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结构优化公司:建筑结构抗震概念设计

日期:2019/10/19 15:53:20 浏览次数:

“概念设计”关于建筑构造设计是十分重要的。不断以来,在建筑构造的大学教学和各种培训中都遭到普遍注重,但是常常在现行国度标准的条条框框下和加上一体化的程序计算中淡化了许多构造概念设计。构造概念设计不是某种详细的做法,它贯串在构造设计的每一步骤。包括构造计划布置、构造计算、构造结构等。“概念设计”是构造工程师的根本功。在高层建筑建立飞速开展的今天,广阔工程构造设计人员应该愈加留意进步技术程度和构造技术涵养。无论设计办法和技术如何开展,构造设计的根本概念永远是不会改动的。标准、规程的条文不能涵盖千变万化的建筑构造,也不是原封不动的条条框框,很多状况下需求构造设计人员认真精确了解标准,然后再加以灵敏的运用。希望年轻的工程师不要自觉依赖现代计算软件给出的貌似准确的数据,不要过火置信几位小数点的精度。“黑箱作业”是信息时期对工程师的最大要挟。假如构造设计工程师慢慢忘了学过的各种构造学问和力学的根本概念,必将沦为电脑的隶属品,成为打印机的传话筒,那就是工程师的“悲痛”。

我国是世界上地震灾祸比拟严重的国度之一。半个世纪以来,我国的构造抗震设计办法随地震学、动力学、构造剖析和构造实验等的进步而从无到有,在强震察看、震害调查学习和自创其他国度先进经历的过程中不时成熟。如何从我国的地震环境和社会开展的实践状况动身,不时进步建筑构造抗震设计的程度,使之更平安牢靠、更适用、更合理经济、更便当施工,是构造抗震设计师的重要任务。笔者长期从事建筑构造的设计以及参谋工作,在学习和从事构造抗震设计的理论中有一些考虑和心得,现分离《建筑抗震设计标准》GB50011-2010以及一些构造抗震专家的论文总结出来供大家分享。


抗震设计根本思想

黄世敏巨匠在《建筑抗震设计常见问题解析》中讲到:构造在抵御普通荷载(风、雪、自重及运用活荷载等)作用时,构造设计师需求遵照的根本准绳是构造在预期荷载作用下坚持或者根本坚持在弹性工作状态,构造内力的剖析与设计办法普通采用弹性剖析办法。假如构造没有遇到特殊状况时,在预期荷载作用下极少呈现严重毁坏、过度变形等不正常状态。

而地震作用则不一样,由于地震自身的随机性、必然性很强,在某一地域,在某一基准期内,可能呈现的最大地震是一个随机变量,事前无法预知。相关于上述普通荷载,地震的影响次数小,作用时间短,各次地震的强度差别很大。若依然请求在各种地震动下,构造均依然坚持弹性状态是很不经济的,以至是不可能的。因而,构造的抗震设计和构造抵御其他荷载的设计是完整不同的。

至今为止,人们对地震规律性的认识还不是很足,由于在某种意义上,建筑的抗震设计依然是一门耐人寻味的“艺术”,因而很大水平上还是得依赖于构造设计人员的抗震概念设计的理念。

构造在设防烈度下的抗震验算准绳上应该是弹塑性变形验算,但为减少验算工作量并契合构造设计习气,对大局部构造,将变形验算转换为烈度地震多遇地震作用下构件承载力验算的方式,所以不要过度担忧地震作用下构件的配筋稍过小的问题。

构造工程师总希望所设计的构造规则、对称、传力能很直接、简单。由于业主和建筑师对运用功用及建筑平、立面的多样化请求,加上构造设计属于“下游”专业,普通无话语权。不可防止地形成构造复杂和建筑体型的不规则。如何最大限度地满足业主和建筑师的请求,同时又确保构造的抗震、抗风的平安性,是构造工程师所要面对的应战。

正如魏琏巨匠在《魏琏建筑构造论文二》中写到:常有构造工程师为了防止额外的工作量和费事,困难地与业主和建筑师讨价讨价,争取减少某一项“超限”来防止超限检查;也还有些工程师为了满足标准某些条文请求,把本来抗震性能较好的构造改得性能更差。现行构造标准过多的限制和施工图检查是一把双刃剑,能够消弭某些抗震设计的缺乏之处,但也可能因而扼杀许多设计人员的发明性。

一个优秀的构造工程师应该正确了解国度标准对平面不规则和竖向不规则的真正含义。应用概念设计,将一些不规则的构造,经过抗侧力构件的布置优化,以及震动剖析,采取有效增强措施,使不规则构造可以满足”小震不坏,中震可修,大震不倒“根本请求。该根本抗震设防目的以生命平安为唯一目的的单一设防规范。


三水准的由来

74、78标准:单一的中震可修目的

● 74标准后发作的一系列大地震:标明根本烈度地震具有

    很大的不肯定性

● 1975年,海城(6度区),7.3级大地震

● 1976年,唐山(6度区),7.8级大地震

89标准:

●   针对不肯定性:提出“大震不倒”的设防目的

● 依据基于概率设计请求:提出小震不坏(弹性)目的

● 坚持原78标准的目的:中震可修

2001、2010标准:继续坚持89标准的设计思想

我国抗震设防的根本请求概括为“三水准”和“两阶段”:


“三水准”总的概括就是“小震不坏、中震可修、大震不倒”。

小震不坏:当建筑遭受低于本地域的多遇地震影响时,一般不会毁坏或不需求修复仍能够继续运用。

中震可修:当遭遇本地域设防烈度是的地震影响时,建筑物可能损坏,但经过普通的修理或者不需求修理依然能够运用.

