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正文內(nèi)容

建筑抗震概念設計講義課件(編輯修改稿)

2025-02-09 14:21 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 致整個結構因一側構件失效而倒塌。 結構布置的一般原則 —— 續(xù)? 最為典型的例子是 1972年 2月 23日南美洲的馬那瓜地震。 馬那瓜有相距不遠的兩幢高層建筑,一幢為十五層高的中央銀行大廈,平面不規(guī)則, 4個樓梯間偏置塔樓西端,西端有填充墻,破壞嚴重,震后拆除;另一幢為 18層高的美洲銀行大廈,結構是均勻?qū)ΨQ的,基本的抗側力體系包括 4個 L形的筒體,對稱地由連梁連接起來,輕微損壞,稍加修理便恢復使用。當?shù)氐卣鹆叶裙烙嫗?8度。 結構布置的一般原則 —— 續(xù)? 當建筑 層 數(shù)很多 時 ,上面各 層 偏心引起的扭 轉 效 應對下 層 的 積 累, 對 下面幾 層 更不利。所以, 進 行 結 構布置 時 ,除了要求各向 對 稱外, 還 希望能具有 較 大的抗扭 剛 度。 因此,下圖 ( a)、( b)所示的抗震墻沿房屋周邊布置的方案,就優(yōu)于( c)、( d)所示在房屋內(nèi)部布置的方案。 結構布置的一般原則 —— 續(xù) 豎 向布置力求均勻 結構豎向布置的關鍵在于:盡可能使其豎向剛度、強度變化均勻,避免出現(xiàn) 薄弱層 ,并應盡可能降低房屋的重心。 ? 注意上剛下柔的結構的處理 由于商業(yè)的需要,結構底部幾層往往需要設置大空間,上部各層為全墻體系或框架一抗震墻體系,而底層或底部兩三層則為框架體系,整個結構屬 “ 框托墻 ” 體系。這便是工程上稱之為 “ 框支剪力墻 ” 或 “ 底部框架 ”的結構。這種體系很不利于抗震,應保證下部結構的抗側剛度不能小于上部抗側剛度的一定比例。 結構布置的一般原則 —— 續(xù)? 同一樓層的框架柱,應該具有大致相同的剛度、強度和延性, 否則,地震時很容易因受力大小懸殊而被各個擊破。? 在采用 純 框架 結 構的高 層 建筑中,如果將樓梯踏步斜梁和平臺梁直接與框架柱相 連 ,就會使該 柱 變 成短柱,地震 時 容易 發(fā) 生剪切破壞, 應予避免或采取相關措施 。 多道抗震防線 多道抗震防線的必要性 多道抗震防線的定義 ① 一個抗震結構體系,應由若干個延性較好的分體系組成,并由延性較好的結構構件連接起來協(xié)同工作,即分體系間的連接部件應有適當強度、較好延性和穩(wěn)定的滯回性能。框架-抗震墻體系:由延性框架和抗震墻兩個系統(tǒng)組成;雙肢或多肢抗震墻體系:由若干個單肢墻分系統(tǒng)組成; 框架體系:框架梁和框架柱; 多道抗震防線的必要性 —— 續(xù)② 抗震結構體系應有最大可能數(shù)量的內(nèi)部、外部贅余度(相當于超靜定次數(shù),利用塑性變形的前提),有意識地建立起一系列分布的屈服區(qū)(塑性鉸區(qū)),以使結構能夠吸收和耗散大量的地震能量,一旦破壞也易于修復。帶贅 余桿件的耗能 結 構(a)雙肢墻; (b)墻和框架; (c)并列斜撐; (d)芯筒和框架柱 多道抗震防線的必要性 —— 續(xù)多道抗震防線的必要性:? 多道抗震防線對抗震結構是必要的。強烈地震往往有一定的持續(xù)時間(幾秒~幾十秒),并且往往伴隨多次余震,結構在首次破壞后再遭余震,將會引起損傷累積,當?shù)谝坏婪谰€的抗側力構件在強烈地震襲擊下遭到破壞后,后備的第二道至第三道防線的抗側力構件立即接替,抵擋住后續(xù)的地震動的沖擊,可保證建筑物最低限度的安全,免于倒塌。? 適當處理構件的強弱關系,將使其在強震作用下形成多道防線、是提高結構抗震性能、避免倒塌的有效措施。 第一道防線的構件選擇原則 地震的往復水平作用使結構遭到嚴重破壞、但結構的最后倒塌是因為結構喪失了承受豎向荷載的能力,即倒塌主要取決于豎向荷載。