的抗震設計方法實現了設計全過程的根本改變。這種方法與其它設計方法不同的地方主要是,將位移作為根本出發點,將層間位移和位移假設為控制建筑結構抗震性能的主要因素。將位移控制運用在設計過程中,并且利用對位移譜的設計計算出建筑結構在發生位移時的有效周期,并得出結構的基底剪力,進行結構分析,進而對具體的配筋進行設計,用應力來對完成后的設計進行驗算,如果出現不足的情況,修改時,應該采用增大剛度的方法,而不能用增大強度的方法,并且將位移目標的基準作為結構構件配置的依據。這種方法,充分考慮了抗震性能中位移的重要性,在剛開始進行設計時,就能夠了解結構的性能水平,并且能夠實現設計和目標的統一,在性能設計理論中,是一種使用比較廣泛的方法。
(三)能量法
這種方法,主要是將破壞建筑結構的原因假設為地震輸入的總能量,而內部設施以及結構遭受地震破壞的程度是由被結構所消耗掉的能量和地震輸入的能量來共同決定的。這種方法所具有的優點就是能夠對建筑結構所具備的潛在破壞程度進行直接估計,對于結構所具備的非線性和滯回特性的要求,都能夠滿足。除此之外,在結構內設置耗能元件,在一定程度上能夠將損失降到最低。當然,能量法也具有一定的缺點,那就是具備較多的不確定因素以及使用方法相對復雜。
三、混凝土結構基于性能的抗震設計
1.對混凝土結構目標性能水準進行明確的劃分,根據不同的要求分為多個水準,并且對量化指標進行細分和明確,而結構性能水準不僅要考慮到工程施工階段的投資,還應充分考慮到建筑使用階段可能會遭受到許多不確定因素的損失,比如地震等,通常可以采用全面考慮和可靠度理論來進行確定。
2.在進行建筑結構設計時,一定要進一步加強設計控制,也就是在設計的過程中,一定要嚴格遵守結構的規則性,對結構體系進行合理的選擇,為結構構件和結構的延性提供有效的保障。
3.在進行基于性能的混凝土抗震設計時,一定要考慮周全,要考慮到地震級別的不同對建筑損害程度的不同,將強度設計也分為多個等級,從而體現在建設初期的投資成本上。
4.在評估建筑結構的抗震性能時,可以將結構的變形指標作為基本依據,對非建筑結構構件具備的性能水平和建筑結構構件遭受損傷的程度進行控制,以此作為未來建筑可能會因為地震而遭受損失的評估依據,得出結果之后,采用合理的方案,將建筑結構在整個使用壽命期內的花銷費用降到最低。這樣一來,就能讓整個設計具有準確有效、方便簡捷和定性定量的特點,有助于設計周期的縮短,提高工作效率,并且在一定程度上還能降低建設成本。
文章標題:建筑結構抗震設計技術中需要注意的問題
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