大震不倒:当遭遇高于本地域的根本设防烈度的预估的罕遇地震时的影响,建筑物不倒或者不发作危及生命的严重毁坏。


两阶段设计步骤:

第一阶段设计:

小震弹性计算,地震效应与其他荷载效应组合,并计入承载力抗震调整系数,停止构件截面设计 ——满足小震强度请求;

限制小震的弹性层间位移角;同时采取相应的抗震结构措施,保证构造的延性、变形才能和耗能才能 ——自动满足中震变形请求。

第二阶段设计:

    限制大震下构造弹塑性层间位移角;并采取必要的抗震结构措施 ——满足大震防倒塌请求


抗震设计的根本准绳

● 强调概念设计、抗震措施的重要性

● 砌体构造:设置圈梁和结构柱,构成墙体的约束

● 钢筋混凝土构造:肯定“抗震等级”,采取相应的计算和结构措施

● 装配式构造:设置完好的支撑系统,良好的衔接结构,确保构造整体性

● 控制构造最小地震作用的强迫性请求


抗震设计的根本流程



下面分离笔者原设计和咨询优化过的三个实例,讲讲如何运用构造概念设计来处理实践设计中的疑问问题。

项目一:首先是笔者曾掌管设计过的的杭州某三号地块项目,房屋建筑高度76.5m,抗震设防烈度为六度,框架剪力墙结构。其建筑平面为“L”型(见下图),构造设计时思索在转角处设缝,将建筑分为两局部计算。但在计算过程中,由于建筑不允许在角部设置剪力墙,所以位移比、周期比无论如何调整,都不满足标准请求,以及框架剪力墙的抗倾覆力矩百分比也达不到框剪构造方式的标准请求。经过认真剖析后,决议将缝取消,增加房屋抗扭才能。这样调整后位移比和周期比的问题就全部处理了。

    为平安起见,我们整体计算时将衔接处的楼板定义为弹性楼板,两个单体分别脱开再计算,然后取包络设计。我们的这种概念设计理念最终得到了建筑师与甲方的不断认可。如今该项目已建成,并投入运用。


设计效果图


构造平面图

项目二:下图是江苏某环保博物馆平面效果图,房屋建筑高度22.10m,建筑抗震设防类别为乙类,抗震设防烈度为六度,构造方式为钢筋混凝土少墙框架构造。能够看出来这是一个典型的不规则建筑,在最初停止设计时将其思索成一个整体来停止剖析,位移比等参数很难满足标准请求。在抗震专项检查中专家提出:1、建筑形体特别不规则,楼层弹性位移比均大于1.5;2、楼板凹凸严重不连续,楼板谐和构造工作的才能较弱;3、多处存在单跨构造,对立震不利。经过我们研讨比照剖析后,将整个构造分红三个区块来停止计算,各个区块位移比均能满足标准请求,最后取包络设计。衔接处的楼板定义为弹性楼板,并增强抗震结构措施。关于单跨构造,我们采取性能化设计,进步框架柱的抗震等级,加强框架柱的延性。最终取得了专家的认可。如今该项目已建成(见下图)。





项目现状图

项目三此项目是笔者掌管设计的杭州某地铁下穿拆复建项目,房屋建筑高度为45.50m,抗震设防烈度为七度,其中两栋单体由中间连廊相连(见下图)。


其实一看上图这个细腰的平面,会很快把它定义为平面不规则。援用程懋堃巨匠在《创新思想构造设计》中讲到的一句话,不能“量才录用”。细腰的缺陷:主要是传送程度剪力的才能较差。当两端平面对称,又有刚性抗侧力构件时,根本不用经过“细腰”传送剪力。此时,细腰局部也能有一定的抗侧力构件,那么,这种平面不能看作对立震不利。因而在上述项目设计时,我们先将整体一同计算,定义连廊处板为弹性板,再将1号单体、2号单体、连廊分别单独计算,最终按两种计算的包络设计取值。

因而,在停止构造设计时,不应该仅仅局限于依托标准,而是要运用“概念设计”的理念,从整体的角度对构造的各个细节停止把控,在建筑设计的计划阶段就要运用其控制的构造设计概念对构造体系停止剖析、比照,选择出适宜的构造体系,做出更合理、更经济的,更便当施工的构造。

文章出自:结构优化公司   想了解更多请登录:http://qianmuxuezixun.com