因此,應優(yōu)先選擇不負擔或少負擔重力荷載的豎向支撐或填充墻,或選用軸壓比值較小的抗震墻、實體筒體之類構件,作為第一道抗震防線的抗側力構件;一般情況,不宜采用軸壓比很大的框架柱兼作第一道防線的抗側力構件。 —— 不會發(fā)生結構倒塌。 如因條件有限,只能采用單一的框架體系,框架就成為整個體系中唯一的抗側力構件,此時應采用 “ 強柱弱梁 ” 型延性框架(即梁為第一道,柱為第二道)。 第一道防線的構件選擇原則 —— 續(xù)框架破壞機制 強柱型框架 如下圖左,在水平地震作用下,梁端首先出現(xiàn)塑性鉸,梁的屈服先于柱的屈服,行成 梁鉸破壞機制 。弱柱型框架 如下圖右,在水平地震作用下,柱端首先出現(xiàn)塑性鉸,柱的屈服先于柱的屈服,行成 柱鉸破壞機制 。 第一道防線的構件選擇原則 —— 續(xù)“強柱弱梁 ”延性框架? 由于梁只承受一層或局部重力荷載,柱承受其上多層的總重力荷載;鋼筋端部錨固使梁具有懸索作用,只要鋼筋端部錨固未失效,懸索作用能維持樓面不立即坍塌。? 故在強烈地震作用下,結構發(fā)生較大側移進入非彈性階段時,為使框架保持足夠的豎向承載能力而免于倒塌,要求實現(xiàn)梁鉸破壞機制,即塑性鉸應首先在梁上形成,盡可能避免在破壞后危害更大的柱上出現(xiàn)塑性鉸,實現(xiàn)“強柱弱梁 ”延性 框架的抗震設計, 利用梁的變形、破壞來消耗地震能量。 利用贅余構件增多抗震防線贅余構件的作用216。 利用結構中增設的贅余桿件的屈服和變形,來耗散輸入的地震能量; 216。 利用贅余桿件的破壞和退出工作,使整個結構從一種穩(wěn)定體系過渡到另一種穩(wěn)定體系,實現(xiàn)結構周期的變化,避開地震動卓越周期長時間持續(xù)作用所引起的共振效應; —— 對結構動力特性的適當控制,來減輕建筑物的破壞程度,經(jīng)濟。但要注意:太被動、而且不一定有效。 剛度、承載力和延性的匹配基本概念剛度 —— 結構剛度是影響結構在設計地震作用下非結構構件性能、結構強度需求、以及彈塑性變形需求的一個關鍵設計參數(shù)。設計過程中的早期工作將是確定一個合理的剛度值,檢查典型樓層的層間位移和合理的結構周期。? 結構剛度的分布關系到結構的內(nèi)力分配,某些部位剛度過大會導致該處的內(nèi)力(或應力)集中。? 參數(shù) ——K 值、 D值與 EI、 GA 、 EA、 L有關。 ? 剛度大 —— 自振周期 T小,結構地震剪力大。(反應譜)? 剛度小 —— 結構彈性變形大、超過彈性變形限值。 剛度、承載力和延性的匹配 —— 續(xù)強度 —— 結構的強度應該以設防目標相符。合適的強度應該能夠避免結構在小震下產(chǎn)生破壞和在大震下出現(xiàn)超出結構變形能力的過大非線性變形。? 在大地震下結構不存在強度的儲備,設計者要作的是保證結構的強度分布均勻,即結構實際強度的分布與地震作用的分布相一致,否則就會出現(xiàn)薄弱層。? 參數(shù) ——R : Mu、 Vu、 Nu。承載能力驗算。 延性 —— 所謂延性,即結構、構件或材料承載能力無明顯降低前提下( 不低于其極限承載力的 85%)結構發(fā)生非彈性變形的能力,即屈服后能夠基本維持其屈服強度的非線性變形能力。延性是抗震設計中的一個無比重要的參數(shù)。? 參數(shù) ——Δu/ Δy 。彈塑性變形驗算。 剛度、承載力和延性的匹配 —— 續(xù)? 抗震設計中沒有哪一個單一的設計參數(shù)可以控制不同部件抗震性能目標的要求。為了滿足不同部件的性能目標,甚至會產(chǎn)生不同設計參數(shù)之間的沖突。如結構的強度需求(地震產(chǎn)生的慣性力)和器物的加速度反應主要受結構構件的剛度所影響,為了滿足對應的性能要求往往希望結構具備較小的剛度,而為了控制非結構的破壞又往往希望有較大的剛度。? 為滿足某一性能水平下建筑中的不同部件(結構、非結構和器物)對不同設計控制 參數(shù)的需求,抗震設計往往是一個不斷迭代、 相互妥協(xié)的過程,以尋找為滿足不同性能水
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